Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Саратовский государственный университет

Им. Н.Г. Чернышевского

КУРСОВАЯ РАБОТА

Электропроводность горных пород

студента IV курса геологического факультета

Логинова Александра Алексеевича

группа – 401

специальность – геология нефти и газа

Научный руководитель

профессор, заведующий кафедройд.ф.-м.н.

В.П. Губатенко

Саратов 2015

ВВЕДЕНИЕ
Исследована зависимость электропроводности горных пород от доли трещин и их заполнения в процессе разуплотнения высокоомным или низкоомным флюидом. Решена задача магнитотеллурических зондирований для двух моделей трещиноватой четырехслойной горизонтально-слоистой среды. Показана возможность мониторинга динамики разуплотнения горных пород методами магнитотеллурических зондирований и становлением поля. Установлены критерии, позволяющие по знаку аномального сигнала становления поля судить о величине электропроводности заполняющего трещины (поры) флюида. Под воздействием механических напряжений в земной коре происходят процессы разуплотнения горных пород. Эти процессы могут проявляться в образовании трещин и дилатансии, обусловленной деформациями сдвига и переупаковкой минераловиз плотного состояния в рыхлое или ростом трещин отрыва [Николаевский, 1996]. Разуплотнение пород может протекать также в соответствии с дилатационной моделью [Огаджанов, 1998], предполагающей внедрение в изначально дилатансионную зону высоконапорных флюидов, поступающих из нижележащих толщ. В результате расширяются трещины и увеличивается доля пространства, насыщенного флюидами. При дилатации может также возрастать пористость изначально уплотненных не нарушенных трещиноватостью горных пород. В любом случае при разуплотнении горных пород изменяются макроскопические свойства среды, в том числе электропроводность. Прогноз изменений трещинно-порового пространства составляет основную цель мониторинга динамики разуплотнения методами электроразведки. В настоящей статье покажем, что эффективная электропроводность разуплотненных горных пород, так же как возбуждаемое электромагнитное поле, существенно зависят от степени трещиноватости (пористости) среды и электропроводности флюида, заполняющего трещины (поры).

---

1. ИЗМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ТРЕЩИНОВАТОСТИ СРЕДЫ
Рассмотрим немагнитную изотропную вмещающую среду электропроводности , испещренную системой ориентированных в некотором направлении трещин, заполненных немагнитным флюидом электропроводности . Пусть доля трещин во вмещающей среде, то есть отношение занимаемого трещинами объема к общему объему, составляет . Хотя локальные свойства такой среды являются изотропными, в среднем она ведет себя подобно одноосной анизотропной среде, характеризуемой тензором эффективной электропроводности с компонентами и [Бурсиан, 1972, Уэйт, 1987, Губатенко, 1991, Губатенко, Бердичевский, Светов, 1992]. Эти компоненты определяют, соответственно, эффективную электропроводность композитной среды поперек и вдоль направления трещин и имеют вид
,
Для оценки изменения степени электропроводности среды в зависимости от доли трещин приведем эти формулы к безразмерному виду, вводя обозначения для относительных компонентов и тензора электропроводности. Тогда

где определяет контраст электропроводностей вмещающей среды и флюида, заполняющего трещины.

Из этих выражений следует совершенно различное поведение относительных компонентов тензора электропроводности и при малом параметре , то есть в самом начале трещинообразования. Действительно, в случае <1 и напряженность электрического поля ориентирована поперек направления трещин, то процесс трещинообразования при наблюдении электромагнитного поля не будет заметен, а если вдоль, то по измерениям поля становится возможным определить момент зарождения трещин. Случай

---

<1 (трещины заполнены высокоомным флюидом – газом или нефтью) прямо противоположен только что рассмотренному – при малом параметре относительная компонента а заметно меньше единицы, то есть обнаружение ранее трещинообразования электромагнитными методами невозможно для напряженности электрического поля, ориентированной вдоль направления трещин, и доступно в случае поперечного относительно направления трещин электрического поля. Изменение относительных компонентов тензора электропроводности в зависимости от и показано на рис. 1.

