поля называют |
и м п е д а н с о м , или в о л н о в ы м с о п р о |
т и в л е н и е м |
р а з р е з а и обычно обозначают через Z Н |
|
Z = EX/HU. |
Импеданс слоистого разреза зависит от мощности 1ц и волновых чисел кі горизонтов, слагающих этот разрез, от частоты поля со, а также от координаты z вдоль оси, совпадающей с направлением распространения волны:
Z (%) — Ф (hi, hg, hg, . . ., hn_ii |
ki, kg, kg, . . ., kn‘, со). |
(X.l) |
В зависимость указанного типа |
входят известные функции, |
и поэтому имеется практическая возможность для расчета импеданса по заданным параметрам разреза, частоте поля и координате z точки.
Если в выражении (Х.1) примем |
z — 0, то |
получим |
импеданс |
для точек дневной поверхности. Эту |
величину |
принято |
называть |
в х о д н ы м и м п е д а н с о м : |
|
|
|
Z (0) = Ф (hi, hg, hg, . . ., hn_i, |
кі,kg,kg, . . |
kn, со). |
(X*2) |
Если в последнем выражении мощность hx первого слоя принять бесконечно большой, то оно определит входной импеданс однород ного полупространства. Приведем соответствующее выражение в готовом виде (опуская индекс 1 ):
Учитывая, что речь идет о полях очень низкой частоты, т. е.
к2 = гсору,
выражение (Х.З) можно представить в следующем виде:
Z (0) = —іщі/]/ г'сору .
Или, учитывая, что для немагнитных сред ц = 4л -ІО' 7 Г/м, из последнего выражения после несложных преобразований получим:
I ^ (0) I2 = I Ех |2/| Ну I2 = р/0,27т; |
(Х.4) |
здесь Ех выражено в мВ/км; Н у — в гаммах; Т — в с; р — в Ом»м.
Из выражения (Х.4) следует, что |
|
р = 0,2Т IZ (0) I2. |
(Х.5) |
Таким образом, по измеренному на дневной поверхности вход ному импедансу можно вычислить удельное сопротивление однород ного полупространства.
В том случае, когда нижнее полупространство неоднородно, величина, вычисленная по формуле (Х.5), лишь по размерности совпадает с удельным сопротивлением. По существу эта величина1
1 Поскольку Е имеет размерность В/м, а Н — А/м, то размерность Z —« В/м : А/м = Ом.
сложным образом зависит от характера геоэлектрического разреза, частоты поля и точки наблюдения. Эту величину принято называть кажущимся сопротивлением и обозначать р т:
рт--=0,2Т I Z (0) |2. |
(Х.6 ) |
Для случая горизонтально-слоистого разреза выражение для рт можно получить, если в формулу (Х.6 ) подставить I Z (0) I из фор мулы (Х.2).
Зависимость рт от характера геоэлектрического разреза исполь зуется для изучения геологического строения исследуемой площади.
§ 3. МАГИИТОТЕЛЛУРПЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
Сущность этого способа изучения магнитотеллурического поля заключается в исследовании зависимости р т или входного импеданса Z (0) от частоты поля.
Как указывалось в гл. IX, глубина проникновения электро магнитного поля зависит от его частоты и растет с уменьшением частоты. С этой точки зрения низкочастотные составляющие маг нитотеллурического поля проникают в Землю на большую глубину по сравнению с высокочастотными составляющими. Соответственно этому зависимость входного импеданса от частоты характеризует изменение электрического строения геологического разреза в вер тикальном направлении. Изучение зависимости входного импеданса или р г от частоты поля получило название м а г н и т о т е л л у р и ч е с к о г о з о н д и р о в а н и я (МТЗ).
Процесс магнитотеллурического зондирования заключается в том, что в исследуемой точке дневной поверхности при помощи специаль ной аппаратуры осциллографируют взаимно перпендикулярные ком поненты электрического и магнитного полей.
По полученным осциллограммам определяют амплитуды вари аций магнитотеллурического поля различной частоты в диапазоне Т от сотых долей секунды до нескольких минут и затем значение вход ного импеданса Z (0). От входного импеданса при помощи выраже ния (Х.6 ) переходят к параметру р г . _
График зависимости этого параметра от \ ГТ , построенный в двой ном логарифмическом масштабе, представляет собой кривую маг нитотеллурического зондирования.
