1.5. Аппаратура для электроразведки методом сопротивлений

Наиболее распространенной для электроразведки аппаратурой в конце 80-х годов был комплект АНЧ-3 (АНЧ - аппаратура низкой частоты) на переменном токе частотой 4.88 Гц, разработанный в ВИРГ-Рудгеофизика (Петербург), и выпускавшийся заводом Виброприбор в Кишиневе. В 90-х годах на смену АНЧ-3 пришла аппаратура ЭРА, выпускаемая фирмой "ЭРА" и заводом "Геологоразведка" в городе С.-Петербурге. Достоинства переменного тока в исключении влияния поляризации измерительных электродов, существенно больших чувствительности (пределы измеряемых напряжений милливольтметра ЭРА: от 1 мкВ до 1.999 В, входное сопротивление 5 МОм.) и помехоустойчивости измерений. Это позволило проводить работы с малыми токами (10 мА), безопасными для человека, резко уменьшить вес источников тока (генераторов). В аппаратуре ЭРА, кроме частоты 4.88 Гц, появились режимы постоянного тока и измерений на частоте 625 Гц. На частоте 625 Гц оказываются возможными бесконтактные измерения по методике, разработанной Б.Г.Сапожниковым и другими специалистами НПО "Рудгеофизика", до последнего времени не имевшие аналогов в мире. Они позволяют резко повысить производительность работ в условиях затрудненных заземлений, при работе в зимних условиях и т.д. В 1998 г. в ИКИ (Москва) был разработан генератор на 4.88 Гц, отличающийся существенно меньшими размерами и весом и управляемый одной кнопкой. С 1998 г. выпускается измеритель ЭРА с памятью, позволяющий накапливать все измерения в памяти прибора и затем перекачивать их в компьютер.

Лучшие образцы аппаратуры для метода сопротивлений других стран отличаются от аппаратуры типа ЭРЫ следующим: наличием встроенных микропроцессоров и памяти, позволяющих контролировать работоспособность всех узлов во время работы, гарантировать точность и помехоустойчивость (если отсчет недостаточно точен, он не появится на табло) и запоминать отсчеты. Результаты измерений из памяти прибора могут быть переданы в компьютер для последующей обработки. В последнее время появились приставки, обеспечивающие многоканальность измерения и возбуждения поля для работы с многоэлектродными установками.

2. Электропрофилирование

Рис.2.1 Некоторые типы установок ЭП

Электропрофилирование (ЭП) - модификация метода сопротивлений. ЭП предназначено для изучения геологических разрезов вдоль разведочных линий, профилей, или по площади при наличии в разрезе горизонтальных неоднородностей удельного электрического сопротивления: крутопадающих контактов пород, тектонических нарушений, наклонных пластов, рудных тел, интрузий и т.п.

При электропрофилировании размеры установки остаются неизменными, а вся установка перемещается по профилю от точки к точке. Так как глубинность исследования в основном определяется размерами установки, то при ЭП глубинность остается примерно постоянной. На результаты ЭП оказывают влияние все неоднородности верхней части разреза от дневной поверхности до максимальной глубины, равной 1/3 - 1/10 разноса АВ/2 (или расстояния R между диполями, при использовании дипольных установок).

Для ЭП могут быть использованы различные установки: симметричная четырехэлектродная, трехэлектродная, дипольная осевая и другие. Основные виды установок ЭП приведены на рис.2.1. Здесь показаны установки: Шлюмберже (1) MN<<AB; Веннера (2) MN=AB/3; дипольная осевая (3); установка комбинированного профилирования (включающая две трехэлектродных AMN+MNB); двухэлектродная (АМ) (5); дипольная экваториальная установка (6); установка срединного градиента (7). Выбор той или иной установки определяется характером решаемых геологических задач и структурой поля установки.

Расстояние между точками на профиле (шаг наблюдений) зависит от масштаба съемки (шаг должен быть равен 2-5 мм в масштабе карты) и от поперечных размеров объектов. Рекомендуется выбирать шаг в 2-5 раз меньшим видимой мощности объектов (в горизонтальном направлении) и по возможности равным MN. Направления профилей следует выбирать вкрест простирания изучаемых объектов или структур.

Результаты ЭП вдоль отдельных профилей изображают в виде графиков кажущегося сопротивления _к, рассчитываемого по формуле: _к= U / I, где К - геометрический коэффициент установки (в метрах), U - разность потенциалов на приемных электродах MN (в мВ), I - сила тока в линии AB (в мА). Ниже приведены общая формула для расчета геометрического коэффициента любой установки и полученная из нее формула для коэффициента симметричной четырехэлектродной установки Шлюмберже.

На графиках ЭП по оси абсцисс в линейном масштабе откладывают положения точек наблюдений, а по оси ординат в линейном или логарифмическом масштабе - значения _к. Вертикальный масштаб выбирается из соображений наглядности. Если он арифметический, то ось ординат обязательно начинается с нулевого значения. Когда значения _к изменяются в широких пределах, используется логарифмический масштаб. Теоретически предпочтительнее логарифмический масштаб. Графики ЭП, являются основой для интерпретации, в основе которой лежит качественной соответствие поведения графиков _к и распределения сопротивлений в разрезе. Минимумами _к на графиках ЭП отмечаются локальные объекты низкого сопротивления, а максимумами _к - объекты высокого сопротивления.

При использовании ЭП с двумя разносами AB каждому разносу соответствует своя глубина исследования. Сопоставление графиков ЭП для двух разносов позволяет понять, какие объекты, приповерхностные или глубинные, проявились на графиках, оценить вертикальную мощность этих объектов. Интересно, что ЭП с двумя линиями MN тоже обладает разной глубинностью. Впрочем при профилировании с двумя MN главное - это чувствительность к локальным объектам. Если длина MN больше ширины объекта, реакция ЭП на него (аномалия) резко снижается, а если MN меньше размеров объекта, то реакция (аномалия) - максимальна.

Интерпретация ЭП в основном качественная, в редких случаях количественная. При интерпретации результатов ЭП используется несколько правил.

Первое - качественное соответствие аномалий _к и сопротивлений объекта по отношению к вмещающей среде. Аномалии повышенного сопротивления соответствует объект более высокого сопротивления, а аномалии пониженного _к - проводящий объект.

Второе - над однородным полупространством кажущееся сопротивление совпадает с истинным.

Третье - более резкие изменения _к соответствуют меньшим глубинам их источника.

Четвертое - для более надежной интерпретации ЭП очень важно иметь не один график ЭП, а два или более и сопоставлять их. Это могут быть графики ЭП с разными установками, ЭП с двумя AB или двумя MN.

Пятое - чем лучше мы представляем себе геологическую ситуацию, тем надежнее удается объяснить все особенности ЭП.

Рис.2.2. Графики ЭП по линии Обсерватория - МГРИ и схематический геологический разрез

Первое представление о геоэлектрическом разрезе района практики может дать электропрофилирование по маршруту Обсерватория - база МГРИ (рис.2.2). При использовании установки ЭП с двумя питающими линиями AB = 30 и 100 м с MN 10 м и шагом по профилю 30 м все основные элементы геологического разреза (рис.2.2, Б) четко выявляются на графиках ЭП (рис.2.2, А). С помощью электроразведки получена новая геологическая информация о характере контакта резанских песчаников (K₁h) и биасалинских глин (K₁ap) (ПК 0.48) и о строении г. Придорожной (ПК 2.5-2.7).