Дистанционные и частотные зондирования

Дистанционные зондирования (ДЗГЭМП) применяют в основном при изучении малых и средних глубин (до 200 м). В процессе зондирования разнос установки L увеличивают в геометрической прогрессии (с коэффициентом 1,25 — 1,6) от 5 до 500 м. Максимальный разнос L по инструкциидолжен в 2 — 5 раз превосходить глубину залегания опорного горизонта.

Верхнюю рабочую частоту f_р выбирают из условия необходимости проведения измерений в ближней зоне источника так, чтобы L ≤ λ/ 10.

Исходя из (4.39) это условие запишется в виде:

. (4.40)

Обычно f_p = 10 Гц - 10 кГц.

Дистанционные зондирования могут выполняться с различной аппаратурой, использующей гармонические поля звукового диапазона частот.

Источником поля обычно служит разложенная на поверхности квадратная многовитковая генераторная петля со стороной L до 10 м, подключенная к генератору .

Прием магнитных (Н) и электрических (Е) компонент поля осуществляется несколькими датчиками, одновременно или поочередно подключаемыми к измерительному устройству. В качестве входных преобразователей магнитного поля (Н) используют магнитоиндукционные датчики и, в частности, наземные многовитковые (п витков) квадратные петли со стороной l до 10 м, а электрического поля (Е) — обычные заземленные приемные линии МN размеромдо нескольких десятков метров.

В процессе зондирований на каждом разносе измеряются либо амплитуды компонент магнитного поля Н_г, H_φ , H_z, либо отношение осей эллипса поляризации магнитного поля (b/a), либо импеданс . Амплитуду какой-либо j-й составляющей магнитного поля (j = r, φ, z) рассчитывают по измеренной величине ЭДС (ΔU_MN) на выходе МИД или приемной петли:

, (4.41)

где G_f — чувствительность МИД (или петли) для рабочей частоты f_р. Поле Е находят, нормируя ΔU_MN на величину L_MN :

. (4.42)

Найденные значения H_j, E_φ, b/а позволяют рассчитать кажущееся сопротивление разреза р_м для некоторого разноса установки L и частоты поля f_р:

. (4.43)

За центр зондирования принято считать место расположения неподвижной генераторной петли. Для изменения разноса L при зондировании перемещают приемный диполь.

Результаты ДЗГЭМП представляют, подобно ВЭЗ и ДЭЗ, на двойных логарифмических бланках (зависимость ρ_ω от L ) и в виде разрезов изоом.

После качественной интерпретации материалов зондирования (карт и разрезов изоом, карт типов кривых и т. п.) выполняется их количественное истолкование с помощью палеток, программ подбора на ЭВМ и корреляционных зависимостей, полученных на участках с известным геологическим строением.

Для контроля за качеством зондирований и правильностью выбора условий регистрации кривых ρ_ω измерения могут дублироваться путем наблюдений на одной-двух дополнительных частотах, отличающихся от основной рабочей частоты в 1,5 — 2 раза. Это позволяет повысить достоверность работ, а сами зондирования при этом становятся по существу комбинированными, в которых меняют как L, так и f_р.

Частотные зондирования отличаются от дистанционных тем, что разнос (L) установки остается постоянным при изменении частоты поля f в широком диапазоне (от 10^-2 до 10² — 10⁴ Гц).

Помимо уже рассмотренных установок, в ЧЗ в качестве источника поля часто используется электрический диполь (рис. 4.29). Приемный диполь, параллельный генераторному, или приемная петля (рис. 4.29, а) обычно располагается вблизи экваториальной области такого источника поля (φ ≈ 90 ± 20°). При одном положении генераторной установки в разные от нее стороны могут располагаться несколько приемных диполей, т. е. одновременно можно выполнять несколько зондирований. За точку (центр) зондирования принимается середина разноса установки L. Иногда применяют и осевую установку ЧЗ (рис. 4.29, б), где φ ≈ 0.

При глубинных поисках нефтегазоносных структур опорные геоэлектрические горизонты обычно залегают на глубине 2 – 3 км. В этом случае расстояние между питающими диполями и точками измерения поля достигает 10 – 20 км. Глубинные частотные зондирования обычно выполняют в поле электрического диполя с дипольно-экваториальными установками.

