Textbook MSU electromagnetism

metode geofizice de cercetare. manual

Capitolul 4 electroinvestigation

Electromagnetics (explorarea electrice, sau mai precis electromagnetice) uniunea nyaet metode fizice Geosfera Pământului și explorarea resurselor minerale, pe baza studiului câmpurilor electromagnetice care există în lume, ca urmare a proceselor cosmice, atmosferice sau fizico-chimice naturale sau create artificial. Câmpurile electromagnetice pot fi:

stabilesc că Există peste 1, frecvență constantă și variabilă (quasiharmonic sau armonice) de millihertz (1 MHz = 10 3 Hz) până la petagerts (1 kc = 10 & 15Hz);

inconstant, pulsate cu o durată a impulsului de microsecunde secunde. Câmpul armonic utilizat poate fi împărțită în infrasunete, audibil, radiowave studiat în electrotehnică și mikroradiovolnovye pe care s termorazvedki metodele bazate (vezi. Ch. 6). Parametrii măsurați sunt amplitudinea câmpului și faza câmpurilor magnetice H E electric și, și la T.-temperatură termorazvedke

Intensitatea și structura câmpurilor naturale definesc factorii naturali și proprietățile electromagnetice ale rocilor. campuri artificiale aceasta depinde de aceleași proprietăți de rocă, intensitatea și tipul sursei, precum și metode de excitație. Recente sunt galvanizate atunci când câmpul din lume pentru a crea curent Pomo-schyu a trecut prin electrozi, împământarea; inductiv, atunci când curentul de aprovizionare, care trece prin bucla neintemeiata (bucla, cadru) în mediu creează câmp electro-magnetic de inducție și mixte (inductiv și galvanic).

Prin proprietățile electromagnetice ale rocilor sunt rezistență electrică specifică # 961;, cantitatea inversa ei, este conductivitatea specifică (y = 1 / p), și activitatea electrochimică, polarizabilitatea # 951;. dielectric # 949; iar receptorii p permeabilitatea magnetică și modulele piezoelectric d. Proprietățile electromagnetice mediile geologice și parametrii geometrici sunt determinate incizii cal geoelektri-. secțiune geoelectric omogenă pe un anumit electromagnetic-magnetic-proprietate, semi-numita normal si neomogena - anormale.

Schimbarea profunzimii realizată prin schimbarea surselor de energie electrică și moduri de a crea un câmp. Cu toate acestea, acesta poate fi controlat de la distanță și de a primi frecvență. REZUMAT primirea adâncimi tot mai mari la distanta se reduce la creșterea distanței dintre sursa de câmp și punctele la care se măsoară. Acest lucru duce la o creștere a explorării adâncimii, deoarece cresc volumul mediului în care este distribuit câmpul și neomogenitățile de adâncime distorsiune evidentă la distanțe mari de la sursa. Principiul frecvenței adâncimii creșterii bazate pe efectul de piele, și anume presate pe suprafețele de pământ k în stratul sti de grosime mai mică decât domeniul de frecvență armonică mai mare și mai mică de timp t în timpul creării câmpului în impulsuri. Pe de altă parte, frecvența mai mică, mai lungă perioadă de oscilație T = 1 / f timp de propagare mai lung (difuzie) a câmpului, de asemenea, numit timp inainte formarea câmpului sau de tranziție, mai multe NOSTA adâncimi de explorare. În general, adâncimea variază de la zeci de metri electrice kilo la frecvențe subsonice până la zeci de centimetri la frecvențe de gigahertz (GHz) -tetragertsy (THz).

Tabel. 4 și 5 prezintă țintă fizică (aplicată) metodele de clasificare electrice. Din cauza varietății folosite în domeniul proprietăților rocă electromagneticii ea diferă de alte metode geofizice un număr mare (peste 50) metode. Acestea pot fi grupate în metodele câmpului electromagnetic naturale alternativ, geoelectrochemical, rezistivitatea, detectare electromagnetică și radio-val și modelarea, piezoelectric, Nye radar de detectare, precum și de radio, infraroșu și spectrometrice Shoo Ting, care, deși de obicei atribuită termorazvedke, dar natura câmpurilor, Procedura de măsurare și tehnici sunt aproape de prospectare electrice.

Tabelul 4. Metode fizice de clasificare electrice

Tabelul 5. Metode electrice Clasificare țintă

Notă. «+», »++» i «+++» - mică, medie, mare grad de aplicabilitate, respectiv.

Structura generală a geoelectric studiate taie metode electrice pot fi subdivizate:

a) detector care servesc la orizontal partiție (sau cu goluri) secțiuni stratificate;

b) profilare pentru reducerea krutosloistyh de studiu sau de a identifica facilitățile locale;

3) pe teren, combinarea metodelor de detectare a neregulilor dintre lucrările miniere și suprafața pământului.

