8.3 Електророзвідка

Електрометричний метод розвідки ґрунтується на вивченні розподілу в земній корі порід з різною електропровідністю. При цьому використовуються як природні, так і штучні електромагнітні поля, які виникають під дією джерел постійного і змінного струму. До методів, які використовують природні електричні поля, відносяться магнітотелуричні методи, які вивчають змінне поле напруженості телуричних (земних) струмів, метод ТС (телуричних струмів), метод МТП (магнітотелуричного профілювання), метод МТЗ (магнітотелуричного зондування).

До методів, які ґрунтуються на вивченні штучно створених полів за допомогою постійного струму, відносяться: ВЕЗ (вертикальне електрозондування), ДЕЗ (дипольне електрозондування), ЕП (електропрофілювання) і ЗС (зондування методом становлення поля).

При нафтогазопошукових роботах електророзвідка використовується для розв’язання таких геологічних завдань:

а) виявлення і вивчення великих структурних елементів і окремих структурних зон;

б) пошуки похованих структурних піднять, покритих наносами і акваторією;

в) виявлення і трасування зон тектонічних порушень тощо.

Об’єктами досліджень при електророзвідці переважно є осадові товщі та горизонти, що відрізняються високим (нескінчено високим) опором: соленосні, сульфатні, карбонатні, а також кристалічні породи фундаменту.

При пошуках і розвідці структур, перспективних на нафту і газ, звичайними є електророзвідувальні роботи масштабів від 1:200 000 до 1:25 000. Вони, як правило, проводяться в комплексі з іншими геофізичними методами (сейсморозвідкою і гравірозвідкою).

При регіональних нафтогазопошукових роботах застосовуються такі методи як ТС, МТП, МТЗ і ЗС. Однак основний обсяг електророзвідувальних робіт виконується при детальних нафтогазопошукових роботах з метою пошуків валоподібних піднять, а також окремих локальних структур.

У залежності від виду використовуваного електричного струму і техніки проведення польових робіт розрізняють два основних методи електророзвідки: електропрофілювання та електрозондування.

Електропрофілювання ґрунтується на вимірах уявних питомих електричних опорів в горизонтальній площині уздовж прямолінійного маршруту на земній поверхні при фіксованому взаємному розташуванні живильних та вимірювальних електродів. Глибинність дослідження визначається розмірами установки. Сприятливими умовами для успішного проведення електропрофілювання є: круте падіння крил складок, наявність зон порушень, помітна різниця в питомих опорах товщ, відносна простота електричного розрізу, велика протяжність об’єкта вивчення порівняно з глибиною залягання. Щільність мережі спостережень залежить від масштабу зйомки і вибирається звичайно так, щоб картований об’єкт перетинався не менш як трьома профілями навхрест простягання. Результати польових вимірів зображаються у вигляді графіків уявних опорів уздовж маршрутів і карт ізоом, які використовуються для вирішення тих чи інших геологічних задач. Суттєво спотворюють результати електророзвідки і затрудняють ведення польових спостережень складний рельєф денної поверхні і наявність блукаючих електричних полів, що збуджуються в надрах промисловими електричними установками.

Електрозондування ґрунтується на вивченні геоелектричного розрізу по вертикалі шляхом вимірів уявних питомих опорів в точці зондування на земній поверхні при різних розносах живильних електродів. При більших розносах електродів електричний струм проникає на більшу глибину і відображає геологічну будову більш глибинних частин розрізу. Проводячи виміри питомих опорів з використанням розносів, які послідовно збільшуються, одержують уявлення про вертикальний геологічний розріз того комплексу порід, над яким проводяться електричні виміри.

Звичайно використовуються дві основні модифікації електрозондування, які розрізняються взаємним розташуванням живильних та вимірювальних електродів: вертикальне електричне зондування (ВЕЗ) і дипольне електричне зондування (ДЕЗ).

