Файл: Шарапанов, Н. Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель.pdf

с показателями свойств пород свойствен и всем другим без исклю­ чения геофизическим параметрам.

В результате большого объема экспериментальных исследова­ ний (главным образом параметрических измерений в шурфах, скважинах и на поверхности земли вблизи скважины, а также в лабораторных условиях) авторам удалось получить достаточно представительные и статистически обоснованные корреляционные зависимости удельного сопротивления рыхлых пород от ряда геолого-гидрогеологических показателей. Поскольку методика измерений не отличалась от общепринятой, приводим лишь полу­ ченные графики (рис. 4).

Особо должен быть рассмотрен вопрос о связи удельного сопротивления с водопроницаемостью горных пород. В общем случае между этими параметрами определенной функциональной зависимости нет [42]. Вместе с тем опыт свидетельствует о том, что при определенных условиях в конкретной геолого-геофизиче­ ской обстановке может наблюдаться четкая корреляция между относительным сопротивлением (параметром пористости) и коэф­

(опорных) шурфов с известными значениями /сф, величина удель­ ного сопротивления грунтовых вод р„ взята из результатов резистивиметрпческпх измерений.

Приведенные на рис. 4 зависимости свидетельствуют о том* что в тех случаях, когда удается исключить влияние мешающих факторов, величина удельного сопротивления обладает высокой информационной способностью о том или ином свойстве пород (их влажности, засолении, степени глинистости и т. и.). Однако при одновременном влиянии ряда факторов эти зависимости становятся крайне неопределенными.

Э л е к т р о р а з в е д к а м е т о д о м в ы з в а н н о й п о л я р и з а ц и и (ВП) начала применяться лишь с середины 50-х годов при поисках и разведке рудных месторождений [19]. Еще позже, к середине 60-х годов, относятся первые в нашей стране попытки использовать этот метод для решения гидрогеоло­ гических задач (Э. Н. Кузьмина, 1965 год; Н. Н. Шарапанов, 1963 год, В. А. Ряполова, 1969 год). Несмотря на то, что в теории метода ВП пока еще много нерешенных вопросов, включая неяс­ ности в самой физической природе явления вызванной поляриза­ ции и механизме связанных с ней процессов, заложенные в этом методе информационные возможности, а также практика его при­ менения выдвинули метод ВП в число ведущих в описываемой методике.

Для количественной оценки эффекта вызванной поляризации служит безразмерный коэффициент поляризуемости (или просто

50

соответственно при пропускании тока заряда и в некоторый момент времени t после его выключения.

Коэффициент поляризуемости является амплитудным пара­ метром процесса деполяризации и имеет значение лишь при указа­ нии, к какому именно моменту времени после выключения поля­ ризующего тока он относится. При гидрогеологических исследованиях первое измерение Д£/Вп выполняют через 1 с после выключения тока в цепи АВ.

Наряду с амплитудным параметром г| процесс деполяризации породы обладает временными параметрами, в качестве которых могут быть использованы скорость деполяризации увп = d^Idt, а также безразмерный коэффициент (А. Э. Липская, В. А. Ряполова, 1969 год)

равный отношению амплитуд спада потенциалов ВП на два мо­ мента времени (tx и t2) после снятия поляризующего поля.

Вместо мгновенной скорости увп в ряде случаев процесс

деполяризации может быть охарактеризован средней скоростью квп уменьшения поляризуемости за некоторый промежуток времени Дt — t2 — tx:

Скорость пВп зависит как от величины интервала времени Д£, так и от положения этого интервала на шкале времен.

На практике удобнее пользоваться не скоростью нВп, а лишь приращением коэффициента ц за некоторый неизменный (стан­ дартный) интервал времени. В качестве такового принят интервал в 10 с, заключенный меясду первой и одиннадцатой секундами после выключения тока заряда. В результате получаем величину комплексного параметра А:

который и рекомендуется в качестве одного из основных пара­ метров при практическом использовании метода ВП для решения задач съемки.

При вычислениях параметра А полностью исключается систе­ матическая погрешность за счет дрейфа компенсационного нуля во время пропускания тока заряда. Что касается этой погрешности за промежуток времени Д£ = 10 с, то в связи с его краткостью абсолютная величина такой ошибки и сама ее вероятность

становятся незначительными, чем параметр А выгодно отличается от упомянутого выше коэффициента а.

Опыт показывает, что информативность параметра А выше информативности коэффициента поляризуемости ц. Обусловлено это тем, что значения параметра А определяются не только ампли­ тудой, но и временными характеристиками процесса деполяриза­ ции, что п явилось причиной для наименования его комплексным. Более подробно этот вопрос рассмотрен ниже.

