3.5.3. Електричне зондування

Електричне зондування - модифі­кація методу опорів, при якій відстань між живлячими електродами або між живлячими і приймальними лініями поступово збільшується. Чим більше ця відстань тим більше глибина проникнення струму, а виміряний уявний опір характеризує породи, ростошування на більшій глибині.

Виміряючи уявні опори уста­новками з різною глибинністю дослідження можна розвідати геоелектричний розріз по вертикалі так само, як за допомогою буріння вивчається геологічний розріз. Застосовуються електри­чне зондування для вивчення шаруватих геологічних розрі­зів з кутами падіння, меншими 20°.

Розрізняють дві модифікації зондувань: вертикальні електричні зондування (ВЕЗ), вживані для розвідки невеликих глибин (до 300 - 500 м), і дипольні електричні зондування (ДЕЗ), вживані для розвідки глибин понад 400 м. Вертикальне електричне зондування виконується частіше за все симетричній (чотириелектродної). У вибраній для зондування точці у центру встановлюється електророзвідувальний прилад, батарея, дві котушки з дротом для рознесення живлячих електродів і на невеликій відстані (1 - 2 м) один від одного заземляються два приймальні електроди MN. Напрям, в якому повинні розноситися живлячі і приймальні лінії вибирається по міркуваннях геологічного і топографічного порядку і повинне бути прямолінійним. Уздовж напряму лінії MN за­земляються живлячі електроди на відстані 1,5 - 3 м від цент­ра і проводиться вимірювання струму в живлячій лінії і напруги.

Далі розноси живлячих електродів послідовно збільшується (у геометричній прогресії). При збільшенні розносів зміряні значення бу­дуть характеризувати всі великі і великі глибини. За наслідками вимірювання на спеціальному бланку з логарифмічним масштабом по осях координат будується крива ВЕЗ.

Звичайно точки зондувань розташовуються уздовж розвідувальних ліній. Відстані між сусідніми точками ВЕЗ міняються від декількох десятків метрів до декількох кілометрів і повинні бути менше глибин залягання структур, що вивчаються.

Залежно від категорій місцевості, відстаней між точ­ками, пори року 3 - 10 чоловік можуть виконати за зміну від 3 до 20 крапок ВЕЗ при максимальних розносах 500 - 100 м або від 1 до 10 крапок ВЕЗ при максимальних розносах 3000 - 1000 м. Якщо треба вивчити великі глибини (декілька стільників метрів), то в певних геоелектричних умовах розноси АВ приходиться збільшувати до 10 км. При таких розносах проводити ВЕЗ по технічних міркуваннях дуже складно. В цьому випадку краще використовувати дипольні установки (азимутні, ра­діальні і ін.). При дипольних електричних зондуваннях (ДЕЗ) вимірюється уявний опір при різних відстанях або розносах (R) між живлячим і приймальним диполем. При цьому рознесення здійснюється або в одну сторону від нерухомої генераторної групи (одностороннє ДЕЗ), або в одну, потім в протилежну сторону (двостороннє ДЕЗ).

Дипольне зондування здійснюється у такій послідовності. Спочатку проводиться топографічна підготовка робіт. Залежно від умов пересування електророзвідувальних станцій ДЕЗ може виконуватися по криволінійних маршрутах приуроченим до доріг, річок і ділянок, до яких може під'їхати польова лабораторія. Після цього польова лабораторія переїздить в нову крапку. По отриманих значеннях на бланках з подвійним логарифмічним масштабом будується крива ДЕЗ причому по горизонталі відкла­даються R (в азимутному і екваторіальному або в радіальному і осьовому зондуванні).

Продуктивність робіт від 0,5 до 5 точок односторонніх ДЕЗ в зміну залежно від довжини максимальних розносів і умов пересування машин.

Електричне зондування підрозділяються на рекогносцирувально-маршрутні, виконувані по окремих маршрутах, при­уроченим до доріг, і площадкові, коли точки зондувань рівномірно розташовуються за площею, що вивчається. Профілі зондувань вибираються вкріст передбачуваного простягання порід. Відстані між сусідніми точками розташування центрів ДЕЗ (місцеположення генераторної групи) повинне бути дещо менше а максимальне рознесення в 5 - 10 разів більше глибин, що вивчаються.

Інтерпретація кривих ВЕЗ і ДЕЗ буває якісною і кількісною. Якісна інтерпретація зводиться до виявлення по кривих геологічних горизонтів і ув'язці їх з геологічни­ми шарами. В результаті якісної інтерпретації можна складати уявлення про геоелектричний розріз площі, що вивчається, місцеположенні опорних горизонтів. По зміні електричних опорів дається характеристика літолого-фаціальної зміни порід. Кількісна інтерпретація кривих ВЕЗ і ДЕЗ зводиться до визначення потужностей шарів. За сприятливих умов визначаються опори шарів.

У теорії електророзвідки вирішені прямі задачі електричного зондування і розраховані двошарові і тришарові кри­ві практично для будь-яких значень потужностей і опорів. Ці теоретичні криві зібрані в палетки. Теоретичні кри­ві ВЕЗ азимутних і екваторіальних ДЕЗ співпадають і зібрані в один альбом. Радіальні і осьові ДЕЗ зібрані у дру­гий альбом.

