Обоснование эффективности исследования магнитного потока при импульсной индуктивной электроразведке

Поиски новых запасов минерального сырья для развития горнорудной промышленности и подъема сельского хозяйства играют важнейшую роль в превращении Вьетнама из отсталой аграрной страны с разрушенной в результате затяжной войны экономикой в социалистическое экономическое развитое государство. На это направлена экономическая политика КПВ, как указывают решения ее 7 съезда (1982г) и положения отчетного доклада ЦК КПВ «Основные направления, задачи и цель экономического и социального развития страны на 198 185 гг и на период до конца 80-х годов» .

Некоторые из ввдов минерального сырья имеют первостепенное значение. Сюда относятся открытие новых и расширение запасов известных промышленных железорудных месторождений, необходимых для ускоренного создания базы черной металлургии. В решении продовольственной проблемы очень важно наладить снабжение сельского хозяйства минеральными удобрениями. Для этого уже имеются большие запасы фосфоритов, но требуются поиски пиритов, также необходимых для производства минеральных удобрений. Таким образом, поиски железорудных и колчеданных месторождений представляют для Вьетнама важнейшую народнохозяйственную задачу.

Для решения этой задачи необходимо широко использовать геофизические методы и, в частности, целесообразно применить метод переходных процессов. Об этом говорит более чем 10-летний опыт советской разведочной геофизики и небольшие по объему результаты опытных работ в Северном Вьетнаме. На это же указывает изучение физико-геологической обстановки на железорудных и колчеданных месторождениях Северного Вьетнама.

При применении этого метода в условиях развития низкоомного разреза и, в особенности, низкоомного экрана покровных отложений, из-за сильного поглощения электромагнитного поля в среде, снижается глубинность исследований, т. е. в таких условиях возникает проблема повышения глубинности исследований и надежности информации о наиболее глубоких частях разреза, извлекаемой из результатов наблюдений на' наиболее поздних стадиях становления поля. Эта проблема имеет большое значение как для многих районов Советского Союза, так и для условий Северного Вьетнама.

Одним из путей решения этой проблемы является переход от измерений производной от потока магнитной аддукции неустановившегося поля по времени (э.д.с. в приемном контуре), обычно измеряемой при работах методами переходных процессов и зондирований становлением поля, к непосредственным измерениям потока. В этом случае происходит обогащение спектра изучаемого сигнала низкими частотами, обеспечивающими большую глубину проникновения поля, в результате чего и повышается глубинность исследований, а также улучшается избирательность метода по отношению к объектам высокой элек-тпроводности.

Разработка методов измерений потока магнитной аддукции неустановившегося поля при геофизических исследованиях ведется по двум направлениям. Это применение высокочувствительных криогенных магнитометров (СНШШЖС) и интегрирование неустановившегося сигнала на входе измерительной аппаратуры (МГРИ).

Настоящая работа посвящена теоретическому обоснованию целесообразности и эффективности измерений потока магнитной индукции неустановившегося поля.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность теш.

Вьетнамаграрная страна, недавно вышедшая из затяжных разрушительных войн, ведущая строительство социализма, минуя капиталистическую стацию, нуждается в ускоренном создании собственной минерально-сырьевой базы и развитии на ее основе горно-рудной промышленности и сельского хозяйства. На это указывают решения У съезда КПВ.

Для заложения основ черной металлургии в СРВ большое значение имеет расширение запасов железорудных месторождений. Для снабжения сельского хозяйства минеральными удобрениями, наряду с известными крупными месторождениями фосфоритов, огромное значение имеют поиски пиритов.

Как показывает более чем 10-летний опыт советской разведочной геофизики и небольшие по объему результаты опытных работ в Северном Вьетнаме, для решения обеих названных выше задач целесообразно использовать метод переходных процессов. При применении этого метода в условиях развития низкоомного разреза и, в особенности, низкоомного экрана покровных отложений, возникает проблема повышения глубинности исследований.

Одним из путей решения этой проблемы является переход от измерений производной магнитной индукции неустановившегося поля по времени (э.д.с.).

Дель работы заключается в теоретическом обосновании целесообразности и эффективности измерений потока магнитной аддукции, наряду с измерениями его производной по времени (э.д.с.), при работах методом переходных процессов и в определении условий, при которых проявляются преимущества такого способа исследований. На этой основе может быть получена оценка основных параметров, которым должна удовлетворять соответствующая аппаратура.

В связи с этим основными задачами выполненных исследований являются.

1. Оценка физико-геологических условий применения метода переходных процессов для поисков колчеданных и железорудных месторождений Северного Вьетнама.

