(l = 0, 1, 2; s = 0, 1), (14)

где - функция Ханкеля первого рода, s-го порядка от аргумента . Для вычисления интегралов вида (14) путь интегрирования деформируется - отводится в верхнюю область комплексной плоскости переменной интегрирования , после чего задача расчета (14) сводится к определению его дискретного и сплошного спектров. Дискретный спектр представляет собой сумму вычетов в полюсах функции , пересеченных при деформации контура интегрирования, сплошной спектр - один или два интеграла по линиям наискорейшего убывания (спуска) подынтегральной функции, огибающим точки ветвления функции на комплексной плоскости переменной .

Основную сложность применения МНС для расчетов полей в поглощающих слоистых средах представляет проблема надежного определения полюсов подынтегральной функции.

Для интерпретации РП в основных типах РВ-ГМ особое значение имеет изучение полей электрических диполей в частном типе трехслойной анизотропной модели - слоя конечной мощности, ограниченного полупространствами с одинаковыми параметрами (модель "слой в однородной среде"). Анализ и решение задачи расчетов полей диполей в данном типе моделей при различных соотношениях электрических параметров анизотропных слоя и граничащей с ним среды позволили сделать следующие выводы относительно структуры поля для основных частот РП и параметров базовых РВ-ГМ:

из счетного числа полюсов функции только вычет в первом полюсе (первая мода) дает основной вклад в поле дискретного спектра;

для модели, в которой слой имеет повышенное УЭС по отношению к вмещающей среде (слой-волновод), практически значимым для поля вблизи слоя является вклад дискретного спектра, а точнее его первой моды; случаи, когда это утверждение не справедливо (очень тонкий и слабоконтрастный слой) особого интереса для РВМ не представляют;

для модели, в которой слой имеет пониженное УЭС по отношению к вмещающей среде (слой-экран), поле представлено сплошным спектром;

приведенные выше выводы могут быть справедливыми, если слой между полупространствами заменить слоистой пачкой, а также, если параметры полупространств отличаются.

На основе изложенных выше выводов получены аналитические представления для компонент поля в базовых радиоволновых геомоделях, наиболее важные из которых приведем ниже, записав компоненты E_z и E_x полей электрических диполей, направленных, соответственно по осям z и x, в виде

, .

где I - ток в диполе, l_z и l_x - длины диполей. Пусть h - мощность слоя-экрана, а плоскости z = z* и z = z* - h - его границы. Для e_z в РВ-ГМ экранированное полупространство имеют место следующие представления:. а) = z + z₀ - 2z*; б) = 2 (z*h) - z - z_0;

(15)

, ; , ; ;

функция ослабления;

- величины, зависящие от , электрических и радиоволновых параметров модели.

Для РВ-ГМ слой-волновод приведем компоненту e_z внутри слоя (z*h < z, z₀ < z*)

, (16)

где - первый полюс функции из выражения (11) для интеграла , являющийся решением трансцендентного уравнения =0, которое для данной модели приводится к достаточно простому виду.

При использовании РП для определения мощности и удельной электропроводности крутопадающих экранирующих пластов направления лучей, соединяющих источник и точку наблюдения, близки к нормальному (под углами 70ч110), а генераторной и приемной антенн - к параллельному границе пласта. Применительно к такой геометрии наблюдений в диссертации приведены первые приближения (в элементарных функциях) для коэффициентов отражения и прозрачности слоя-экрана. Используя соотношения , 1/ Э, где нормальное поле (в отсутствие пласта), Э коэффициент экранирования, можно по результатам измерения Э оценивать мощность и удельную электропроводность пласта, жилы и т.п. [Соколов, 1975].

На рис.2 приведены кривые изменения при синхронном перемещении источника и точки наблюдения в моделях слой-экран и слой-волновод в однородной среде в направлении, перпендикулярном к границам слоя. Кривые рассчитаны по приведенным выше приближенным формулам и методом численного интегрирования НТВЦ МГУ (В.И. Дмитриев, Э.А. Федорова, 1979). Сходимость в пределах требуемой точности обоих результатов внутри и вблизи слоя подтверждает пригодность полученных автором приближений для получения достаточно точных оценок нормального поля, интерпретации и проектирования РВМ в слоисто-анизотропных средах, где ведутся поиски и разведка локальных объектов и структур, а также при поисках и разведке пластовых тел.