разуплотнение горный порода трещина


Разное поведение компонентов и можно проследить по скорости изменения эфективной электропроводности при увелечение параметра . Вычисляю производные по параметру от , находим




Таким образом, абсолютная величина скорости изменения убывает при возрастание , однако, при одних и тех же малых эта величина тем больше, чем больше , в то время как скорость изменения компоненты не зависит от доли трещин

---

во вмещающей среде, но она возрастает при уменьшении , то есть при заполнении трещин низкоомным флюидом. Зависимость изменения скорости от параметров и изображена на рис. 2а.

Напряженность электрического поля в рассматриваемой модели трещиноватой среды имеет, как правило, обе составляющие – вдоль направления тещин и поперек. В этом случае важнейшим параметром, определяющим поведение электромагнитного поля, является, кроме компонент , эффективной электропроводности, коэффициент анизотропии . Учитывая зависимость , трещиноватой среды, для коэффициента анизотропии можно записать следующее выражение:

Коэффициент анизотропии удовлетворяет неравенству и обладает свойством симметрии: . Это свойство означает, что коэффициент анизотропии для высокоомного флюида, заполняющего трещины, такой же, как и для низкоомного. Коэффициент анизотропии для одного и того же параметра тем больше, чем контрастнее по электропроводности вмещающая среда и флюид. На рис. 2б. показана зависимость от и .

Мы показали, что разрыв сплошности горных пород и образование в них трещин, приводит к значительному изменению эффективной электропроводности даже при ничтожной доле трещин в среде. Это обстоятельство открывает перспективу для прогноза динамики развития трещиноватости в среде на основе классических методов электроразведки. Вместе с тем, для обнаружения методами электроразведки областей разуплотнения трещиноватого типа на большой глубине (10км и более) необходимы, в силу затухания электромагнитного поля с глубинной, источники поля большой мощности.

---

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ В МОДЕЛЯХ РАЗУПЛОТНЕННЫХ СТРУКТУР ТРЕЩИНОВАТОГО ТИПА
В качестве примера, иллюстрирующего возможности методов для электроразведки для мониторинга динамики разуплотнения горных пород, рассмотрим в прямоугольной декартовой системе координат х, у, z четырехслойную модель немагнитной (магнитная проницаемость Гн/м среды (рис. 3). Верхнее полупространство (z<0) в этой модели непроводящее . Первый слой (0 . Второй слой (h1 . Его анизотропия вызвана тем, что в нем (первоначально изотропном электропроводности ) образовались трещины, ориентированные вдоль оси OY, наклоненные под углом φ к оси OZ и заполненные флюидом электропроводности . Таким образом, если доля трещин во втором слое равна , то в прямоугольной декартовой системе координат x', y', z', связанной с координатами x, y, z соотношениями


тензор определяется матрицей

где , вычисляются по формуле (1). В системе координат x', y', z' поверхности трещин лежат в плоскостях z' = const. Нетрудно показать, что в системе координат x, y, z тензор имеет вид


Третий слой (h2 , а четвертый слой - изолятор ( =0), играющий роль непроводящего фундамента.

Пусть из верхнего полупространства вертикально падает плоская Н-поляризованная волна с круговой частотой и компонентами напряженности магнитного поля и напряженности электрического поля. В силу симметрии задачи электромагнитное поле будет зависеть только от координаты z. Учитывая это, а так же то, что в возбуждающем поле = 0, запишем уравнения Максвелла в первом и третьих слоях для единственных отличных от нуля компонентов поля

---

Смотрите также файлы

• Я учитель.docx

• Нормативные требования к организации и проведению образовательного процесса это.docx

• Все действия с десятичными дробями. Интегрированный урок (математика экология).docx

• Программа повышения квалификации со сроком освоения 36 академических часов для профессиональной деятельности.docx

• Признаки и свойства параллельности прямых и плоскостей Признак параллельности прямых в пространстве.docx