Что такое вэз в геологии

Вертикальное электрическое зондирование

Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) используется для изучения геоэлектрического разреза. Метод основан на измерении напряжения электрического поля, наведенного с помощью разнесённых питающих электродов A и B, как показано на рисунке 1.

Глубинность исследования зависит от расстояния между приемными и питающими электродами, чем больше это расстояние, тем больше глубинность. Для одной точки зондирования измерения проводятся для различных расстояний между питающими электродами AB. При этом необходимо следить, чтобы соотношение между расстоянием AB и MN не было слишком большим (не более 20), в противном случае измеряемое на MN напряжение будет слишком маленьким и, как следствие, уровень помех будет слишком большим. Чтобы избежать этого, увеличивают разнос MN.

На основании полученных данных рассчитывается кажущееся удельное сопротивление ρ_к.

где k коэффициент установки, — разность потенциалов между электродами М и N, — ток в линии АВ. Коэффициент установки определяется формулой

где r — расстояние между электродами. Интерпретация полученных данных проводится на основании зависимости ρ_k(AB/2).

Электроды, используемые в приемной линии, часто сделаны из латунных или медных проводов. На контакте сред электрод-почва возникает двойной электрический слой, вследствие чего между приемными электродами возникает ЭДС поляризации. ЭДС поляризации имеет небольшие значения порядка мкВ-мВ, однако может значительно влиять на точность измерений. Существуют различные методы компенсации или устранения искажений, связанных с этим эффектом.

Постоянный ток для измерений используется редко, в основном используют переменный ток низкой частоты. Такой подход позволяет использовать теорию расчета для постоянного тока и при этом получить ряд преимуществ:

Для того, чтобы избежать индуктивных наводок в приемную цепь и в землю, стремятся использовать переменный ток как можно меньшей частоты. В России применяют частоту 4,88 Гц и ниже.

Источник

Что такое вэз в геологии

Методическое пособие: Практикум по методу вертикального электрического

курса « основы геофизических методов » для геологов младших курсов Геологического

факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) является одним из старейших методов электроразведки. Первые приме­нения метода относятся к 20-м г.г. XX века. Сравнительная простота и наглядность ВЭЗ привела к его широкому распространению и раз­витию во всем мире.

На сегодняшний день электрические зондирования остаются одним из самых применяемых электроразведочных методов. На основе ВЭЗ разработаны и другие современные технологии – например, электротомография, базирующиеся на тех же принципах, что и для «классических» электрических зондирований.

Настоящий практикум проводится с целью продемонстрировать физические основы метода ВЭЗ, условия его применения. При этом подразумевается, что освоение материала по ВЭЗ поможет слушателям понять особенности и других геофизических методов.

Электрические свойства горных пород

Одним из основных требований к применению геофизических методов является контрастность по физическим свойствам объекта изучения относительно вмещающей среды. Для электроразведки методами сопротивлений, к которым относится ВЭЗ – это означает, что изучаемый объект (тело, слой, пласт и пр.) должен за­метно (желательно в несколько раз) отличаться по удельному элек­трическому сопротивлению от вмещающих пород.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) горных пород является параметром вещества, характеризующим его способность пропускать электрический ток при возникновении электрического поля.

УЭС является неким подобием понятия электрического сопротивления в радиотехнике, но в отличие от последнего, измеряется не в Омах, а в Ом·метрах.

Горные породы принято рассматривать в геофизике как трехфазную среду, т.е. сочетание твердого минерального скелета, в котором присутствуют трещины или поры заполненные газом и жидкостью. В любой самой прочной и плотной на вид породе присутствуют либо поры (в частности, для терригенных отложений) либо трещины (в частности, для магматических и метаморфических пород), либо и то и другое. Именно эти поры или трещины, заполненные полностью или частично влагой, являются проводниками электрического тока.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) горных пород, в основном, зависит от следующих факторов:

удельное электрическое сопротивление породообразующих минералов

удельное электрическое сопротивление поровой влаги (на­ прямую связано с соленостью подземных вод и температу­рой)

Рассмотрим эти факторы подробнее.

Удельное электрическое сопротивление породообразующих минералов, как правило, слабо влияет на УЭС породы в целом. Это связано с тем, что подавляющее большинство минералов являются сугубо диэлектриками и не проводят электрический ток. Исключением являются сплошные и прожилковые руды минералов проводников – самородных элементов, сульфидов, но такие образования встречаются редко.

Удельное электрическое сопротивление воды, насыщающей по­роду, зависит в основном от солености и температуры. Чем больше соленость, тем ниже УЭС воды. С температурой еще проще: вода – проводник, лед – изолятор. Мерзлые горные породы обладают очень высокими значениями УЭС.

