Электроразведка

Электроразведка — основной метод в комплексе геофизических способов разведки, который изучает особенности распространения переменного и постоянного электромагнитного поля в земле. Определяет петрофизические свойства, литологический состав, фазовое и термодинамическое состояние пород в недрах.

Виды электроразведки

Электроразведка — это первый геофизический метод, который получил широкое распространение в СССР в 1925-1935 годах при поиске и разведке месторождения полезных ископаемых. Применяют в любое время проведения геологоразведочных работ. Метод решает задачи:

• гидрогеологические;
• картирования;
• инженерно-геологические;
• поиска и разведки;
• эксплуатационные.

Получить представление о геологических разрезах помогает изучение электромагнитного поля, которое измеряют на поверхности земли, в воздухе, в скважине, в море.

В таблице указаны виды электроразведки и какие методы используют во время проведения работ:

Классификация методов электрической разведки

Классификацию способов электрической разведки проводят по нескольким принципам:

1. По условию работы, месту осуществления геофизического исследования: наземное, воздушное, морское, подземное.
2. По характеру решаемой задачи. Электроразведка бывает рудной, структурной, инженерно-гидрогеологической.
3. По частотам исследуемых электромагнитных полей.
4. По типам возбуждающих и изучаемых электромагнитных полей.
5. По принципам изучения разрезов в вертикальном или горизонтальном направлении.

Всего в электроразведке насчитывают свыше пятидесяти модификаций методов, которые могут классифицировать по одному из перечисленных принципов.

Какие задачи решает

Электроразведка решает задачи, которые требуют глубину исследования до 500 метров:

• расчленяет разрез на литологические слои;
• определяет глубину залегания кровли скального грунта;
• выявляет и оконтуривает закарстованную зону;
• устанавливает и прослеживает тектонические нарушения и зоны трещиноватости;
• определяет положение уровня грунтовых вод, направление и скорость движения подземных вод;
• определяет коррозионную активность грунта и наличие блуждающего тока;
• изучает оползневые процессы.

Также метод решает задачи картирования погребенной речной долины и вечномерзлого грунта.

Электроразведка — ведущий способ комплекса геофизических работ. В зависимости от решаемой задачи и инженерно-геологических обстоятельств, применяют ее самостоятельно или сочетают с другими геологическими методами.

Геофизические работы

Участок, на котором проводят электроразведочные работы, и задачи в общем комплексе исследований определяют, ориентируясь на реальную геолого-географическую обстановку и экономическую целесообразность.

При изучении рудных местонахождений метод электроразведки является ведущим. Он помогает решать задачи структурного картирования во время работ на угольном месторождении. Благодаря использованию метода получается:

• детально изучать морфологию рудоконтролирующей структуры;
• выделять отдельные рудные тела;
• определять размеры и элементы залегания рудных тел.

Прежде чем приступить к работам, собирают и изучают информацию по электрическим свойствам горных пород, представленные в геологическом строении участка. Определяясь с выбором рационального комплекса, учитывают:

• месторождение полезного ископаемого;
• глубину залегания геологического объекта;
• физические свойства, размер, форму ископаемого.

Конечная цель геофизической работы — картирование и изучение геологического объекта. Также во время исследования осуществляют поиск рудного поля, его месторождения и отдельные залежи. Производят оконтуривание и оценку найденных рудных объектов и решают горнотехнические задачи.

Электроразведочная съемка

Съемка — это основной вид электроразведки. Она бывает:

• маршрутной;
• площадной.

Маршрутную съемку применяют при рекогносцировке районов. В процессе работ решают опытно-методические вопросы и получают общие данные о геоэлектрических характеристиках.

Маршрутная съемка бывает:

• основной, когда перекрывает весь исследуемый участок;
• детализированной, использующейся для получения дополнительных геологических данных в пределах небольшой территории.

Площадь наземной или аэроработы при основной съемке называется рядовой.

Существует несколько видов площадной съемки, которые различают по:

• геологической задаче: картировочная, разведочная, поисковая, гидрогеологическая, специальная и т. д.;
• масштабу: мелкомасштабная, детальная, крупномасштабная, среднемасштабная;
• точности, когда выделяются места, на которых повышается правильность выполнения работы благодаря методическому приему и аппаратурным средствам.

