Электрическая разведка

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА, электроразведка (а. electric prospecting, electric exploration; н. elektrische Erkundung; ф. prospection electrique, exploration electrique; и. prospeccion electrica, exploracion electrica, cateo electriсо), — группа методов разведочной геофизики, основанных на изучении естественных или искусственно возбуждаемых в земной коре электромагнитных полей.

Впервые электрические методы для поисков месторождений полезных ископаемых применили в конце 19 века К. Барус (США) и Е. И. Рагозин (Россия). В 1912 К. Шлюмберже (Франция) создал методы, основанные на использовании постоянных электрических полей, в 1919-22 К. Лундберг и Х. Зундберг (Швеция) разработали методы электроразведки, изучающие переменные электромагнитные поля. Первые электроразведочные работы в CCCP выполнены в 1924 А. А. Петровским, который исследовал естественные электрические поля, образующиеся вокруг рудных залежей.

Исследуемое электромагнитное поле в земле и на её поверхности зависит от свойств горных пород (удельного электрического сопротивления, магнитной и диэлектрический проницаемости, поляризуемости), что позволяет по изменению его параметров изучать геологическое строение территории и выявлять в её пределах залежи полезных ископаемых. Применяется свыше 100 модификаций электрической разведки, подразделяющихся на следующие основные группы методов — кажущихся сопротивлений, электрохимической поляризации, магнитотеллурического поля, электромагнитного зондирования, индуктивные и радиоволновые. Методы кажущихся сопротивлений основаны на изучении постоянных электрических полей, создаваемых при помощи 2 заземлений, подключённых к полюсам источника постоянного тока. Создаваемое электрическое поле исследуется при помощи измерительных заземлений, между которыми измеряется разность потенциалов. По измеренной силе тока, пропускаемого в землю, и разности потенциалов определяют так называемое кажущееся сопротивление горных пород, по пространственному распределению которого судят о геологическом строении исследуемой площади. Методы кажущихся сопротивлений используются главным образом для геологического картирования, реже поисков полезных ископаемых.

Методами электрохимической поляризации изучают поля, создаваемые электрически поляризованными геологическими образованиями. Поляризация геологических объектов возникает вследствие естественных электрохимических процессов, происходящих на контактах руд и вмещающих пород, и электрокинетических явлений, сопровождающих фильтрацию подземных вод через поры горных пород. В ряде методов используется искусственная поляризация горных пород и руд посредством пропускания через них электрического тока. Основная область применения поляризации методов — поиски рудных месторождений, реже гидрогеологические исследования.

Методами магнитотеллурического поля исследуются переменные составляющие естественного электромагнитного поля. Глубина проникновения электромагнитного поля в землю вследствие скин-эффекта возрастает с уменьшением его частоты, поэтому низкочастотные составляющие магнитотеллурического поля (сотые и тысячные доли Гц) характеризуют геологическое строение на больших (несколько км), а высокочастотные — на малых глубинах (десятки метров). Изучая зависимость поля от частоты, осуществляют вертикальное зондирование геологического разреза в точке наблюдения; исследуя поле на одной частоте (или в узком диапазоне частот), изучают изменение геологического разреза в горизонтальном направлении (профилирование). Основная область применения — глубинное геологическое картирование.

Методы электромагнитного зондирования, изучающие особенности изменения в земной коре искусственно создаваемых полей, предназначены для исследования геологического разреза в вертикальном направлении. Изменение глубинности исследования достигается изменением расстояния между источником поля и точкой его исследования (дистанционное зондирование) и изменением частоты поля или скорости его изменения во времени (зондирование скин-эффектом). Методы используются главным образом для геологического картирования, в том числе для поисков структур, благоприятных для скопления нефти и газа.

В индуктивных методах поле возбуждается при помощи незаземлённых контуров, обтекаемых переменным током низкой частоты (единицы — тысячи Гц), или импульсными токами. Изучается вторичное магнитное поле, создаваемое вихревыми токами, индуцированными в хорошо проводящих областях геологического разреза (главным образом в рудных залежах) или возникающее за счёт намагничивания геологических образований, обладающих высокой магнитной восприимчивостью. Измерения ведутся в точках, отстоящих от источника на расстояниях, существенно меньших длины волны (индукционная зона источника). Основная область применения — поиски хорошо проводящих и магнитных руд и геологическое картирование.

Радиоволновые методы основаны на изучении распространения радиоволн в горных породах. Поглощение радиоволн горными породами возрастает с увеличением их проводимости. На этом основано так называемое радиоволновое просвечивание, при котором передатчик помещается в одной выработке (скважине), а приёмник — в другой. На явлении отражения радиоволн от границ, разделяющих породы с различной электропроводностью, основан так называемый радиолокационный способ. Для изучения малых (до 20-30 м) глубин используют радиоволновое профилирование, заключающееся в измерении изменения напряжённых электромагнитных полей длинноволновых и сверхдлинноволновых радиостанций над участками земной коры с различной электрической проводимостью (см. Радиоволновые методы разведки).

Электроразведочная аппаратура состоит из источников тока (батареи, генераторы и др.), питающих (заземлённая на концах линия, замкнутый одновитковый или многовитковый контур и др.) и измерительных (датчики поля, набор промежуточных преобразователей измеряемого сигнала — фильтров, усилителей, накопителей и выходных устройств, регистрирующих сигнал в аналоговой или цифровой форме) устройств. Для изучения малых глубин (до одного км) применяется обычно переносная аппаратура. Для глубинных исследований используют электроразведочные станции.

Результаты полевых электроразведочных наблюдений предварительно обрабатывают и представляют в виде графиков и карт элементов электромагнитных полей или эффективных параметров — кажущегося сопротивления, поляризуемости и др., вычисленных по наблюдённому полю. В процессе качественной интерпретации этих данных определяется тип геологических структур, их приблизительное положение, даются заключения о наличии в пределах исследованной площади месторождений полезных ископаемых. Результатом количественной интерпретации являются численные характеристики элементов разреза — глубины и мощности пластов, углы падения и др. Основной приём количественной интерпретации — сравнение наблюдённого поля с теоретически рассчитанными моделями (физическими и математическими) геологического разреза. Для такого сравнения широко применяются ЭВМ и системы машинной интерпретации.

В горном деле шахтные, скважинные и карьерные модификации электрической разведки используются при эксплуатационной разведке, технологическом картировании руд, исследовании устойчивости горных выработок и др. Применение электрической разведки в горных выработках усложняется влиянием металлических конструкций (рельсы, силовые линии и тому подобные), а также высоким уровнем электромагнитных полей-помех.

Использование электрической разведки удешевляет и ускоряет производство геологических исследований за счёт сокращения объёма дорогостоящих горных и буровых работ. Развитие электрической разведки связано с разработкой новых методов, повышением глубинности исследований, разработкой компьютеризованной аппаратуры, позволяющей выполнять непосредственно в полевых условиях обработку результатов наблюдений и интерпретировать их.