Особенности и классификация скважинных вариантов.

Исполь­зование скважин позволяет увеличить разрешающую способ­ность метода ВП как за счет приближения источника тока или линии на­блю­де­ний к рудному объекту, так и за счет изучения пространствен­ной структу­ры полей ВП, создаваемых рудными объектами.

В условиях наземной съемки при глубине залегания центра сфе­риче­с­ко­го тела, в 3 раза превышающей его радиус, аномалия ВП становится прак­ти­­чес­ки незаметной. Погружая в скважину питающий электрод, то же тело можно обнаружить на глубине, в несколько раз большей. Этот вариант метода ВП, аналогичный методу заря­женного тела, нашел широкое приме­нение при детализации анома­лий ВП, обнаруженных при наземных работах и проверяемых оди­ночными скважинами. С его помощью удается опреде­лить направле­ние простирания и восстания рудных тел, пересечен­ных сква­жиной или находящихся рядом с нею.

Во втором варианте линией наблюдений, по которой перемещаются прием­ные электроды, служит скважина, а питающие электроды остаются на повер­хности земли, причем один из них относится на «бес­конечность», а второй располагается близ устья исследуемой сква­жины. Этот вариант, называемый в методе сопротивлений схемой «вертикального градиента», в теоретическом отношении сходен с ус­ловиями наземной съемки, за исключе­ни­ем учета границы земля — воздух. Применение этого варианта позволяет в принципе обнару­жить оруденение на любой глубине, соответствующей длине сква­жины. Существуют лишь ограничения в радиусе исследований вокруг скважины. Например, тела сферической формы могут быть обнаруже­ны, если расстояние между скважиной и центром тела не пре­вышает 2,4 его радиуса. Изо­метрическое тело с радиусом в 40 м может быть обнаружено при удалении его центра от скважины на 100 м. Глубина тела легко оцени­ва­ется по глубине, на которой в скважине обнаружена аномалия ВП. Для опре­деления направления и расстояния от скважины до тела используется так называемая азимутальная съемка. При ней пита­ющий электрод пере­мещает­ся на некотором расстоянии вокруг устья скважины, в которой находятся приемные электроды, или на различ­ном расстоянии от скважины вдоль той линии, в направлении которой аномалия ВП была наибольшей. Измерения в скважине повторяются при каждом положении питающего электрода.

При размещении питающего и приемных электродов в одной и той же скважине можно производить профилирование или «боковое» зондирование соответственно перемещению питающего и прием­ных электродов одно­вре­менно или порознь. Можно располагать электроды в разных скважинах: питающий в одной, приемные — в другой, или питающий на поверх­нос­ти земли, а приемные по одному в разных скважинах.

Многообразие скважинных вариантов вызывает необходимость их классификации. Выделяют, в зависимости от расположения питающих и приемных электродов, 2 класса скважинных вариантов: 1) скважина — поверхность, 2) сква­жина — скважина.

Теоретические расчеты полей вызванной поляризации.

Многие закономерности аномальных полей ВП рудных тел можно про­де­­мон­­стрировать на примере сплюснутых сфероидов, которыми аппроксими­ру­ется форма многих объектов. Аномальный потенциал поля ВП (U^Авп) вы­чи­с­ляется как приращение аномального электрического потенциала, созда­ва­емого рассматриваемым телом при определенном увеличении эффектив­но­го удельного сопротивления тела за счет его поляри­зации.

В случае однородного приложенного поля, параллельного одной из осей сфероида, аномальный электрический потенциал, порожда­емый различием удельного сопротивления сфероида и вмещающей среды.

На рис.1 даны карты изолиний потенциала поля Uвп сфероида при поле, направленном вдоль большой и малой осей сфероида. В самых общих чертах струк­тура напоминает поле диполя. Знак аномального потенциала, разный в правой и левой частях карты, разделенных прямой, проходящей через центр сфероида и перпендикулярной приложенному полю. Соответствен­но и в полевых условиях следует ожидать как положитель­ные, так и отри­ца­тельные значения аномального потенциала, в за­висимости от положе­ния точки наблюдения относительно рудного объекта.

Рис.1. Карта изолиний аномального потенциала, создаваемого сфероидом в однородном поле, параллельном большой оси сфероида (а) и малой оси (б) в плоскости главного сечения. Числа возле изолиний показывают значение нормированного (на максимум) потенциала

Рис.2. Графики UАвп, соответствующие параллельному спуску приемных электродов M и N в две скважины при различном расстоянии между ними. Сфероидальное тело расположено между скважинами. Приложенное поле направлено вдоль большой оси сфероида.

На рис.2 даны графики U^Авп для условий однородного, направлен­ного вдоль большой оси сфероида приложенного поля и параллель­ного спус­ка приемных электродов по двум скважинам, из которых одна проходит по оси вращения сфероида через его центр, а вторая находится на том или ином расстоянии от первой. Как видно из рис.2, графики U^Авп имеют простую форму, максимум U^Авп расположен на глубине центра сфероида, а его величина уменьшается по мере удаления скважины от сфероида.

Рис.3. Графики _А, соответствующие параллельному спуску приемных электродов М и N в две скважины для различных случаев расположения сфе­роида относительно последних. Приложенное поле направлено перпендикулярно к скважинам.

На рис.3 даны графики _А для условий однородного поля, направ­ле­н­но­го под углом 45° к большой оси сфероида. Форма графиков _А суще­ственно меняется в зависимости от положения скважин относительно тела. Если тело находится между скважинами и симметрично относите­льно них, то аномалия _А положительна и график симметричен относитель­но максимума, расположенного на глубине центра тела (рис.3 а). Если тело по отношению к скважинам несимметрично, то несимметри­чен и гра­фик _А: его более крутая ветвь находится возле ближайшего к сква­­жине конца тела, а пологая соответствует направлению падения или вос­стания тела относите­ль­но скважин. Отрицательные значения _А сопут­ст­вуют телу, находящемуся вне скважин (рис.3 б, в).

