Электроразведка

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА ----------------------------------------------------------------------------------------Кафедра разведочной геофизики и компьютерных систем Т.А. Сидельникова ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА Руководство по учебной геофизической практике для студентов специальности 080400 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (в части

геофизических

методов

месторождений нефти и газа)»

Москва - 2005

поисков

и

разведки

УДК 550.83 Сидельникова Т.А. Руководство по учебной геофизической практике. М: РГУ нефти и газа, 2005. В Руководстве в сжатой форме описываются сущность методов,

электрических применяемая обработка

аппаратура, и

измерительные методика

интерпретация

установки,

полевых

полевых

работ,

наблюдений.

Оформление результатов обработки и интерпретации. Руководство пособия

для

предназначено студентов

«Геофизические

методы

месторождений

полезных

в

качестве

учебного

специальности

080400

поисков ископаемых

и

разведки (в

части

геофизических методов поисков и разведки месторождений нефти и газа)». Рецензент – С.А.Серкеров, д-р техн.наук, проф. РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина ©Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие

…………………………………………4

1. Подготовка аппаратуры и оборудования к полевым работам

.…………………………………5

2. Вертикальное электрическое зондирование………….8 2.1. Методика полевых работ………………………….9 2.2. Качественная интерпретация кривых метода ВЭЗ……………………………………….13 2.3. Количественная интерпретация…………………15 3. Электрическое профилирование……………………..19 3.1. Профилирование с симметричной установкой АМNВ……………………………………………..20 3.2. Электрическое профилирование с установкой срединного градиента …………………………...21 4. Дипольное электрическое зондирование…………….24 5. Аппаратура …………………………………………….28 5.1. Электроразведочный автокомпенсатор АЭ-72….28 5.2. Аппаратура электроразведочная постоянного тока «ЭРА-П»………………………………………34 5.3. Аппаратура «ЭРА-В-ЗНАК»……………………...46 6. Требования к отчету по учебной геофизической практике…………………………………………………52 Литература ………………………………………………..69

ПРЕДИСЛОВИЕ Руководство составлено применительно к программе учебной геофизической практики для студентов геофизической специальности 080400, а также может служить пособием для студентов геологов. При

составлении

данного

Руководства

использованы

многолетний опыт кафедры по проведению учебной геофизической практики,

а

также

инструкции

по

производству

электроразведочных работ, инструкции по аппаратуре. Поскольку практика проходит после того, как студенты прослушали «Общий курс разведочной геофизики» физикогеологические основы методов не приводятся. Основное внимание уделяется методике полевых работ, типам установок, обработке и интерпретации результатов наблюдений. Кроме того, учитывалось ограниченность времени проведения практики. Рекомендуемые размеры установок даны с учетом конкретных площадей района практики. Аппаратура, измерений

необходимая

описана

кратко,

на

для

выполнения

уровне,

полевых

необходимом

при

использовании ее при полевых работах. Электрические схемы не приводятся, в связи с тем, что студенты до практики не изучают курс «Электротехника». В Руководстве также содержатся требования к отчету по практике.

1.ПОДГОТОВКА АППАРАТУРЫ И ОБОРУДОВАНИЯ К ПОЛЕВЫМ РАБОТАМ При выполнении полевых работ, кроме измерительной аппаратуры, необходимо иметь специальное оборудование. К специальному оборудованию относятся источники тока, провода, приспособление для смотки и размотки проводов, заземления, изоляционные материалы, ремонтный инструмент. Источники тока При электроразведочных работах методом вертикального электрического

зондирования,

профилирования,

а

также

дипольного зондирования в тех методах, где используется постоянный электрический ток, для питания линии АВ (если длина их меньше 500 м) применяются батареи из сухих элементов, аккумуляторы, генераторы. Провода

Применяются

гибкие

одножильные,

двухжильные

или

трехжильные провода с оплеткой или резиновой оболочкой. Провода,

используемые

при

полевых

работах

должны

удовлетворять следующим требованиям: а) иметь хорошую электрическую изоляцию; изоляция должна иметь также большую механическую прочность. б) иметь хорошую гибкость, исключающую возможность повреждения проводов;

в) иметь низкое омическое сопротивление, создающее минимальные потери энергии в проводах; г) обладать легким весом. Соединения проводов бывают неразъемными и разъемными. Неразъемные соединения, или сращивания, проводов выполняются следующим образом: зачищают концы соединяемых проводов на расстоянии 6-8 см, затем их очищают ножом или напильником, оголенную часть провода от резины и ржавчины, и на расстоянии примерно по 2 см от края резиновой оболочки провода соединяет узлом, сращивание покрывают двумя слоями изоляционной ленты. Разъемные соединения проводов производятся при помощи полевых штепсельных вилок. Полевой провод хранится и транспортируется к месту работы намотанным на полевые катушки. Эти катушки изготовляются обычно из железа и устанавливаются с помощью подставки. Катушки устанавливаются на резиновые прокладки во избежание утечек. Для измерения кажущихся сопротивлений в методах ВЭЗ и электрического измерениям

профилирования

питающую

линию

необходимо АВ,

подготовить

приемные

линии

к

MN.

