Электроразведка

1) Электрометрия (также известная как электроразведка) — это раздел разведочной геофизики, который базируется на измерении параметров естественных и искусственно созданных электромагнитных полей в горных породах. 

2) 

Основные задачи электрометрии в геофизике и разведке связаны с:

• Поиском и разведкой месторождений полезных ископаемых, в том числе металлических руд и подземных вод.
• Изучением геологического строения земли, включая выявление состава, структуры и состояния горных пород.
• Оценкой размеров, формы и состава залежей полезных ископаемых.
• Обеспечением безопасности ведения горных и подземных работ за счет выявления зон с аномальными электрическими свойствами, указывающими на трещиноватость, газо- и влагосодержание пород, напряженно-деформированное состояние и другие физико-геологические характеристики.
• Инженерной геологии, экологии и археологии — определение особенностей геоэкологической обстановки и структурных аномалий.
• Выполнением объемного электромагнитного исследования межскважинного пространства и просвечиванием массива пород с целью детального изучения распределения электропроводности и связанных с этим геологических свойств.
• Развитием и применением различных методов, включая методы сопротивлений постоянного тока, вызванной поляризации, электромагнитные методы и др., для глубинного и поверхностного зондирования.

3) 

Принцип работы электрометрии в полевой геофизике базируется на измерении параметров электрического поля, создаваемого пропускаемым через землю электрическим током. При этом электрическое поле и напряжение зависят от удельного электрического сопротивления и других электрических свойств различных горных пород и подземных слоёв. В полевых условиях используют многоканальные многоэлектродные системы, где электроды могут функционировать как питающие (подающие ток), так и приёмные (регистрирующие потенциал). Расстановка электродов обычно организована в виде электроразведочной косы с шагом около 1 метра и расстояниями между профилями порядка 3-4 метров.

Ток проходит через грунт, создавая электромагнитное поле, которое изменяется в зависимости от состава, структуры, влажности и электропроводности горных пород. На основе измеренных значений напряжения и тока с помощью математической инверсии строятся двумерные или трёхмерные геоэлектрические модели, отображающие распределение электрических свойств подповерхностных слоёв и объектов, таких как руды, воды или трещиноватые зоны.

Важным аспектом является компенсация помех, таких как ЭДС поляризации на контакте электрод–почва, и использование неполяризующихся электродов для повышения точности измерений. Также учитывается влияние внешних факторов, включая естественные электромагнитные поля и помехи от окружающей среды.

Таким образом, электрометрия в полевых условиях — это комплекс аппаратов и методик для точного измерения распределения электрического сопротивления и других электрических параметров горных пород с помощью сетки электродов и анализа создаваемого электрического поля, что позволяет исследовать строение земной коры и обнаруживать полезные ископаемые

Порядок проведения работ по электрометрии в геофизике включает следующие этапы:

1. Подготовительный этап

• Разработка плана работ с определением целей, методов и зон исследования.
• Выбор типа электрометрических методов в зависимости от задач (например, методы сопротивлений, вызванной поляризации, электромагнитные методы).
• Подготовка оборудования: многоканальные многоэлектродные системы, источники тока, измерительные приборы, электродные установки.
• Организация расстановки электродов по профилю или площади, как правило, с шагом около 1 м между электродами и расстоянием между профильными линиями 3-4 м.

2. Проведение полевых измерений

• Установка питающих и приёмных электродов в заданных точках.
• Подключение оборудования и проверка заземления для снижения помех и повышения точности.
• Подача электрического тока постоянного или переменного типа через питающие электроды.
• Измерение потенциалов и электрических параметров на приемных электродах.
• В случае методов вызванной поляризации производится фиксация сигналов после отключения источника тока.
• Повторение измерений с перемещением электродов или изменением расстояний для картирования горизонтальных или вертикальных изменений (например, электропрофилирование и вертикальное зондирование).
• Часто проводится многократное измерение с разной конфигурацией электродов для построения 2D или 3D моделей (электрическая томография).

