ЕЛЕКТРИЧНЕ ПРОФІЛЮВАННЯ

Електричне профілювання (електропрофілювання) є однією з головних модифікацій методу опорів. Польові установки, які використовують під час польових робіт, складаються з однієї або декількох із наведених вище схем. Позначають їх літерами, що відображають, у якій послідовності на місцевості розташовані електроди. Інколи між літерами записують і цифри, які означають відстань між тим чи іншим електродом. Наприклад, запис A ₂₀ M ₅ N ₂₀ B свідчить, що установка, з якою провадять дослідження, є чотирьохелектродною і відстань між електродами А та М, N та В становить 20 м, а між N та М - 5 м. Під час робіт методом електропрофілювання взаємне розташування електродів є незмінним, а саму установку переміщують уздовж профілю (або системи профілів) з кроком (на відстань), який забезпечує вирішення конкретного геологічного завдання.

Оскільки глибинність досліджень методом опорів суттєво залежить від розмірів установки, то є підстави припускати, що електропрофілювання досліджує геологічний розріз на певну глибину, про що докладніше буде сказано нижче.

У характеристиці методики проведення польових досліджень методом електропрофілювання передусім необхідно розглянути такі питання:

· вибір типу установки, найоптимальнішого для певного геологічного розрізу;

· визначення розмірів установки для конкретних геологічних умов;

· вибір напряму профілів (ліній, вздовж яких будуть провадити спостереження), форми та густоти мережі спостережень;

· визначення необхідної точності досліджень.

Безумовно, що найоптимальнішою для вирішення конкретних геологічних, гідрогеологічних, інженерно-геологічних та екологічних завдань буде той тип установки, який буде:

· забезпечувати найліпше співвідношення між аномаліями від об’єктів, які є предметом досліджень, та аномаліями-перешкодами, що зумовлені тими особливостями розрізу, які для виконуваних досліджень нецікаві;

· економічно рентабельнішим, тобто забезпечувати виконання робіт з мінімальною затратою коштів і часу.

Враховуючи перелічені фактори та результати чисельних теоретичних і практичних досліджень зазначимо таке.

До середини 60-х років минулого століття чотирьохелектродне симетричне електропрофілювання було найпоширенішим у світі. Зокрема, найчастіше використовували симетричне електропрофілювання на одному (AMNB), двох (АА’MNB’B) та трьох розносах (АА’A’’MNB’’B’B). Приймальні електроди цих установок розташовані в середній третині інтервалу АВ, тобто в тому місці простору, де нормальне поле, утворене електродами живлення, близьке до однорідного. Коефіцієнт цієї установки обчислюють за формулою:

(2.4)

Проте роботами Блоха К.М., Якубовського Ю.В. та інших фахівців, які були оприлюднені в кінці 50-х років минулого століття, було доведено, що ці схеми варто застосовувати тільки для вивчення простих геоелектричних розрізів, у яких досліджувані геологічні об’єкти залягають у порівняно однорідних породах і перекриті витриманими за опором та потужністю відкладами.

Серед інших відомих схем у практиці геофізичних досліджень одне із провідних місць займає дипольна осьова установка, запропонована в кінці 50-х років минулого століття Блохом К.М. Установки цього типу також чотирьохелектродні та відрізняються від розглянутих вище тим, що електроди в приймальних та живильних лініях зближені настільки, що відстань r_AВ та r_MN набагато менша, ніж відстань між центрами відрізків АВ та MN, яку позначають літерою L. (рис2.3)

Точкою запису цієї установки вважають центр приймального, а якщо враховувати і теорему взаємності - і приймального диполя. За можливостями виокремлення локальних об’єктів вона значно перевищує симетричну установку отже вигідніша. Суттєва її хиба - досить значний вплив перешкод унаслідок поверхневих неоднорідностей. Це обмежує її використання районами, де перекривні четвертинні відклади досить однорідні.

Останнім часом для зменшення впливу поверхневих неоднорідностей та екранних ефектів біля електродів живлення у районах зі складною геологічною будовою (наявність значної кількості прямовисних або похилих об’єктів різного питомого опору) досить значного поширення набули чотирьохелектродні схеми, у яких приймальні електроди переміщують уздовж ліній спостережень, паралельних до лінії АВ, а відстань між крайніми профілями дорівнює 1/3 АВ. Діапазон переміщення електродів МNуздовж кожного профілю - 1/3, рідше- половина АВ. Таке розташування пунктів спостережень дає змогу відпрацьовувати значні площі з порівняно однорідним електричним полем, не змінюючи розміщення електродів живлення, що значно підвищує виробність. Проте ця схема має і певний недолік - порівняно невелику амплітуду аномалій над об’єктами пошуку (приблизно 70% від амплітуди аномалії, спостережуваної у цих геологічних умовах установками симетричного профілювання).

