Способ геоэлектроразведки Советский патент 1984 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к геоэлектроразведке, а точнее к электроразведке методом вызванной поляризации (вп). Известен способ геоэлектроразвед ки методом ВП, согласно которому возбуждают в исследуемой среде элек трическое поле посредством разнопол ных импульсов тока прямоугольной фо мы и измеряют амплитуду и фазу элек трического поля после исключения на чальной части возбуждаемых импульсов тока П . Измерение параметров поля ВП в г моническом реямме связано с исключе ем индуктивных помех, однако Ъскпючить эти помехи удается не всегда. Наиболее близким к предлагаемому является способ геоэлектроразведки, заключающийся в том, что через иссшедуемую среду пропускают импульсы постоянного тока, в промежутках меж ду импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной поляризации, а во время пропускания тока - оазноств потенциалов кажущегося сопротивления, по отноше нию которых определяют поляризуемость. Измеренную разность потенциалов вызванной поляризации AUgf, делят н разность потенциалов кажущегося сопротивления, наблюдающуюся на том же участке исследуемой среды во вре пропускания тока . , которая характеризует амплитуду первичного поля, и вычисляют поляризуемость Hsa. Г,: ЛУМ (или Ч по которой судят о вещественном составе среды, в первую очередь о наличии в ней минералов с электро ной проводимостью, а также о влажности. Известный способ применяют при полевых, лабораторных и скважинных исследованиях горных пород 2j . Однако известным способом извлекают неполную информацию об исследуемой породе, а именно получают сведения только о вещественном составе породы, но не о ее механическом состоянии, в частности о трещиноватости. В то же время сведения о трещиноватости горных пород имеют большое значение для решения ряда вопросов инженерной, динамической, рудной и нефтяной геологии. а также дпя правильного ведения буро-в.зрывных работ. Цель изобретения - повьппение информативности .способа геоэлектрордзведки путем определения трещиноватости горных пород. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки заключающемуся в том, что через исследуемую среду пропускают импульсь постоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность,потенциалов вызванной поляризации, а во время пропускания тока - разность потенциалов кажущегося сопротивления, по соотнощению которых определяют поляризуемость, измерения поляризуемости л выполняют при двух различных амплитудах импульсов постоянного тока и рассчитывают коэффициент нелинейности поляризуемости - горной породы Kj, по которому судят о треЩиноватости горной породы. Отличием предлагаемого способа от известных является использование явления вызванной поляризации для о:пределения трещиноватости горнвдх пород(наряду с определением их вещественного состава). Решается эта задача путем введения новых операций - измерения поляризуемости при двух различных амплитудах первичного поля, т.е. при амплитудах импульсов токами вычисления коэффициента, нелинейности поляризуемости горной породы. Предлагаемый способ основан на зависимости между трещиноватостью гор ной породы и закономерностью нарастания разности потенциалов Л Ug, при увеличении амплитуды первичного поля. Д . . Многочисленные измерения на образцах и на обнажениях горных пород различного состава показали, что в монолитных, нетрещиноватых горных породах разность потенциалов вызванной поляризации возрастает прямо пропорционально амплитуде первичного поля, а коэффициент нелинейности поляризуемости, вычисляемый по приведенной формуле, близок к О. В трещиноватых породах при увеличении амплитуды первичного поля разность потенциалов вызванной поляризации нарастает медленнее, чем в монолитных, линейнаязависимость iUgp f ( Ь U(.) нарушается , коэффициент нелинейности отличен от нул тем больше, чем выше трещиноватость пород. Обнаруженное явление объясняетс-я тем, что в трещиноватых породах ток в первую очередь распространяется по трещинам, сопротивление которых из-за заполнения их водой значительно ниже, чем сопротивление основной массы горной породы. По этой причине плотность тока, распространяющегося по трещинам, значительно выше, чем плотность тока в основной массе породы. Разност.ь потенциалов вызванной поляризации д.Ug зависит от плотное ти тока и при больших плотностях .доходит до насыщения, поэтому в трещиноватых породах i.вп быстрее дойтигает насыщения, что и находит свое отражение в увеличении коэффициента нелинейности поляризуемости. Значительно увеличивается коэффициент н.елинейности, если трещины в породе заполнены хорошо про дящими ток рудными минералами.- Отличить порода с открытой трещиноватостью от пород, трещи.