Влияние анизотропии и неоднородностей на результаты электрических зондирований

• Автор: Перваго, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 04.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 83 с. : ил.

Оглавление

Оглавление
Введение
Глава 1. Приповерхностные неоднородности и искажения кривых ВЭЗ
1.1. Классическая модель среды
1.2. Определение искажений
1.3. Признаки искажений кривых ВЭЗ
1.4. Полная модель и методика ее исследования
1.5. Основные типы искажений кривых ВЭЗ приповерхностными неоднородностями
1.6. Алгоритм "Медиана"
1.7. Модельный пример
1.8. Примеры использования
Выводы к главе
Глава 2. Среды анизотропные по отношению к электрическим свойствам
2.1. Модели анизотропных сред и способы их изучения
2.2. Решение прямой задачи для двухслойной среды с произвольной ориентацией эллипса анизотропией в каждом слое
Потенциал электрического поля в анизотропном пространстве
Граничные условия на контакте двух анизотропных сред
Двухслойная среда с анизотропией в каждом слое
2.3. Расчет потенциала и значений кажущегося сопротивления для различных установок
Трехэлектродная установка
Дипольная экваториальная установка
У-установка
2.4. Анализ свойств кривых ВЭЗ для двухслойной среды с анизотропией
2.5. Практическое применение спектрального подхода при азимутальных наблюдениях
Выбор оптимальной методики
Алгоритмы анализа и интерпретации
2.6. Пакет программ АГИБ-Раск
2.7. Примеры практического применения
Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Введение

Введение
В настоящее время во всех странах мира наблюдается увеличение потребностей в проведении малоглубинных геофизических исследований при решении экологических, инженерно-геологических и археологических задач. Метод сопротивлений является одним из наиболее широко используемых для решения этих задач. С одьой стороны решение подобных задач требует проведения более детальных геофизических работ при одновременном повышении качества интерпретации. Результаты подобных работ практически всегда подвергаются прямой проверке, и от точности интерпретации зависят перспективы дальнейшего применения метода. С другой стороны, работы часто ведутся в трудных условиях: в городах, на промышленных предприятиях, в условиях искусственных техногенных или сильно нарушенных фунтов с высоким уровнем неоднородности физических свойств. Такие противоречия привели к разработке и созданию новых методик полевых наблюдений, новой многоканальной аппаратуры и новых способов обработки и интерпретации. Каждая из этих составляющих необходима для получения качественных результатов.
Актуальность темы. Для работы в таких условиях не подходит стандартная методика, предполагающая проведение разрозненных, произвольно расположенных наблюдений, интерпретируемых в рамках горизантально-слоистой модели. Необходимо проведение профильных или площадных наблюдений с высокой плотностью измерений, что в свою очередь приводит к появлению больших объемов данных и развитию методов 2D и даже 3D интерпретации. Все эти факторы привели к возникновению новой, но все шире используемой модификации электроразведки, называемой в англоязычной научной литературе Electrical Imaging или Electrical Resistivity Tomography (ERT)[Daily, Owen 1992; Griffits, Turnbill, 1985]. В нашей литературе ему соответствует термин СЭЗ (Сплошные Электрические Зондирования). Автоматизированная многоканальная аппаратура, подключенная к системе, состоящей из большого числа электродов (равномерно расположенных по профилю и произвольно коммутируемых), в свою очередь, заметно повышает возможность проведения измерений по этой методике. Появление новых методик наблюдения неминуемо привело к появлению новых алгоритмов интерпретации, таких как RES2INV[Lake, Barker 1994], RESIX (фирмы 1Шефех).
Но в условиях, когда требуется получение достаточно точной и детальной информации о строении верхней части разреза, нельзя забывать о наличии раз лого рода осложняющих факторов.
В большинстве случаев для аппроксимации реальной геологической среды все
Введение