Автором был выполнен большой объем расчетов поля в РВ-ГМ "экранированное полупространство" и "слой-волновод" для рабочих частот РП, применяемых при поисках кимберлитовых трубок Якутии (0, 312 кГц - 1,25 МГц), и достаточно широкого диапазона

изменения параметров моделей (УЭС, диэлектрической проницаемости и коэффициентов

анизотропии указанных параметров), характерных для районов поисков. Результаты расчетов легли в основу разработанной им методики интерпретации. В качестве примера на рис.3

приведены результаты расчетов полей в РВ-ГМ экранированное полупространство и слой-волновод.

В четвертом параграфе главы приводится приближенное решение задачи рассеяния поля вертикального электрического диполя на поперечном круговом цилиндре повышенной электропроводности, расположенном в одной из базовых радиоволновых геомоделях 1-го (экранированное полупространство) и 2-го (слой-волновод) типов, характерных для районов поисков кимберлитовых трубок Западной Якутии. Кимберлит имеет слабую контрастность по отношению к толщам песчано-глинистых пород, граничащим непосредственно с породами рабочего интервала (с полупространством в РВ-ГМ типа 1 и слоем-волноводом в РВ-ГМ типа 2). Поэтому в РВ-ГМ 1-го типа рассматривается полубесконечный цилиндр, примыкающий торцом к внутренней поверхности полупространства (рис.4a), а в РВ-ГМ типа 2 - цилиндр конечной длины, примыкающими торцами к внутренним поверхностям стенок волновода (рис.4b). Поскольку поле, прошедшее в экранирующие толщи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Сравнение асимптотических и численных расчетов поля вертикального электрического диполя в присутствии плоского горизонтального слоя в однородной среде (a - слой-волновод, b - слой-экран) при перемещении точек излучения (x₀, y₀, z₀) и наблюдения (x, y, z) в направлении оси Z (z=z₀): f - частота поля, r - расстояние между точками излучения и наблюдения, h - мощность слоя; с₂, е₂ и с₁, е₁ - удельное электрическое сопротивление и диэлектрическая проницаемость соответственно слоя и среды, в которой он расположен; 1 - результаты расчетов первой моды поля дискретного спектра (a) и поля сплошного спектра (b), выполненных автором; 2 - результаты строгих расчетов полного поля, выполненных одним из способов численного преобразования Ханкеля, в НИВЦ МГУ (В.И. Дмитриев, Э.А. Федорова).

Рис.3. Типовые теоретические кривые межскважинного радиопросвечивания с синхронным перемещением передатчика и приемника в радиоволновых геомоделях экранированное полупространство (a) и "слой-волновод" (b): H - глубина относительно подошвы слоя-экрана; r - расстояние между излучателем и точкой наблюдения; h - мощность слоя-волновода; Z/h - относительная глубина расположения излучателя и точки наблюдения по отношению к середине слоя-волновода

Сред, граничащих с рабочим интервалом, пренебрежимо мало в сравнении с полем, распространяющимся в рабочем интервале, то граничными условиями и краевыми эффектами на торцах цилиндров можно пренебречь. Это позволяет получить приближенное решение данной задачи из полученных в предыдущем параграфе приближенных выражений для нормального поля в базовых РВ-ГМ, используя метод разделения переменных и удовлетворив граничным условиям на боковой поверхности цилиндра. Ниже приведены выражения для компоненты E_z, поля в рабочем интервале РП (вне цилиндра), измеряемой при межскважинном РП.

Рис. 4. Поперечный круговой цилиндр в РВ-ГМ типа 1 (a) и (b)

Индексами n и t отмечены величины электрических параметров вмещающей анизотропной среды, соответственно, вдоль оси z и перпендикулярно к ней.

Поле в присутствии вертикального цилиндра в РВ-ГМ типа 1:

,

где , , ,

.

Поле в присутствии вертикального цилиндра в РВ-ГМ типа 2:

; ,

,

k_в - эффективное волновое число слоя-волновода,

.

- спектральные функции, определяемые из граничных условий. Индекс "e" обозначает поле во внешней по отношению к цилиндру области полупространства (рис.4a) или слоя-волновода (рис.4b).

Из полученных в данной главе результатов можно заключить.

Предложены новая физико-математическая трактовка и способ определения (с заданной точностью) границ зоны, существенной для распространения радиоволн (обобщения первой зоны Френеля в поглощающей среде), названной радиогеоинформационной областью (РГИО). Сформулированы принципы выделения на основе учета РГИО интервалов эффективного применения РП в слоисто-анизотропном разрезе, которые по характеру распространения радиоволн сводятся к трем основным типам радиоволновых геомоделей (РВ-ГМ) анизотропных сред, вмещающих поисковые объекты: РВ-ГМ типа 1 - экранированное полупространство, РВ-ГМ типа 2 - слой-волновод и РВ-ГМ - квазиоднородная среда.