Подготовка линий, в основном, сводится к разметке провода. Разметка провода обычно проводится вдоль ровного участка местности. Провод растягивается вдоль мерной линии, по направлению которой через каждые 20 м забиваются колышки.

Расстояние между колышками отмеряются рулеткой или мерной лентой. В начале провода устанавливается метка из нескольких

оборотов

изоляционной

ленты.

Вторая

метка

расположена на проводе на расстоянии, соответствующим первому разносу АВ/2, расстояние между первой меткой и третьей равно второму

разносу

электродов

АВ.

Разметка

производится

одновременно двух катушек с проводом для питающей цепи. Подготавливается две измерительные линии MN, на которых также устанавливаются метки, соответствующие длине линий MN. 3аземления Для ввода тока в землю и измерения разности потенциалов применяются металлические (стержневые) заземлители, которые также называют электродами. Электроды изготовляются из железных, медных стержней длиной 0,5-1 м, и диаметром 1-2 см. Для уменьшения сопротивления заземления линий АВ, МN при высоком сопротивлении пород, окружающих электроды, применяют заземление состоящее из нескольких электродов. Электроды устанавливаются друг от друга на расстоянии, равном двух-трех кратной длине электрода. Электроды устанавливаются на одной прямой, перпендикулярной линии АВ. Для измерения разности потенциалов с помощью линии МN применяют обычно медные электроды, обладающие меньшей собственной поляризацией.

Вспомогательное оборудование Кроме перечисленного выше оборудования, для проведения работ

необходимо

иметь

вспомогательное

оборудование:

ремонтный инструмент, калькулятор, журналы для записи полевых наблюдений. Для

сращивания

и

изоляции

проводов

применяется

изоляционная лента. 2. ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ Вертикальное электрическое зондирование или сокращенно ВЭЗ – метод, сущность которого заключается в измерении кажущегося удельного сопротивления ρк. установкой АМNВ, центр которой остается неподвижным, а разносы питающих заземлений А и В последовательно увеличиваются. С увеличением расстояния между питающими заземлениями возрастает глубина проникновения тока в землю. На величину кажущегося удельного сопротивления влияет увеличивающейся по мере увеличения разносов объем пород. Применяют постоянное, реже переменные источники тока частотой до 20 Гц. В результате получают информацию об изменении удельных сопротивлений земных слоев по вертикали в виде кривых зондирований – зависимостей ρк от так называемого действующего расстояния, равного разносу между питающими и измерительными линиями.

Наибольшее применение метод ВЭЗ находит при решении структурных задач, связанных с поисками и разведкой нефтяных, газовых

и

каменноугольных

месторождений,

при

разведке

рассыпных месторождений, решении инженерно-геологических задач и при поиске, изучении рудных месторождений. Основными условиями применимости метода являются: дифференциация слоев разреза по удельному сопротивлению, пологое

их

залегание

(углы

падения

не

более

10-150),

слаборасчлененный рельеф дневной поверхности. 2.1. Методика полевых работ Работа состоит из следующих операций: а) подготовка установки к работе, б) измерения разности потенциалов ΔU , силы тока

I,

вычисления

ρ к,

построения

графика

кажущегося

сопротивления. Схема установки АМNВ показана на рис.1.

Рис.1 Схема установки АМNВ

В точке, намеченной для выполнения ВЭЗ, забивается пикет, соответствующий центру установки, на нем пишутся номера ВЭЗ, пикета, профиля. По буссоли определяется направление для разноса питающих и измерительных зазаемлений или выбираются ориентиры

на

местности,

фиксирующие

это

направление.

Измерительные линии располагаются параллельно питающей линии. При малых разносах питающая линия АВ и измерительная МN располагаются на одной прямой, а с разноса АВ/2 = 25 м провода МN относят на расстояние 1-2 м от питающей линии АВ, для уменьшения влияния индуктивных наводок и утечек. Постепенное увеличение разносов АВ вызывает уменьшение разности потенциалов между заземленями МN. Поэтому после некоторого разноса АВ переходят на измерения с большим расстоянием между измерительными заземлениями. При этом отношение МN/АВ не должно превышать 1/3. Разносы АВ выбираются таким образом, чтобы каждый последующий разнос увеличивался относительно предыдущего примерно

в

полтора

раза.