Процес кількісної інтерпретації зводиться до суміщення експериментальної (польовий) кривої, викресленої на бланку, з однією або декількома теоретичними криви­ми з альбому палеток. Простіше всього інтерпретувати двошарові криві елект­ричного зондування. Для цього, дотримуючи паралель осей координат двошарової палетки і бланка з викресленою польовою кривою, проводиться поєднання її з однією з теоретичних. Іноді польова крива не співпадає ні з однією з теоретичних, а розташовується між двома сусідніми. В цьому випадку параметри виходять шляхом інтерполяції. Індекси опорів і глибин на палетці відсікають на осях координат польового бланка. Опорними називаються геоелектричні горизонти з високим або низьким опором, з витриманою і достатньо великою потужністю по всьому району робіт.

При інтерпретації тришарових польових кривих вони суміща­ються з теоретичними кривими відповідних типів і однако­вої форми. Чотиришарові і багатошарові криві також можуть бути проінтерпретований за допомогою тришарових палеток, прав­да чим більше шарів, тим точність інтерпретації менше.

Рішення зворотної задачі електророзвідки неоднозначно, тобто польова крива може бути суміщений з декількома теоретичними, а значить, можуть вийти декілька наближені зна­чений, іноді значно відрізняються один від одного. Ця неоднозначність інтерпретації кривих зондувань є слідством так званого принципу еквівалентності, єство якого зводиться до того що над різними в деяких межах розрізами можуть спостерігатися практично однакові криві ВЕЗ.

Для точного визначення потужностей всіх горизонтів необхі­дно знать істинні опори цих горизонтів, так само як при гравірозвідці, потрібно знати густину, а в магніторозвідці - магнітну сприйнятливість.

Опори проміжних горизонтів визначаються шляхом вимірювання на оголеннях, якщо ці шари де-небудь виходять на по­верхонь, у свердловинах, виробленнях. По деяких кривих ВЕЗ можна визначити достатньо точно. Опір можна визначити по зондуванню у свердловини, а іноді по вимірюваннях зразків. Отримавши будь-яким способом опори проміжних горизонтів в одній або декількох крапках можна розрахувати потужності цих горизонтів по всіх точках ВЕЗ площі.

У результаті інтерпретації електричних зондувань будуються геоелектричні розрізи, так само як по свердловинах будуються геологічні. При цьому по горизонталі відкладаються центри зондувань (центри ВЕЗ або точки розташування генераторних груп при двосторонніх дипольних зондуваннях), а по вертикалі глибини до виявлених горизонтів.

Шари з приблизно однаковими опорами об’єднують­ся в окремі горизонти. За електророзвідувальними даними виділяються тільки електричні горизонти і для геологічного тлумачення потрібно знати геологію району а інтерпретацію звістки геофізикам і геологам спільно.

Крім того, за даними зондувань будуються структурні карти по крівлі опорного горизонту і карти потужностей тих або інших шарів. Зіставивши все це з геологічними даними, можливо говорити про відповідні структурні геологічні кар­тах.

Електричні зондування застосовуються для вивчення горизонтальних середовищ (з кутами меншими 20°) і визначення глибини залягання шарів з різними питомими електричними опорами. Результати виходять найчіткішими якщо в розрізі є опорний електричний горизонт, а загальне чис­ло електричних горизонтів не перевищує 5 - 6. Глибинність розвідки - декілька кілометрів.

Електричні зондування застосовуються при:

1. Рішенні задач структурної геології, і зокрема пошуках і розвідці глибинних пологих структур (антикліналей, синкліналей, піднятій, прогинань), картуванні рельєфу кристалічного фундаменту і визначенні глибини його залягання.

2. Рішенні задач, пов'язаних з глибинним геологічним кар­туванням осадових товщ, і зокрема при геоелектричному розчленовуванні осадових товщ і визначенні потужностей окремих шарів оцінці літолого-фаціальної зміни порід за площею і по вертикалі.

3. Пошуках і розвідці корисних копалин осадового походження, таких, як вугілля, сланці, боксит і ін.

4. Рішенні інженерно-геологічних задач, і зокрема визначенні потужності наносів і глибини залягання скельних порід, вивченні сучасних і похоронених стародавніх долин, дослідження обвалів і мерзлоти.

5. Пошуках і розвідці підземних вод, визначенні глибини залягання дзеркала підземних вод і оцінки їх мінералізації (картування прісних і солоних вод).

Не сприяють постановці електричних зондувань наступні умови: розчленований рельєф, велика кількість електричних горизонтів в розрізі (більше 5), наявність у роз­різі пластів - дуже добрих провідників або ізоляторів, що погіршують розвідку під ними, зміна літології по простяганню. Електричне зондування замінює буріння, тому його раніше називали електричним бурінням. Проте повністю з­мінити буріння зондуванням не можна оскільки без опорних свердловин точно проінтерпретувати криві електричних зондувань важко. В сприятливих умовах заміна електричними зондуваннями значної частини буріння не тільки може дати великий економічний ефект але і значно прискорює розвідку. В несприятливих геоелектричних умовах зондування дають низьку точність і інтерпретацію кривих проводять лише якісно.