Файл: Каленов, Е. Н. Геологическое истолкование результатов магнитотеллурической разведки.pdf

ной слоистой средой (для сокращения будем именовать ее гори­ зонтально-однородной) .

Теоретические исследования привели к выводу, что изучение на земной поверхности компонент Е и Н переменного электро­ магнитного поля позволяет получать кривые, которые, подобно графикам ВЭЗ при изучении поля, созданного постоянным током, характеризуют послойное распределение параметров (мощности

исопротивления слоев) геоэлектрического разреза и, таким обра­ зом, позволяют расчленять осадочный чехол и оценивать глубипы залегания непроводящего основания — фундамента. Процесс изуче­ ния электромагнитного поля Земли для получения таких кривых назван магнитотеллурическим зондированием, а сами кривые кривыми, или графиками, МТЗ.

Врезультате выполнения МТЗ можно получать амплитудные

ифазовые кривые. Амплитудные кривые МТЗ строят по значе­ ниям отношения амплитуд импульса поля (составляющих элект­ рического и магнитного полей); фазовые кривые — по значениям разности фазовых моментов импульсов этих составляющих, вы­ раженных в градусах.

Мы не будем останавливаться на фазовых кривых МТЗ, ин­ терпретация которых пока еще не разработана. В последнее время ими занимаются Г. Ы. Анищенко, К. И. Никитенко, А. С. Са­ фонов, В. К. Хмелевской и др. В дальнейшем нами рассматрива­ ются только амплитудные кривые МТЗ. Они отражают изменение некоторого параметра, который называется кажущимся сопро­ тивлением рг , в зависимости от периода Т вариации поля, ана­ логично тому, как кривые ВЭЗ отражают изменение кажущегося сопротивления рк в зависимости от разноса электродов AB.

Выполнение МТЗ в данной точке, которое еще недавно зани­ мало 6—7 сут. и более, предусматривает изучение вариаций как электрического поля, так и горизонтальных составляющих маг­ нитного поля в диапазоне периодов Т от долей секунды до не­ скольких минут. Следует заметить, то при выполнении глубин­

ного МТЗ с целью изучения глубоких слоев и верхней мантии Земли (глубины до первых сотен км) регистрируются вариации поля с периодами Г, достигающими многих часов. Мы не будем касаться проблемы этого зондирования, ограничиваясь лпшь рас­ смотрением МТЗ, которое выполняется для исследования верх­ них слоев земной коры в разведочных целях.

Практически до недавнего времени из-за ограниченных воз­ можностей используемой аппаратуры (МТЛ-62 и МТЛ-63) ниж­ ний предел периодов колебаний ограничивался при регистрации лишь десятью секундами и только с 1969 г., когда начала приме­ няться цифровая электроразведочная станция ЦЭС-1 [19], появи­ лась принципиальная возможность записи колебаний, начиная с достаточно малых периодов.

Полевая магнитотеллурическая станция ПМТС позволяет ре­ гистрировать вариации магнитотеллурического поля с периодами

9

от сотых долей секунды до 10—15 с. При сочетании ее со стандартной аппаратурой (МТЛ-62, МТЛ-63) можно выполнять МТЗ в широком диапазоне периодов.

Результаты МТЗ в виде амплитудных кривых, так же как графики ВЭЗ, интерпретируют с помощью вычисленных палеток или применяя другие более простые способы. В последние годы для интерпретации кривых МТЗ используются электронно-вычи­ слительные машины (В. И. Дмитриев, Б. К. Матвеев, Ы. Г. Шкабарня [39] и др.). При количественном истолковании кривых МТЗ определяются глубины залегания непроводящего опорного горизонта (фундамента). В благоприятных случаях оцениваются мощности и сопротивление отдельных слоев осадочного чехла. До последнего времени магнитотеллурическое зондирование на практике использовалось в небольшом объеме из-за получения неполных кривых МТЗ (т. е. кривых, не отмечающих верхнюю часть разреза вследствие невозможности записи вариаций поля при малых Т) и очень низкой производительности. С введением ЦЭС-1 выполнение исследований значительно совершенствуется; время полевой записи одного МТЗ сокращается до одних суток, а диапазон регистрируемых вариаций расширяется. Практиче­ ски выполнение МТЗ н получение амплитудной кривой кратко сводится к следующему.

В точке исследования размещается передвижная регистриру­ ющая станция. При помощи двух взаимно перпендикулярных заземленных на концах приемных линий Ох и Оу, располагаемых по возможности так, чтобы направление одной из них совпадало с простиранием пород, а другой — с падением, и двух магнито­ метров X II Y , устанавливаемых также перпендикулярно друг другу, записываются вариации составляющих магнитотеллурпческого поля Ех, Ец, IIх и IIу. Для получения кривых МТЗ существуют различные способы обработки таких записей. Задача

электрических линий, где он означает полное сопротивление цепи переменному электрическому току, вызванное как обыч­

