Геоелектричний розріз

Реальний геологічний розріз відображається в даних електромагнітних вимірів у вигляді деякої електричної моделі, що називається геоелектричним розрізом. Він являє собою вертикальний розріз гірських порід, які відрізняються між собою за електричними властивостями: питомим опором, діелектричною і магнітною проникностями та поляризовністю. У більшості випадків основним параметром слугує питомий опір. Приклади геоелектричних розрізів показані на рис. 3.1.

Пласти гірських порід відображаються на геоелектричному розрізі у вигляді електричних шарів, властивості яких на границях поділу змінюються стрибком, а за простяганням залишаються незмінними, або монотонно змінюються в певних незначних межах. Окремі електричні границі досить добре співпадають з літологічними чи стратиграфічними границями і слугують маркувальними горизонтами для узгодження геофізичних і геологічних даних. В загальному випадку електричні границі можуть не співпадати з літологічними і стратиграфічними. Це пояснюється значним впливом мінералізації підземних вод на питомий опір гірських порід. Часто комплекс порід різних за складом і віком характеризується однаковими електричними властивостями.

Рисунок 3.1 Приклад складного (а) та горизонтально-шарового (б) геоелектричних розрізів

Однією із фундаментальних моделей геоелектричного розрізу є горизонтально-шарова. Горизонтально-шарові або близькі до них геоелектричні розрізи складаються з окремих однорідних за електричними властивостями горизонтів обмеженої потужності, які завершуються останнім горизонтом нескінченної потужності. Цей горизонт називається основою геоелектричного розрізу. Потужні пласти відносно високого чи низького опору, що просліджуються на значній площі району робіт, називаються опорними.

Горизонтально-шарові геоелектричні розрізи прийнято типізувати. Тип розрізу залежить від кількості горизонтів та співвідношення їх питомих опорів.

Двошаровий розріз містить один шар з обмеженою потужністю h₁ та питомим опором r₁ і другий шар з необмеженою потужністю h₂®¥ та питомим опором r₂. За співвідношенням опорів може бути два варіанти розрізу: r₁<r₂ і r₁>r₂.

Тришаровий розріз містить три горизонти. Для нього за співвідношенням питомих опорів встановлені чотири типи: тип H - r₁>r₂<r₃, тип K – r₁<r₂>r₃, тип A – r₁<r₂<r₃ і тип Q – r₁>r₂>r₃.

Багатошарові розрізи – це розрізи з кількістю горизонтів більше трьох. Їх тип встановлюється на основі типізації тришарових розрізів. Для цього записуються типи послідовних погоризонтних порід багатошарового розрізу. Наприклад, чотиришаровий геоелектричний розріз із співвідношенням опорів r₁<r₂<r₃<r₄ відноситься до типу АA, адже обидві його послідовні погоризонтні тріади мають тип A: r₁<r₂<r₃ і r₂<r₃<r₄. П’ятишаровий розріз r₁>r₂<r₃>r₄<r₅ слід віднести до типу HKH, оскільки r₁>r₂<r₃ – тип H, r₂<r₃>r₄ – тип K і r₃>r₄<r₅ – тип H. Неважко запримітити, що індексних літер, якими записується тип багатошарового розрізу, на дві менше, ніж кількість горизонтів.

Довільний багатошаровий розріз із n горизонтів, які мають питомі опори r_i і обмежені потужності h_i (i=1,…,n), характеризується наступними узагальненими параметрами.

1.Сумарна (загальна) потужність: .

2.Сумарна поздовжня провідність: . Величина S вимірюється в сименсах (См=Ом^-1).

3.Сумарний поперечний опір: . Його величина вимірюється в омах, помножених на квадратний метр (Ом×м²).

4.Середній поздовжній опір: .

5.Середній поперечний опір: .

6.Коефіцієнт макроанізотропії:

.

Надзвичайно важливе значення мають такі узагальнені характеристики розрізу як його сумарна поздовжня провідність S і середній поздовжній опір r_l. Значення S розрізу до поверхні опорного горизонту високого опору (наприклад, поверхні кристалічного фундаменту) досить тісно корелюється з глибиною Н до цієї поверхні. Отже, маючи значення S, які отримують за результатами польової наземної електрометрії, і значення r_l, які отримують із параметричних вимірів на свердловинах, можна просто визначити глибину до поверхні високоомного опорного горизонту на рядових точках польових спостережень: H=S×r_l.

Напівпростір, на поверхні якого виконуються виміри електромагнітних полів, як правило неоднорідний за електромагнітними властивостями. Виділяють одно- дво- та тривимірні його геоелектричні моделі. Одновимірна модель - це середовище, в якому електромагнітні властивості є функцією лише одної просторової координати. Прикладом такої моделі слугує горизонтально-шаровий геоелектричний розріз, властивості якого змінюються лише у вертикальному напрямку. Двовимірна модель – це середовище, властивості якого є функцією двох просторових координат. Прикладами такої моделі є досить витягнуті в горизонтальному напрямку структури типу “горсту”, “грабена”, скиду і т.ін. Тривимірна модель – це геоелектричний розріз, електромагнітні властивості якого є функцією усіх трьох просторових координат. Прикладом тривимірної моделі може слугувати геологічне середовище з наявними локальними близькими до ізометричної форми тілами (рудними високопровідними включеннями чи навпаки включеннями з досить високим питомим електричним опором). Безперечно, що чим простіша геоелектрична модель, тим простіше її вивчати методами електрометрії.