Особливе місце серед схем електропрофілювання займає установка кругового профілювання, яку використовують для визначення залежності r_п від азимута розташування установки за умови нерухомого розміщення її центра (рис.2.9)

Роблять це з метою вивчення тріщинуватості вапняків, лупаків (сланців) та інтрузивних порід, рідше - для вивчення анізотропії порід на різних глибинах (для цього виконують вимірювання установками різних розмірів)

Кругове профілювання з несиметричними установками застосовують для визначення напряму падіння пластів та оцінювання кута їхнього падіння. Особливо ця методика ефективна для пластів з контрастним по відношенню до вмісних порід питомим опором (пласти кам’яного вугілля, тектонічні порушення тощо).

Визначення оптимальних розмірів установок можна провадити декількома способами:

· шляхом проведення дослідних вимірювань з установками різних довжин;

· на підставі аналізу результатів кривих ВЕЗ на визначальному (опорному) профілі;

· за допомогою попередніх математичних розрахунків.

.Оскільки перші два пункти навряд чи можуть викликати запитання, детальніше розглянемо третій. Доведено, наприклад, що у першому наближенні оптимальні розміри установок, можна провадити за такими формулами:

· для дипольного профілювання у випадку, L=(5-7) H,

· для симетричного профілювання АВ =(6-10) H,

· для установки серединного градієнта АВ =(70-80) H,

де H - потужність покрівельних відкладів

Розміри MN для всіх не дипольних установок не повинні перевищувати АВ /3, і не бути більшими (в крайньому випадку дорівнювати або незначно перевищувати) від потужності об’єктів дослідження.

Під час вибору напряму профілів, форми та густоти мережі спостережень, зазвичай, користуються такими міркуваннями:

· електропрофілювання, зазвичай, виконують у мірилах 1:25 000, 1:10 000, 1:5 000, зрідка - 1:2500 та 1:2000, керуючись таким правилом: у випадку простої геологічної будови відстань між профілями не повинна перевищувати 4 см, а для складної - 1-2 см мірила звітної карти;

· відстань між пунктами спостережень по профілю (крок установки), зазвичай, повинна дорівнювати відстані між електродами M та N, зрідка - MN /2. і бути такою, щоб на графіках профілювання виразно виокремлювалися всі необхідні особливості аномалій (на графіках повинно бути не менше трьох-п’яти крапок, які містяться у межах аномальних зон);

· у випадку досліджень ізометричних об’єктів мережу спостережень варто вибирати квадратною або радіальною (бажано, щоб один профіль проходив через центр аномалії), а під час робіт над витягнутими тілами - прямокутною;

· оскільки величина амплітуди аномалії суттєво залежить від кута зустрічі об’єкта з профілем (пропорційно до косинуса цього кута), то напрям профілів повинен якомога більше бути наближеним до ортогонального щодо досліджуваних геологічних утворень.

Точність досліджень методом електропрофілювання визначають за значенням середньої відносної похибки з формули:

(2.5)

де r_р і r_к - значення позірного опору під час виконання, відповідно, рядових та контрольних вимірювань.

Рядові та контрольні вимірювання повинні виконвати різні оператори на різній апаратурі й у різні дні. Якщо через віддаленість ділянки досліджень усі ці умови виконати неможливо, то контрольні вимірювання доручають провадити тому ж оператору на тій же апаратурі, але обов’язковo в інший день із записом в іншому журналі. Кількість виконаних контрольних вимірювань не повинна бути меншою 5% від загальної кількості виконаних вимірювань.

Відповідно до чинної інструкції з електророзвідування, середня відносна похибка електропрофілювання не повинна перевищувати ±5,0-7,5%.

Крім контрольних вимірювань, під час досліджень оператор повинен провадити повторні вимірювання зі зміною сили струму (ЕП-1, ЕСК-1, АЕ-72 тощо) не менше, ніж на 25% на кожному четвертому-десятому пункті й у випадку “незакономірних” поодиноких аномалій ρ_п . Похибку повторних вимірювань обчислюють за наведеною вище формулою (2.5), і вона не повинна перевищувати ±2,5-5,0%.

Геологічна інтерпретація (тлумачення) результатів електричного профілювання передбачає низку операцій зі складання геологічних розрізів і мап на підставі польових вимірювань електричних величин та охоплює три головні етапи: опрацювання матеріалів, якісну і кількісну інтерпретації.

Опрацювання матеріалів електричного профілювання полягає в обчисленні значень позірного опору, побудові графіків ρ_п (ρ_п1/ρ_п2), кореляційних планів, карт однакових опорів та полярних діаграм.

Графіки електропрофілювання відображають зміну значень позірного опору по лінії спостережень - профілю чи маршруту.

Поземне (горизонтальне) мірило графіка визначають залежно від мірила знімання, а прямовисний (вертикальний) масштаб - залежно від наочності виокремлення на графіках аномалій, що відповідають простежуваним геологічним об’єктам. Крім того, треба пам’ятати, що для запобігання спотворень зображення на графіках аномалій, утворених унаслідок похибки спостережень, значення похибки не повинно перевищувати 1мм прямовисного мірила.