При производстве площадной работы методом электроразведки определяют поставленную задачу, характер и условие залегания исследуемого объекта, масштаб геологического исследования.

При выборе сети наблюдения руководствуются существующими способами аналитических расчетов полей над локальным геологическим объектом.

Проектирование и организация работ

Электроразведку ведут по проекту, который составляют как самостоятельный документ или включают в специальный раздел проектной документации для комплексных геологоразведочных, геофизических или геологосъёмочных экспедиций.

При составлении разделов учитывают:

• действующие требования по каротажным работам;
• инструктивные и нормативные документы Минприроды РФ;
• техническое задание заказчика;
• подходящие методы и технологии исследования;
• требования к оформлению;
• организации, с которыми требуется провести согласование.

Название проекта электроразведки должно соответствовать техническому (геологическому) заданию. Исследования проводят на стадиях геологоразведочной работы:

• региональной геологической;
• геофизической;
• при поиске местоположения полезного ископаемого;
• при предварительной разведке;
• при детальной разведке;
• во время разведки эксплуатируемых месторождений.

Проект составляют в двух частях: производственно-технической, которая включает смету и геолого-методической.

В процессе проектирования электроразведки излагают геологическую задачу, которую требуется решить. Выбирают и экономически обосновывают рациональный комплекс геофизического метода и разновидностей проверочных работ. Обосновывают:

• сеть наблюдения;
• схему, тип и размер установки;
• условие заземления питающего электрода;
• количество измеряемых параметров;
• необходимое количество повторных измерений, которое поможет осуществить контроль качества;
• категорию трудности;
• метод размотки и смотки провода.

Все отклонения от требований нормативных документов обосновывают в проекте. Каждый раздел должен быть предельно кратким.

Также в проекте указывают необходимое количество работников, входящих в инженерно-технический состав. Чаще всего работы выполняют:

• начальник проекта;
• старший геофизик;
• геофизик, выполняющий роль инженера-оператора;
• старший техник;
• техник;
• специалисты смежных специальностей: геодезисты, геологи, петрографы, топографы и т. д.

Численность работников определенной квалификации утверждают согласно действующим нормативным документам.

Ответственность за электроразведку от начала до завершения работ возлагают на начальника, который должен обеспечить правильное решение поставленной геологической задачи и выполнение каждого этапа в соответствии с проектом и требованиями Минприроды РФ. Он контролирует качество измерений, своевременное составление текущего и окончательного отчета и другой документации. На него возлагают ответственность за правильное применение и сохранение рабочих устройств и аппаратуры.

Начальник регулярно производит приемку полевых материалов, оценивает их качество и подсчитывает объем выполненных работ. На основе полученных данных, при необходимости, вносит предложения в вышестоящие инстанции для уточнения и изменения проекта электроразведки. В обязательном порядке ставит заказчика в известность, если согласно проведенным на определенном этапе исследований становится понятно, что дальнейшие работы нецелесообразны.

Технические средства для производства электроразведки

Все работы по эксплуатации, ремонту, наладке и транспортировке оборудования выполняют, учитывая требования эксплуатационных и ремонтных документов. Сотрудники, которые обслуживают электроразведочные устройства, должны иметь соответствующую документацию. К работе разрешается допускать персонал, который прошел инструктаж.

К основной технической аппаратуре электроразведки относят:

• генераторы;
• измерительные устройства;
• электроразведочные станции;
• электроды;
• контрольно-измерительную аппаратуру;
• устройства радио и телефонной связи;
• источники питания.

По эксплуатационному назначению различают устройства:

• наземные;
• скважинные;
• аэроэлектроразведочные;
• шахтно-скважинные;
• для работы в руднике или шахте;
• морские;
• для исследования электрических свойств.

Прежде чем персонал получит необходимое оборудование, начальник проверяет его работоспособность. Устройства должны быть отрегулированы, протестированы и иметь паспорта, согласно установленным формам.

