Геофізичні методи вивчення порід. Методи електророзвідки

Геофізичні методи вивчення порід

Геофізичні методи вивчення порід – це методи вивчення глибинної будови Землі на підставі її фізичних полів, які не потребують буріння або розкопок. За використанням фізичних полів геофізичні методи поділяють на

• електророзвідку,
• сейсморозвідку,
• магніторозвідку,
• гравірозвідку,
• терморозвідку та
• ядерну геофізику.

До природних фізичних полів Землі зачисляють електромагнітне, сейсмічне (поле пружних коливань внаслідок землетрусів), гравітаційне (сили тяжіння), термічне та радіоактивне. До штучних полів належать ті, які викликають штучно спеціальною апаратурою.

Методи електророзвідки

Методи електророзвідки грунтуються на вивченні поширення в земній корі порід з різною електропровідністю. Вимірюють природні штучні електромагнітні поля. Електромагнітні поля виникають під дією джерел постійного та змінного струму (рис. 4.3.1). Ці методи називають ще електромагнітною розвідкою.

 
а
 
б
Рис. 4.3.1. Електророзвідка: а – принципова схема методу; б – обробка результату вимірювань (суцільним контуром виділено зону електромагнітної аномалії)

Перші роботи з застосування електрики для пошуків корисних копалин з’явилися у 1829 р., коли А. Фокс спостерігав природні електричні поля над мідними родовищами у Корнуельсі (Велика Британія), пов’язані з окисно-відновними процесами у товщі порід. У кінці ХІХ – на початку ХХ ст. загальний прогрес геофізики зумовив значний розвиток електричних методів, які мали високу інформативність та економічний ефект, порівняно з іншими геофізичними методами. Зараз ці методи набули значного поширення у зв’язку з розвитком мікропроцесорної техніки та відповідного програмного забезпечення для відображення даних.

Електромагнітні властивості гірських порід охоплюють питомий електричний опір, електрохімічну активність, поляризованість, діелектричну і магнітну проникність. Найбільш універсальна електромагнітна властивість – електричний опір (ρ), який характеризує здатність порід чинити спротив проходженню струму. Вимірюють в омметрах (Ом). Величина електричного опору порід залежить від їхнього мінерального складу, фізико-механічних і водних властивостей, концентрації солей у підземних водах і в меншій мірі від їхнього хімічного складу, а також від деяких інших чинників (температури, глибини залягання, ступеня метаморфізму тощо). Для мінералів-діелектриків (кварц, слюда, польові шпати та інші) характерні дуже високі опори (1012-1015 Ом). Мінерали-напівпровідники (карбонати, сульфати, галоїди) відрізняються високими опорами в межах 104-108 Ом. Глинисті мінерали (гідрослюди, монтмориломоніт, каолініт тощо) виділяються низькими опорами (ρ ≤ 104 Ом) [9].

Залежно від виду електричного струму, який використовують, і техніки проведення польових робіт розрізняють два основних методи електророзвідки: електропрофілювання та електрозондування. Електропрофілювання ґрунтується на вимірюваннях уявних питомих електричних опорів у горизонтальній площині уздовж прямолінійного маршруту на земній поверхні. Електроди живлення та приймальні електроди мають фіксоване взаємне розташування. Методами електрозондування вивчають геоелектричний розріз по вертикалі шляхом вимірів уявних питомих опорів у точці зондування на земній поверхні. Електроди живлення розташовують на різних відстанях між собою. Чим більші відстані між електродами, тим електричний струм проникає на більшу глибину і відображає геологічну будову глибших горизонтів розрізу.

Під час електророзвідки для вивчення невеликих глибин (до 500 м) використовують переносні прилади й устаткування. Значного поширення набули прилади георадари (рис. 4.3.2, а). Вони випромінюють надкороткі електромагнітні імпульси частотою 100 МГц – 2 ГГц. Їхня проникність на глибину приймається приймальною антеною, перетворюється у цифровий вигляд і після опрацювання відображається на екрані монітора. Електромагнітні хвилі цієї частоти досягають глибини 20-30 м. Розвідку великих глибин (до 10 км) проводять за допомогою електророзвідувальних станцій. Прискорене геологічне картування і пошук корисних копалин на глибинах до 200 м виконують за допомогою аероелектророзвідувальних станцій [3].

а

б
Рис. 4.3.2. Георадар EASYRAD GPR (а); 3d-модель, побудована за результатами електрозондування ділянки карстових пустот (б) (джерело)

Методи електророзвідки застосовують для:

• побудови геологічних розрізів у цілому для певної території;
• картування контактів між породами, наприклад, поверхні корінних порід під пухкими відкладами;
• положення карстових пустот (див. рис. 4.3.2, б);
• пошуків прісних і мінералізованих вод, визначення рівня ґрунтових вод, границь між шарами з різним ступенем водонасичення – для підтоплених територій;
• картування таких типів порід: пісок, глина, торф;
• виділення сезонно-мерзлих ґрунтів, товщини льоду, снігу;
• границь поширення рудних і нерудних корисних копалин;
• картування піддонних відкладів;
• визначення глибини і профілю дна рік та озер.