Найдоцільнішим масштабом для побудови графіків ρ_п у більшості випадків є логарифмічний з модулем 6,25, хоча застосування арифметичного мірила загалом можливе (особливо під час робіт у районах поширення осадових порід).

Будують графіки так. Проводять лінію профілю, на якій позначають пункти спостережень. Навпроти кожної крапки у вибраному прямовисному мірилі наносять відповідні цим крапкам значення ρ_п, найменше з яких приблизно відповідає лінії профілю. Одержані цятки з’єднують прямими лініями.

Графіки двобічного (двостороннього) трьохелектродного або дипольного профілювання доцільно будувати на одному рисунку (кресленні), застосовуючи різні умовні позначення для ліній графіків - суцільні для лівого і крапчакові (пунктирні) для правого розташування заземлень живлення щодо приймальної лінії.

На одному кресленні варто будувати також обидва графіки симетричного й однобічного дипольного профілювання, виконаних на двох розносах. У цьому випадку суцільною лінією будують графіки для установок з більшими розносами. З метою полегшення інтерпретації під графіками у тому ж поземному мірилі зображують і розташування електродів установки.

Кореляційними планами, або картами графіків, електропрофілювання називають плани, на яких нанесені лінії профілів з відповідними графіками. Головне їхнє призначення - дати уявлення про зміну позірного опору по площі, виокремити маркувальні (характерні) аномалії і простежити їх від профілю до профілю.

Залежно від геологічної будови і вигляду отриманих графіків можна використовувати два типи кореляційних планів, які відрізняються один від одного типом топографічної основи. Наприклад, там, де дають змогу геологічні умови і конфігурація графіків, профілі ліпше наносити на карту, яка відповідає масштабу знімання, і в такому вигляді, як вони розташовані на місцевості. Бажано також, щоб графіки між собою не перетиналися. З цією метою лінії профілів ототожнюють з середніми значеннями ρ_п , а прямовисний масштаб підбирають таким, щоб амплітуда аномалій була не менше 1-2 см.

У тих випадках, коли запобігти накладанню графіків на низці ділянок неможливо, для більшої наочності матеріалів відстань між профілями збільшують на масштаб, а інколи і на два порівняно з тим, який використовують по профілях.

Карти однакових опорів (ізоом) ілюструють зміну по площі значень ρ_п, одержаних установкою одного розносу. Під час їхньої побудови на планшет наносять усі пункти, у яких виконані вимірювання, і біля кожного з них виписують відповідні значення ρ_п. Далі вибирають інтервал проведення ізоліній, який не повинен бути меншим потрійної припустимої похибки. Зазвичай, можна порадити такі інтервали: 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 Ом·м тощо. Природно, що у випадку доцільності ці інтервали можна змінити. Проте, треба пам’ятати таке загальне правило: кожна наступна ізолінія за величиною повинна відрізнятися від попередньої не менше ніж у 1,2-1,5 і не більше ніж у 3-4 рази. Крім того, побудований план повинен відображати всі особливості спостережуваних полів.

З метою полегшення інтерпретації планів ізоом інтервали між ізолініями або зафарбовують, або заштриховують. Доцільно низькі значення поля фарбувати різними тонами (тон відповідає інтенсивності поля) червоного кольору, високі - синього. У випадку великої кількості відтінків одного із кольорів інколи буває зручно додатково ввести один-два відтінки жовтого (зона переходу від синіх до червоних кольорів).

Полярні кругові діаграми кругового електропрофілювання відображають зміну ρ_п залежно від зміни азимута установки. Будують їх щодо центра досліджень, з якого за азимутами кругових діаграм наносять відповідні промені. Від центра по кожному з них відкладають значення ρ_п, виміряні по відповідному напряму. Мірило, в якому відкладають значення ρ_п вздовж профілів, може бути як арифметичним, так і логарифмічним. Зазначимо тільки, що центру діаграми, від якого ведуть відлік, надають значення, яке дещо менше від найменшого виміряного ρ_п. Завершальна операція побудови полярних діаграм - з’єднання між собою значень, відкладених на кожному промені.

Якісна інтерпретація результатів електропрофілювання передбачає:

· виокремлення на графіках ρ_п окремих аномалій (аномалія електропрофілювання - це відхилення позірного опору від тих значень, які спостерігають у випадку, коли у розрізі нема неоднорідностей) і аномальних зон та визначення їхнього зв’язку з геологічною будовою території;

· простежування аномалій, а разом із ними - відповідних геологічних об’єктів по площі досліджень;

· класифікацію виявлених геологічних об’єктів залежно від форми графіків та інтенсивності поля в їх межах;

· визначення розмірів та елементів залягання аномалієтвірних об’єктів без будь яких математичних розрахунків.