2. Исследование особенностей неустановившегося магнитного потока С в сравнении с э.д.с.) для основных моделей а) слоистой средыб) локального проводящего объектав) локального проводящего объекта, погруженного в двуслойную среду.

3. Оценка отношения сигнал-помеха, глубинности, локальности, разрешающей способности и избирательности измерений потока и э.д.с.

Научная новизна.

Обоснован новый способ исследований при электроразведочных работах методами переходных процессов (МПП) и зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), заключающийся в измерении потока неустановившегося магнитного поля, наряду с (или вместо) обычно измеряемой производной потока по времени (э.д.с.), что обеспечивает повышение надежности информации о больших глубинах, извлекаемой из результатов наблюдений на поздних временах становления, и увеличение глубинности как зондирования, так и обнаружения локальных проводящих объектов.

В связи с этим получены и проанализированы (в сравнении с э.д.с) результаты теоретического расчета неустановившегося магнитного потока для следующих моделей: однородное полупространство, тонкий пласт на непроводящем основании, тонкий пласт на проводящем основании, два тонких пласта, двуслойная среда, шар в непроводящей среде, шар в двуслойной среде.

При этом также показано, что при переходе к измерениям потока локальность и разрешающая способность зовдирований остаются неизменными, а избирательность по отношению к объектам высокой электропроводности улучшается.

Дано физическое истолкование выявленных преимуществ нового способа исследований, заключающееся в повышении роли низких частот в спектре изучаемого сигнала.

Практическая ценность выполненных исследований заключается в выявлении возможности увеличения в 1,5−2 раза глубинности исследований и повышения, примерно напорядок, надежности информации о больших глубинах при электроразведочных работах методами ЗСБ и МПП, широко применяемыми для решения разнообразных задач структурной и рудной геофизики в СССР и имеющими большие перспективы применения в условиях Северного Вьетнама, в первую очередь, для поисков колчеданных и железорудных месторождений. Полученные теоретические оценки использованы в МГРИ при разработке технических требований к аппаратуре для измерений потока неустановившегося магнитного роля. Макет такой аппаратуры создан и успешно опробован в 1982 г., что в свою очередь послужило основой для разработки образца аналогичной аппаратуры ИПР-1, серийный выпуск которой начинается в СССР с 1984 г.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзном се-минерае по проблемам электроразведки неоднородных сред (1982 г.) и на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГРИ (I98I-I983 гг).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 3 стаi тьях депонированных в журнале Известия Вузов, Геология и разведка и в I статье, опубликованной в журнале «Прикладная геофизика» .

Объем и структура. Работа содержит У.4/. страниц машинописного текста, 2 таблицы, 37 рисунков, список литературы на 9 страницах (82 наименований) и состоит из введения, 5 глав, заключения.

Во введении сформулированы основные задачи исследований и обоснована актуальность проблемы.

В первой главе проанализированы геоэлектрические модели колчеданных и железорудных месторождений Северного Вьетнама.

Во второй главе рассмотрены решения и проанализированы (в сравнении с э.д.с) результаты теоретического расчета неустановившегося магнитного потока для однородного полупространства и основных моделей слоистых сред.

В третьей главе проведен аналогичный анализ поля локального проводящего объекта (шара).

В четвертой главе рассмотрены задача о поле шара, погруженного в двуслойную среду. Для этого случая также получены численные расчеты и проведен сравнительный анализ поведения потока и э.д.с.

Пятая глава носит иллюстративный характер. Она написана по результатам исследований, направленных на разработку интегрального способа измерений неустановившегося сигнала и соответствующей аппаратуры, выполненных в лаборатории электромагнитных геофизических методов МГРЙ с частичным участием автора диссертации и служит экспериментальным подтверждением теоретических и методических исследований, составляющих основное содержание диссертации.

В заключении перечислены основные результаты выполненных исе следований и сформулированы основные защищаемые положения.

Работа выполнена в Московском геологоразведочном институте им. Серго Орджоникидзе в период обучения автора в аспирантуре.

Б соих исследованиях автор опирался на достижения советской школы разведочной геофизики в области изучения и применения неустановившихся электромагнитных полей. Сюда относятся Фундаментальные и прикладные работы Тихонова А. Н., Шейнманна С. М., Чатаева Д. Н., Баньяна Л. Л., Каменецкого Ф. М., Якубовского Ю. Б., Коваленко В. Ф., Беликина А. Б., Булгакова Ю. И., Тимофеева В. М., Макагонова А. П., МСидорова В.А., Рабиновича Б. И., Исаева Г. А., Морозовой Г. М., Табо-ровского Л.А., Безрука И. А., Кшочкина В. Н., Светова Б. С., Приса Г. Б., Куликова А. В., Мизюка Л. Я., Вакульского А. А., и других советских ученых. К этой же школе мо1ут быть отнесены и работы вьетнамских геофизиков, в первую очередь, исследования, выполненные Нго Ван Быу.

