ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФИЛИАЛ
УФИМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО НЕФТЯНОГО
ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА В Г. ОКТЯБРЬСКОМ
Кафедра ИТМЕН
Реферат
по дисциплине: Математическое
и физическое моделирование
процессов добычи природных
углеводородов
На тему:
«Какие свойства горных пород изучает
электроразведка и как она
может использоваться для изучения
их строения»
Выполнил: ст. гр.
ГР-07-12
Сибгатуллин Р. Ф.
Проверил: преподаватель
Шакурова А. Ф.
2010
Содержание
Введение…………………………………………………………………………………….3
История
развития электроразведки…………………………………….……4
Сущность
электроразведки…………………………………………………….…5
Электромагнитные
свойства горных пород…………………………..…7
Заключение………………………………………………………………………………11
Литература………………………………………………………………………………12
Введение
Электрическая
разведка, или электроразведка, является
одним из основных разделов разведочной
геофизики — науки, относящейся
к циклу наук о Земле и занимающейся
изучением геологического строения
земной коры и глубинных зон нашей
планеты. Методы электроразведки широко
применяются как при геологоструктурных
исследованиях и геологическом
картировании, так и при поисках
и разведке месторождений полезных
ископаемых.
В
электроразведке сейчас насчитывается
свыше пятидесяти различных методов
и модификаций, предназначенных
как для глубинных исследований,
так и для изучения верхней
части разреза. В зависимости
от принципа исследования их можно
разделить на следующие группы: методы
сопротивлений (методы постоянного
тока) и электромагнитные методы. Рассмотрим
сущность методов.
История
развития электроразведки
Электроразведка,
как и вся разведочная геофизика,
является наукой сравнительно молодой.
Первые работы по применению электричества
при поисках полезных ископаемых
относятся к 1829 г., когда А. Фокс наблюдал
на медноколчеданными месторождениями
Корнуэльса (Англия) естественные электрические
поля, связанные с окислительно-восстановительными
процессами. Общий прогресс геофизики
в конце ХIХ и начале ХХ столетия
коснулся также и методов изучения
геологического строения Земли; он дал
толчок развитию прикладной геофизики
в целом и электрических методов
разведки в частности. В 1903 г. Русским
инженером Е.И Рагозиным была
опубликована монография "О применении
электричества для разведки рудных
залежей". В 1910 г. французский учёный
К. Шлюмберже разработал метод сопротивлений,
нашедший впоследствии широкое применение
при геологоструктурных исследованиях.
В 1919 – 1922 гг. шведские учёные Н. Лундберг
и К. Зундберг своими работами положили
начало электроразведке переменными
полями и, в частности, методам, основанным
на наблюдении эквипотенциальных линий
электрического поля и напряжённости
магнитного поля. Несколько позже
в Америке был предложен метод
индукции (радиор). Большую роль в
развитии теории электроразведки постоянным
током сыграли исследования немецкого
учёного И. Гуммеля и в особенности
румынского учёного С. Стефанеску, разработавших
методы расчёта электрических полей
точечных источников при плоскопараллельных
поверхностях раздела. В 1924 г. Основоположник
отечественной электроразведки
А.А Петровский провел впервые в
Советском Союзе электроразведочные
работы методами естественного поля
(Риддерское полиметаллическое месторождение
на Алтае). В 1925 г. Метод эквипотенциальных
линий был поставлен на переменном
токе и в этой модификации в
последующие годы широко опробован
на сульфидных месторождениях СССР. К
1925 г. Относятся также первые опытные
работы по применению метода интенсивности,
проведенные на Урале (Богомоловский
рудник). С 1926 г. в практику электроразведочных
работ входит метод индукции. С 1928
г. А. А. Петровский проводит систематические
исследования в области радиоволновых
методов разведки. Таким образом,
в двадцатые годы ХХ века электроразведку
использовали в основном при поисках
и разведке рудных месторождений. Однако
проводившиеся работы носили в значительной
мере опытный характер, объём производственных
работ был невелик. В 1928 – 1929 гг. электроразведку
начинают применять для поисков и разведки
нефтеносных и газоносных структур. В
последующие годы объём этих работ существенно
возрастает в соответствии с общим увеличением
объёма геофизических работ при поисках
нефти и газа и организацией геофизической
службы в нефтяной промышленности. В 1930
г. А.С. Семенов проводит первые электроразведочные
работы для решения гидрогеологических
и инженерно-геологических задач. В 1932
г. были проведены первые электроразведочные
работы с целью поисков и разведки месторождений
ископаемых углей. В этой области геологических
исследований электроразведка получила
применение как метод изучения геологической
структуры угольных бассейнов и поисков
угольных пластов, а также угленосных
свит. В 1960 – 1970х гг. большой вклад в развитие
электроразведки постоянным током внесли
А. И. Заборовский, Л.М. Альпина, В.Н. Дахнова,
А.Н. Тихонова, А.П. Краева, Е.Н. Каленова,
А.М. Пылаева и др. Другие же методы электроразведки
развивали Е.А. Сергеев (метод естественного
тока), А.С Семенов (метод заряда), А.Г. Тархова,
И.Г. Михайлова (метод индукции) и др.