еще широко используется горизонтально-слоистая модель среды с однородными изотропными слоями. Такая модель является наиболее простой и удобной для интерпретации. Однако, для решения задач инженерной геофизики подобная модель не всегда достаточна. Кроме учета слоистости, для более точного приближения модели к реальной геологической среде необходимо учитывать влияние неоднородностей и анизотропии. Особенно остро такого рода проблемы возникают при малоглубинных исследованиях, связанных с изучением верхней части разреза от нескольких метров до десятков метров, так как с одной стороны требуется высокая точность определения параметров геологического разреза, а с другой стороны результаты геофизических исследований легко проверяются с помощью бурения. Но полная, детальная аппроксимация реальной геологической среды моделями, являющимися слоистыми, анизотропными и неоднородными одновременно, настоящий момент невозможна.
На рис.1 [Большаков 1998] схематично изображены различные варианты аппроксимации реальной геоэлектрической модели разреза: ГСС -горизонтально-слоистая среда; Н - неоднородности (ГН - глубинные, ППН - приповерхностные); А - анизотропное полупространство;
ГСС+Н - горизонтально-слоистая среда с неоднородностями; ГСС+А - слоисто-анизотропная среда; А+ППН - анизотропное полупространство с приповерхностными неоднородностями;
А+ГН - анизотропное полупространство с глубинными неоднородностями.
Совместное проявление слоистости и неоднородностей в электрическом поле изучалось с помощью физического моделирования (И.М. Блох, А.Н. Боголюбов, ММ. Авдевич, А.Ф. Фокин и др.). Одновременно развивались аналитические подходы (Н.Г. Шкабарня, В.Г. Шак и др.). Были разработаны алгоритмы численного моделирования (Л.М. Альпин, В.И. Дмитриев, Е.В. Захаров, В.В. Кусков, И.Н. Модин, А.Г. Яковлев,
H.H. Серебрянникова, Т.Ю. Смирнова и др.). В настоящее время теоретические вопросы, связанные с учетом влияния глубинных неоднородностей на электрическое поле в горизонтально-слоистых средах, в целом решены. Результаты этих научных разработок используются в технологиях многоэлектродных электрических зондирований (Loke, Barker, И.Н.Модин, В.А.Шевнин, А.А.Бобачев и др.).
Проблему влияния анизотропии на электрическое поле в слоистых средах рас-
геоэлектрической модели разреза.
Глава 2. Среды с анизотропными свойствами

установке потенциала, как наименее чувствительной к влиянию неоднородностей разреза [Семенов 1958-1983]. Вместе с тем он обнаружил высокую чувствительность к анизотропии дипольной экваториальной установки и изучил особенности ее поля, рассматривая установки с бесконечно малыми и конечными линиями [Семенов 1975]. Практические исследования он проводил на территории Крымской учебной практики ЛГУ, изучая анизотропию пород таврической серии на обнажениях под плато Патиль.
Простирание однородно-анизотропных пород предлагалось определять также с помощью установки срединного градиента с круговыми измерениями напряженности электрического поля в точках, расположенных в пределах средней трети неподвижной питающей линии [Петров 1964]. Ожидалось, что при расположении питающей линии вкрест преобладающего простирания пород ориентировка малых осей полярных диаграмм должна отображать изменения в направлении эквипотенциальных линий, а, следовательно, и простирание пород. В действительности этим способом удавалось определять простирание пород только с весьма большим коэффициентом анизотропии.
Одной из важных задач исследований при изучении анизотропных сред является определение направления и угла падения анизотропной толщи. Для однородноанизотропных пород предложено было направление падения определять путем картирования на дневной поверхности эквипотенциальных линий электрического поля точечного источника тока, погруженного в скважину [Шейнманн 1941; Заборов-ский 1943]. Смещение центра эллипса, образованного эквипотенциальными линиями, относительно проекции положения источника тока на дневную поверхность связано с углом падения пород. Предлагался и другой способ решения этой задачи [Боров-ко 1961]. В направлении, перпендикулярном простиранию пород по обе стороны от точечного источника тока требовалось изучить изменения разности потенциалов между точкой на поверхности и несколькими точками, смещаемыми вниз по горной выработке или скважине. Потенциалы, измеряемые в точках, сдвинутых по направлению падения пород, должны увеличиваться с глубиной, а в точках, расположенных в противоположном направлении, - уменьшаться. Оба способа широко не применялись, так как кроме наличия скважин необходимы условия, позволяющие считать изучаемый разрез однородно-анизотропным. Способы определения элементов залегания горных пород, основанные на применении электроразведочных методов с использованием скважин и горных выработок, были рассмотрены в литературе [Заборовский 1943; Светов и др.. 1966].
В одной из последних работ [Назарова 1997] предлагается для изучения гео-электрических свойств разреза при детальных исследованиях применять специальную