3. Обработка данных

• Компиляция измеренных значений напряжений и токов.
• Расчёт кажущегося удельного сопротивления или других измеримых параметров с учетом геометрии установки.
• Коррекция данных с учётом помех, ЭДС поляризации на контакте электрод–почва, эффектов окружения и естественных электромагнитных шумов.
• Математическая инверсия полученных данных для построения геоэлектрической модели подповерхностных структур.

4. Интерпретация и отчётность

• Анализ полученных моделей для выявления аномалий, соответствующих месторождениям полезных ископаемых, подземным водам, структурам и нарушениям горных пород.
• Сопоставление электрометрических данных с геологической информацией и другими геофизическими методами.
• Подготовка отчетов и рекомендаций для дальнейших разведочных или инженерных работ.

4) Схема измерения

5) Основное оборудование в электроразведке включает в себя несколько ключевых компонентов:

1) Комплект ERA-MAX (Санкт-Петербург) — портативная электроразведочная аппаратура метода сопротивлений. Включает легкий генератор (вес 1–2 кг) с максимальным током до 0,2 А и одноканальный измеритель. Работает на частотах 0, 4.88 и 625 Гц. Позволяет использовать как заземленные, так и незаземленные линии для токов и потенциалов.

Стационарный генератор УКТ-02М (Москва) — мощный генератор с силой тока до 300 А и частотой до 50 кГц. Весит около 100 кг, обычно монтируется на грузовом автомобиле, применяется для глубинных исследований и различных методов частотного зондирования, зондирования становлением поля и вызванной поляризации.

Электроразведочные станции (ЭРС) — комплексные установки, состоящие из генераторной группы (одна или две машины с генераторами, создающими токи до 25 А и напряжением до 500 В) и измерительной лаборатории с цифровыми регистраторами сигналов. Используются для больших глубин, иногда в морских условиях. Генераторы могут работать и на постоянном, и переменном токе с широким диапазоном частот (от миллигерц до килогерц).

Аппаратура ЦИКЛ-5 (Новосибирск) — установка для метода зондирования становлением поля. Включает генератор с амплитудой тока до 20 А и одноканальный измеритель с легким весом (3–5 кг). Управление и анализ данных выполняются через внешний компьютер.

Аэроэлектроразведочные станции:

Один тип с наземной генераторной группой и воздушной приемной установкой (например, АЭРО-ДК), где питание подается через длинный кабель или большую незаземленную петлю, а измерительная установка находится на вертолете или самолете.

Односамолетные и двухсамолетные станции с генераторной петлевой антенной и приемной аппаратурой для воздушных съемок.

Георадары (например, "ОКО-2", Москва) для высокочастотной электроразведки. Состоят из управляющего блока (генератор импульсов и измеритель) и набора антенн разного размера (20 см – 2.5 м). Центральные частоты от 90 до 1700 МГц, глубина проникновения — несколько метров.

6) 

Радиус исследования в электроразведке и разрешающая способность зависят от используемого метода, оборудования и условий проведения.

Радиус действия источника поля (например, питающей установки в методах зондирования) может варьироваться от сотен метров до нескольких километров. Для крупных объектов радиус линий питания может достигать 2 км. При радиусе источника 2 км площадь исследования может достигать 400 км², с возможностью удаляться от источника до 5 его радиусов.

В вертикальном электрическом зондировании (ВЭЗ) максимальное расстояние между питающими электродами (линия AB) обычно принимается в 7–10 раз больше глубины исследования, а иногда и в 15–20 раз для хорошо проводящих сред. Расстояние между принимающими электродами MN в 5–10 раз меньше AB. Глубины, которые достигаются этим методом, обычно до 300–500 м.

Глубина исследований можно увеличить дистанционными и частотными приемами: увеличение расстояния между электродами и снижение частоты создаваемого поля для уменьшения скин-эффекта. Глубинность колеблется от десятков километров на инфранизких частотах до десятков сантиметров на высоких (ГГц) частотах.

Разрешающая способность зависит от геометрии установки, дальности электродов и условий в изучаемом массиве почвы или горных пород. Определенное минимальное расстояние между электродами и параметры приема влияют на детализацию получаемых данных и возможность выявления мелких аномалий.

7)