Сущность
электроразведки
Электроразведка
(точнее электромагнитная разведка) объединяет
физические методы исследования геосфер
Земли, поисков и разведки полезных
ископаемых, основанные на изучении электрических
и электромагнитных полей, существующих
в Земле либо в силу естественных
космических, атмосферных, физико-химических
процессов, либо созданных искусственно.
Используемые поля могут быть: установившимися,
т.е. существующими свыше секунды
(постоянными и переменными, гармоническими
или квазигармоническими с частотой
от миллигерц (1 мГц = Гц)
до петагерц (1 ПГц = Гц))
и неустановившимися,
импульсными с длительностью
импульсов от микросекунд
до секунд. С помощью
разнообразной аппаратуры
измеряют амплитудные
и фазовые составляющие
напряженности электрических (Е) и магнитных (Н) полей.
Если напряженность и структура естественных
полей определяется их природой, интенсивностью,
а также электромагнитными свойствами
горных пород, то для искусственных полей
она зависит и от мощности источника, частоты
или длительности, а также способов возбуждения
поля.
Основными
электромагнитными свойствами горных
пород являются удельное электрическое
сопротивление (УЭС, или
), электрохимическая активность (
), поляризуемость (
), диэлектрическая (
) и магнитная (
) проницаемости. Электромагнитные свойства
геологических сред, вмещающей среды,
пластов, объектов, а также геометрические
параметры последних служат основой для
построения геоэлектрических разрезов.
Геоэлектрический разрез над однородным
по тому или иному электромагнитному свойству
полупространством принято называть нормальным,
а над неоднородным - аномальным. На выделении
аномалий и основана электроразведка.
Изменение
глубинности электроразведки достигается
изменением мощности источников, частоты
и длительности возбуждения, а также
зависит от способов создания поля.
Последние могут быть гальваническими
(ток вводится в Землю с помощью
заземлений) или индукционными (ток
пропускается в незаземленную петлю,
рамку). Глубинностью можно управлять
также геометрическим (дистан-ционным)
и частотным приемами. Сущность дистанционного
(геометрического) приема сводится к
увеличению расстояния между источником
поля и точками, где оно измеряется,
что ведет к росту объема среды,
вовлекаемого в исследование. Частотный
принцип увеличения глубинности
основан на скин-эффекте, т.е. прижимании
поля к поверхности Земли, тем
большем, чем выше частота гармонического
поля(f) или меньше время (t) после создания
импульсного поля. Наоборот, чем меньше
частота, больше
(период колебаний) или t (его называют
временем диффузии, становления поля,
или переходного процесса), тем больше
глубинность разведки. В целом она может
меняться от сотен и десятков километров
на постоянном токе и инфранизких частотах
до сантиметров и миллиметров на частотах
свыше гигагерц (Ггц =
Гц).
Вследствие
многообразия используемых полей, их частотно-временных
спектров, электромагнитных свойств
горных пород электроразведка отличается
от других геофизических методов
большим количеством методов (свыше
50). По физической природе их можно
сгруппировать в методы естественного
переменного электромагнитного
поля, поляризационные (геоэлектрохимические),
сопротивлений, индукционные низкочастотные,
высокочастотные, сверхвысокочастотные,
биогеофизические.
