1.4. Установки метода сопротивлений

Термин "установка" в электроразведке методом сопротивлений используется для обозначения взаимного расположения питающих (A, B) и приемных (M, N) электродов. Выбор установки является важнейшим элементом методики электроразведки и зависит от геологических задач, технологических условий, используемой аппаратуры, глубинности исследований, уровня помех. Хотя за время существования метода было предложено большое количество различных установок, новые варианты продолжают появляться и эта тема кажется неисчерпаемой. Рассмотрим основные типы установок и некоторые соображения их выбора (см. рис.2.1).

По числу движущихся или "рабочих" электродов различают установки двухэлектродные (AM), трехэлектродные (AMN), четырехэлектродные (AMNB, ABMN и др.) и многоэлектродные. В двухэлектродной установке всего 4 электрода, но два из них отнесены в "бесконечность" и поэтому их влиянием пренебрегают.

1) симметричная четырехэлектродная градиентная установка Шлюмберже (MN<<AB), 2) установка Веннера (MN=AB/3), 3) дипольная осевая (r=OO', AB, MN < r), 4) комбинированная (AMN+MNB), т.е. объединяющая две трехэлектродных, 5) двухэлектродная потенциал-установка AM, 6) дипольная экваториальная установка. Список установок можно продолжать долго. Например установка Шлюмберже часто используется для ЭП с двумя разносами электродов AB, различающимися в 2-4 раза.

Метод сопротивлений используется для трех основных видов исследований: зондирования, профилирования и изучения анизотропии негоризонтальных напластований азимутальными (круговыми) наблюдениями (зондированиями или ЭП). В каждом из них свои критерии выбора установок.

Рис.1.2. Графики ЭП над вертикальным контактом для установок AM (U) и AMN (E)

Например для зондирования горизонтально-слоистых сред установки Шлюмберже и дипольная экваториальная теоретически эквивалентны, а для изучения анизотропии негоризонтальных напластований резко различны: первая дает эллипс анизотропии с отношением осей , а вторая - пропорциональный ⁵. При профилировании наибольшие отличия имеют градиентные (E) и потенциальные (U) установки: первые на контактах сред с разными сопротивлениями дают резкие аномалии, так как напряженность поля на контакте терпит разрыв, а вторые - более плавные аномалии, так как потенциал на тех же границах непрерывен (рис.1.2). При ЭП по разному ведут себя дипольная осевая и симметричная градиентная установка Шлюмберже (рис.1.3). Для симметричной установки токовые линии вблизи точки измерения (под MN) преимущественно горизонтальны, а для дипольной осевой - почти вертикальны. Если объектом поиска является тонкий пласт высокого сопротивления, то максимальная аномалия над ним получится, когда токовые линии будут перпендикулярны пласту. Над проводящим пластом максимальная аномалия получится при ориентации токовых линий вдоль пласта. Поэтому вертикальный пласт высокого сопротивления сильнее проявится в установке СЭП, а проводящий пласт - в ДОП (за счет концентрации в пласте токовых линий). Тонкий горизонтально лежащий проводящий пласт сильнее отразится в установке СЭП, а плохо проводящий - в ДОП.

Рис.1.3. Структура поля для установок Шлюмберже и ДОП

Установка ДОП нашла широкое применение для ЭП, а ДЭП - для зондирования и азимутальных исследований анизотропных сред. Дипольные установки используются при глубинных электрических зондированиях, т.к. требуют меньшей длины проводов, но нуждаются в мощных источниках тока.

Установка срединного градиента обеспечивает максимальную производительность, возможность работы с несколькими измерителями одновременно, но требует довольно мощных источников тока.

Выбор установок определяется характером решаемых задач, а более узко - моделью среды. Большое разнообразие моделей способствует появлению новых установок. Заранее точная модель среды обычно не известна, поэтому выбор установки должен опираться на обобщенную (базовую) модель среды и соображения технологического характера.

Потенциал и электрическое поле точечного источника постоянного тока над однородным полупространством определяются формулами:

Из этих формул легко определить истинное сопротивление однородного полупространства -. Эта величина в случае неоднородных сред получила название кажущегося сопротивления -_к.

Кажущееся сопротивление в методе сопротивлений рассчитывается по сходным для разных установок формулам:

в которых K, - есть величина обратная к величине потенциала или плотности тока в однородном полупространстве (нормального поля). Эту формулу для анализа аномалий _к удобно преобразовать к виду:

где j₀ - плотность тока в однородном полупространстве, j_MN - плотность тока вблизи измерительных электродов в реальной среде, а _MN - сопротивление среды в секторе между эквипотенциальными линиями, проходящими через электроды M и N и ограниченном снизу токовой линией для условно максимальной глубины исследования.

Локальные объекты высокого и низкого сопротивления, попадая в сектор между эквипотенциальными линиями M и N, изменяют _MN, а заставляя ток обтекать высокоомные объекты и концентрироваться в низкоомных объектах, изменяют j_MN.

Рис.1.4. Изменение глубинности для линий MN разной длины.

При этом величина MN, является фактором относительного управления глубинностью (рис.1.4). При уменьшении MN сектор между эквипотенциальными линиями M и N становится уже и сравнивая этот сектор с лучом фонарика можно сказать, что становясь более концентрированным он осредняет меньший объем среды и увеличивает относительный вклад удаленных объектов, т.е. светит дальше. Однако удобнее управлять глубиной с помощью разноса питающих электродов AB в установке Шлюмберже или расстояния между диполями r=OO' в дипольных установках (смотри далее рис.3.3 и текст к нему).

Рис.1.5. Идея поочередных наблюдений с установками AMN и MNB.

В МГУ широко используют в практике зондирований трехэлектродную двухстороннюю (или комбинированную) установку, предложенную проф. А.С.Семеновым. Конечно необходимость организации заземления в "бесконечности" создает некоторые затруднения, но преимущества при выполнении зондирований неоднородных сред весьма заметны. Используя аналогию точечного источника и источника света ("фонарика"), можно утверждать что поочередная подсветка объекта то с одной, то с другой стороны, позволяет более наглядно почувствовать его форму (рис.1.5).

Большой и до конца не осознанной проблемой электрических зондирований и метода сопротивлений в целом является искажение наблюдений мелкими приповерхностными неоднородностями (или влияние геологических помех).