Это

обеспечивает

равномерное

расположение точек графика ВЭЗ на логарифмической сетке. Величины разносов АВ и МN приведены в табл.1. По

окончании

размотки

измерительных

линий

приступают

к

подготовке питающей линии. Катушки КА и КВ устанавливают по обе стороны от центра О (см.рис.1), так чтобы провода при размотке были направлены навстречу друг другу. При малых разносах на каждом заземлении забивают по одному

Таблица 1

Номер АВ/2, МN/2 Номер АВ/2, МN/2 Число Число измере м измере м мето ,м ,м меток -ния -ния к 1 1.0 0.3 1 9 15 5.0 2 2 1.5 0.3 2 10 25 5.0 3 3 2.0 0.3 3 11 25 1.0 3 4 3.0 1.0 1 12 40 5.0 1 5 4.5 1.0 2 13 65 5.0 2 6 6.0 1.0 3 14 100 5.0 3 7 9.0 1.0 1 15 100 10 3 8 15 1.0 2 электроду, а остальные кладутся на землю вплотную к забитому. В дальнейшем при увеличении разносов забивают два, потом три электрода. Источник тока кладут на резиновый коврик. Измерения начинаются с проверок прибора, затем оператор измеряет ΔU между измерительными заземлениями М и N и силу тока I в питающей цепи. Вычислитель записывает показания в полевой журнал. Журнал полевых наблюдений методом ВЭЗ Участок_______________________

________________ 200 г.

Профиль______ГК_____Начало работ _____Конец работ____ ВЭЗ №_________________Азимут разносов __________________ Отклонение стрелки гальванометра при 1mV__________делений Поверхностный покров__________________Погода____________ № АВ/2

MN/2

К

ΔU

J

Pk

ΔU

J

ρk

1 2 3 4 Оператор___________ Вычислитель_______ Проверил_________

ρkcp

Вычисления ρк производится по формуле ρ к = К коэффициент установки к =

π АМ ⋅ АN 10

MN

ΔU , где к – I

, м.

Для контроля замеры на каждом разносе повторяются при силе тока, измененной не менее чем на 25%. Изменяется глубина погружения питающих электродов, тем самым меняется сопротивление заземления. И снова измеряется

ΔU, I вычисляется ρк. И если расхождение между двумя определенными

значениями

ρк составляет меньше 5%, то

вычисляется среднее значение ρкср, полученное значение наносится на билогарифмический бланк по оси ординат откладывается значение ρк, а по оси абсцисс – АВ/2. Затем электроды AВ переносятся на следующий разнос и вновь определяется ρк. Зондирования применяются для изучения геоэлектрических разрезов не только в отдельных точках, но и по профилям или располагаются равномерно по площади. Направление разносов выбираются вдоль простирания пластов и структур. Исходя из удобств производства работ, питающие линии располагаются по дорогам, просекам или на участках, по которым возможна размотка проводов и перенос оборудования. Максимальные разносы питающих электродов обычно в 3-7 раз

превышают

уточняются

в

проектируемые

процессе

опытных

глубины работ.

исследования

и

Непосредственным

результатом полевых работ по методу ВЗЗ являются кривые ρк . При построении кривой ВЭЗ точки, полученные

Рис.2 Кривая ВЭЗ при одном и том же разносе измерительных заземлений, соединяются прямыми линиями, поэтому вся кривая ВЭЗ состоит из совокупности отрезков (рис.2). Чтобы обеспечить перекрытие отрезков кривой ВЭЗ при переходе от одной линии MN к другой, измерения с обеими MN производятся на двух смежных разносах АВ. Расхождения не должны превышать 10-15%. 2.2. Качественная интерпретация ВЭЗ Качественная интерпретация - один из первых и важных этапов геофизической обработки результатов зондирования. Под этим термином понимают предварительное истолкование полевых материалов, которое включает анализ кривых зондирования, построение различных разрезов, графиков, карт, раскрывающих

общее, качественное представление о геоэлектрическом разрезе в целом как в плане, так и по вертикали. И заключается в выделении на картах, графиках аномальных участков и в их геологическом истолковании. Составляются следующие карты и графики : а) типов кривых, б) абсцисс и ординат экстремальных точек кривых; в) графики кажущихся сопротивлений для определенных разносов, г) карт, графиков суммарной продольной проводимости S; д) разрезов ρк. Для построения разреза кажущихся сопротивлений вдоль линии профиля ВЭЗ наносятся центры всех зондирований. По вертикальной

оси

вниз

в

логарифмическом

масштабе

откладываются АВ/2. У нанесенной таким образом точки на плоскости подписывается величина ρк для данного АВ/2 и соответствующего

номера

зондирования.

