6. Обработка и интерпретация кривых зондирования становлением поля в дальней зоне.

Работы методом ЗС в дальней зоне выполняются, как правило, с использованием в качестве первичного источника электрического диполя АВ по схеме экваториальной или осевой установки. При измерении электрической компоненты говорят о зондировании электрическим полем (ЗСЭ), при измерении вертикальной компоненты магнитного поля говорят о зондировании магнитным полем (ЗСМ). Обработка материалов обеих модификаций заключается в определении величины измеренного сигнала становления на ряде времен t, отсчитываемых от момента включения (или выключения) токового импульса в питающую линию АВ. Трансформация сигнала становления, нормированного величиной ступенчатого тока в питающей цепи ( ), в кривые ρ_τ дальней зоны для наиболее распространенной экваториальной установки выполняется по формулам:

= - установка АВ - MN;

= - установка АВ - q.

Здесь dU(t) - нормированный сигнал, измеренный между электродами MN или на концах измерительной петли (мкВ), поправочные коэффициенты за недипольность установки, определяемые по специальным номограммам, Θ - угол между осью питающего диполя и осью зондирования, q - эффективная площадь приемной петли (произведение площади одного витка на количество витков в измерительной петле). Экспериментальные

кривые ρ_τ изображаются на билогарифмических бланках. По оси абсцисс бланка откладывается величина , по оси ординат - соответствующее ей значение ρ_τ.

Интерпретация экспериментальных кривых ρ_τ. Основана на свойствах теоретических кривых, рассчитанных для горизонтально-слоистых моделей. Теоретические кривые кажущегося сопротивления в ЗСД представлены зависимостями вида

lg( ) = f(lg( )).

Группа кривых, рассчитанных для однотипной установки, образует палетку теоретических кривых. Точка палетки с координатами x = = 8 и у = = 1 называется крестом палетки. В процессе становления поля над слоистым полупространством, подстилаемым изолирующим основанием выделяется две стадии: волновая и поздняя (или стадия S). Волновая стадия соответствует той части процесса становления, которая формируется первичным полем, распространяющимся по воздуху и проникающим в землю подобно плоской волне. Кривые кажущегося сопротивления, соответствующие волновой стадии процесса становления, не зависят от измеряемой компоненты поля. Отдельные горизонты разреза отражаются на них так же, как и на кривых других разновидностей электромагнитных зондирований (ВЭЗ, ДЗ, МТЗ, волновых кривых 43). Если в разрезе присутствует изолирующее основание, то на временах, для которых τ/Н > 1, кривые оканчиваются асимптотической ветвью, наклоненной к горизонтальной оси под углом 63°25 . Кажущееся сопротивление в пределах асимптотической ветви удовлетворяет уравнению:

= .

Для масштаба практических кривых (ρ_τ = последнее уравнение имеет вид: ρ_τ = .

Асимптота кривых является прямой линией. Горизонтальную ось р_τ = 1 такая прямая пересекает в точке, абсцисса которой _s связана с величиной суммарной продольной проводимости надопорной толщи S соотношением S = 503 .

При τ/Н > 1 (поздняя стадия становления) поле распространяется как по воздуху, так и по изолирующему основанию. Суперпозиция двух волн является причиной того, что кривые ρ_τ^ДЗ зависят от размера установки, измеряемой компоненты поля, суммарной продольной проводимости разреза и параметра становления τ (рис.1).

Рис. 1. Кривые ρ_τ в зоне S для различных компонент поля:

1 - осевая, 2 - экваториальная компоненты электрического поля; 3 - вертикальная компонента магнитного поля.

Подобно волновым кривым в левой части кривые поздней стадии становления поля представлены асимптотической ветвью, удовлетворяющей для практического масштаба уравнению:

= .

При достаточно больших значениях кривые поздней стадии выходят на асимптотические ветви, положение которых определяется видом использованной установки. Например, при гальваническом возбуждении первичного поля кажущееся сопротивление, рассчитанное по измерениям электрических составляющих, определится величиной ρ_лк, которое при данном разносе установки будет получено на постоянном токе. Кривые ρ_τ^ДЗ, построенные по магнитной составляющей поля, заканчиваются ниспадающими асимптотами, положение которых определяется удалением точки наблюдения от источника. Физически такое поведение кривой связано с тем обстоятельством, что магнитное поле постоянного тока не зависит от электрических свойств разреза.

Переходя к рассмотрению вопросов, связанных с интерпретацией кривых ρ_τ ЗС, следует отметить следующее обстоятельство. Зондирование становлением поля в дальней зоне широко применялось в практике электроразведочных работ в 60-х - 70-х годах прошедшего столетия. Имевшаяся в распоряжении электроразведчиков аппаратура позволяла изучать лишь поздние стадии становления. В связи с этим в зависимости от типа изучаемого разреза на кривых ρ_τ. Проявлялись либо левая нисходящая ветвь, область минимума и правая часть кривой (разрезы с мощным проводящим надопорным комплексом), либо только правая ветвь без минимума (разрезы типов А и Н с малой мощностью проводящего промежуточного горизонта). Серьезное затруднение было связано и с ограниченным объемом теоретических кривых для конечных размеров установок и сложностью расчета палеточного материала ЗС из-за малых мощностей существовавших в то время вычислительных средств. В принципе современная аппаратура и уровень теоретического обоснования ЗС позволяют в значительной степени устранить существовавшие ограничения в возможности послойной интерпретации кривых ЗСД. Однако, в настоящее время наиболее детально разработанной оказались разработанными приемы анализа ограниченных кривых ЗСД. Определенную роль при этом сыграло и то обстоятельство, что, начиная со средины 70-х годов прошедшего столетия, сильную конкуренцию зондированию становления в дальней зоне оказала модификация ЗС в ближней зоне.