ны которыхз полнены рудной минерализацией, нетрудно по. величине д U точнее по абсолютной аели-чине поляризуемости Ijj , которая в последнем случае в несколько раз выше, чем в. первом (в случае открытых трещин). Указанная зависимость между трещ новатостью и коэффициентом нелиней ности поляризуёмо.сти проверена при измерениях на образцах пород р личного состава, в том числе и с вкрапленностью сульфидных минера лов при изменениях амплитуды первичного поля от 1 до 300 В. Установ ленная зависимость прослеживается при любых экспозициях (временах задержки между окончанием импульса первичного поля и началом измерения вызванной поляризации) от 0,5 с до 5 мин. Проведенные измерения поз вапяют установить соотношение между коэффициентом нелинейности и степенью трещиноватости породы. Таким образом, предлагаемым спо собом можно не только изучить вещественный состав горных пород, но и определить их трещиноватость. Определение трещиноватос.ти горных город играет большую роль при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, так как формирование многих из них контролируется системами трещин при изучении распространения деформирую1цих иапряжений в структурной и динамической геологии, при изучении емкостных и фильтрационных свойств трещинных коллекторов в нефтяной геолог-ии, при оценке црочностных свойств гор-. ных пород в инженерно-герлогических изысканиях. Сведения о трещиноватости необходимо также учитывать при ведении буровых работ, так как именно ,с трещиноватостью часто связаны аварии в бурении. Известные технические решения для нахождения трещин в различных материалах не пригодны для исследования горных пород, так как имеют специ(1мческую область применения. Предлагаемый способ геоэлектрораз ведки позволяет в какой-то мере заполнить этот йробел. На фит, 1 показана электрическая схема установки дпя осуществления способа при измерениях на обнажениях горных пород или в горных выработках; на фиг. 2 - схема установки для измерений на образцах керна; на фиг, 3 - кривые-зависимости разности потенциалов вызванной поляризации от амплитуды первичного поля для образца монолитных нетрещиноватых пород; на фиг. 4 - то же, дпя трещиноватого образца; на фиг. 5 - то же, для трещиноватого образца, в котором трещины заполнены пиритом, при этом шифр кривых 3-5t - время экспозцции, с или мин; на. фиг. 6 - результаты применен 1я способа, полученные по измерениям керна разведочной скважины. . Способ осуществляют, следующим образом. Собирают электрическую схемудля проведения измерений. Схема может быть четырехэлектродной (фиг.l) или . вухэлектродной (фиг.2) и включает установленные на исследуемой породе (керне) 1 два токовых электрода 2 и ва приемных электрода 3, соединенных подводящими проводами 4 с коммутатором 5, регулируемым источником 6 постоянного тока и измерительным прибором 7. Коммутатор 5 обеспеивает включение измерительного прибоpa 7 поочередно для измерения амплиту первичного поля и U|(g и разности потенциалов вызванной поляризации uUgfi . При использовании двухзлектро ной схемы uUgf, измеряют между теми электродами, которые используются д возбуждения первичного поля. При четырехэлектродной схеме измерения приемные электроды 3 неполяризующие прижимного типа. Проводят измерения uUgj при одной величине UU(;(. , например при , IO В, которую устанавливают, регулируя выходное напряжение источ ника 6 постоянного тока. Проводят измерения flUgn ДРУ .гой, более высокой вапичине и , например при uUi.. 100 В. Вычисляют коэффициент нелинейнос ти вызванной поляризации По величине вычисленного коэффициента нелинейности поляризуемости оценивают трещиноватость горных пород. Для получения более точных результатов зависимость коэффициента нелинейности от трещиноватости следует установить опытным путем для каждого месторождения (или района . По величине поляризуемости горн &Uen,,fiUen; породы 17 --.-:или г; --: Ч uUitc, Uiscj дят о вещественном составе исследуе мой породы, как и в известном способе. Все измеренг{я разности, потенциа лов вызванной поляризации проводят с одинаковыми экспозициями, т.е. и тервалами времени после выключения первичного поля. 1 Пример. Предлагаемый спосо применен при исследовании образцов керна на о дном из руд1а1х месторождений. При измерениях используют двухэлектродную установку (фиг.2). Образец керна 1 произвольно размещ ют между подставками 9, каждая из которых содержит медный дисковый электрод 2(3), закрытый слоем поро лона 8, пропитанного слабым раство ром медного купороса для обеспечения хорошего контакта с образцом, размещенньш на подставках У. В качестве регулируемого источника 6 постоянного тока используют унифицированный источник питания, в качестве измерительного прибора 7 электронный стрелочный компенсатор. Коммутатор 5 обеспечивает подключение измерителя к электродам 2, 3 как в момент пропускания импульсов постоянного тока для измерения ди,( , так и в паузах между ними для измерения iUgn Примерно 10% образцов подвергают детальным исследованиям, в процессе которых измеряют разность потенциалов д Ug., при изменениях ьи в пределах от 1 до 500 В с различными экспозициями от 1 с до 5 мин. Результаты измерений изображены графиками в билогариф,мическом масштабе. На монолитных образцах (фиг.