М.С. Шкиря, Ю.А. Давыденко - Конференции

УДК 517.958:550.3 517.958:550.8
М.С. Шкиря1, Ю.А. Давыденко1
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ С
ЗАЗЕМЛЁННЫМ ИСТОЧНИКОМ И ПРИЁМНИКОМ ДЛЯ
ПОИСКА ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД В БАЙКАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ
Аннотация. В сентябре 2014 г. были проведены опытно-методические работы по технологии
электромагнитных зондирований и вызванной поляризации (ЭМЗ-ВП) с использованием аппаратнопрограммного электроразведочного комплекса «Марс», целью которых являлось поиска месторождений
термальных вод. Участок работ располагался в 6 км. от села Выдрино в Кабанском районе Бурятии на
территории базы отдыха «Тёплые озёра на Снежной».
Актуальность исследования заключается в том, что любые проектируемые и строящиеся
объекты в пределах рекреационной зоны вокруг оз. Байкал, требуют прохождения государственной
экологической экспертизы. Для того, что бы получить основание на проведение данной экспертизы,
нужно собрать некоторую доказательную базу на основе проведения, в том числе геологоразведочных
работ. Данная работа является основой на провидение такой экспертизы.
Ключевые слова: импульсная электроразведка, ЭМЗ-ВП, моделирование, изохорны, вызванная
поляризация, заземлённая линия, переходный процесс.
Об авторах:
1
– Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск
Для оценки чувствительности измерительной системы ЭМЗ-ВП в программном
комплексе ITEM-IP (авторы Соловейчик Ю.К, Персова М.Г.) было выполнено
трехмерное моделирование нестационарных электромагнитных полей для типичной
геоэлектрической модели, советующей месторождениям подземных вод на юге Байкала
[2].
Описание модели
Модель представляет собой горизонтально-слоистую среду, параметры которой
были определены в результате подбора одномерной модели с учетом частотной
дисперсии электропроводности. Всего слоев в модели шесть (Рис. 1).
Рис. 1. Проекция модели на ось XY с подписанными номерами слоев
При выполнении расчетов оценивался эффект от наличия в разрезе обводненных
разломных зон с повышенной трещиноватостью. Удельное электрическое
сопротивление термальных вод, выходящих из фундамента и заполняющих эти зоны,
существенно ниже сопротивления байкальской воды. Предполагается, что глубинные
разломы секут нижние четыре слоя. Первый слой (№ 3), в котором расположена
разломная зона, находятся на глубине около 250 метров и имеет мощность 100-200
метров. Слой, заполнен минерализованной водой, имеет фоновое значение УЭС (ρ =
10-50 Ом*м) и поляризуемости (η = 10%). Следующий слой № 4 имеет значения УЭС (ρ
= 100-3000 Ом*м) и поляризуемости (η = 20%). Слой сложен корой выветривания и
имеет максимальную мощность 50 метров. Сопротивление опорного слоя равно 501000 Ом*м, значения поляризуемости в модели в используемой модели Cole-Cole [1],
являются аномальными и достигают 80%.
Сеть наблюдений, используемая при моделировании, представляет собой 20
профилей с расстоянием 50 метров между ними. Расстояние между пикетами так же
равно 50 метров, длина генераторной линии AB равна 2 км, расстояние от генераторной
линии до площади съемки составляет 1 км. (Рис. 2).
Ток в генераторной линии был задан равным 4A, 128 временных задержек
расположены с логарифмическим шагом от 25 мкс. до 0.125 с.
Рис. 2. Трехмерное представление модели трещиноватых обводненных разломных зон
Таблица 1
Геоэлектрические параметры модели
η, %
τ, сек.
№ слоя
p, Ом*м
c
H, м.
1
1000
60
0.01
0.5
80
2
250
30
0.01
0.5
150
3
50
10
0.01
0.5
150
4
500
20
0.01
0.5
50
5
1000
50
0.01
0.5
300
6
200
80
0.01
0.5
200
Для наглядного представления результатов были отстроены изохроны на двух
временных задержках (Рис. 3).
Рис. 3. Изохроны на временных задержках 2.6 мс. и 6.4 мс
dU-разность потенциалов, взятая на данной временной задержке переходного
процесса, dU0-разность потенциалов, взятая перед выключением тока. однозначно
Положение насыщенных термальными водами разломных зон показано пунктирным
линиями.
Карта изохорн на временной задержке равной 2.6 мс. не обладает достаточной
чувствительностью, так как электромагнитное поле еще не успело распространится до
объекта. На более поздних временах эффект от низкоомной разломной зона
выделяется. Карта изохорна на временной задержке равной 6.4 мс. отражает
достаточную чувствительность к наличию эффекта от насыщенных термальными
водами разломных зон.
Полевые измерения проводились установкой срединного градиента. Силовая
установка состояла из коммутатора ВП-1000, линии AB, длиной 1500 м., состоящей из
провода геофизического ГПМП и заземлений, выполненных с помощью 10 стальных
электродов. Питание генератора осуществлялось от электросети. Ток во время
измерений составлял 1 А. Длина токового импульса 0.125 с., токовой паузы 0.125 с [3].