Отдельный вопрос с глинистостью – глины обладают очень низ­кими УЭС, значительно ниже, чем у воды. Например, в московском регионе УЭС воды – 25-30 Ом·м, а сопротивление юрских глин – 10-15 Ом-м. Этот эффект связан со сложными капиллярными процессами в глинах. Чем больше глинистость горных пород, тем ниже УЭС.

Наименование горной породы

Пески водонасыщеные

Пески слабоувлажнёные

Карбонатные скальное породы слаботещинноватые

Интрузивные горные породы слаботрещинноватые

Вечномерзлые породы различной льдистости

Руды минералов проводников (в основном сульфидов)

Как видим значения УЭС для отдельных видов пород сильно различны, что дает возможность различать различные горные породы и решать различного рода задачи.

Основными полевыми методами изучения обводненности горных выработок являются ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, МПВ, а также электропрофилирования (ЭП). Методика полевых работ сводится к площадным съемкам с густотой сети наблюдений (100-500) \times (100-500) м. Глубинность разведки должна превышать проектируемые глубины выработок.

МПВ (метод преломленных волн) это метод из области сейсморазведки, поэтому его мы рассматривать не будем.

Рассмотрим подробнее метод вертикальные электрические зондирования:

ВЭЗ (вертикальные электрические зондирования) это метод постоянного поля. Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) является одним из старейших методов электроразведки. Первые применения метода относятся к 20-м г.г. XX века. Сравнительная простота и наглядность ВЭЗ привела к его широкому распространению и развитию во всем мире.

На сегодняшний день электрические зондирования остаются одним из самых применяемых электроразведочных методов. На основе ВЭЗ разработаны и другие современные технологии – например, электротомография, базирующиеся на тех же принципах, что и для «классических» электрических зондирований.

Одним из основных требований к применению геофизических методов является контрастность по физическим свойствам объекта изучения относительно вмещающей среды. Для электроразведки методами сопротивлений, к которым относится ВЭЗ – это означает, что изучаемый объект (тело, слой, пласт и пр.) должен заметно (желательно в несколько раз) отличаться по удельному электрическому сопротивлению от вмещающих пород.

Физические основы метода ВЭЗ

Идея метода ВЭЗ – на поверхности земли собирают электроразведочную установку(установки Шлюмбеже, Веннера, дипольная осевая установки и некоторые другие), которая, как правило, состоит из двух питающих и двух приемных электродов (см. Рис. 1, Рис.2). В качестве электродов обычно применяют металлические штыри, которые забиваются в землю. Питающие электроды принято обозначать буквами А и В, приемные – M и N.

О результатам измерений можно судить об электрических свойствах горных пород на глубинах проникновения тока в землю. Глубина «погружения тока» зависит, в основном, от расстояния между питающими электродами А и В.

По результатам выполненных измерений вычисляют кажущееся электрическое сопротивление (КС), обозначаемое ρк, и измеряемое в Ом*м:

(для симметричной установки)

где, K – геометрический коэффициент (зависит от расстояний между электродами A, B, M и N), ΔUMN – разность потенциалов на приемных электродах M и N, IAB – сила тока, протекающего в питающей линии.

Если изучаемая среда неоднородна, т.е. в области исследования располагаются горные породы с различными значениями УЭС, то значение полученного кажущегося сопротивления ρк будет больше наименьшего из УЭС пород, но меньше наибольшего:

Для выполнения зондирования производят серию измерений, постепенно увеличивая размер питающей линии АВ. Чем больше параметр АВ/2 – тем глубже «погружается ток в землю» и тем больше глубинность исследований (см. Рис. 2).

При этом каждая следующая область исследования полностью включает в себя предыдущую.

Значения АВ/2 выбирают в зависимости от требуемой глубинности исследований. Как правило, минимальные АВ/2 принимают 1-1.5 метра. Максимальные АВ/2 редко делают больше первых километров. Таким образом, метод ВЭЗ применяют для изучения сред до глубин не более чем сотни метров.

В результате описанной серии измерений получается набор значений кажущегося сопротивления, измеренных при известных АВ/2. В электроразведке параметр АВ/2 называют разносом питающей линии (или просто разносом).

Для удобного представления результатов наблюдений строят график зависимости ρk (в Ом·м) от разноса (в м). Такой график называется кривой зондирования или кривой ВЭЗ(см. Рис. 3).

