Метод ВП
Технология ВП, основанная на измерении вызванной поляризации, представляет собой эффективный инструмент для изучения геологической среды до глубин порядка нескольких сотен метров. Область ее применения включает поиск и разведку нефтегазовых и рудных месторождений, геокартирование, гидрогеологические и экологические изыскания.
Физические основы и области применения метода ВП
Метод вызванной поляризации (ВП) основан на изучении полей, создаваемых вторичными электрическими зарядами [Хмелевской, 1984; Жданов, 1986]. Эти заряды возникают в земле при пропускании через нее постоянного или низкочастотного (до 100 Гц) электрического тока.
Вторичные заряды образуются только в неоднородных средах, состоящих из твердой и жидкой фаз. В таких средах на границе фаз существует двойной электрический слой, для которого характерно упорядоченное положение ионов. При появлении внешнего источника поля наличие такой упорядоченной структуры способствует развитию сложных электрохимических процессов. При этом на одних участках постепенно, во время воздействия внешних, сторонних источников поля накапливаются заряды положительного, а на других — отрицательного знака. Таким образом, в среде образуются электрические диполи, которые и являются источниками поля ВП. При отключении внешнего поля вторичные заряды постепенно рассасываются.
Области применения метода ВП
Явление вызванной поляризации протекает весьма интенсивно при наличии в среде электронопроводящих минералов. Поэтому метод ВП является основным методом рудной геофизики [Комаров, 1980]. Причем, поскольку интенсивность аномалий ВП пропорциональна площади поверхности электронных проводников, метод позволяет картировать не только массивные, но и вкрапленные руды. Очевидно, что метод ВП может успешно применяться и при изучении техногенных металлических объектов (трубопроводов, металлических резервуаров и др.).
Геохимические процессы, связанные с наличием углеводородов в горных породах, могут в определенных условиях приводить к образованию минералов с электронной проводимостью. Это явление открывает перспективы использования метода ВП для поиска и картирования месторождений углеводородов.
Кроме того, метод ВП используется для решения гидрогеологических и геоэкологических задач. В основе этого лежит зависимость вызванной поляризации от содержания в породах воды и ее минерализации. Наконец, он применяется при геокартировочных работах в комплексе с методом сопротивлений.
Методика измерений вызванной поляризации
Рассмотрим в качестве примера четырехэлектродную установку AMNB, расположенную на поверхности среды, содержащей рудное тело. Через питающие электроды AB в течение некоторого времени пропускается электрический ток. Разность потенциалов на приемных электродах MN отвечает суммарному влиянию поля первичных токов, стекающих с AB, и поля вторичных токов вызванной поляризации. После включения тока среда начинает заряжаться, и поле вызванной поляризации нарастает. Затем процесс вызванной поляризации выходит на насыщение, и разность потенциалов в приемной линии MN перестает меняться. После выключения тока поле ВП спадает по тому же временному закону, по которому оно нарастало при включении.
Измерив разность потенциалов DUПР во время пропускания тока (перед выключением), а через некоторое время после выключения тока – разность потенциалов ΔUВП, можно определить параметр ηk = (ΔUВП / ΔUПР) · 100%. Этот параметр характеризует интенсивность процесса вызванной поляризации и называется кажущейся поляризуемостью. Над однородным полупространством, обладающим объемной поляризацией, кажущаяся поляризуемость совпадает с истинной поляризуемостью полупространства.
В принципе возможна регистрация явления вызванной поляризации и во время пропускании тока. Однако такие измерения недостаточно точны, поскольку в этом случае поле ВП наблюдается на фоне более сильного первичного поля.
Очевидно, что кажущаяся поляризуемость зависит от времени задержки момента измерения поля ВП с момента выключения тока, а также от времени пропускания тока (в случае, если процесс ВП не вышел на насыщение). Обычно время задержки выбирается равным 0.5 с. Для исследования временных характеристик процесса ВП измерения проводятся на нескольких задержках. Время пропускания тока стараются выбирать из условия полной зарядки среды, однако оно не должно быть слишком большим, чтобы не снижать производительность работ. Обычно оно составляет от нескольких секунд до первых десятков секунд.
В большинстве случаев при работах методом ВП, используются те же установки, что и в методе сопротивлений. Иногда при плохих условиях заземления используются технологии, основанные на индуктивном возбуждении и регистрации поля.
При выполнении профилирования методом ВП часто применяется установка срединного градиента (СГ). Эта установка существенно снижает трудозатраты, позволяя с одного положения питающих электродов проводить наблюдение по одному или нескольким профилям, находящимся в средней трети линии АВ. Последнее время при проведении работ методом ВП-СГ как правило применяются многоканальные измерители и многоэлектродные приемные косы (например ИМВП), что позволяет одновременно проводить регистрацию с нескольких линийMN и существенно снизить время измерений.
При работах не горизонтально-неоднородных средах используются типичные установки электротомографии (см. раздел томография).
Интерпретация данных метода ВП
Интерпретация данных профилирования ВП
В результате профилирования методом ВП строятся графики, карты графиков и карты изолиний параметров, характеризующих поляризуемость среды (ηk, PFE, Δφ и др.). На основе анализа этих материалов выделяют аномалии поляризуемости. Обычно аномалия считается убедительной, если она в 1,5 – 2 раза отличается от величины фонового значения. При наличии локальных аномалий определяют также некоторые элементы залегания аномальных объектов (при этом используются простые формулы, как в магниторазведке).
При проведении работ методом ВП помимо параметра поляризуемости определяют также кажущееся сопротивление. Их совместный анализ позволяет проводить отбраковку аномалий ВП. Известно, что аномалии поляризуемости, коррелируемые с областями повышенного кажущегося сопротивления, могут отражать изменения литологии пород. В то же время некоррелируемые аномалии повышенной поляризуемости могут свидетельствовать о наличии электронопроводящих минералов.
Интерпретация данных зондирования ВП
В случае зондирования определяются кажущаяся поляризуемость ηK и кажущееся сопротивление ρК в некотором диапазоне разносов. Кривые ρК и ηK интерпретируются так же, как и в методе сопротивлений. Основным методом интерпретации является одномерный подбор кривых. Однако помимо сопротивлений и мощностей слоев подбираются также их поляризуемости.
Обычно на первом этапе путем перебора сопротивлений и мощностей слоев добиваются совпадения наблюденной и модельной кривых ρК. Далее выбираются значения поляризуемости слоев, обеспечивающие соответствие теоретических и полевых кривых ηК. Если кривые ηК нельзя подобрать (невязка превышает 15-20%), то это означает, что необходимо вернуться к интерпретации кривой ρК, изменив стартовую модель геоэлектрического разреза ρ(z). На последнем этапе все параметры корректируются таким образом, чтобы в результате было получено хорошее совпадение наблюденных и модельных кривых ρК и ηК. Когда подобранный разрез ρ(z) соответствует реальному геоэлектрическому разрезу, невязка между теоретической и полевой кривой ηК резко уменьшится, и разрез η(z) будет близок к истинному. При подборе необходимо учитывать имеющуюся априорную информацию.
Для одномерного подбора может использоваться программа IPI, обладающая развитым графическим интерфейсом. При работе с нестандартными установками следует применять программу MSU_DC1D, в основе которой лежит процедура решения прямой задачи для произвольного положения питающих и приемных электродов.
При работах с установками электротомографии для интерпретации данных используются программы двумерной инверсии, такие, как «Res2Dinv», «Zondres2D».