Как и в других разновидностях электромагнитных зондирований при анализе материалов ЗСД важное значение имеет качественная интерпретация. На этом этапе анализа выясняются закономерности изменения абсцисс и ординат минимумов и максимумов кривых ρ_τ, для чего строятся графики изменения этих параметров по профилям, анализируются карты типов кривых, вертикальные разрезы кажущегося сопротивления и кажущейся проводимости S_k = . При производстве работ встречными установками анализируются кривые, полученные по разные стороны от питающего диполя. Например, при расположении точки наблюдения относительно питающего диполя со стороны падения опорного горизонта повышенного сопротивления кривая ρ_τ окажется заниженной по сравнению с кривой, полученной на встречной установке. По величине и знаку расхождения ρ_τ на встречных установках могут быть выделены участки с постоянным углом падения опорного горизонта (моноклинали), синклинальные и антиклинальные перегибы, резкие изменения глубины залегания опорного горизонта типа сбросов, флексур.

Важная информация может быть получена при сопоставлении кривых ρ_τ, построенных по становлению электрической ρ_τ^зсэ и магнитной ρ_τ^зсм компонент поля. В разрезах, содержащих тонкие промежуточные непроводящие экраны, на характер становления магнитного поля оказывают влияние электрические свойства всей толщи, перекрывающей опорный горизонт, в то время как на становление электрического поля - преимущественно свойства пород, залегающих выше непроводящего экрана. Таким образом, расхождение кривых ρ_τ^зсэ и ρ_τ^зсм служат основанием для выделения в изучаемом разрезе экранирующих пропластков.

Основным параметром, определяемом при количественной интерпретации материалов ЗСД, является суммарная продольная проводимость надоопорной толщи (S). В благоприятных условиях когда на кривой ρ_τ проявляется ниспадающая ветвь, предшествующая минимуму и правой части, с помощью палеток можно попытаться определить глубину залегания опорного горизонта и оценить мощность надопорного проводящего горизонта.

При использовании для интерпретации палеток среди набора палеток выбирается такая, чтобы интерпретируемая кривая наилучшим образом совмещалась с палеточными кривыми в области максимума и минимума, нисходящих и восходящих ветвей. На бланке с интерпретируемой кривой отмечают: положение креста палетки (точка с координатами , ρ_l) , абсциссу точки пересечения линии S палетки с горизонтальной осью бланка ρ_τ = , модули палетки μ_2n и ν_2n, модуль кривой палетки, с которой сoвместилась интерпретируемая кривая d=r/h₁. Вычисляется суммарная продольная проводимость разреза S = 503 . По абсциссе креста находится мощность первого слоя (в километрах): h₁ = 0.395 . Полученное значение h₁ проверяется по величине относительного разноса: d = r/h₁ и значению S₁ = , откуда h₁= S₁. Если все три определения h₁ сильно разнятся, следует вновь обратиться к палеточному материалу и проверить правильность снятия исходных данных или заменить палетку. При совпадении всех значений вычисляется величина S₂ = S_{1 =} S₂^*ρ₂ и H = h₁ + h₂ = Sρ₁. Предполагается, что значения ρ₂ и ρ₁ определены из других источников, например, по результатам ГИС.

Если экспериментальная кривая представлена только правой ветвью, следующей за минимумом (который также может не проявиться на кривой), то по кривой ρ_σ ЗСД удается определить только суммарную продольную проводимость разреза S. Для этого используется палетка поздней стадии из альбома палеток Б.К. Матвеева. Уточненные палетки поздней стадии построены для разрезов типа H и А (рис.3). Палетки построены в логарифмическом масштабе с модулем 6.25. По оси абсцисс отложены значения x = , по оси ординат y = = .

Горизонтальная ось палетки проведена через координату y₁ = l, а вертикальная - через абсциссу x₁ = = 1.

Линия S пересекает горизонтальную ось палетки y₁ = 1 в точке с абсциссой = 2π или = , горизонтальную ось бланка с отметкой ρ_τ = 1 - в точке с абсциссой = . Для определения S бланк с интерпретируемой кривой накладывается на палетку так, чтобы она большинством точек в области максимума, левой и правой ветвей совместилась с одной из теоретических кривых палетки. Значение суммарной продольной проводимости вычисляют четырьмя способами:

• по горизонтальной оси палетки S⁽¹⁾ = ;

• по абсциссе вертикальной оси палетки S⁽²⁾ = ;

• по абсциссе точки пересечения линии S с горизонтальной осью палетки S⁽³⁾ = ;

• по абсциссе точки пересечения линии S с горизонтальной осью бланка S⁽⁴⁾ = 503 .

Совпадение четырех значений с точностью не менее точности измерений (например 5%) свидетельствует о правильном определении S и слабом искажении полевой кривой. В противном случае рекомендуется бланк с кривой переместить относительно палетки так, чтобы вычисляемые разными способами значения S как можно меньше отличались по абсолютной величине. Наиболее чувствительной к действию различного рода помех оказывается левая ветвь кривой, что приводит к отличию реальной кривой от палеточной и называется искажением кривой. При использовании палетки поздней стадии качественно удается оценить величину и знак искажений.

По вычисленным значениям S строятся карты или графики, которые затем используются при оценке гипсометрии опорного горизонта.