Предложен алгоритм вычисления с контролируемой точностью интегралов, содержащих функции Бесселя 0-го и 1-го порядков применительно к расчету и анализу радио-волновых полей дипольных источников в слоистых одноосно анизотропных средах и приближенные аналитические выражения для поля поперечного электрического диполя в трех-слойных одноосно анизотропных средах, представляющих РВ-ГМ 1-го и 2-го типов. Получены приближения (высокочастотная асимптотика) для компонент электрического поля электрических диполей в присутствии слоя-экрана в однородной анизотропной среде (применительно к радиоволновой разведке пластовых рудных тел и др. поглощающих структур).

Получены приближенные аналитические представления компоненты E_z поля поперечного электрического диполя в присутствии поперечного кругового цилиндра в РВ-ГМ типа "экранированное полупространство" и "слой-волновод", которые могут быть использованы для учета экранирующих способностей, уточнения границ кимберлитовых трубок и оценке разрешающей способности РП при проектировании их поиска.

Глава IV. Интерпретационная система РВМ при поисках экранирующих объектов в поисковых горизонтах слоисто-анизотропных сред. При поисках рудных объектов в слоистых средах методом межскважинного радиоволнового просвечивания (РП-МС) одной из основных задач интерпретации является достоверная оценка нормального поля в поисковом горизонте (рабочем интервале РП). Для решения этой задачи в условиях влияния выше и нижележащих толщ и геопомех метод РП-МС применяется в комплексе с односкважинным радиоволновым методом (РВМ-ОС), включающем односкважинное радиоволновое профилирование вдоль всей скважины и односкважинное радиоволновое зондирование (РВЗ-ОС) в пределах РИ [Петровский 1968, Бехтерева 1978]. Для детальности исследования околоскважинного пространства односкважинные радиоволновые измерения проводятся с короткими антеннами (длина плеча 1-1,5 м), эффективность излучения которых обеспечивается при частотах в 48 раз превышающих рабочие частоты. РП-МС. В комплекс РВМ также включены петрорадиофизические (ПРФ) исследования, результатами которых являются ПРФ-характеристики горных пород (УЭС, диэлектрическая проницаемость, коэффициенты поглощения, а также коэффициенты анизотропии и частотные характеристики перечисленных параметров), образующих поисковый горизонт и прилегающие к нему слои [Петровский и др., 1985; Бондаренко, Ковалев, 1988]. Вышеописанный измерительный комплекс РП-МС, РВМ-ОС и ПРФ-исследований назван скважинным комплексом РВМ для поиска рудных объектов в слоисто-анизотропных средах.

Интерпретационная система комплекса РВМ (ИС-РВМ) представляет собой совместные, взаимно дополняющие и взаимосогласованные анализ и обработку данных односкважинных, межскважинных радиоволновых измерений и петрорадиофизических исследований, конечным результатом которых является заключение о степени перспективности поискового горизонта в пределах изученной площади [Петровский и др., 1985;. Кеворкянц, Бондаренко, Абрамов, 2003; Кеворкянц, Абрамов, Ковалев, 2005].

Теоретико-интерпретационные основы ИС-РВМ разработаны на основе применения комплекса РВМ при поисках кимберлитовых трубок в районах Якутской кимберлитовой провинции (Западная Якутия), где РП проводилось на частотах (0,312, 0,625, 1,25 МГц) при расстояниях между скважинами с передающей и приемной антеннами (не более 500560 м). Изучаемые при этом модели сред физически достаточно точно подходили под одни из двух основных типов РВ-ГМ - "экранированное полупространство" и "слой-волновод", охарактеризованных в разделе 3.1 Поэтому эти модели названы чистымии моделями, а разработанная на основе их изучения интерпретационная система названа базовой интерпретационной системой РВМ.

Начиная с 90-ых годов поиски кимберлитовых трубок в Якутии (Амакинская ГРЭ) методом РП-МС проводились при рабочей частоте РП - 156 кГц и расстояниях между скважинами от 500 до 800 и более метров, что привело проблеме, связанной с обходными волнами. Проходя через слой-экран, граничащий с породами РИ, обходные волны распространяются по вышележащей толще траппов (интрузивных пород, обладающих наиболее высокими УЭС в верхней части разреза) и поэтому не могут нести в себе достаточной информации о наличии экранирующих объектов в поисковом горизонте. Модели собходными волнами являются неблагоприятными, если доля обходных волн в них соизмерима с полезным сигналом или превышает его, и не очень благоприятными, или нечеткими РВ-ГМ, если она составляет от 10% до 30% от измеряемого поля.

