Введение к работе
Актуальность темы
Необходимость учета низкочастотной дисперсии (НЧД) электрических свойств геологической среды при проведении электромагнитных зондирований (ЭМЗ) с контролируемыми источниками поля признается большинством геофизиков, работающих в области электроразведки. Вследствие низкочастотной дисперсии эффективная диэлектрическая проницаемость горных пород может достигать аномально больших величин. Это означает, что влияние токов смещения может оказаться заметным даже в том частотном диапазоне, где обычно используется квазистационарная модель поля. До настоящего времени в ходе исследований, влияния НЧД основное внимание уделялось эффектам во временной области при зондированиях методом становления поля (ЗС), таким, как смена знака сигнала, осцилляции кривых зондирований. Дисперсия при зондированиях, выполняемых в частотной области, никогда ранее не выявлялась на практике. Между тем, эта задача является актуальной как с точки зрения повышения достоверности геологической интерпретации результатов ЭМЗ, так и при исследованиях собственно НЧД как природного феномена. Причиной частотной дисперсии являются различного рода поляризационные эффекты в горных породах, поэтому проявления НЧД на кривых зондирований могут рассматриваться как источник дополнительной информации о строении и физических свойствах геологической среды. Учитывая сложность постановки лабораторных экспериментов по измерению электрических свойств горных пород на образцах, оценка по данным ЭМЗ параметров НЧД в горных породах, особенно находящихся в мерзлом состоянии, представляет значительный интерес.
Цель работы заключалась в теоретическом исследовании проявлений НЧД при частотно-дистанционных электромагнитных зондированиях с вертикальным магнитным диполем и экспериментальном изучении мерзлых поляризующихся пород методами ЭМЗ.
Задачи работы
-
Исследование методом математического моделирования влияния НЧД при частотно-дистанционных зондированиях слоистых разрезов с поляризацией в одном из слоев.
-
Выявление мерзлых пород, для которых характерна низкочастотная дисперсия электрических свойств, проявляющаяся при электромагнитных зондированиях в килогерцовом диапазоне частот.
-
Оценка параметров НЧД в мерзлых породах по данным электромагнитных зондирований на п-ове Ямал.
-
Сравнение этих оценок с имеющимися данными об электрических свойствах мерзлых пород по измерениям на образцах.
Научная помпі іа
В ходе проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие новые научные результаты:
определены основные закономерности проявления дисперсии на кривых частотно-дистанционных зондирований в средней зоне источника поля,
впервые экспериментально обнаружено влияние низкочастотной дисперсии в килогерцовом диапазоне при полевых ЭМЗ в частотной области,
впервые параметры НЧД (поляризуемость, время релаксации) в горных породах определены по результатам ЭМЗ как в частотной, так и во временной области,
дисперсия, выявленная по результатам ЭМЗ, рассмотрена в рамках конкретной модели поляризации (эффекта Максвелла-Вагнера на тонких изолирующих перегородках), и получены количественные оценки параметров геометрической модели среды,
впервые проведено сравнение оценок электрических параметров мерзлых пород, полученных в результате полевых электромагнитных исследований, с результатами лабораторных измерений тех же параметров для пород сходного состава, и показано их соответствие.
Практическая значимость результатов
Полученные результаты важны для учета дисперсионных явлений при элекгроразведочных работах индуктивными методами, особенно в районах распространения многолетнемерзлых пород. Применение установленных критериев выделения дисперсионных эффектов на кривых зондирований при работах в частотной области, при одновременном проведении зондирований во временной области, повышает достоверность выявления дисперсии и поляризующихся слоев в геологическом разрезе. В ряде случаев информация о параметрах дисперсии может иметь не меньшую ценность, чем данные о сопротивлениях и границах слоев, извлекаемые при традиционной обработке кривых зондирований. Определение параметров частотной дисперсии при исследованиях, мерзлоты, проведенное в работе, открывает возможность изучения физического состояния мерзлых пород в условиях их естественного залегания методами электроразведки.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на научной конференции «Теория и практика магнитотеллурических зондирований» (Москва, 1994), конференции молодых ученых «Геофизика-97» (Петродворец, 1997), международной геофизической конференции "Москва - 97", на 58-й и 60-й международных конференциях EAEG (Амстердам, 1996, Лейпциг, 1998), ежегодных совещаниях объединенного Научного Совета по криологии Земли (Пущино, 1995-97 гг), а также на объединенном семинаре СПбГУ по проблемам частотной дисперсии (1997).
Публикации
Основные результаты исследований опубликованы в 7 работах.
Объем и структура работы