Частотно-дистанционные электромагнитные зондирования сред с дисперсией удельного электрического сопротивления

• Автор: Бобров, Никита Юрьевич
• Шифр специальности: 04.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 104 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ В ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЕ (ОБЗОР)
1Л. Феноменологический подход при изучении низкочастотной дисперсии
1.2. Эмпирические зависимости, используемые при математическом моделировании низкочастотной дисперсии
1.3. Основные результаты изучения низкочастотной дисперсии при индуктивном возбуждении электромагнитного поля
1.4. Эффект Максвелла-Вагнера в горных породах как возможная причина низкочастотной дисперсии
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ МАГНИТНЫМ ДИПОЛЕМ В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ С УЧЕТОМ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ
2.1. Постановка задачи
2.2. Методика частотно-дистанционных изопараметрических зондирований
2.3. Поле вертикального магнитного диполя над однородной диспергирующей средой
2.4. Частотно-дистанционные изопараметрические зондирования двухслойных сред с дисперсией в одном из слоев
2.5. Частотно-дистанционные изопараметрические зондирования трехслойной среды типа Н с дисперсией во втором слое
2.6. Частотно-дистанционные изопараметрические зондирования четырехслойной
среды типа Н-К с дисперсией во втором слое
2.7. Низкочастотная дисперсия при дистанционных зондированиях
3. ПРОЯВЛЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЯХ МЕРЗЛЫХ ПОРОД
3.1. Геологическое строение мерзлотных разрезов в районе работ (Бованенковское ГТСМ)
3.2. О мегодике оценки параметров дисперсии
3.3. Низкочастотная дисперсия при частотно-дистанционных
изопараметрических зондированиях
3.3.1. Площадки # 63 и #
3.3.2. Площадка #64
3.3.3. Площадка #52
3.4. Низкочастотная дисперсия при дистанционных зондированиях
3.5. Низкочастотная дисперсия при зондированиях становлением поля в ближней зоне
4. О ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ПОРОД
4Л. Структурные модели диспергирующих сред. Модель эффекта Максвелла-
Вагнера применительно к мерзлым породам
4.2. Частотная дисперсия в килогерцовом диапазоне по данным ЭМЗ
и современные представления об электрических свойствах мерзлых пород
4.2.1. Особенности электрических свойств мерзлых осадочных пород
по результатам измерений на искусственно приготовленных образцах
4.2.2 Сравнение параметров дисперсии по данным ЭМЗ с результатами лабораторных измерений электрических свойств мерзлых глинистых пород естественного состава
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В последние годы в геоэлектрике заметен устойчивый интерес к наблюдаемым при работах индуктивными методами процессам и явлениям, которые не находят объяснения в рамках классических представлений об электрических свойствах горных пород. Теория современных электромагнитных методов разведки основывается на решении уравнений Максвелла в кусочно-однородных средах, характеризующихся набором материальных констант - ет, //, е. Большинство горных пород являются немагнитными средами, для которых ц ~ /л о — 4л-10 7 Гн/м. В однородной среде сг характеризует движение свободных зарядов, происходящее синфазно с возбуждающим электрическим полем - ток проводимости, а - колебательное движение связанных зарядов - ток смещения, сдвинутый по фазе на к/ 2 относительно поля. Электромагнитное поле связано с параметрами среды через волновое число к, квадрат которого
кг - ющ(т - со2ре,
где со=27$, / - частота поля. Как правило, в диапазоне частот 1 кГц - 1 МГц, используемом в низкочастотной индуктивной электроразведке, пренебрегают влиянием токов смещения, полагая сое «а, и рассматривают квазистациоиарную модель поля, для которой к = фа/иа
Реальные горные породы являются сложными гетерогенными полифазными образованиями. При протекании в них электрического тока на границах неоднородных по электрическим свойствам областей происходят сложные электрофизические и электрохимические процессы, сопровождаемые макроскопическим разделением зарядов, т е. поляризацией. Движение носителей заряда в поляризующейся среде происходит с дополнительным, зависящим от частоты, сдвигом фаз по отношению к первичному полю, а значит, электропроводность среды становится комплексной и частотно-зависимой. Таким образом, поляризация горной породы приводит к частотной дисперсии ее электрических свойств, хотя в геофизической литературе эти термины часто используют как синонимы, не разделяя причину и следствие. Чтобы подчеркнуть различие с частотной дисперсией в ИК, оптическом и УФ диапазонах, вызываемой поляризацией атомов и молекул вещества, в геоэлектрике применяют термин “низкочастотная дисперсия” ЩЧД). Во временной области параметры поляризующейся среды обладают переходной характеристикой, т.е. последействием или памятью.

На рисунках 2.1, 2.2 представлены зависимости от параметра установки вещественных и мнимых частей вертикальной (//,) и горизонтальной (//,) компонент нормального поля НМД для разных значений поляризуемости. При зондированиях поляризующейся среды имеет значение, за счет изменения частоты или разноса меняется параметр установки, поскольку важным оказывается не только отношение разноса к длине волны в среде, но и периода поля к постоянной времени релаксации (поскольку в формулу Коула-Коула входит произведение сот ). В данном случае постоянная г для всех кривых одна и та же, а изменение параметра осуществлялось за счет изменения частоты при неизменном разносе.
Компоненты нормированы на первичное поле ВМД. Для удобства представления логарифмические оси ординат для положительных и отрицательных значений соединены на одном рисунке. На графиках введена дополнительная ось <уг . Можно видеть, что область наиболее быстрых изменений компонент поля, связанных с дисперсией, находится в интервале значений сот ~ 1, где максимально отношение токов смещения к токам проводимости. При изменении т искажения будут проявляв ься на других частотах, то есть при других значениях параметра. Наименее подвержена искажениям вещественная часть компоненты //, (в масштабе рисунка кривые для разных поляризуемостей сливаются в одну). Величина мнимых частей компонент //, и //, уменьшается на низких частотах за счет дисперсии. Наибольшее влияние дисперсия оказывает на вещественную часть компоненты Нг. В интервале значений параметра установки, соответствующем сот ~ 1, Не Нг испытывает смену знака, которая имеет место даже при малых значениях поляризуемости (/; = 0.3 в наших расчетах), когда изменения других составляющих практически не заметны.
Угол наклона большой оси эллипса поляризации у (рис.2.3) возрастает в области дисперсионных искажений, что приведет к увеличению значений рассчитываемого по кажущегося сопротивления. При больших поляризуемостях значения у повышаются вплоть до 90° и более. Определение кажущегося сопротивления при таких искажениях теряет смысл.
На рисунке 2.4 можно видеть, как ведет себя угол у при изопараметрических зондированиях полупространства при наличии и в отсутствии НЧД. Над однородной не-поляризующейся средой, как следует из определения изопараметрических зондирований, угол постоянен на всех частотах. Если имеет место дисперсия, на низких частотах