З) независимо от их состава наблюдается линейная зависимость между и Ug и AUj,p, в пределах изменения . от I до 100 В сохраняется постоянuUen и ство поляризуемости э(1)фициент нелинейности поляризуемости, рассчитанный по относительной р;1зности поляризуемости при & U, , равных iO и 100 В, близок к нулю. Для монолитных фапьзитов при экспозиции 1 с коэфф1 циент нелинейности равен нулю. При исследовании трещиноватых образцов (фиг.4) независимо от их состава с увеличением uUj, рост д Upn замедляется, поляризуемость при больших uUfcc становится меньше, чем при малых, и коэффициент нелинейности поляризуемости отличается от О (растет). Для среднетрещиноватых фёльзитов при той же экспозиции 1 с коэффициент нелинейности Кц составляет 0,24. На основании сопоставления вычи :ленных коэффициентов нелинейности поляризуемости н трещиноватости образцов, оцененной традиЦИОННЫГТИ1 визуальными способами для данного месторождения установлены сленуюшце соотношёния i Трещиноватость 0-0,10 Отсутствует о,10-0,20 Слабая 0,20-0,30 Средняя 0,30-0,40 Интенсивная Свыше 0,40 Наличие вкрапленности сульфидов п трещинам Вещественный состав o6pa3uoBj в том числе и наяичие -вкрапленности сульфидньЕХ минералов сказывается только на абсолютной величине поляризуемости, т.е. на высоте кривых на графиках зависимости iUg,, f(uUK Для примера на фиг.5 приведены результаты измерений на образце алевропесчаников, треиины в котором заполнены пиритом. Наряду с высоким коэффициентом нелинейности поляризуемости такие образцы отличаются большим абсолютным значением поляризуемости ( fj 14,5% при uU|f(10 Проведен{лле исследования позволя выработать оптимальную методику изм рений, выбрать две конкретных ампли туды первичного поля . 1 О В и °° оптимальную экспозицию 1 с. На фиг. 6 приведены результаты применения способа по измерениям ке на разведочной скважины на одном из рудных месторождений. .Скважина пройдена по безрудным породам - фел зитам 10, которые почти не дифферен цируются по поляризуемости, изменяю щейся у них в пределах от 0,6 до 1,6 кривая 12 . На диаграмме коэффициента нелинейности поляризуемости, имеющей сле ва масштаб глубины коэффициента нелинейности поляризуемости (кривая Кц, четко выделяются две зоны пород со и интенсивной трещиноплтостью I1, одна в интервале 100-136 м. другая в интервале 238274 м. Несмотря на то, что в скважине эти зоны не содержат рудных минералов, дальнейшая разведка месторождения показала, что к продолжению этих зон, трещиноватых пород приурсчено гидротермальное оруднение с промышленным содержанием рудных минералов. Предлагаемый способ проверен при измерениях в горных выработках и на обнажениях горных породив условиях естественного залегания показал хорошие результаты. При измерениях на обнажениях способ дополнительно открывает возможность для определения направления трещиноватости. Этот вопрос решается посредством измерений при различных ориентировках измерительной установки. Наибольшая поляризуемость наблюдается при ориентировке измерительной установки вкрест направления основной системы трещин. При определении направления трещиноватости измерения могут проводиться при одном режиме возбуждения (т.е. при одном AUj,j). Применение предлагаемого способа обеспечивает быстрое и довольно точное определение трещиноватости горных пород в образцах и на обнажениях и, . кроме того, исключает субъективные ошибки, присущие способам, основаннь1м на визуальной оценке размеров и густоты трещин. Предлагаемый способ может применен и при измерениях в скважинах, т.е. при каротаже методом вызванной поляризации.

UQfJ.Mff

wooo rooo

wo

WOSOff UffQ, Фир.,3

.1

Ugfj,MB 7000O

Г060

700

10

ФавЛ

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в том, что через исследуемую среду пропускают импульсы постоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной,поляризации, а во время пропускания тока - разность потенциалов кажущегося сопротивления, по соотношению которых определяют поляризуемость, отличающийся тем, что, с целью повьнпения информативности способа путем определения трешиноватости горных пород, измерения поляризуемости 1 . „ выполняют .при двух различных амплитудах импульсов постоянного тока и рассчитывают коэффициент нелинейности поляризуемости горi к - - t2i ной породы по котороifi му судят о трещияоватости горных пород. //////////// /////////////// 235 2 Г iizj