По
геометрии и строению изучаемых
геологических разрезов методы электроразведки
условно делятся на: 1) зондирования,
которые служат для расчленения
горизонтально (или полого) слоистых
разрезов в вертикальном направлении;
2) профилирования, предназначенные
для изучения крутослоистых разрезов
или выявления объектов в горизонтальном
направлении; 3) подземно-скважинные (объемные),
объединяющие методы выявления неоднородностей
между скважинами, горными выработками
и земной поверхностью.
Электроразведка
с той или иной эффективностью
применяется для решения практически
всех задач, при которых используются
геофизические методы. В частности,
с помощью естественных переменных
полей солнечно-космического происхождения
разведываются земные недра на глубинах
до 500 км и ведется изучение таких
геосфер, как осадочная толща, кристаллические
породы, земная кора, верхняя мантия.
Электромагнитные зондирования используются
при глубинных и структурных
исследованиях, поисках нефти и
газа. Электромагнитные профилирования
применяются при картировочно-поисковых
съемках, поисках рудных и нерудных
полезных ископаемых. Объемные методы
применяются при разведке месторождений.
Малоглубинные электромагнитные зондирования
и профилирования используются при
инженерных и экологических исследованиях.
По
технологии и месту проведения работ
различают аэрокосмические, полевые
(наземные), акваториальные (или аквальные,
водные, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные)
и скважинные (межскважинные) методы
электроразведки.
Электромагнитные
свойства горных пород
Как
отмечалось выше, к основным электромагнитным
свойствам горных пород относятся:
удельное электрическое сопротивление
(ρ), электрохимическая активность (α),
поляризуемость (η), диэлектрическая (θ)
и магнитная (μ) проницаемости. Параметрами,
а также частотой поля определяется коэффициент
поглощения поля средой горных пород.
Удельное
электрическое сопротивление (УЭС),
измеряемое в омметрах (Омм), характеризует
способность пород оказывать
электрическое сопротивление прохождению
тока и является наиболее универсальным
электромагнитным свойством. Оно меняется
в горных породах и рудах в очень широких
пределах: от
до Омм. Величина обратная
называется электропроводностью и измеряется
в сименсах на метр (См / м). Для наиболее
распространенных осадочных, изверженных
и метаморфических горных пород УЭС зависит
от минерального состава, физико-механических
и водных свойств горных пород, концентрации
солей в подземных водах и в меньшей мере
от их химического состава, а также от
некоторых других факторов (температуры,
глубины залегания, степени метаморфизма
и др.).
1.
Удельное электрическое сопротивление
минералов зависит от их внутрикристаллических
связей. Для минералов-диэлектриков
(кварц, слюды, полевые шпаты
и др.) с преимущественно ковалентными
связями характерны очень высокие
сопротивления (-
Омм). Минералы-полупроводники (карбонаты,
сульфаты, галоиды и
др.) имеют ионные связи
и отличаются высокими
сопротивлениями (-
Омм). Глинистые минералы (гидрослюды,
монтморилломонит, каолинит
и др.) обладают ионно-ковалентными
связями и выделяются
достаточно низкими
сопротивлениями (
Омм). Рудные минералы (самородные, некоторые
окислы) отличаются электронной проводимостью
и очень хорошо проводят ток (
Омм). Первые две группы минералов составляют
"жесткий" скелет большинства горных
пород. Глинистые минералы создают "пластичный"
скелет, способный адсорбировать связанную
воду, а породы с "жесткими" минералами
могут насыщаться лишь растворами и свободной
водой, т.е. той, которая может быть выкачана
из породы.
2.
Удельное электрическое сопротивление
свободных подземных вод (грави-тационных
и капиллярных) меняется от
долей Омм при высокой общей
минерализации (
г / л) до 1000 Омм при низкой минерализации
(
г / л) и может быть оценено по формуле
. Химический состав растворенных в воде
солей не играет существенной роли, поэтому
по данным электроразведки можно судить
лишь об общей минерализации подземных
вод. Удельное электрическое сопротивление
связанных вод, адсорбированных твердыми
частицами породы, низкое и мало меняется
(от 1 до 100 Омм). Это объясняется достаточно
постоянной их минерализацией (3-1 г / л).
Средняя минерализация вод мирового океана
равна 36 г / л.