Аппаратура и оборудование в методе ВЭЗ

Для выполнения наблюдений методом ВЭЗ применяется специализированная электроразведочная аппаратура для возбуждения поля (генераторы) и измерения разности потенциалов (измерители). В настоящее время, как правило, для метода сопротивлений применяется аппаратура на ультранизких частотах (1-10 Гц) или на постоянном токе. Среди применяемых отечественных приборов можно назвать следующие образцы:

Вертикальное электрическое зондирование методом вызванной поляризации

Вертикальное электрическое зондирование методом вызванной поляризации (ВЭЗ-ВП) по методике работ мало чем отличается от рассмотренных выше ВЭЗ и предназначено для расчленения разрезов по глубине не только по изменению УЭС, но и поляризуемости ( η) слоев. С помощью одноканальной или многоканальной аппаратуры измеряются ΔUMN и IАВ, что делается и в методе ВЭЗ, а также Uвп на МN через 0,5 с после отключения тока в АВ. В результате наряду с ρк рассчитывается кажущаяся поляризуемость ηk = .

Пример кривых ВЭЗ и ВЭЗ-ВП, поставленных для выделения водоносного пласта ( III), приведен на рис. 3.7.

Рис.3.7 Кривые ВЭЗ и ВЭЗ-ВП с ветвями, обусловленными сухими ( I) и водонасыщенными ( II) супесями, подстилаемыми глинами ( III)

Для поиска локальных объектов принято применять другой метод электроразведки – электропрофилирование (ЭП).

Идея метода ЭП еще проще, чем идея метода ВЭЗ. Измерения производятся с такой же электроразведочной установкой как в методе ВЭЗ, но только при одном-двух значениях АВ/2. Установка профилирования перемещается по профилю наблюдений с шагом от 5-10 до 50-100, в зависимости от размеров искомых тел и требуемой детальности съемки.

Фактически ЭП – является «укороченным ВЭЗ-ом». Величина используемых при профилировании разносов АВ/2 определяется исходя из требуемой глубины исследований (глубины залегания искомых объектов).

Результаты электропрофилирования представляют в виде графика кажущегося сопротивления вдоль профиля наблюдений (см. Рис. 7).

Источник

Электрическое зондирование

Электрические зондирования широко используются для расчленения геологических разрезов

В результате строятся графики зависимости кажущегося сопротивления ( ) от разноса ( ), или кривая зондирований, которая характеризует изменение удельных электрических сопротивлений (УЭС) с глубиной.

Различают 2 модификации зондирований:

вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ), применяемые для разведки небольших глубин(до 500 м),

Вертикальное электрическое зондирование выполняется симметричной четырехэлектродной или трехэлектродной градиент-установками (см. 7.1).

Работы симметричной установкой проводятся в такой последовательности (см. рис. 3.5).

В выбранной точке зондирования (центр зондирования, называемый точкой записи) устанавливаются батарея с измерительным прибором, две катушки с проводом для разноса питающих электродов.

Производится измерение и и рассчитывается , где коэффициент установки (см. 7.3).

При больших АВ приходится переходить на увеличенную длину MN, чтобы превышали уровень помех.

На каждом разносе определяется .

Для удобства работ провода предварительно промеряются и на них краской или изолентой ставятся метки, например, одна, две, три, вновь одна, две, три и т.д.

При работах с цифровой аппаратурой данные вносятся в компьютер, и кривая ВЭЗ строится автоматически на экране дисплея.

После окончания зондирования и построения кривой ВЭЗ аппаратуру и оборудование переносят на новую точку.

Обычно точки зондирований располагаются вдоль профилей.

Расстояния между соседними точками ВЭЗ (шаг съемки) меняются от первых десятков до нескольких сот метров.

Они должны быть сравнимыми с проектируемыми глубинами разведки.

Максимальный разнос АВ / 2 выбирается в 3-10 раз большим этих глубин.

Изучаемая площадь покрывается сетью профилей на расстояниях, сравнимых или в 2-5 раз больших шага съемки.

Для уменьшения искажающего влияния рельефа разносы направляют вдоль его простирания.

Изучение почв и грунтов проводится ВЭЗ с малыми разносами (от долей до первого десятка метров).

Их называют микрозондированиями (МКВЭЗ).

При выполнении 3-электродных ВЭЗ один питающий электрод ( А) постепенно удаляется от центра ( О) зондирования, а второй ( В) относится в «бесконечность», т.е. в 3-5 раз дальше максимального АО по перпендикуляру к линии разноса и остается постоянно заземленным (установка AMN, B в ).

2. Методика дипольных электрических зондирований

Если надо изучить большие глубины (свыше 1 км), то при выполнении ВЭЗ разносы АВ приходится увеличивать до 10 км, что делать сложно и неудобно.