На аппаратуре не должно быть внешних повреждений, а на электрических контактах, клеммах, вилках и гнездах — коррозии или грязи. Вскрывать и самостоятельно ремонтировать оборудование запрещается. Все работы должны осуществлять квалифицированные мастера. Результат каждой проверки и ремонта обязаны заносить в паспорт технической эксплуатации.

Топографо-геодезическая работа

Топографо-геодезическая электроразведка состоит из:

• перенесения в документ места наблюдений;
• закрепления пунктов необходимыми знаками;
• составления топографической основы, которая потребуется для отчетной карты;
• технического контроля и оценки точности выполняемых работ.

Топографо-геодезические работы подразумевают использование угломерных и дальномерных приборов, например, нивелиров и дальномеров.

Физико-геологическая основа электроразведки

Геологические объекты, которые отличаются по свойствам и находятся в постоянных или переменных электромагнитных полях, возбуждаются разными способами. Поэтому образовывают различные электромагнитные поля. На их создание влияет размер тел, глубина и условие залегания.

Изучаемое электромагнитное поле может быть:

• искусственным, специально созданным для осуществления цели разведки;
• естественным, которое не зависит от деятельности людей (ЕЭП).

Частота полей отличается. Может быть от сотой и тысячной доли герца до мегагерца.

Электроразведка измеряет и изучает разные величины:

• потенциал и производные;
• напряженность полей (магнитных, электрических);
• амплитуду и фазу колебаний;
• элементов эллипса поляризации.

Большое количество способов и их изменений создает возможности для обширного использования электроразведки при решении различных геологических задач.

Во время работы поля, за которыми наблюдают, разделяют на:

• нормальные;
• аномальные.

Аномальные электромагнитные поля создаются объектами исследований под действием естественных факторов при возбуждении источником данного объекта. Они предоставляют информацию о предмете разведки.

Естественное электромагнитное поле

Методы электроразведки используют при решении определенных геологических задач, изучающих поле естественного происхождения, возникающего без участия людей. Оно бывает постоянным или слабо меняющимся, и создается природными электронными проводниками различного происхождения.

Также к данному виду относят электромагнитное поле Земли атмосферного и космического происхождения. При проведении работ от исследователей не требуются затраты на создание возбуждающих полей.

Метод ЕЭП используют для поиска и разведки:

• графитовых залежей;
• сульфидного месторождения;
• пластов антрацита;
• геологического картирования (по графитизированной толще породы);
• определения подземного потока;
• обнаружения мест фильтрации воды из водохранилища.

Частотный спектр естественного электромагнитного поля обширен. Бывает:

• постоянное электрическое поле в методе естественных электрических полей;
• низкочастотное электромагнитное поле в магнитотеллурическом методе;
• высокочастотное поле в методе переменных естественных полей.

Методом ЕЭП регистрируют магнитные и электрические составляющие.

Искусственно созданное постоянное и переменное электромагнитное поле

Практически все методы электроразведки базируются на изучении электрического и магнитного поля от геологического объекта, которое возбуждается искусственно созданным полем.

• смешанным;
• индуктивным;
• гальваническим.

Источник электромагнитного поля в индуктивном способе возбуждения — это незаземленный контур, который бывает различного размера и формы. Питается от генератора переменного тока различной частоты.

Гальванический метод возбуждения заключается во введении в землю при помощи заземления постоянного или переменного тока. Источником служит:

• батарея сухих элементов;
• генератор переменного и постоянного тока;
• аккумуляторы.

Электромагнитное поле при смешанном методе возбуждения создают при помощи заземленной линии. В процессе работ измеряют:

• потенциал и его градиент;
• действительную и мнимую составляющую;
• амплитуду и фазу напряженности магнитных и электрических полей;
• элементы эллипса поляризации.

Приемное устройство зависит от регистрируемых составляющих полей. Называют его входным преобразователем или датчиком.

Электроразведочные методы

Электроразведочные методы группируют, ориентируясь на характер зависимости полей от времени и способа возбуждения.

Полученные от электроразведки материалы обрабатывают. На их основе строят графики, составляют карты параметров и элементов электромагнитных полей. Проанализировав информацию, определяют, где приблизительно располагается геологическая структура и ее тип, присутствуют или отсутствуют полезные ископаемые, а также какая глубина и мощность у пластов.