Необходимость детального расчленения песчано-глинистого разреза и количественной оценки фильтрационных свойств раз­ личных водоносных горизонтов заставляют предъявлять повышен­ ные требования к разрешающей способности метода ВП. При этом большой помехой, снижающей его информативность, часто является влияние электропроводности пород, слагающих разрез, на величины измеряемых параметров ВП (коэффициенты tj, А и а).

Коэффициент поляризуемости в том виде, как он определен выражением (9), не является полностью самостоятельной (незави­ симой) электрической характеристикой, подобной, например, удельному электрическому сопротивлению породы или ее ди­ электрической проницаемости. Опыт свидетельствует о том, что поляризуемость пород одного и того же литологического состава тем больше, чем выше их удельное сопротивление. Вариации же удельного сопротивленпя могут возникать за счет различной степени засоленности пород илп минерализации подземных вод. Физически эту связь между поляризуемостью и электропровод­ ностью можно объяснить тем, что чем большим сопротивлением обладает порода, тем больше затруднен процесс диффузии и вза­ имного разряда объемных зарядов, накопившихся в породе в ходе ее поляризации (заряда) и, следовательно, тем медленнее проис­ ходит процесс деполяризации.

В настоящее время связь между поляризуемостью и удельным сопротивлением можно считать теоретически и экспериментально установленной. При этом, как показал В. А. Комаров [18], для зернистых ионопроводящих пород справедливо соотношение, кото­

Из работы [18] следует, что'ц* связана определенной зависи­ мостью с диэлектрической проницаемостью поровых растворов,

52

Если при этом учесть, что в песчано-глинистых породах в области положительных температур поляризуемость при вре­ мени отсчета t ^ 0,5 с не превышает 0,03—0,05, то с достаточным приближением можно полагать

Практика показывает, что относительная поляризуемость р* и особенно относительный комплексный параметр .Л* имеют большое интерпретационное значение и высокую информатив­ ность.

Нетрудно убедиться, что от­ носительный комплексный пара­ метр И*, получаемый при им­ пульсном возбуждении поля ВП, имеет полную аналогию с рудным коэффициентом или ме­ талл-фактором Me, получаемым при измерениях ВП на пере­ менном токе,

Саратовского Заволжья.

Следует, однако, сказать, что относительные параметры ВП, хотя и в меньшей мере, чем т] и А , но все же остаются зависимыми от сопротивления пород. Объяснить это можно тем, что сопроти­ вление породы влияет не только на амплитудные, но и на времен- -ные характеристики процесса вызванной поляризации.

В настоящее время нет общепринятого и физически строго обоснованного аналитического описания закона спада потен­ циалов ВП (и, следовательно, поляризуемости) во времени. Вместе с тем экспериментально наблюдаемая разность потенциалов Д£/вп уменьшается во времени по закону, близкому к экспоненциаль­ ному, поэтому оправданным является представление этого закона в виде суммы экспонент:

53

тде at и xt — параметры, не зависящие от времени спада; N — число членов ряда, которое определяется количеством процессов, участвующих в образовании потенциалов ВП и характеризу­ ющихся постоянной времени т;; tnp — время пропускания поляри­ зующего тока (время заряда).

На рис. 6, а представлены средние значения т, вычисленные при обработке 21 осциллограммы, полученной в суглинистых разрезах, и 16 осциллограмм, полученных в песчаных разрезах (Днепропетровская область). Этот график наглядно показывает, что по мере спада потенциалов ВП постоянная времени процесса непрерывно растет. Однако характер этого роста свидетельствует

\ .

г'Дп/п

деления частости Ап/п ошибок а расчета постоянной спада потенциала ВП в интервале времсп спада 1 с < / < 14 с

о том (и это нетрудно показать), что в интервале времен спада от 1 до 60 с ряд (17) имеет число членов, не превышающее четыре. При этом амплитуда первой экспоненты примерно на три порядка превышает амплитуду последней, а постоянная времени т х на два порядка меньше постоянной времени тд последней (дальней) экспоненты.

Исходя из современных представлений о физико-химической природе явления ВП, изучение полной кривой спада ЛЕ/вп пер­ спективно и может привести к увеличению выхода полезной ин­ формации при обработке материалов исследований методом ВП. Но так как амплитуды ДС7ВП при временах спада более 14—15 с весьма незначительны и крайне медленно меняются во времени, вычисление временных параметров в этом интервале возможно лишь с ошибками, значительно превышающими допустимые. Соот­ ветствующий анализ свидетельствует о том, что при массовой обработке осциллограмм относительные ошибки вычисления в этом интервале времен могут достигать 100—150%. В связи с этим

54