Количественную интерпретацию кривых магнитотеллурического зондирования выполняют путем сравнения наблюденных в поле кривых с теоретическими кривыми, построенными также в двойном логарифмическом масштабе. По оси ординат при построении теоре
тических |
кривых откладывают рт]р\, |
а по оси абсцисс — длину |
волны в первом слое, отнесенную к мощности этого слоя, т. е. |
Палетка трехслойных кривых МТЗ для разреза типа Н изобра |
жена на |
рис. 179. |
|
19 Заказ |
512 |
289 |
Характерной особенностью кривых для разрезов типа Н с опор ным горизонтом бесконечно высокого сопротивления является нали чие прямолинейной асимптоты, наклоненной к оси абсцисс под
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
углом 63° 25'. |
Эта |
асимптота |
|
пересекает |
ось |
палетки |
р f = |
|
=-1 Ом • м в точке |
с |
абсциссой |
|
1f f - |
0,0028 S. |
магнитотел |
|
Преимущество |
|
лурического |
|
зондирования — |
|
возможность изучения опорных |
|
электрических |
горизонтов |
при |
|
наличии в |
надопорной толще |
|
пластов |
пород, |
обладающих |
|
высоким удельным |
сопротивле |
|
нием. Такие горизонты (экраны) |
|
препятствуют |
проникновению |
|
постоянного |
поля |
на глубину |
|
и, таким образом, не позво |
|
ляют |
практически |
|
применять |
|
зондирование |
на |
постоянном |
Рис. 179. Палетка трехслойиых кривых МТЗ |
токе |
для |
решения |
задач |
кар |
тина И. |
тирования |
опорного горизонта. |
|
Непроводящие экраны не явля |
ются препятствием для электромагнитной |
волны |
и обусловливают |
возможность применения в данном случае МТЗ.
МТЗ выгодно отличается от обычного зондирования отсутствием питающих линий и генераторных установок, что позволяет повысить производительность труда и снизить стоимость полевых работ.
|
§ 4. МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ |
При |
м а г н и т о т е л л у р и ч е с к о м п р о ф и л и р о в а - |
II и и |
(МТП) изучают переменную составляющую электромагнит |
ного поля Земли какой-либо постоянной частоты, выбор которой определяется характером решаемой геологической задачи.
Как указывалось выше, частота поля определяет глубину иссле дования, поэтому глубина исследования при МТП для данного геоэлектрического разреза остается постоянной. Изучая распре деление элементов магнитотеллурического поля (Е, Н или Z) на исследуемой площади при неизменной частоте поля, мы, таким обра зом, изучаем геоэлектрический разрез этой площади на некоторой глубине, определяемой типом разреза и частотой поля. Здесь мы видим аналогию с электрическим профилированием в постоянном электрическом поле, причем роль разноса питающих электродов играет частота поля.
На рис. 180 изображены две кривые магнитотеллурического зондирования над разрезом с высокоомным опорным горизонтом. Очевидно, что распределение р т или импеданса поля для вариаций
с периодом Т х не будет отражать рельефа опорного горизонта, так как характер кривых МТЗ на данном участке определяется электри
ческими свойствами надопорпой толщи. Если же |
исследуется р г |
или I Z\ для вариаций с периодом Т 2, результаты |
в максимальной |
мере будут отражать рельеф опорного горизонта. Аналогичный пример можно привести и для разрезов с низкоомным опорным горизонтом. Однако в этом случае период исследуемых вариаций должен соответствовать нисходящим ветвям кривых МТЗ.
В настоящее время по техническим причинам (простота измере ний) при магнитотеллурическом профилировании исследуют главным образом среднепериодные вариации поля, соответствующие весьма
|
узкому диапазону периодов — от 1 0 до |
Рт |
|
00 с. Приближенные |
расчеты показы |
|
|
|
вают, что измерение вариаций с таким |
|
|
периодом в районах с высокоомным |
|
|
опорным горизонтом позволяет получить |
|
|
значения р т, относящиеся |
к |
восходя |
|
|
щей |
асимптотической |
ветви |
кривых |
|
|
МТЗ |
в том |
случае, |
когда |
мощность |
|
|
надопорной |
толщи изменяется от не |
УГ |
|
скольких десятых долей до первых еди |
|
|
|
ниц километров, а ее среднее продоль |
Рис. 180. Выбор частоты для ма |
|
ное |
удельное сопротивление — от не |
|
гнитотеллурического профилирова |
|
скольких |
единиц |
до |
нескольких |
ния. |
десятков ом-метров. Таким образом, основной и в то же время очень важной в отношении поисков нефте
газоносных структур задачей, решаемой при помощи магнитотеллу рического профилирования, является картирование высокоомных опорных горизонтов, перекрытых мощной толщей сравнительно хорошо проводящих пород.
Для случая, когда значение рг соответствует правой асимптоте кривой МТЗ, (зона S), получено простое соотношение, связывающее продольную проводимость надопорной толщи S, входной импеданс Z (0) и сопротивление опорного горизонта:
5 = 796 (1/| Z ( 0 ) | - / Г Д ® - |
(Х.7) |
Из этого выражения следует, что по измеренному входному импе дансу можно определить важную структурную характеристику раз реза — продольную проводимость надопорной толщи. В простейшем случае линейно поляризованного поля для определения S , оче видно, достаточно измерить две взаимно перпендикулярные ком
поненты поля — Ех и Ну. Отметим также, что при р„ |
0 0 |
S = i m i y / E x. |
(Х.8 ) |
При региональных геологоструктурных исследованиях широко применяют модификацию магнитотеллурического профилирования, характеризующуюся тем, что в процессе профилирования измеряют