При ВЕЗ використовується симетричне розташування електродів, причому в центрі знаходяться вимірювальні, а по краях – живильні електроди. У процесі зондування живильні електроди розносяться в протилежні сторони, що викликає збільшення глибинності досліджень. Результатом зондування є крива ВЕЗ – графік залежності уявного питомого опору від величини розносів живильних електродів, що відображає основні елементи геоелектричного розрізу. Інтерпретація кривих ВЕЗ проводиться шляхом порівняння їх з теоретично розрахованими кривими. При цьому з допомогою палеток або аналітичних формул визначають істинні опори і товщини основних геоелектричних горизонтів. Кінцеві результати представляють у вигляді геолого-геофізичних розрізів і структурних карт за опорними горизонтами. Кращі результати цей метод дає в районах розвитку пологої складчастості. Він ефективно виявляє рифові масиви.

При ДЕЗ використовується установка з попарно зближеними вимірювальними і живильними електродами (диполями). Збільшення глибинності вивчення досягається збільшенням розносів між диполями. Максимальні розноси повинні в 5–10 раз перевищувати глибину, що вивчається. Порядок обробки ДЕЗ той же, що і ВЕЗ. Перевагою ДЕЗ в порівнянні з ВЕЗ є значно менші розміри живильних ліній, можливість виконання робіт по криволінійних профілях і можливість оцінки кута нахилу електричних горизонтів.

Глибинність електрозондування здебільшого до 2 км, похибка визначення глибин ±10 %, а в складних умовах±25 %. Сприятливими умовами для успішного проведення електрозондування є: пологі форми складчастості, наявність одного опорного геоелектричного горизонту і відсутність в розрізі проміжних екрануючих горизонтів високих або низьких опорів. Спотворюють результати електрозондування такі самі фактори, як і при електропрофілюванні.

Метод телуричних струмів (ТС) ґрунтується на вивченні природних телуричних струмів, що виникають в надрах в результаті дії на іоносферу потоку заряджених частинок від сонця або фізико-хімічних процесів у земній корі. В основі методу лежить одночасне спостереження короткоперіодичних змін напруженості електричної складової природного електромагнітного поля в двох точках. Одна з них (базисна станція) при всіх вимірах залишається на місці, а друга (польова станція) переміщується на площі вздовж прямолінійних маршрутів навхрест простягання структур, що вивчаються. Порівняння напруженості поля в цих точках визначає відносну напруженість поля. Основним матеріалом спостережень над полем телуричних струмів є телурограми – криві, що показують характер зміни в часі відносних напруженостей поля. В результаті обробки телурограм вираховують параметр поля, що дорівнює відношенню амплітуд варіацій на польовій та базисній точках, і будують карти розподілу параметра поля на площі досліджень. Такі графіки і карти відображають рельєф поверхні опорного горизонту високого опору, дозволяючи одержувати по ньому якісне уявлення. При використанні інших досліджень (електрозондування, каротажу або сейсморозвідки) можливий перехід до визначення глибини залягання опорного горизонту. Глибинність методу 2–3 км. Метод характеризується високою продуктивністю і застосовується переважно при регіональному вивченні платформних областей, а в сприятливих умовах – і для пошуків локальних структур, особливо соляних куполів. Суттєва перевага методу ТС перед методами ВЕЗ і ДЕЗ полягає в можливості досліджень відкладів між проміжними горизонтами високого опору, які екранують постійний електричний струм. Крім того, цей метод можна використовувати в важкодоступних районах, оскільки він не потребує громіздких живильних ліній, а вимірювальна апаратура порівняно невелика.

Метод ТС успішно використовувався в Дніпровсько-Донецькій западині і особливо у Прикаспійській западині для вивчення соляних структур – соляних куполів, соляних гряд. На рис. 8.4 видно збіг результатів сейсмічних досліджень і методу ТС для Червонопартизанського підняття.

Рис. 8.4 – Порівняння результатів спостережень методом телуричних струмів з даними сейсморозвідки

а – Західний Сибір (за Ю.С. Копелевим);

1 – середня напруженість поля ТС;

2 – опорний електричний горизонт по ТС; 3 – фундамент за даними КМПХ;

б – Дніпровсько-Донецька западина, Червонопартизанське підняття

(за даними В.М. Ручко); 1 – середня напруженість поля ТС;