Electroinvestigation cu variația de eficiență utilizată pentru aproape toate sarcinile pentru care alte metode geofizice utilizarea și. În special, folosind variabilele naturale de câmpuri de origine cosmice intestinele scout pământului la o adâncime de aproximativ 500 de km de studiu și comportamentul de roci sedimentare, roci cristaline ale scoarței, mantaua superioară. electromagnetic al sondare adânc și este utilizat în studiile structurale, căutarea de petrol și gaze. profilarea electromagnetic utilizat în kartirovochno set de căutare, căutarea de minereu, minerale industriale și cărbune. sondare electromagnetic Shallow-netic și profilare sunt utilizate în inginerie și investigații hidrogeologice și protecția mediului geologic și metode subterane sunt folosite pentru explorarea zăcămintelor.

Conform tehnologiei și zona de lucru se disting aerospațial, câmp (sol), offshore (nave, barci), sol (siloz miner) și foraj (crosswell) metode electrice.

4.1 Bazele fizice și matematice și geologice electrice

Teoria fizico-matematice de electrice bazate pe teoria câmpului electromagnetic și, în special, pe teoria câmpurilor electromagnetice fixe și variabile. La fel cum teoria prospecțiuni magnetice sunt legile lui Newton și Coulomb, ecuațiile lui Maxwell sunt baza teoriei electrice. Dacă secțiunea geoelectric este cunoscută, cu ajutorul unor ecuații diferențiale care provin din ecuațiile lui Maxwell, și condițiile fizice de a decide probleme electrice directe pentru un număr de modele fizice și geologice ale mediului, de exemplu, obține expresii analitice pentru diferite componente de câmp ale acestor modele. În cazul în care aceste componente sunt obținute ca rezultat al electrice, pe baza deciziei directe feedback-ul problemă electrică, și anume, definesc anumiți parametri ai modelului. Ta Kim mod de rezolvare a problemelor directe și inverse ale electrice au în principal, pentru a face față cu secțiunea geoelectric, care definesc proprietățile spec- electromagnetice și parametrii geometrici ai mediului.

4.1.1 Proprietățile electromagnetice ale rocilor

După cum sa menționat mai sus, proprietățile electromagnetice ale rocilor sunt rezistență electrică specifică # 961; și activitatea electrochimică, polarizabilitatea # 951;. dielectric # 949; și μ magnetic. permeabilitate și modulele piezoelectrice skie d.

Rezistivitatea electrică a rocii. rezistența electrică specifică # 961;, se măsoară în ohmi-metri (Ohmm) este cel mai cunoscut proprietatea magnetic electro- și variază de roci și minereuri într-o materie pre foarte largi de la 10 -5 15 octombrie Omm. Pentru cea mai comuna sedimentare, metamorfice și rocile magmatice depinde de compoziția minerală, proprietățile fizice și mecanice ale rocilor de apă, precum și alți factori (temperatura, adâncime, gradul de metamorfism, efecte antropice, etc.).

1. Rezistența electrică depinde de legăturile lor minerale vnutrikri-cristal. Pentru minerale (cuart dielectrice, mică, feldspat, etc.), cu legături covalente predominant caracterizate de o rezistență foarte mare a unui (10 12 -10 15 Omm). Minerale-semiconductori (carbonați, sulfați, halogenuri, etc.) Au legături ionice și au rezistențe mari (10 -10 Omm). minerale argiloase (hydromicas, montmorillonit, caolinit, etc.) Au legături cu ioni covalente și caracterizate printr-o rezistență suficient de scăzută (p<10 4 Омм). Рудные минералы (самородные, некоторые оксиды) с электронной проводимостью очень хорошо проводят ток (р <1 Омм). Первые две группы минералов составляют «жесткий» скелет большинства горных пород. Глинистые минералы созда-ют «пластичный» скелет. Характерно, что «пластичные» минералы способны адсорби-ровать связанную воду, а породы с «жесткими» минералами могут насыщаться лишь свободной водой.

2. Rezistivitatea electrică a apelor subterane libere (gravitatiei și onnyh capilară) variază de la fracțiuni de metri ohm cu TDS mare (M> 10 g / l) la 1000 Ohmm mineralizare scăzută (M<0,01 г/л) и может быть оценено по формуле рв

8.4 / M. Compoziția chimică a sărurilor dizolvate nu este critică, cu toate acestea, conform electrică fi evaluat numai pe mineralizarea totală a apelor subterane. Specific rezistență electrică a apelor subterane asociată este scăzută și variază de la 1 la 10 Omm care explica le mineralizare destul de constantă (3-1 g / l), în apropierea mediei oceanelor apa salinitate.

Deoarece apa de pori (liber și legat) diferă semnificativ inferior rezistivității electrice kim decât scheletul anorganic, rezistența majorității rocilor este practic independentă de compoziția sa minerală, așa cum este determinat de factori, cum ar fi porozitatea, fractură, saturație a apei, cu o creștere care rezistență Gatere scade.

