4.4.4. Сущность и особенности методики малоглубинной геофизики. Для малоглубинных исследований, т.е. изучения геологической среды мощностью от десятков до нескольких сотен метров, могут использоваться как гравимагниторазведка, так и ряд методов электроразведки, сейсморазведки и радиометрии.

Основными методами малоглубинной электроразведки являются методы естественного электрического поля, сопротивлений, индуктивные (низкочастотные и импульсные) и радиоволновые (высокочастотные).

Метод естественного электрического поля (ЕП) основан на изучении естественных электрических полей физико-химической природы. Наиболее интенсивные ЕП (до ±40 мВ) возникают в силу окислительно-восстановительных процессов в присутствии рудных тел, а также угля, графита, образуя в верхних горизонтах земной коры так называемые естественные "гальванические" элементы, т.е. источники постоянного тока. Менее интенсивные ЕП (до ±(5 - 10) мВ) формируются в геологической среде вследствие диффузии, адсорбции, фильтрации ионов подземных и поверхностных вод в рыхлых осадочных и трещиноватых скальных породах (см. п. 4.1.3). Интенсивность и длительность существования этих полей определяется геолого-гидрогеологическими и физико-химическими процессами, обобщенное проявление которых принято характеризовать электрохимической активностью горных пород и руд α. Измеряемыми параметрами ЕП являются разности (градиенты) потенциалов ΔU между двумя заземленными на расстоянии MN так называемыми неполяризующимися электродами, например угольными стержнями. Если электрод N отнести достаточно далеко от изучаемого участка (N → ∞), то фактически на электроде μ измеряется потенциал естественного поля U_ЕП.

В электроразведке методами сопротивлений на постоянном или низкочастотном переменном (до 20 Гц) токе получаются кажущиеся сопротивления (КС) с помощью установок с гальваническим возбуждением (линия АВ) и измерением (линия MN) поля (см. п. 4.4.2). Чаще всего применяются следующие установки, т.е. комбинации питающих и приемных электродов: четырехэлектродные (AMNB) и трехэлектродные (AMN, С → ∞) и MNB, С → ∞, где С - дополнительный питающий электрод, относимый в "бесконечность" или на расстояние, превышающее пяти-, десятикратное значение максимального АВ), и др. В малоглубинной электроразведке АВ обычно не превышает 500 м.

Если разнос R = АВ / 2 останется постоянным, то и глубинность разведки постоянна и примерно равна (0,3 - 0,5) R. Метод сопротивлений, в котором разнос не меняется (его выбор определяется задачами и глубиной разведки), а вся установка

107

перемещается по одинаковому, близкому к MN шагу по профилю, называется электрическим профилированием (ЭП). Этот метод служит в основном для выявления неоднородностей УЭС в горизонтальном направлении. К ЭП относят также ряд методов, основанных на использовании дипольных установок (АВ и MN разнесены), переменных естественных электрических полей (ПЕЭП) грозовой природы, искусственных низкочастотных (до 600 Гц) полей с бесконтактными измерениями (БИЭП), когда роль измерительной линии MN исполняет отрезок незаземленного провода, и др.

Если при неподвижном MN (центр зондирования, точка записи) разносы R постепенно увеличиваются в геометрической прогрессии или по логарифмическому закону, например выбираются равными: 1; 1,5; 2; 3; 5; 10; 15; 20; 50; 100; ... м, то такой метод называется вертикальным электрическим зондированием (ВЭЗ). Так как с ростом R возрастает глубинность электроразведки, то ВЭЗ служит для выявления неоднородностей УЭС в вертикальном направлении. Его применяют для изучения горизонтально- или пологослоистых геоэлектрических разрезов.

Если при неподвижном MN разнос R увеличивается по закону арифметической прогрессии с постоянным шагом, обычно равным MN, например 1; 2; 3; 4; 5; ... м, то такое электрическое зондирование называется сплошным (СЭЗ). Оно служит для изучения геоэлектрических разрезов с изменяющимся УЭС и по горизонтали, как в ЭП, и по вертикали, как в ВЭЗ. Расстояния между соседними точками (шаг съемки) в ЭП, СЭЗ близок к MN, а в ВЭЗ - в 5-10 раз больше MN. Если наряду с КС (ρ_K) при выполнении ВЭЗ измерять кажущуюся вызванную поляризацию ВП (η_K), то такой вариант электроразведки называется ВЭЗ-ВП.

В индуктивной электроразведке низкочастотное (частота до 10 кГц) или импульсное (длительность импульсов десятки миллисекунд) поле создается с помощью:

• - длинного кабеля (ДК), заземленного на концах с АВ до 10 - 20 км;
• - незаземленной петли (НП) площадью Q до 1 - 3 км²;
• - рамочной антенны площадью Q до 1 м², используемой в дипольном индуктивном профилировании (ДИП).

Источниками тока в ДК и НП могут служить ЭРС, а в ДИП - переносные генераторы (см. п. 4.2.2). В трех вариантах индуктивной электроразведки (ДК, НП, ДИП) те или иные составляющие суммарного магнитного поля Н, состоящего из первичного, искусственно создаваемого и вторичного, индуцированного в Земле, могут измеряться на земной поверхности или в

108

воздухе. В наземных вариантах метода ДК, НП или ДИП поле измеряется по профилям, перпендикулярным АВ, внутри или вне петли, или на постоянном удалении от рамочной генераторной антенны с шагом порядка Юм.

К аквальным малоглубинным методам (русловая геофизика на реках, озерах, морская геофизика вблизи берегов) относятся съемки естественных полей (ЕП), электропрофилирование (ЭП) и дипольное осевое электрическое зондирование (ДОЗ) донными установками. В комплексе работ рекомендуется использовать также непрерывное сейсмическое профилирование (НСП). методом отраженных волн, термометрию, гамма-съемку.