В этом случае используются дипольные установки (азимутальные, радиальные и др.) (см. 7.3.4).

При дипольных электрических зондированиях (ДЗ) измеряется кажущееся сопротивление при разных расстояниях или разносах r между центрами питающего и приемного диполей (рис. 3.6).

Разнос осуществляется либо в 1 сторону от неподвижного питающего диполя (одностороннее ДЗ), либо вначале в 1 сторону, а затем в противоположную (двухстороннее ДЗ).

Дипольное зондирование выполняется с помощью электроразведочных станций.

Сначала проводится топографическая подготовка работ.

ДЗ могут выполняться по криволинейным маршрутам, приуроченным к дорогам, рекам и участкам, к которым может быть доставлена полевая лаборатория.

Величина разноса должна увеличиваться примерно в геометрической прогрессии, например, = 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 15; 20; 30 км.

Измерив силу тока в АВ ( ) и разность потенциалов на первой М₁ N₁ () точке О₁, можно получить , где — коэффициент дипольной установки (см. 7.3.2).

После этого полевая лаборатория переезжает на новую точку О₂ (см. рис. 3.6).

По радио устанавливается связь между станциями, снова проводятся замеры и расcчитывается и т.д.

Из теории известно, что кривые ДАЗ и ДЭЗ точно совпадают с кривыми ВЭЗ, а ДРЗ и ДОЗ несколько отличаются.

3. Методика морских электрических зондирований

При морских электрических зондированиях используются дипольные осевые установки, т.е. радиальные установки, у которых питающая (АВ) и приемная ( MN) линии располагаются вдоль одной прямой, а сами зондирования проводятся непрерывно (НДОЗ).

В процессе выполнения НДОЗ приемная линия и регистрирующая аппаратура, установленные на приемном судне, остаются неподвижными.

Питающая линия непрерывно перемещается на генераторном судне сначала в одну, а затем в другую сторону от приемной линии.

После обработки автоматических записей токов и разностей потенциалов рассчитываются кажущиеся сопротивления для разных расстояний между центрами питающей и приемной линий и строятся кривые НДОЗ.

Морские зондирования служат для изучения строения донных осадков и структур, благоприятных для нефтегазонакопления.

При выполнении любых электрических зондирований до 5% точек являются контрольными.

По ним рассчитываются средние относительные погрешности в расчетах КС, которые не должны превышать .

Электрические зондирования широко используются для расчленения геологических разрезов, особенно осадочных, поисков пластовых полезных ископаемых, изучения с разными целями геологической среды.

Источник

ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ (ВЭЗ)

Центры вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) рекомендуется располагать на прямолинейных профилях, направление которых совпадает с направлением разносов питающей и приемной линий (за исключением маршрутных съемок). Если ВЭЗ выполняется с установкой AMNB, то для выбора длины разносов АВ и MN и коэффициента установки можно руководствоваться таб.2.1.

Необходимо учитывать, что значения ρ_к, рассчитанные по формуле при измерении на переменном токе практически совпадают со значениями ρ_к, измеренными на постоянном токе, лишь при значениях параметра ρ/( l 2 _*f) больше 50 мкГн/м, где ρ –удельное сопротивление в Ом*м, l – разнос в км, f— частота в Гц.

При применении других разносов АВ и MN, не указанных в таб. 2.1, следует придерживаться следующих правил. Точки на кривой ВЭЗ, изображенной в логарифмическом масштабе, по линии разносов должны располагаться более или менее равномерно; начальная длина разноса АВ должна быть выбрана такой, чтобы на кривой зондирования выделялся слой с удельным сопротивлением ρ₁; отношение длины последующего разноса АВ к длине предыдущего не должно превышать 1,5—1,7; отношение длины разноса 1_АВ к длине 1_MN должно быть не менее 3,0; Максимальное отношение 1_АВ к 1_MN определяется наименьшим значением разности потенциалов, допустимым для измерения в каждом конкретном случае.

При переходе от одних разносов MN к другим обязательно перекрытие кривой ВЭЗ минимум в двух точках (ворота). При глубинных зондированиях, начиная с разносов АВ — 4 км, а также в случае больших расхождений в перекрытиях на меньших разносах, число перекрытий следует увеличить до трех-четырех, если наблюдения с самой короткой приемной линией могут быть выполнены с достаточной точностью.

Размотку проводов при выполнении ВЭЗ следует вести по предварительно провешенному профилю или направлять по прямой с помощью естественных визиров или компаса. Следует избегать отклонения от прямолинейной прокладки проводов на угол, больший 10°.

Источник