. З метою ототожнення виокремлених на графіках ρ_п типових аномалій із конкретними геологічними об’єктами використовують:

· так званий метод аналогій, коли шляхом зіставлення графіків з геологічними розрізами, а планів ізоом з геологічними мапами, визначають можливу природу тієї чи іншої аномалії;

· безпосередні польові спостереження операторів у відкритих районах біля відслонень, гірничих виробітків (канав і шурфів), знахідки уламків корінних порід тощо;

· загальні геологічні міркування щодо будови району та табличні матеріали стосовно електричних властивостей тих чи інших гірських порід.

Проте визначення геологічних причин виникнення тієї чи іншої аномалії часто ускладнене тим, що подібні за характером зміни форми графіків ρ_п можна спостерігати над суттєво різними геологічними розрізами (неоднозначність роз-в’язання оберненої задачі). Наприклад, однакові за формою та інтенсивністю аномалії можна спостерігати над депресією у кристалічних породах (рис.2.5, І), наближеними до поверхні землі породами низького опору (глинами, вуглистими лупаками) (рис. 2.5, ІІ), зонами інтенсивної тріщинуватості в інтрузивних породах (рис. 2.5, ІІІ) або завдяки певним фаціальним змінам у нанесеннях (збагачених пісків глинястим матеріалом) тощо (рис. 2.4, ІV). В останньому випадку для однозначнішого виявлення причин виникнення аномалій доцільно застосовувати установку з двома, а інколи й трьома розносами електродів живлення (рис. 2.4, І-ІІ).

Рис. 2.5 Графіки ρ_п симетричного електропрофілювання над різними геологічними розрізами

-

Найпростіше з виявленими неоднорідностями пов’язані графіки симетричної установки (рис.2.6), на яких, наприклад, місцезнаходження контакту порід визначають за стрімкою зміною амплітуди ρ_п, відносні значення якого використовують для характеристики порід за позірним електричним опорм, а верстви великої та малої потужності відображені максимумами (або мінімумами) ускладненої форми з додатковими екстремумами і крапками зламу, що зумовлені переходом електродів живлення і приймальної лінії через контакти порід різного питомого опору.

Зв’язок аномалій комбінованого та дипольного профілювання з високоомними та провідними неоднорідностями складніші і потребують знання форми теоретичних кривих над типовими неоднорідностями. Користуючись ними, можна визначити границі неоднорідностей, характер їхнього залягання, напрям падіння тощо. Деякі найхарактерніші з них для широко застосовуваних установок електропрофілювання показані на рис. 2.7. Однак треба пам’ятати, що під впливом покривних четвертинних відкладів графіки ρ_п можуть бути частково згладженими і на них практично неможливо виокремити деякі риси теоретичних кривих. Тому нижче описано декілька простих і надійних прийомів визначення розмірів, форми та елементів залягання аномалієтвірних об’єктів, використання яких не потребує теоретично розрахованих палеток. Наприклад, цілком однозначно можна стверджувати, що ізометричні за формою аномалії ρ_п на картах ізоом виникають над стовпуватими, кулястими та іншими тілами, проекція яких на земну поверхню в першому наближенні є колом, тоді як над лінзами, жилами, дайками та верствами порід, що залягають прямовисно або похило, спостерігають витягнуті за формою аномалії, азимут простягання яких відповідає азимуту простягання аномальної осі. Тобто форму об’єктів можна визначити досить однозначно вже на першому етапі якісної інтерпретації матеріалів електропрофілювання. Також просто оцінити і їхню довжину, яка з достатньою для практики точністю відповідає довжині аномальної осі.

Щодо потужності об’єктів, то в тих випадках, коли дослідження провадять з установками дипольного профілювання, її приблизно можна оцінювати за відстанню між позитивним та негативним екстремумами, одержаними над аномалієтвірними об’єктами із зустрічними установками. У випадку, коли роботи виконують з установками симетричного профілювання та серединного градієнта, потужність об’єктів за графіками ρ_п в першому наближенні можна оцінити за шириною аномалії у крапках, де значення ρ_п дорівнюють 2/3 її максимальної амплітуди.

Розміщення тіла у просторі (азимут падіння об’єкта) визначають за:

· асиметрією кривих симетричного профілювання та серединного градієнта і різницею у значенні екстремумів ρ_п^max, одержаних із зустрічними установками дипольного профілювання;

· зміщенням (у бік падіння) максимуму аномалій кривих установки симетричного профілювання або перетину кривих зустрічних установок дипольного профілювання у випадку збільшення їхніх розносів;

· результатами кругового електропрофілювання (рис.2.9).