Если хотя бы одна из скважин пересекает тело, то на графике появля­ют­ся поло­жительные значения а, соот­ветствующие части тела, нахо­дящейся между скважинами, и отрицательные значения _А, соответствующие части тела, нахо­дя­щейся вне скважин (рис.3 б, г). В целом по графикам _А, полу­че­­н­­ным при параллельном спуске приемных электродов, можно довольно просто устано­­­­­вить положение тела относи­тельно скважин, но не всегда до­с­ту­пно определение направле­ния его падения. Для уточнения элементов залега­ния тела можно исполь­зовать измерения с фиксирован­ным положением одно­го из приемных электродов и пере­мещениями другого электрода. Например, если в случае, изо­браженном на рис.3 а поме­стить электрод М в центре аномалии и перемещать элек­трод N, то график _А станет несимметричным, максимум его сместится в сторону того конца тела, который находится вбли­зи скважины, где находится элек­трод N. Если в центре перво­начальной ано­ма­лии закрепить электрод N, то на новом гра­фике _А максимум ока­жется смещенным от центра тела не вниз, а вверх, и будет расположен вблизи того конца тела, к которому приближается электрод М. Таким образом, можно оценить поло­жение обоих концов тела и определить направление его падения.

Рис.4. Графики _А при различном расположении линий наблюдения отно­сительно сплюснутого сфероида. При­ложенное однородное поле параллельно линиям наблюдений и направлено под углом 45° к осям сфероида.

Графики _А, приведенные на рис.4, тоже соответствуют од­нородно­му полю, направленному под углом в 45° к осям сфероида, но скважины ори­ен­тированы вдоль поля и измерения ведутся гра­диент-установкой, при размещении приемных электродов в одной и той же скважине. Форма графи­ков _А находится в относительно простой зависимости от положе­ния скважин. График симметричен, если скважина проходит через центр тела. Если она проходит возле того или иного конца тела, то максимальные поло­жи­тельные значе­ния _А расположены напротив этого конца тела, а более пологая ветвь графика (с положительными значениями _А наблюда­ет­ся в той части скважины, на которую проектируется поляризуемое тело. Вне проек­­ции тела, рядом с ее границами в скважинах, наблюдаются резкие спады _а вплоть до отрицательных величин.

Однородное поле на практике можно создать лишь при достаточно бо­ль­­­шом расстоянии питающих электродов от тела. В общем случае каждый из питающих электродов следует рассматривать как точечный источник то­ка, поле которого неоднородно.

Теоретические расчеты аномалий, создаваемых сплюснутым сферои­дом, находящимся в поле точечного источника тока, показаны на рис.5. Вычи­сления выполнены для различных положений источника тока вне сфероида. Точки наблюдения располагались на прямых L₁ и L₂, симметрич­ных относительно центра сфероида.

Рис.5. Графики аномальной кажущейся поляризуемости и аномального потенциала ВП, рассчитанных для потенциал – установки, при различном положении точечного источ­ника тока относительно положения сфероида. Линии наблюдений ориентированы пара­ллельно малой оси сфероида (верхний рисунок), параллельно большой оси сфероида (средний рисунок) и под углом 45⁰ к осям сфероида (нижний рисунок). Положение источников тока и соответствующие им графики обозначены одинаковыми цифрами.

Структура поля, наиболее близкая к дипо­ль­ной, возникает тогда, когда источник тока находится на продолже­нии боль­шой оси сфе­роида. Если же источник тока располагается вблизи сферо­ида на оси его вращения, то кар­тина более сложная: центральная часть сфероида «заряжается» поло­жи­тельно, а его края — отрица­тельно.

Аномальный потенциал имеет наиболее простую структуру, но на практике по ряду причин более выгодны измерения градиента потенциала поля ВП. В связи с этим были выполнены расчеты гра­диента аномального потенциала U^А_вп.

Форма графиков кажущейся поляризуемости зависит от исполь­зуемой схемы измерений, от расположения источника тока и линии наблюдений отно­­сительно поляризуемого тела. Если источник тока и линия наблюдений расположены по одну и ту же сторону от объекта, то аномальная кажущаяся поляризуемость, вычисленная по отно­шению как потенциалов, так и гради­ен­тов потенциалов полей, имеет преимущественно положительный знак и сравнительно несложную структуру.

Если источник тока и линия наблюдений расположены по разные сто­ро­ны от поляризуемого объекта, то для градиент-установки гра­фики кажу­щейся поляризуемости _к имеют сложную форму: нередкую смену знака, разрывы непрерывности и т. п. Между тем графики градиента аномального потенции­ала ВП имеют относительно простую форму.

Знак аномального потенциала ВП четко различается в тех случаях, когда исто­чник тока и линия наблюдения находятся по одну сторону от поляризуемого объекта – тогда он положительный, если по разные стороны – тогда он отрицатель­ный. Иссле­дуя изменение величины и знака U^А_вп при перемещении источника тока, можно определить местоположение возмущающего объекта. В случае пологозале­гаю­щих линзообразных рудных тел удобно перемещать источник тока по поверхности земли, а измерения проводить в скважине, пройденной непода­леку от края тела. В случае крутопадающих тел удобнее источник тока перемещать по скважине, а измерения проводить на поверхности земли.

В этих теоретических расчетах вмещающая среда предполагалась однородной. Между тем известно, что хорошо проводящие поверхностные покровы значительно снижают эффективность наземных работ ВП.