Электроразведка методом сопротивлений - Шевнин В.А.
ISBN 5-211-03303-5
Скачать (прямая ссылка):
Как показывает практика, при малом содержании глины эффективнее использовать для расчетов формулу (13), а при большом (свыше 30-40%)
содержании глины - формулу (14).
Выдвинув гипотезу, что М% капилляров песка заполнены глиной по первому типу, а (1-М)% капилляров по 2 типу, можно использовать следующую формулу:
ffs=(1-M)•CTj11 + M-Oj2 ,(15) \ J0 "¦"""*'¦'¦ ¦ ¦^00
где Oj. - удельная электро- Рис. 1.1.3 Зависимость УЭС смеси проводность сложной смеси песка с глиной от M и Сгл
песка с глиной.
На рис. 1.1.3 показана зависимость УЭС смеси песка с глиной при постоянной концентрации солей (0.1 г/л) в водном растворе NaCI для различных значений M и Cn рассчитанная по формуле (15). Расчеты проведены по программе А.А.Рыжова "Петрофизика" для глины - монтмориллонита с Kn=O.55, T1= 0.005 мкм, для песка !?,=0.25, T1=CI мм. При значении M=O -вся глина распределена на стенках капилляров, а при М=1 -сосредоточена в глинистых пробочках. Когда глина "размазана" по стенкам капилляров в песчаной породе, небольшое увеличение содержания глины заметно меняет УЭС смеси (в логарифмическом масштабе почти пропорциональная зависимость). В случае "пробочек" глины, наоборот, значительные изменения содержания глины в интервале от 1 до 20% практически не сказываются на величине УЭС, но резко влияют в интервале 20 - 100%. На практике глина в песке находится в форме как первого, так и второго типа, что и отражает формула 15. Экспериментальные исследования люберецкого песка показали, что для него величина M близка к 0.1.
На рис. 1.1.4 приведена зависимость УЭС песчано-глинистой смеси от минерализации подземных вод и степени глинистости, рассчитанная по формуле (15) при М=0.1 и следующих параметрах: раствор NaCI1 число гидратации N=0.3, число адсорбции Г01=3.5 х 107, для песка Kn=O.25, г=0.1 мм; для глины Kn=O.55, г=0.005 мкм. При уменьшении концентрации соли в растворе сильнее влияет ДЭС и ИОЕ, поэтому с ростом концентрации глины графики рис-1.1.4. все сильнее отклоняются от линии песка. В области больших концентраций (> 30 г/л) наклон всех кривых меняется, так как при увеличении содержания соли количество ионов в растворе возрастает слабо.
Зависимости рис. 1.1.4 Рис. 1.1.4 Зависимость УЭС смеси рассчитаны для NaCI. Для песка и глины от CNaCI
Ом Jf-
100
других типов вод (сульфатно-магниевых, хлоридно-кальциевых) эти зависимости несколько изменятся.
Программа А.А.Рыжова "Петрофизика" позволяет вести расчет электрических свойств природных вод, песка, глины, их смесей и других горных пород (УЭС, поляризуемость, диэлектрическую проницаемость, волновое число, скорости распространения электромагнитных волн) и т.д. В приведенных выше примерах мы ограничились только УЭС с учетом тематики книги. Главным достоинством подхода А.А.Рыжова является высокая точность оценок свойств в широком диапазоне значений параметров. Недостаток - сложность понятий физико-химической теории, с которыми трудно иметь дело геофизику - практику, недостаточная документированность алгоритма и программы, большое число входных параметров. Но этот подход незаменим при глубоких исследованиях электрических свойств горных пород.
Анизотропия электрического сопротивления рассмотрена в главе 5.
1.2. Геоэлектрические модели
Геоэлектрическая модель среды является фундаментальным понятием электроразведки, так как лежит в основе решения прямых и обратных задач. Самая простая модель в электроразведке - это однородное безграничное проводящее пространство. Решение задачи о точечном источнике постоянного тока для такой модели показывает распределение потенциала и составляющих плотности тока и напряженности поля. Тип модели определяет выбор системы координат, в которой удобнее решать задачу. В данном случае - выбор сферической системы координат с центром в источнике является физически наиболее удобным. Применимость такой модели среды весьма ограничена.
Следующим приближением к реальным условиям электроразведки является модель двух полупространств, 'или модель "земля -воздух". Подразумевается, что полупространство заполненное воздухом обладает бесконечно высоким сопротивлением, а земля - конечным - р,. Точечный (или иной) источник тока располагается на плоской поверхности земли или внутри нее. Для описания такой модели удобно использовать прямоугольную систему координат с осью Z, направленной вниз. Эта
модель позволяет ввести понятие нормального поля, кажущегося сопротивления, при изучении неоднородных сред модель однородного проводящего полупространства служит базой для разделения поля на нормальную и аномальную составляющие.
Теперь рассмотрим геоэлектрические модели неоднородных сред. Наиболее сильные изменения свойств геологической среды происходят по вертикали, как в планетарном масштабе (осадочный чехол, земная кора, мантия), так и при более детальных исследованиях (слоистые осадочные толщи, смена электрических свойств пород с глубиной под влиянием изменений влажности, выветривания и т.д.). Поэтому следующей по сложности после модели однородного полупространства можно считать модель среды с изменением удельного сопротивления только по вертикали. Ее называют одномерной моделью (1D) или моделью p=p(z). В^той модели различают два случая? когда p(z) меняется непрерывно (градиентная одномерная модель) и когда p(z) - кусочно-постоянная функция (горизонтально-слоистая модель). Модель горизонтально-слоистой среды является традиционной и базовой для методов электрических зондирований, таких как ВЭЗ, ДЭЗ и др.