2 – відбивні площадки

Метод магнітотелуричного профілювання (МТП)ґрунтується на вивченні варіацій магнітотелуричного поля Землі. При цьому одночасно ведеться реєстрація горизонтальних складових електричного та магнітного полів земних струмів в польовій точці з деяким постійним періодом, що коливається від кількох секунд до кількох хвилин. У результаті обробки матеріалів будуються профілі та карти поздовжньої електричної провідності осадової товщі, що залягає вище опорного горизонту високого опору, які дають уявлення про рельєф поверхні останнього. Зміною діапазону частот досягається глибина досліджень від сотень метрів до перших кілометрів. Добрі результати метод дає при вивченні рельєфу поверхні кристалічного фундаменту, перекритого осадовими відкладами. Для кількісної інтерпретації одержаних даних необхідна додаткова інформація про величину середнього поздовжнього опору надопорної товщі. Її одержують шляхом комплексування цього методу з бурінням, сейсморозвідкою і електрозондуванням. Найбільший ефект метод МТП дає при регіональних маршрутних і площових дослідженнях масштабу 1:200 000 – 1:100 000. В більш великих масштабах він використовується як допоміжний для одержання опорних значень сумарної поздовжньої провідності, необхідних для інтерпретації даних методу телуричних струмів, з допомогою яких виконується основний обсяг досліджень.

Метод магнітотелуричного зондування (МТЗ) ґрунтується на реєстрації в одному пункті варіацій горизонтальних компонентів телуричного і геомагнітного полів з періодами від частки секунд (при розвідувальних роботах) до кількох годин (при глибинних дослідженнях). За відношенням амплітуд варіацій взаємно перпендикулярних електричного і магнітних компонентів різних періодів розраховується уявний опір і будуються криві МТЗ – залежність уявного опору від періоду варіацій. Ці криві характеризують будову геоелектричного розрізу. Сумарну повздовжню провідність, товщину окремих горизонтів і глибину залягання опорного високоомного горизонту визначають шляхом порівняння з теоретичними палетками або за аналітичними формулами. Глибина проникнення магнітотелуричного поля залежить від його частоти. Низькочастотні складові поля проникають на більшу глибину, ніж високочастотні компоненти і відображають геологічну будову більш глибоких горизонтів. Глибина досліджень методом МТЗ може досягати 12–15 км при похибці ±10 %.

МТЗ дає добрі результати при вивченні рельєфу кристалічного фундаменту під осадовими відкладами, а також при вивченні вертикального розрізу горизонтально шаруватих або пологопадаючих структур. Метод МТЗ використовують також з метою одержання параметричних даних для наступної постановки робіт методом електропрофілювання.

Метод зондувань становленням електромагнітного поля (ЗС) – це різновид індукційної електромагнітної розвідки, яка ґрунтується на вивченості перехідних процесів неусталеного поля. Джерелом електромагнітного поля можуть бути вертикальний магнітний або горизонтальний електричний диполі. Основним параметром, що визначає неусталений процес, є час становлення, який залежить від провідності середовища. Під час вимірів неусталеного процесу реєструються горизонтальні електричні або магнітні складові в залежності від часу t.

У даний час на практиці електророзвідувальних робіт використовуються головним чином модифікація зондувань становленням поля в ближній зоні (ЗСБ, ЗСБЗ або ЗСТ). Щільність мережі спостережень вибирається у відповідності з поставленим геологічним завданням і глибиною дослідження. У будь-якому випадку інтервал між пунктами спостережень не доцільно вибирати меншим, ніж половина глибини дослідження. Результуючі криві ЗС трансформуються у криві повздовжньої провідності, інтегральні та диференційні криві уявного опору. В результаті обробки кривих ЗС будують горизонтальні та вертикальні карти уявного опору, карти абсцис і ординат екстремальних точок, профілі та карти повздовжньої провідності, рідше будуються структурні карти опорного сейсмічного горизонту. Над нафтогазовими структурами спостерігається зменшення повздовжньої провідності, яке є сумою прямого, структурного та літологічного ефектів (рис. 8.5).

Рис. 8.5 – Карта поздовжньої провідності нижніх теригенних товщ у зіставленні з даними сейсморозвідки і буріння

на Кленовській ділянці

(за В.А. Сидоровим)

1 – ізолінії S нижньопалеозойських теригенних відкладів за даними ЗСТ;

2 – умовний горизонт за даними сейсморозвідки; 3 – умовний горизонтза даними буріння;

4 – розвідувальні свердловини