Диапазон частот определяется главным образом требуемой глубиной исследования. Из теории частотного зондирования (Ю. В. Якубовский, И. В. Ренард,1991) следует, что оптимальный разнос L должен приблизительно в 5 раз превышать необходимую глубину исследования (L > 5h), а верхняя рабочая частота fв связана со средним сопротивлением ρср надопорной толщи и ее мощностью Н (в км) соотношением:

. (4.44)

Рис.4.29. Установки, применяемые в методе частотного зондирования: а – экваториальная (φ = 90⁰), б – осевая (φ = 0^о), в – азимутальная, г – форма импульса тока и регистрируемого сигнала. Обозначения: Г – генератор, ПП – приемная петля, У – усилитель, Р – регистратор, О₁, О₂, О₃ – центры (точки записи) установок.

При глубинных структурных исследованиях, связанных с поисками нефтегазовых структур, частоты изменяют 0,01 до 100 Гц. Для изучения верхней части разреза ( в пределах первых сотен метров) диапазон частот сдвигают в сторону высоких частот (10 Гц – 10 кГц)

Нижняя рабочая частота (fн) обычно берется на 2 — 3 порядка меньше fв. Шаг изменения частоты при ЧЗ составляет 1,3 — 2.

В процессе ЧЗ на каждой частоте измеряют либо компоненту электрического поля Е_Х, параллельную оси питающего диполя, либо вертикальную компоненту магнитного поля Н_Z. Технически легче измерять Е_Х, особенно на нижних частотах рабочего диапазона. Поэтому при отсутствии в разрезе высокоомных (экранирующих) горизонтов, залегающих выше опорного горизонта, измеряют только Е_Х. При наличии экранирующих горизонтов необходимо измерять Н_Z, поскольку высокоомный пласт не препятствует распространению магнитного поля на глубину.

Работы методом ЧЗ выполняют с помощью электроразведочных станций, смонтированных на автомобилях повышенной проходимости.

По результатам измерений определяют кажущееся удельное сопротивление

, (4.45)

и фазу Φ_ω = Φ_раб - Φ_оп, где ΔU – ЭДС в датчике электрического и магнитного полей при частоте поля ω (мкВ), J – сила тока в питающем диполе (А), Φ_раб – фаза ЭДС в датчике, Φ_оп – фаза опорного сигнала, К – коэффициент установки, рассчитываемый по формулам:

(4.46)

В формулах (4.46) n – число витков в петле, a – площадь петли, м², L – расстояние между центрами диполей, м, r_AB и r_MN – размеры диполей, м, угол φ пояснен на рис. 4.29.

По данным полевых наблюдений строят графики кажущегося сопротивления на билогарифмическом бланке (как в методе ВЭЗ) с модулем 6,25. По оси ординат откладывают lg (ρ_ω) или фазу Φ_ω, по оси абсцисс – логарифм . Эти графики являются основным материалом, по которому выполняют интерпретацию результатов полевых наблюдений.

Интерпретация результатов ЧЗ может носить качественный и количественный характер.

Приемы качественной интерпретации сходны с таковыми для зондирований постоянными полями с той разницей, что роль разносов играет частота поля.

Количественная интерпретация может быть палеточной или беспалеточной.

Расчеты теоретических кривых ЧЗ весьма сложны вследствие зависимости поля от разносов. Пользоваться при интерпретации весьма большим числом таких кривых неудобно.

Расчеты упрощаются и число кривых ограничивается, если рассматривать предельные асимптотические случаи, отвечающие следующим условиям.

1. Поле исследуется либо в волновой (дальней) зоне, т. е. на расстояниях, существенно превышающих длину волны в породах, либо в индукционной (ближней) зоне, т. е. на расстояниях, которые значительно меньше длины волны.

2. Опорный электрический горизонт обладает бесконечно высоким сопротивлением. Последнее весьма характерно для опорных горизонтов, используемых при поисках структур, благоприятных для скопления нефти и газа.

Интерпретацию полевых графиков ЧЗ с использованием палеток теоретических кривых проводят приемами, сходными с теми, которые применяют при интерпретации ВЭЗ.

Для разрезов типов Н и А справедлив принцип эквивалентно­сти по S₂, однако пределы, в которых он справедлив, несколько уже, чем для зондирований в постоянных полях.

Для разрезов типов Ки Q справедлив принцип эквивалентно­сти по h₂, т. е. форма кривых этого типа для достаточно больших значений ρ₂ зависит только от h₂. Это обстоятельство, очевидно, облегчает интерпретацию кривых типов К и Q, так как при их интерпретации предварительное знание ρ₂ не является обязательным.

Для разрезов с бесконечно высоким сопротивлением опорного горизонта по кривым ЧЗ обычно определяют S надопорной толщи.

Для этого правую прямолинейную асимптоту кривой ЧЗ продолжают до пересечения с единичной осью бланка ( ρ_ω = 1 Ом-м). Величину S при этом определяют из соотношения

, (4.47)

где — абсцисса точки пересечения.