Додаткову інформацію щодо зміни елементів залягання окремих досліджуваних тіл можна отримати з аналізу планів ізоом та графіків ρ_п. Наприклад, можна довести, що поступове зменшення амплітуди екстремумів ρ_п вздовж аномальної осі може бути зумовлене двома причинами: збільшенням глибини залягання або зменшенням потужності аномалетвірних тіл. Визначитися у цьому питанні можна, проаналізувавши зміну ширини аномалії у характерних крапках (наприклад, для значення ρ_п =ρ_п^max/2 або ρ_п= ρ_п^max/3). Якщо з’ясується, що за простяганням відстань між цими крапками поступово збільшується, то це практично однозначно свідчить про зростання глибини залягання тіла в цьому напрямі і, навпаки, зменшення цієї відстані, найімовірніше, засвідчує його виклинювання.

Природно, що більшість названих методів дає позитивні результати, коли геологічна будова території досить проста, а досліджуваний об’єкт поодинокий. В іншому випадку достовірність оцінювання, особливо потужності тіл, зменшується.

В цих умовах застосування аналітичних і палеткових методів інтерпретації через недосконалість математичного апарату практично неможливе, як і створення комплекту палеток теоретичних кривих, які б задовільно апроксимували реальні розрізи. Тому на практиці застосування цих методів можливе тільки для найпростіших розрізів оскільки результати кількісної інтерпретації дають змогу одержати тільки приблизні (якісні) розміри, глибини та елементів залягання аномалієтвірних об’єктів і незначно відрізняються від одержаних унаслідок якісної інтерпретації

Результати електропрофілювання для вирішення задач гідрогеології, інженерної геології та екології давно і успішно застосовують на всіх етапах проведення цих робіт. Зокрема, під час гідрогеологічного знімання електропрофілювання може бути використано для:

· уточнення (з’ясування) тектонічної будови району і виокремлення зон підвищенної тріщинуватості, що супроводжують розривні порушення;

· уточнення геометричних параметрів розрізу;

· виокремлення водоносних та водотривких порід;

· з’ясування змін кріогенних умов в плані і на глибину.

Під час пошуків і розвідувані родовищ солодких підземних вод електропрофілювання може бути використане для:

· дослідження рельєфу материнського (корінного) ложа долини;

· виділення і картування депресій у покрівлі фундаменту, в яких є зони зруйнованих порід;

· виділення і простежування лінійних зон тріщинуватості і закарстування;

· оцінювання ступеня водонасичення зон;

· пошуків зон проталин у пухких відкладах та тріщинуватих скельних порідах в районах поширення багаторічно мерзлих порід, з якими часто пов’язані підземні води.

Дещо рідше електропрофілювання використовують для пошуків родовищ мінеральних і термальних вод, дослідження умов заводненості гірських виробок,гідромеліоративних та грунтово-меліоративних дослідженнях з метою картування різних типів грунтів, визначення глибини залягання рівня грунтових вод, дослідження водних властивостей гірських порід зони аерації тощо.

Особливо слід відмітити доцільність використання матеріалів електропрофілювання під час проведення вишукувань, які передують будівництву значних гідрогеологічних споруд (гідростанцій, водосховищ, каналів тощо). В цьому випадку, зокрема, за матеріалами електропрофілювання можна вирішувати такі задачі:

· визначати потужність і склад пухких відкладів;

· виявляти зони тріщинуватості (в тому числі і приховані) в материнських корінних породах;

· оцінювати карстонебезпечність території;

· визначати кріологічні умови територій;

· визначати місця витоку води з водосховищ;

визначати зміни інженерно-геологічних умов у процесі будівництва чи експлуатації гребель

Під час виконання інженерно-геологічних робіт електропрофілювання з успіхом можна використовувати для:

· визначення складу, потужності та наводненості пухких відкладів;

· виділення і простеження зон диз’юнктивних порушень та оцінювання інтенсивності їхньої тріщинуватості і звітрилості зон, які їх супроводжують

· пошуків та картування порожнин штучного походження;

· визначення осувонебезпечних територій;

· оперативного виконування режимних спостережень без порушення природних умов залягання порід;

· оцінювання глибини промерзання (відтаювання) порід та динаміки змін цього процесу без змін умов залягання порід;

· дослідження підземних комунікацій (трубопроводів електромереж та ін.)

· вирішення низки археологічних питань (пошуки стін старовинних замків,будинків тощо)

2.1.4. МЕТОД ВЕРТИКАЛЬНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗОНДУВАННЯ

Як було показано у розділу 2.1.3 глибинність досліджень певною мірою залежить від відстані між джерелом струму та пунктом спостережень. Цю закономірність використовують у групі методів, які називають вертикальними електричними зондуваннями (ВЕЗ). Ідея методів - вивчення зміни позірного (питомого) опору зі збільшенням відстані між пунктом спостереження і джерелом струму, тобто глибинності досліджень.

Для виконання вертикальних зондувань можна використовувати будь-яку з наведених вище схем установок, але технічно найпростіше можна реалізувати зондування симетричною градієнт-установкою, однією з дипольних установок (дипольна осьова радіальна установка) та трьохелектродною (AMN,В ¥).

Найсприятливішими об’єктами для зондування є розрізи, у яких верстви напластування залягають горизонтально або з незначним нахилом (10-15^о).