Автор выражает сердечную благодарность своему научному руководителю, заведующему лабораторией электромагнитных геофизических методов МГРИ, доктору технических наук Каменецкому Ф. М., за постоянное внимание, помощь и целенправленное эффективное руководство исследованиями. Автор благодарит также старшего научного сотрудника этой же лаборатории кандидата технических наук В. М. Тимофеева, младшего научного сотрудника этой же лаборатории Крюкову Л. Г., профессора кафедры математики МГРИ, доктора технических наук П. П. Макагонова, старшего преподавателя этой же кафедры, кандидата технических наук Н. И. Мухину, заведующего кафедрой геофизики Ханойского горно-геологического института, доктора технических наук Нго Ван Быу и докто ров геолого-минералогических наук Динь Ван Зьен и Нгуен Динь Кат за ценные советы и консультации, заведующего кафедрой электрических гравитационных и магнитных методов МГРИ, профессора, доктора технических наук Д. С. Даева и профессора этой же кафедры, доктора технических наук Ю. В. Якубовского за внимание и поддержку, своих товарищей по аспирантуре за дружескую поддержку и помощь, сотрудников лаборатории вычислительной техники за оказанное содействие в работе, а также сотрудников лаборатории электромагнитных геофизических методов МГРИ за помощь в оформлении диссертации.

Основные результаты выполненных исследований сводятся к следующему:

1. Проанализированы геоэлектрические модели колчеданных и железорудных месторождений Северного Вьетнама. Обоснована целесообразность применения метода переходных процессов для поисков этих месторождений.

2. Рассмотрены решения прямых задач и проанализированы (в сравнении с э.д.с.) результаты, теоретического расчета неустановившегося магнитного потока для основных моделей слоистой среды: однородное полупространство, тонкий пласт на непроводящем-основании, тонкий пласт на проводящем основании, два тонких пласта, двухслойная.среда." Исследованы радиальные и-вертикальные характеристики поля, локальность и разрешающая способность кривых кажущейся электропроводности, отношение сигнала к помехе и глубинность зондирования.

3. Рассмотрены. решения прямых задач и проанализированы С в сравнении с э.д.с.) результаты, теоретического расчета неустановившегося магнитного потока для локального проводника (шара) в. непроводящей среде и погруженного в двухслойную проводящую среду. Исследованы избирательная способность потока и /э.д.с. и соответствующих кривых кажущейся электропроводности по отношению к проводящим объектам с различными параметрами, отношение сигнала к помехе и глубинность — обнаружения локального проводящего объекта.

4. В. результате обоснован новый способ исследований при электроразведочных работах методами переходных процессов и зондирований становлением поля в ближней зоне, заключающийся в измерении потока неустановившегося магнитного поля, наряду с (или вместо).

— 141 обычно измеряемой производной потока по времени (э.д.с.).

Основные защищаемые положения.

I. В импульсной индуктивной электроразведке методами переходных процессов и зондирований становлением поля Ъ ближней зоне целесообразно наряду с (или вместо) обычно измеряемой производной от потока по времени (э.д.с. в приемном контуре) измерять ее первообразную, т. е. сам поток... 2. Измерение потока обеспечивает повышение надежности информации о больших глубинах, извлекаемой из результатов наблюдений на поздних временах ставноения и увеличение глубинности как зондирования, так и обнаружения локальных проводящих объектов.. 3. При переходе к измерениям потока локальность и разрешающая способность зондирований остаются неизменными, а избирательность по отношению к объектам высокой электропроводности улучшается.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.. I. Об избирательности характеристик потока магнитной индукции и э.д.с. в методе переходных процессов. Сб. Прикладная геофизика, вып.105, 1982. Совместно с Каменецким Ф. М. и.-Тимофеевым В.М. 2. Сравнительные характеристики потока магнитной индукции и э.д.с. при зондированиях методом переходных процессов. Изв. ВУЗов Геология, и разведка, 1983,. деп. Совместно с Каменецким Ф. М. 3. Поток магнитной индукции неустановившихся вихревых токов в двухслойной среде. Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1983, деп. совместно с Каменецким Ф.М.

4.Поток магнитной индукции неустановившихся вихревых токов в шаре. Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1983, деп. совместно с Каменецким Ф.М.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.