Получается

поле

значений ρк, по которым строятся изолинии. Анализ особенностей поведении

изолиний

ρк

дает

возможность

качественно

охарактеризовать положение геоэлектрических границ. Профили или графики кажущихся сопротивлений строятся следующим образом. По линии профиля откладываются центры зондирований, а по вертикали - значение ρк, полученные для соответствующих значений АВ/2. Определение суммарной продольной проводимости Суммарная продольная проводимость пластов Sсум может быть

определена графическим способом по кривой ВЭЗ, если сопротивление опорного горизонта стремится к бесконечности. Для определения Sсум к правой конечной ветви под углом 45° проводится асимптота до пересечения ее с абсциссой, которая пересекает ось ординат в точке со значением ρк=1.0. Абсцисса АВ/2 отсекаемая этой асимптотой численно равна Sсум. в единицах проводимости См.

Построение разрезов кажущейся продольной проводимости

Для построения этих разрезов из точек ВЭЗ вычерчиваются дуги радиусом lgАВ/2ρк для каждого разноса. Затем строится разрез кажущейся продольной проводимости также как и разрез ρк. Т.к. lgАВ/2ρк пропорционально продольной проводимости, то места сгущений изолиний соответствует высокоомным пластам, а места разряжений - хорошо проводящим породам. Опорный электрический

горизонт

отмечается

наибольшим

сгущением

изолиний.

2.3. Количественная интерпретация Количественная интерпретация кривых ВЭЗ заключается в определении мощностей и сопротивлений отдельных пластов разреза. Интерпретация 3-х слойных кривых ВЭЗ в основном производится при помощи 2-х и 3-х слойных теоретических

кривых, собранных в палетки. Интерпретируемая кривая наносится на прозрачный логарифмический бланк с модулем 6.25 см, накладывается

на

двухслойную

палетку,

и

параллельность координатных осей, добиваются

соблюдая наилучшего

совмещения левой ветви кривой с одной из теоретических кривых палетки. По кресту палетки определяются ρ1, h1, также μ2 =ρ2/ρ1 . Дальнейшую интерпретацию можно производить с помощью альбома трехслойных палеток. Определив по двухслойной палетке

μ2 выбирается трехслойная палетка со значением ρ3 наиболее близким к значению ρ3 на интерпретируемой кривой. Бланк

с

интерпретируемой

кривой

накладывается

на

выбранную трехслойную палетку. Соблюдая параллельность координатных

осей,

добиваются

наилучшего

совмещения

интерпретируемой кривой с одной из теоретических. После получения наилучшего совмещения палетки и полевой кривой уточняются значения h1 и ρ1 по палеточной кривой определяется ν2=h2/h1 , что позволяет определить h2=ν2h1. Палетки вычисленных трехслойных кривых ВЭЗ собраны в альбом. В эти альбомы собраны палетки, в которых кривые ВЭЗ сгруппированы по переменным параметрам μ2 =ρ2/ρ1 и ν2=h2/h1 для четырех значений ρ3/ρ1=0, (ρ2)2/ρ1, 1, ∞. Для быстрейшего отыскания требуемой палетки альбом содержит таблицу (ключ), на которой указаны все номера палеток, содержащихся в альбоме. Таблица разделена на ряд широких горизонтальных

и

вертикальных

полос.

Каждая

из

10

горизонтальных полос соответствует определенному значению

ν2=h2/h1. Эти значения указаны в графе справа. Вертикальных полос 12, по числу значений μ2 =ρ2/ρ1 , которые приводятся в нижней горизонтальной графе таблицы. Для каждого значения

ρ2/ρ1 указано 8 номеров палеток, соответствующих 4-м значениям ρ3/ρ1, эти номера находятся в самой верхней горизонтальной графе таблицы. В этих палетках собраны кривые ВЭЗ для постоянных значений μ2, ρ3/ρ1 и переменного ν2. Номера палеток, построенных для постоянных значений ν2, переменных μ2 указаны в левой вертикальной графе таблицы. В результате интерпретации кривой ВЭЗ с помощью трехслойной палетки определяют ρ1, ρ2, ρ3, h1, h2. Примечание: Если ρ3/ρ1>3÷10, то можно выбрать палетку с

ρ3=∞, а если ρ3/ρ1