Польові роботи за методом ВЕЗ,зазвичай, провадять у такій послідовності. У центрі зондування розташовують апаратуру вимірювання (ЕСК-1, АЕ-72, ВПО-50 тощо), джерела струму (батареї, генератор), котушки з дротами ліній живлення та приймальну лінію, розміри якої вибирають так, аби зберігалась нерівність АВ /3>> MN. Залежно від складності геологічного розрізу та необхідної детальності матеріалу на певній глибині розноси у лінії АВ послідовно збільшують у 1,2-1,7 рази. Наприклад, якщо геологічний розріз двошаровий і досить однорідний, то на початку зондувань співвідношення між розносами A_nB_n та A_{n+ 1} B_{n+ 1} може дорівнювати 1,7, однак поблизу контакту порід з метою одержання достовірніших матеріалів ці значення доцільно зменшити до 1,5-1,2.

Рис.2.10 Схема установки для електричного зондування симетричною установкою АВMN з малими розносами електродів живлення. ЕСК –автокомпенсатор; Б – батарея; К _а К_{б –} польові котушки.

Зі збільшенням розносів АВ (їхнє значення визначають за позначками на дроті, який у цьому випадку окрім іншого використовують як вимірювальну стрічку) різниця потенціалів у лінії MN поступово зменшується і, нарешті, стає такою малою для технічно можливих сил струму, що її неможливо вимірювати з необхідною точністю. Для збільшення вимірюваної величини D U збільшують довжину лінії MN (до 1/3 АВ), після чого продовжують роботу, повторивши вимірювання на новій MN для двох останніх розносів АВ. З огляду на це кількість приймальних ліній під час виконання одного зондування може бути три-чотири і більше.

З метою запобігти можливим похибкам (випадкових помітних відхилень від закономірного плавного ходу кривої r_п) побудова кривих ВЕЗ безпосередньо в полі обов’язкова.

Залежно від геологічних завдань ВЕЗ виконують по окремих профілях або по площі за заздалегідь підготовленою мережею. Доцільно, щоб відстань між пунктами спостережень приблизно дорівнювала (0,5-1,0) H (H - потужність порід, які перекривають визначальний (опорний) електричний горизонт).

Вимірювання на пункті зондування починають з АВ/MN ³3, а закінчують, коли АВ /2 досягає (10-20) H. Виконання цих умов дає змогу вивести криву зондування на асимптоту в її верхній та нижній частинах, що важливо для наступної інтерпретації.

Під час виконання робіт за методом ВЕЗ обов’язкове проведення контрольних і повторних вимірювань, які виконують на кожному п’ятому пункті й у всіх випадках, коли:

· на кривих ВЕЗ спостерігають “незакономірні вискоки”;

· розноси АВ перевищують 1 км;

· значення D U менше 2,0 мВ;

· простежують нестандартні “ворота” на кривих.

Повторні вимірювання провадять за умови збільшення (зменшення) сили струму в лінії живлення на 25-30%, і за значенням вони не повинні відрізнятися від рядових більше ніж на 5%. Якщо таке значення буде більшим, то це найчастіше свідчить про наявність витоків струму (втрат) в лініях живлення та приймання. Другою ознакою, що свідчить про витік струму в лінії АВ, є наявність різниці потенціалів в лінії MN у випадку вимкнення електродів живлення на кінці лінії.

“Зовнішній контроль” повинні проходити не менше 3% виконаних зондувань, які необхідно повторити в інший день, бажано іншою апаратурою та іншою особою. У випадку, коли останні два пункти виконати неможливо, інструкція дозволяє провадити вимірювання тому ж оператору на тій же апаратурі, проте обов’язково в інший день із записом в інший журнал. Точність робіт визначають за середньою відносною похибкою (див. формулу 2.5).

Зазначимо, що середня відносна похибка контрольних і повторних зондувань не повиннаі перевищувати відповідно ±5% і ±2,5%

Геологічну інтерпретацію результатів електричних зондувань дещосхематично (умовно) можна розділити на два етапи - якісну та кількісну.

Якісні методи інтерпретації передбачають визначення загальної геологічної ситуації у досліджуваному району і можливість виявлення на цій території певних геологічних структур, напряму падіння, послідовності виклинювання горизонтів тощо.

Зазвичай, якісну інтерпретацію починають з побудови кривих ВЕЗ, їхньої класифікації, детального аналізу всього наявного геологічного та геофізичного матеріалу (результатів свердлування, каротажних діаграм та ін.) з метою ототожнення геологічних та геофізичних горизонтів, виокремлення визначальних (опорних) верств, визначення електричних параметрів верств та їхньої зміни по площі розташування.

