Скважинное радиопросвечивание

Метод скважинного радиоволнового просвечивания (СРВП) использу­ется для геологического изучения глубоких горизонтов из буровых скважин высокочастотным электромагнитным полем. Метод СРВП основан на раз­ли­чной степени поглощения электромагнитной энергии при прохождении радиоволн через горные породы, благо­даря чему в окружающем передатчик пространстве возникают зоны с разным уровнем напряженности поля. В большинстве случаев удельное поглощение радиоволн определяется электро­проводностью горных пород, поскольку другие параметры — диэлектрическая и магнитная проницаемости — изменяются в небольших пределах. Породы, имеющие большую электрическую проводимость, обла­дают способностью и больше поглощать электромагнитную энергию.

Рудные тела с высокой электропроводностью и другие хорошо прово­дя­щие объекты являются для проходящих радиоволн экранами, создаю­щи­ми аномальный эффект, который выражается в ослаблении напряженности электромагнитного поля. Наибольшее ослабление наблюдается при прохож­дении электромагнитной энергии через сплошные руды, сложенные сульфи­да­ми, магнетитом и некоторыми другими минералами. Аномальный эффект зависит не только от электромагнитных свойств пород и руд, но также от мощности и линейных размеров тел, применяемой частоты зондирующего поля и от расстояния между передатчиком и приемником.

Методом СРВП геологическое строение исследуемых разрезов изуча­ется в проходящем электромагнитном поле, что определяет характерные особенности радиопросвечивания по сравнению с дру­гими геофизическими методами. Применяются сравнительно корот­кие длины волн, что позволяет объяснять многие явления, наблю­даемые при радиопросвечивании с помо­щью геометрической и физи­ческой оптики, которая широко используется при геологическом истолковании материалов радиопросвечивания.

Распространение радиоволн в горных породах.

Горные породы в электромагнитном поле можно рассматривать как полупроводящую среду с изменяющимися в пространстве пара­метрами. Процессы, происходящие в полупроводящей среде при распространении электромагнитной энергии, описываются системой уравнений Максвелла, устанавливающих основные закономерности между составляющими электромагнитного поля:

где Е и Н — текущие значения напряженности электрического и магнитного поля, е — плотность электрических зарядов, _а и _а — диэлектрическая и магнитная проницаемости среды,  — ее электро­проводность.

Рассмотрим распространение электромагнитной энергии для слу­чая, когда электрическое поле меняется во времени по гармониче­скому закону:

где Ео — амплитудное значение напряженности электрического поля.

Решением этого уравнения является выражение:

где: E_z – вертикальная составляющая электрического поля, т.е. данное решение найдено для плоской волны; Е₀ – амплитудное значение напряженности поля в начале координат;  = 2f – круговая частота; k’ – волновое число или постоя­нная распространения;  - коэффициент поглощения.

k’ и  выражаются через параметры среды. В случае, когда можно пре­не­бречь магнитными потерями в горных породах (малое содержание ферри­маг­нитных минералов):

где σ_μ – магнитная проводимость, определяемая магнитными потерями.

Приведенные формулы показывают, что скорость распростране­ния волны и коэффициент поглощения зависят от частоты поля и электромаг­нит­ных параметров среды.

Скорость распространения электромагнитной волны:

Уменьшение скорости распространения радиоволн приводит также и к укорочению длины волны в породах, которая определяется следующим выражением:

Диэлектрические свойства среды характеризуются плотностью токов смещения, а проводящие свойства — плотностью токов прово­димости. В зависимости от соотношения возникающих в среде токов проводимости и смещения скорость распространения, а следователь­но, и длина волны будут определяться в крайних случаях диэлектри­ческой проницаемостью или электропроводностью среды.

Плотности токов смещения и токов проводимости определяются сле­ду­ю­щими формулами:

Отношение этих токов будет иметь вид

Если плотность токов смещения в поле данной частоты значительно превосходит плотность токов проводимости, т. е. /_a << 1, то такую среду по своим свойствам можно рассматривать как квази­диэлектрик:

В низкоомных вмещающих породах на частотах порядка первых сотен килогерц в среде преобладают токи проводимости, т. е. /_a >> 1. При этих условиях среда ведет себя как квазипроводник, и длина волны и коэффициент поглощения в ней определяются выра­жениями

Расчеты показывают, что в породах, обладающих сопротивле­нием порядка 100 ом • м, длина волны на частоте 100 кгц будет около 100 м. Поскольку разрешающая способность радиоволновых методов существенно зависит от длины волны в породе, а дальность просвечивания определяется коэффициентом поглощения, значит укороче­ние длины волны в низкоомных разрезах позволяет применять сравнительно низкие частоты при сохранении удовлетворительной разрешающей способности и необходимой дальности просвечивания.