3. Atunci când temperatura crește cu 40 ° C, rezistența este redusă cu aproximativ 2 ori. Acest lucru se explică prin creșterea mobilității ionilor. Când înghețarea Conductor Rezistența rocilor crește brusc, deoarece apa liberă devine aproape un izolator, iar conductivitatea electrică este determinată numai apă legată care zaet măsurat la temperaturi foarte scăzute (sub -50 ° C). Gradul de creștere a rezistenței la congelare, atunci când diferite pentru diferite rase: de multe ori crește de la argile; de până la 10 ori - roca; de până la 100 de ori - de la argilos și nisip argilos; până la 1000 de ori, și mai mult - de nisip și roci clastic grosiere.

4. Gradul de profunzime structura de rocă metamorfică și textura afectează, de asemenea, rezistența la schimbarea microanisotropy său raport.

In ciuda gamei largi de modificări în rezistența electrică specifică în diferite rase, legi de bază stabilite cu suficientă claritate. roci vulcanice și metamorfice sunt caracterizate prin rezistență ridicată (5-100 Omm). Printre roci sedimentare rezistență ridicată (100 - 1000 Ohmm) de sare gemă, gips, calcar, gresie, și alte specii. roci sedimentare clastic, de obicei, au mai rezistenta, boabele mari care compun roca. În tranziția de la lut la argilos, argilos nisipos și rezistivitate nisip variază de la fracții și primele unități la câteva zeci sau sute de metri ohm.

Activitatea electrochimică și polarizabilitatea. În conformitate cu activitatea electrochimica de înțelegere a proprietăților de roci naturale pentru a crea camp-parametru electric permanent. Aceste câmpuri pot apărea datorită reacțiilor redox asociate cu prezența și circulația în roci și soluții de diferite concentrații ale compoziției chimice.

1. Pentru activitatea electrochimica ia, uneori sunt proporționale coeficient între intensitatea câmpului electric al factorilor naturali și majori care este cauzat (raportul concentrațiilor apelor subterane, presiune și altele.). Coeficientul este măsurat în milivolți. Este - (10 - 15) pentru mV nisip curat, aproape de zero pentru creșteri de rocă 20 - de 40 mV pentru argilă și până la sute de milivolți pentru minereuri cu un minerale electroni conductiv. În general, depinde de mulți factori, naturale (compoziția minerală, argilă, porozitate po-, permeabilitate, umiditate, salinitate apelor subterane și colab.).

2. Capacitatea de a polariza pentru foioase, adică acumularea de încărcare atunci când un curent este trecut, iar apoi evacuate după deconectarea acestuia, polarizabilitatea coeficientul de estimare # 951;. valoare # 951; calculat ca procent, ca raport al tensiunii # 916; U Bn. care rămâne în linia de măsurare, după o anumită perioadă de timp (de obicei 0,5 - 1 s) după deschiderea circuitului de curent la tensiune # 916; U în aceeași linie, atunci când un curent

Polarizarea este un complex proces electrochimic procedură la emiterea unui pro- prin formarea permanentă sau de joasă frecvență AC (20 Hz) curent. Cea mai mare polarizabilitatea (# 951 = 6 - 40%), cu conductivitate electrică diferită a minereului cu (sulphosalts sulfurile, unele metale si pepite individuale oxi-dy). Apariție potentiale evocate în acest grup Gatere explica așa numitul electrod de polarizare de minereu în prezența Du- apelor subterane. Coeficienți polarizabilitatea la 2-6% observată în sedimente neconsolidate udate cu un amestec de particule de argilă. În aceste roci, atunci când o redistribuire curent proish DIT și difuzie a taxelor adsorbite pe particule de argilă. Întoarcere mediu în stare de echilibru, după întreruperea de curent însoțită de efectul de polarizare indusă. Cele mai multe dintre magmatice și metamorfice în natură, de regulă, nu sunt polarizate; ei # 951; = 1 - 2% (3% rare). Sedimente slab polarizate saturate cu apă salină.

Module piezoelectrice. Modulul piezoelectric minerale proprietate definite și roci crea polarizare electrică, adică orientarea specifică a taxelor la influență mecanică asupra lor. Proprietățile piezoelectrice au un cristal fără un centru de simetrie. Astfel de cristale în timpul deformării mecanice are loc o deplasare reciprocă dipoli electrice și a centrelor de pe fețele de cristal respective apar sarcini electrice. Intensitatea și semnul q taxele depind de tipul de deformare (dilatarea-set - compresiune sau de forfecare), mărimea și direcția forței F care acționează mecanic și piezoelectric modulul de cristal d, corespunzător unei direcții medie dată de polarizare și de deformare.

Relația dintre acești parametri este descrisă de formula q = dF. Forța de operare poate avea nouă componente ale F i. j unde i. j = x, y, z. și anume Există nouă com-tensorului piesele originale de stres sau tulpina.