Аэроэлектроразведка методом ДК проводится с помощью наземной длинной линии АВ, которая питается переменным низкочастотным током в несколько сотен герц от ЭРС, и измерительной петли площадью q, расположенной на летательном аппарате (легкие самолеты или вертолеты) (см. п. 4.2.2). Магнитное поле H регистрируется по перпендикулярным АВ профилям, удаленным друг от друга менее чем на 0,1 АВ.

Аэроэлектроразведка методом ДИП осуществляется с помощью двух летательных аппаратов: на одном находится генераторная установка с петлей площадью Q, на втором - измерительная с петлей площадью q. Измерения выполняются при постоянном расстоянии между ними (100 - 200 м). Существуют и односамолетные варианты ДИП, когда измерительная установка буксируется за самолетом на "кабеле.

Расстояние между профилями при наземной индуктивной съемке составляет несколько десятков метров, а при воздушной - несколько сотен метров. Профили, как и всегда в геофизической съемке, направляются вкрест предполагаемого простирания геологических структур.

Радиоволновое профилирование (РП) и радиоволновое зондирование (георадар) выполняется с помощью портативных приемников и радиоприемников (см. п. 4.2.2). Они служат для выявления геоэлектрических неоднородностей как по удельному электрическому сопротивлению ρ, так и по диэлектрической проницаемости ε. Глубинность этих методов вследствие высокого скин-эффекта составляет 10 - 30 м, а шаг съемки - меньше Юм.

По результатам электропрофилирования различными методами и предварительной обработки материалов строятся графики, карты графиков и карты (планы) полученных параметров поля (см. п. 4.4.3). На рис. 4.4 приведен график электропрофилирования (ЭП) и геологический разрез по данным проверочного бурения в одном из районов Поволжья. Содержание нефти в скважинах определялось с помощью газоанализатора.

109

Рис. 4.5. Карта изолиний вертикальной составляющей (Н_z) радиоволнового профилирования на одной из месторождений известняков Украины (Задериголова, 1998):
1 - вскрышной уступ; 2 - добычной уступ; 3 - радиопрофили; 4 - изолинии Н_z; 5 - карстовая полость; 6 - заверочные скважины

110

На рис. 4.5 приведена карта вертикальной составляющей магнитного поля H_z при радиоволновом профилировании (расстояние между передатчиком и приемником 10 м, шаг измерений 1 - 5 м) на одном из карьеров добычи известняков для производства цемента на Украине. Наличие карстовых полостей, заполненных песчано-глинистым материалом и имеющих размеры до 3 × 6 × 8 м, ведет к разрушению бортов (уступов) карьера, нарушению технологии механической выемки известняков, снижению их качества. Выявленные радиоволновым профилированием карстовые полости проверены бурением, и обоснован вывод о нерентабельности выемки этой части месторождения.

Малоглубинная сейсморазведка проводится с помощью портативных (1 - 24-канальных) сейсмических станций. Возбуждение упругих волн на суше производится ударами (кувалдой или с помощью падающего груза), а на акваториях - электроискровыми источниками. Наземные малоглубинные сейсмические исследования чаще проводятся методом преломленных волн (МПВ), а аквальные (русловая и морская сейсморазведка) - методом непрерывного сейсмического профилирования (НСП), в котором используются отраженные волны. В результате получаются годографы волн и временные разрезы (см. п. 4.4.3).

Радиометрические (воздушные, автомобильные, пешеходные) съемки выполняются с помощью детекторов, измеряющих интегральный по энергиям поток естественного гамма-излучения, или гамма-спектрометров, выделяющих поток энергетических интервалов, характерных для излучения урана, тория и ⁴⁰К (см. п. 4.2.4). Съемки бывают попутными (наземными), выполняемыми вдоль отдельных маршрутов, профилей, и площадными, когда интенсивности гамма-излучения I_γ изучаются по системе наблюдений примерно такой же, как в магниторазведке, с использованием ручных или автоматических радиометров. Воздушные же радиометрические съемки часто комплексируются с аэромагнитными.

При обработке информации определяются аномалии гамма-поля I_а ≥ I_ср + 3σ, где I_ср - средняя арифметическая величина остаточного фона, образующегося за счет космического и общего земного радиоактивного излучения, σ - среднее квадратическое отклонение для фоновых значений гамма-поля. Остаточный фон в каждом районе можно определить, проведя съемки над заведомо наработанными участками (акваториями, выходами известняков и других нерадиоактивных пород). В результате радиометрической съемки строятся графики, карты графиков (корреляционные карты) и карты изолиний I_а (см.

111

Рис. 4.6. Корреляционная карта графиков пешеходной гамма-съемки (Бондаренко, 1998)

п. 4.4.3). На рис. 4.6 приведена корреляционная карта графиков радиометрической гамма-съемки, на которой максимумами выявляются местоположения пластов с повышенной радиоактивностью.

Эманационная (радоновая) съемка выполняется с помощью эманометров, предназначенных для определения концентрации радона по интенсивности альфа-излучения I_α почвенного воздуха. Пробы воздуха насосом закачиваются в камеру эманометра (см. п. 4.2.4). Шаг наблюдений при эманационной съемке составляет 10 - 100 м. В результате строятся графики наблюденных концентраций радона. Эманометром изучают концентрацию подпочвенного радона, его содержание в воздухе помещений, горных выработок и на земной поверхности. Определение потока радона из недр в приземный слой атмосферы необходимо проводить при выборе площадок под строительство жилых и служебных помещений.

112