10

Согласно теории [4], входной импеданс свизан с периодом ва­ риаций и параметрами мощности и сопротивления слоев, которые слагают исследуемый разрез. Кроме того, входной импеданс зависит от поляризации поля и ориентации осей установки. Если среда горизонтально-однородна, то входной импеданс остается неизменным при любом повороте установки, т. е. над горизон­ тально-однородной средой \Zxy\ = \Zyx\- В случае же горизон­ тально-неоднородной среды (наклонное залегание слоев, выклини­

дах изменяются с изменением ориентации установки. Кажущееся удельное сопротивление вычисляют для фиксированных периодов Т по формулам ргху = 0,2 Т | Zxy |2 и рГух = 0,2 Т \Zyx\~. Эти значения используются для построения амплитудных кривых МТЗ. Они строятся на бланках с билогарифмическим масштабом (модуль 6,25 или 10 см). По оси абсцисс откладывают значения

/Г . в с1/2, по оси ординат — рГху и рТух в ом-метрах. В каждом пункте МТЗ получают, таким образом, две кривые: рТху и рГух.

Легко представить себе, что в горизонтально-однородной среде обе эти кривые сливаются в одну кривую Рг. В горизонталь­ но-неоднородной среде кривые рГху и рГух отличаются друг от друга тем больше, чем значительнее горизонтальная неоднород­ ность среды.

Примеры практических кривых МТЗ приведены на рис. '1. Ось установки х направлена по простиранию пород, ось у вкрест простирания. Графики построены в диапазоне периодов вариаций от 20 до 400—900 с. Подобные графики (нередко начиная с пери­ ода Т = 10 с) получают с использованием стандартной аппара­ туры. Кривые рГху (рис. 1, а) вычислены по данным регистрации

тически совпадают друг с другом, среда близка к горизонтальнооднородной.

На рис. 1, б представлен пример достаточно полных кривых МТЗ, полученных в одной и той же точке с использованием опыт­ ного образца высокочастотной полевой магнитотеллурической станции ПМТС. Диапазон записанных периодов Т вариаций от 0,09 до 400 с. Полные кривые МТЗ, подобно кривым ВЭЗ, могут давать послойную характеристику разреза, начиная с верх­ них его горизонтов. Кривые рГху и рТ у х , полученные при той же ориентации осей установки, еще больше расходятся между собой, чем кривые на рис. 1, а\ причем в этом случае рТух > рТхУ- Район исследования отличается сильным нарушением горизон­ тальной однородности среды.

В естественных условиях чаще всего приходится встречаться именно с горизонтальной неоднородностью геоэлектрического

II

разреза. Поэтому обычно кривые МТЗ (рТху и рТух ) в большей или меньшей степени расходятся между собой. В точке исследо­ вания, кроме кривых ртху и Ртух, получают еще третью кривую МТЗ — некоторую среднюю между ними и называемую эффек­ тивной кривой МТЗ ргэф па рис. 1, б. Она вычисляется по сред­ ним значениям импеданса, которые в теории МТЗ получили название эффективных, не зависящих от поляризации поля и

ориентации установки: ртЭф = УртхуРтух ■ Кривая рГЭф всегда

располагается между кривыми рТху и рТух и сглаживает влияние горизонтальных неоднородностей среды.

Теоретические кривые МТЗ в горизонтально-однородной среде. Теория магнитотеллурического зондирования позволяет вычи­ слять кривые МТЗ для любого количества слоев горизонтальнооднородного геоэлектрического разреза. Это дает возможность выяснить основные закономерности изменения рг в зависимости от мощностей и сопротивлений слоев среды. Набор палеток тео­ ретических кривых МТЗ для двуслойного, трехслойного и более

практических кривых МТЗ.

Теоретические кривые МТЗ построены в билогарнфмическом масштабе с модулем 6,25 см. Вычисленные кривые строят в той

12

же системе координат, которая принята при построении теоре­ тических палеток: по осям отложены безразмерные величины

(]/10 PiTV/ij — по осп абсцисс, Рг/рі — п0 оси ординат). Здесь А, и рх — соответственно сопротивление (в ом-метрах) и мощность

Рис. 2. Палетки двуслойных кривых МТЗ.

а—р2> р,; б —р2< Рі. Шифр кривых —р./Рі-

Так же, как и графики ВЭЗ, кривые МТЗ отражают изменение сопротивления слоев разреза с глубиной. Верхний (первый) слой разреза отмечается при малых периодах Т колебаний (боль­ ших частотах), когда ру = рх. С увеличением периода колебаний (уменьшением частоты) на кривых ру отражается более глубокий слой разреза. Влияние проводящих пород отмечается уменьше­ нием величины ру, влияние'Пород большого сопротивления — увеличением ру. Наблюдается аналогия с кривыми ВЭЗ, если отвлечься от возникающих в начальной части кривых МТЗ не­ больших минимума (при р2/рт > 1 ) и максимума (при р2/рі < 1)т которых нет на палеточных кривых ВЭЗ. Промежуточные высоко­ омные слои разреза на кривых МТЗ из-за индукционного харак­ тера поля отражаются значительно слабее, чем на кривых ВЭЗ-

1 Здесь п в дальнейшем вычисленные кривые рг /Р і Для сокращения будем называть кривыми рт.

15