Криві ВЕЗ будують безпосередньо у полі на бланках з подвійним логарифмічним мірилом, модуль якого 6,25 см. Для цього по одній осі відкладають значення ρ_п, по іншій - піврознос електродів живлення (АВ /2). Ділянки кривих, одержаних з різними за довжиною лініями MN, наносять на графіки у вигляді окремих відрізків, розриви між якими найчастіше можна пояснити впливом неоднорідностей, розташованих поблизу приймальних електродів. У випадку, коли розрив між кінцями відрізків на кривих ВЕЗ перевищує 10%, відліки необхідно повторити, щоб упевнитися, що їхня наявність не зумовлена похибкою вимірювання.

Залежно від кількості геоелектричних шарів та співвідношення їхнього питомого опору виокремлюють: дво-, три- та багатошарові криві.

Рис.2.11 Типи дво-.(а),і три – (б) і чотириришарові (в) криві ВЕЗ

Форма двошарової кривої залежить від співвідношення ρ₂/ρ₁ (питомий опір другого та першого геоелектричних горизонтів, відповідно), яке заведено позначати літерою μ.. У випадку однієї межі поділу, скажімо, між пухкими покривними відкладами і консолідованими корінними породами, можливі два різні типи кривих ВЕЗ: ρ₂ <ρ₁ та ρ₂ >ρ₁ (рис. 2.11). Для малих розносів АВ, коли опір нижнього горизонту практично не впливає на результати вимірювань, значення ρ_п близькі (практично рівні) ρ₁. Зі збільшенням розносів АВ значення ρ_п, відповідно, зменшуються (μ<1) або збільшуються (μ> 1) внаслідок впливу другого шару порід, поступово наближаючись до значення ρ₂. У випадку, коли ρ₂ дуже велике порівняно зі значенням ρ₁(ρ₂/ρ₁>99), нижня гілка кривої ρ_п = f(AB /2) є прямою лінією, нахиленою до осі абсцис під кутом 45^о.

У подвійному логарифмічному мірилі криві ВЕЗ над двома розрізами з різними опорами першої верстви ρ₁, проте з однаковим співвідношенням ρ₂/ρ₁ (μ₁ = const), паралельні між собою і зсунуті по осі абсцис на відстань, що дорівнює lg(ρ₁’/ρ₁’’), де ρ₁’ і ρ₁’’ - питомий опір першого шару, відповідно, першого і другого розрізів. Аналогічно, у випадку різниці потужностей першої верстви h ₁’ i h ₁’’, але для однакового співвідношення υ₁ = h ₂/ h ₁ криві ВЕЗ зберігають паралельність одна стосовно одної по осі ординат (АВ /2) і зсунуті одна відносно другої на відстань, що дорівнює lg (h ₁’/ h ₁’’).

Криві ВЕЗ за наявності двох меж поділу (тришаровий розріз) залежно від співвідношення опорів трьох верств поділяють а такі чотири типи: H (ρ₁ >ρ₂ <ρ₃), K (ρ₁<ρ₂ >ρ₃), Q (ρ₁ >ρ₂ >ρ₃), A (ρ<ρ2 <ρ₃). Вісім типів чотиришарових кривих (рис.2.11) позначають двома літерами (HK, KH, KQ, HA, QH, AK, QQ, AA), перша з яких відповідає типу кривої перших трьох верств, друга - останніх трьох.

У всіх перерахованих випадках для малих АВ, коли нижні горизонти практично не впливають на результати вимірювань, значення ρ_п наближатиметься (дорівнюватиме) до ρ₁. Зі збільшенням розносів АВ значення ρ_п поступово зменшується (μ₁<1) або збільшується (μ₁>1) внаслідок впливу другого шару порід, поступово наближаючись до значення ρ₂ тим ближче, чим потужніший другий шар.

У випадку, коли ρ₃ дуже велике порівняно зі значенням ρ₂ (криві типу H та А), нижня гілка кривої ρ_п = f (AB /2) є прямою лінією, нахиленою до осі абсцис під кутом 45^о аналогічно до того, як це спостерігаємо для двошарових кривих.

Прив’язку виділених на кривих ВЕЗ геоелектричних горизонтів до геологічних виконують шляхом їхнього зіставлення з результатами свердлування, каротажу та інших геофізичних методів, пам’ятаючи про те, що межі геоелектричних шарів не завжди збігаються зі стратиграфічними і навіть літологічними, оскільки різні частини однакових за складом порід можуть бути неоднаково обводнені або містити розчини різної концентрації. Можна спостерігати й проти-лежну картину - комплекси порід, різні за складом або віком, близькі за елект-ричними властивостями, а тому їх виокремлюють як один шар. З огляду на це кількість геоелектричних горизонтів на кривих ВЕЗ не завжди відповідає кількості геологічних горизонтів.

Деякі найпоширеніші способи якісної інтерпретації результатів електричних зондувань, що ґрунтуються на виявленні зв’язків між характером геологічного розрізу та тими чи іншими особливостями кривих зондувань, наведені нижче.