Используемая приемная аппаратура состояла из 8-ми канального измерительного
модуля с АЦП, работающем на частоте 100 кГц. Проводилась непрерывная запись
длительностью около двух минут 4-х измерительных каналов, одновременно
регистрирующих переходные процессы с 4-х разносов приемной косы M1N1, M2N2,
M3N3 и M4N4, с расстоянием в 50 м между электродами. Заземление приемной линии
осуществлялось с посредством вбивания в грунт медных электродов на глубину 10-20
см [4].
В ходе тестовых измерений было записано 40 физических наблюдений. По
результатам обработки и интерпретации данных были отстроены карты и разрезы на
глубину до 800 метров [5].
Так же по горизонтальным срезам было выделено примерное положение
геотермального резервуара (Рис. 4).
Рис. 4. Горизонтальные разрезы логарифму УЭС на глубину до 500 м
Более детальные работы проводились Миромановым А.В. летом 2013 года. Была
поставлена магниторазведка на поверхности оз. Изумрудное в масштабе 1:10 000. На
этом же участке, в том же масштабе, проводились работы Паршиным А.В. в августе
2014 г. Исследования проводились двумя геофизическими методами, такими как
радиометрия и магниторазведка.
Результаты геофизических работ, выполненных Паршиным А.В. и Миромановым
А.В., были сопоставлены с данными ЭМЗ-ВП. Весь комплекс данных был нанесен на
геологическую карту участка работ (Рис. 5).
Рис. 5. Горизонтальные срезы по результатам геофизических работ
Пунктиром показано положение разломов, предположенных на основании
анализа геоэлектрических разрезов и данных магниторазведки.
В результате выполнения данной работы можно сделать следующие выводы:
• Произведено математическое моделирование переходных процессов в
трехмерных средах для решения задач поиска подземных вод и мониторинга их добычи
с помощью технологии ЭМЗ-ВП.
• Сопоставлены геофизические данные по результатам работ нескольких отрядов.
В результате чего были выделены разломы.
• Выделен
резервуар,
предположительно
заполненный
термальными
минерализованными водами.
• Выполнена примерная оценка запасов термальных вод.
• Спроектирована оптимальная конструкция поисковой буровой скважины.
Результаты, полученные в ходе моделирования и интерпретации имеющегося
материала, свидетельствуют о возможности констатации того факта, что технология
ЭМЗ-ВП обладает необходимой чувствительностью и разрешающей способностью для
проведения электромагнитных исследований с целью поиска термальных вод в
Байкальском регионе.
Выражаем благодарность Бадминову П.С., Паршину А.В., Вилору Н.В.
Библиографический список
1. Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorbtion in dielecrtrics // J. Chem. Phys. – 1941. – v.6. – P.
341-353.
2. М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик, Г.М. Тригубович. Компьютерное моделирование
геоэлектромагнитных полей в трехмерных средах методом конечных элементов // Физика Земли –2011. –
vol. 47. – № 2. – С. 3–14.
3. Крылов С.С. Геоэлектрика: Поля искусственных источников: Учеб. пособие. – СПб.:
Издательство С-Петербургского университета, 2004.- 138 с. ISBN 5-288-03664-0.
4. Давыденко Ю.А. Перспективы использования индукционной составляющей переходного
процесса в традиционных методах постоянного тока // Четырнадцатая уральская молодежная научная
школа по геофизике: Сборник научных материалов, Пермь, 18-22 марта 2013, ГИ УрО РАН, 2013, С. 7483.
5. Шкиря М.С., Паршин А.В., Давыденко Ю.А. Первые результаты поиска подземных вод на реке
Снежная методом электромагнитного зондирования и вызванной поляризации//Строение литосферы и
геодинамика: Материалы ХХVI Всероссийской молодежной конференции (г. Иркутск, 20–25 апреля 2015
г.). – Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2015. – 220-222 с.
M.S. Shkirya, Yu.A. Davydenko
The use of pulsed electric prospecting with grounded source and the receiver to
search for the thermal waters in the Baikal region
Abstract. In September 2014, were held as experimental and methodological work on the technology of
electromagnetic sounding and induced polarization (EMS-IP) using a hardware-software complex electrical
"Mars", the goal of which was the exploration of thermal waters. The site was located 6 km away from the
village Vydrino in Kabansk district of Buryatia on the territory of base of rest "Warm lake on Snow".
The relevance of the study lies in the fact that any design and construction projects within the
recreational areas around the lake. Baikal, require the passage of state ecological expertise. In order to get the
basis for this expertise, you need to collect some evidence on the basis of conduct, including exploration. This
work is the basis for the dispensation of such examination.
Keywords: pulse electromagnetics, EMS-IP, modeling, isochoric, induced polarization, ground line, the
transition process.