Карта типів кривих зондування дуже часто дає цікаву інформацію про особливості геологічної будови досліджуваної території. Наприклад, за їхньою допомогою можна визначати:

1 наявність тектонічних порушень, уздовж яких відбуваються вертикальні переміщення гірських порід;

2 виклинювання тієї чи іншої верстви порід;

3 напрям падіння порід.

Рис 2.12 Карта типів кривих (а) і геологічний розріз досліджуваної площі (б)

Криві: 1-НК; 2 – типу К; 3- двошарові; 4 – над однорідним середовищем

з опором ρ₄

Для побудови цих мап на планшеті, де нанесені центри виконаних зондувань у дещо зменшених розмірах, зображують спостережені криві ВЕЗ, а потім кольором або штриховкою виокремлюють площі поширення кривих різного типу. Для спрощення на планшети інколи наносять не самі криві ВЕЗ, а тільки позначки, які відображають ту чи іншу її ознаку: кількість геоелектричних верств або співвідношення опорів різних горизонтів тощо. Таке зображення технічно простіше, проте в цьому випадку дещо губиться в інформаційному плані, оскільки виокремлення того чи іншого критерію стає дещо суб’єктивне.

Приклад можливого застосування карти типу кривих ВЕЗ та геоелектричного розрізу для визначення геологічної будови однієї з ділянок наведений на рис. 2.12.

Карти однакових значень поздовжньої провідності S ( _i), зазвичай, будують, коли питомий опір визначального (опорного) електричного горизонту порід набагато перевищує опір перекривних порід.

Середній поздовжній опір ρ_l порід надопорної товщі, їхня сумарна потужність H та поздовжня провідність пов’язані між собою таким співвідношенням: S = H /ρ_l, або H = S ρ_l. Звідси випливає, що за умови незмінності поздовжнього опору порід карта S відображає рельєф опорного горизонту, і тим точніше, чим сталішим є параметр ρ_l.

Для побудови карти S по правій асимптотичній частині кривої ВЕЗ визначають поздовжню провідність (рис.2.13) і ці значення виносять на план біля крапок, які відповідають центрам зондувань, після чого проводять ізолінії S (рис. 2.14, а, в). Якщо внаслідок параметричних досліджень виявлено, що в межах обстежуваної території значення ρ_l стабільні, то від карти S, враховуючи формулу H = S ρ_l, легко перейти до карти глибин. У випадку, коли значення ρ_l нестале по площі, спочатку треба побудувати карту ρ_l, а потім на підставі отриманих результатів перейти і до карти глибин.

Рис. 2.13. Визначення поздовжної провідності S

Карти однакових значень ρ_п^max та ρ_п^minбудують для якісного визначення потужності проміжного шару. І справді, аналіз палеток тришарових кривих типу H та K свідчить про те, що екстремальні значення питомого опору тим ближчі до дійсного опору проміжного шару, чим більша його потужність. Тому якщо з кривих ВЕЗ зняти значення ρ_п^max (для кривих типу К) та ρ_п^min (для кривих типу Н), а потім за звичною методикою побудувати карту ізоліній екстремальних значень позірних опорів, то ця карта буде наближено характеризувати потужність проміжного шару.

Аналогічну методику застосовують і для визначення поведінки проміжних верств багатошарових розрізів, але за умови порівняно сталих параметрів перекривних шарів.

Карти однакових значеньабсцис екстремальнихкрапок. На підставі аналізу відомих теоретичних палеток тришарових кривих можна зауважити, що зростання потужності проміжного шару приводить до збільшення розносів, для яких позірний опір досягає екстремального значення. Цю особливість кривих ВЕЗ і використовують для якісної характеристики потужності проміжних горизонтів збільшеного чи зменшеного опору щодо вмісних порід.

З цією метою для усіх зондувань, виконаних на тій чи іншій ділянці, відшукують значення абсцис крапок з екстремальними значеннями ρ_п (для тієї ж верстви порід), після чого будують карти ізоліній абсцис ρ_п^min та ρ_п^max . На цих мапах зони зі збільшеними значеннями ρ_п^екстр відповідатимуть ділянкам підвищеної потужності проміжних горизонтів (рис.2.14, а, г).

Рис2.14 Структурна і геофізична мапи, побудовані за матеріалами ВЄЗ:

а – структурна мапа покрівлі горизонту ρ₃, б – мапа позірного опору

для АВ=1000 м; в – карта S г – карта абсціс ρ_п^min

Горизонтальні карти ізоом. Наявність прямої залежності між глибиною досліджень та розмірами установки дають змогу якісно характеризувати
зміну розрізу на певній глибині в поземному (горизонтальному) напрямі. Для цього на кривих ВЕЗ відшукують значення ρ_п на певному розносі, а потім за звичною методикою будують карту ізоом (ізоліній ρ_п) (рис. 14, а,б).

Побудова вертикальних геоелектричних розрізів. Процес побудови таких розрізів полягає у тому, що пункти виконання ВЕЗ у заданому мірилі наносять на профілі, вздовж яких провадять дослідження (рис.2.15).