В разделе 4.5 приведены критерии и рекомендации, следование которым дает возможность существенного снижения фактора "нечеткости" модели и перехода к более благоприятным условиям поисков. Для повышения эффективности интерпретации в условиях нечетких моделей в разделе 4.4 автором предложена модифицированная методика обработки данных РП-МС (для нечетких моделей), учитывающая вклад обходных волн. Модификация обработки РП-МС является лишь небольшим дополнением к базовой интерпретационной системе комплекса РВМ, для которой далее термин "базовая" опустим.

. Интерпретационная система комплекса РВМ, включает три основных этапа.

Первый этап предварительная (качественно-оценочная) интерпретация, результатом которой является ПРФ-идентификация модели рабочего интервала; второй этап количественная интерпретация, при которой выполняется совместная количественная обработка и анализ данных односкважинных и межскважинных измерений в рабочем интервале с целью получения достоверных оценок нормального поля и коэффициентов экранирования в рабочем интервале; третий этап оценка перспективности изучаемого участка на основе анализа данных о распределении коэффициентов экранирования или кажущегося коэффициента поглощения на плане поискового горизонта, полученных на втором этапе.

Подробное описание первого этапа интерпретации приводится в первом параграфе. Основные задачи этого этапа:

1) типовая ПРФ-идентификация модели рабочего интервала с прилегающими к нему толщами;

2) отбраковка результатов, не интерпретируемых с точки зрения количественной интерпретации;

3) выявление визуальных признаков наличия крупных экранирующих объектов в поисковом горизонте межскважинного пространства;

4) оценочная ПРФ-идентификация моделей РИ - оценка ПРФ характеристик моделей рабочего интервала (на основе данных ПРФ-исследований), глубинной отметки верхней границы пород РИ и мощности перекрывающего их экранирующего слоя для каждой скважины, пары скважин, каждого участка, поискового полигона. Первый этап интерпретации проводится путем сопоставления и анализа кривых односкважинного, межскважинного профилирования и данных бурения, а также по оценкам результатов петрорадиофизических исследований. Важной частью его результата является определение типа РВ-ГМ и оценка ее геометрических параметров (верхней границы пород РИ, мощности слоя-волновода в РВ-ГМ типа 2 и т.п.) и средних по полигону (или по его отдельным участкам) ПРФ-характеристик (ПРФ-идентификация). Полезную роль при ПРФ-идентификации разреза по данным РП-МС может играть моделирование теоретических кривых поглубинного изменения измеряемой амплитуды поля E_z при синхронном перемещении передающего и приемного устройств. Подбор теоретической кривой, наиболее близкой к экспериментальной, позволяет получить приближенную оценку электрических параметров физико-геологической модели поискового горизонта для данной пары скважин. Примеры сопоставления теоретических и экспериментальных кривых РП-МС приведены на рис.5 a, b.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРФ-идентификация РВ-ГМ с погрешностью до 30-35% позволяет решать прямую задачу РП-МС и РВЗ-ОС в базовых типах РВ-ГМ, и по результатам ее решения получать в процессе обработки более достоверные оценки коэффициентов поглощения и нормального поля в породах РИ каждой пары скважин. Оценочной ПРФ-идентификация пород РИ и прилегающих к ним слоев имеет большое значение для повышения эффективности совместной количественной обработки и интерпретации комплекса РВМ.

Во втором параграфе дается описание полной количественной интерпретации комплекса РВМ, основными элементами (этапами) которой являются 1) количественная обработка односкважинного радиоволнового зондирования (РВЗ-ОС) в рабочем интервале,

2) количественная обработка результатов межскважинного радиопросвечивания (РП-МС) рабочего интервала,

3) совместная обработка данных РВЗ-ОС и РП-МС,

4) геолого-геофизическая интерпретация РВМ на основе анализа результатов совместной обработки данных односкважинных и межскважинных радиоволновых измерений. Все четыре составляющие интерпретации, перечисленные выше, предполагают использование материалов ПРФ-исследований.

Задачей количественной обработки односкважинных радиоволновых зондирований рабочего интервала является определение коэффициента поглощения (КП) пород РИ

6. Номограмма зависимости эффективного коэффициента поглощения от истинного при односкважинном радиоволновом зондировании слоя-волновода мощностью 50 м (ПРФМ типа 2):

е₂ и е₁ - диэлектрическая проницаемость соответственно слоя-волновода (зондируемой среды) и граничащих с ним толщ (слоев-экранов); с₁ -удельное электрическое сопротивление толщ, граничащих со слоем-волноводом.

для каждой скважины поискового полигона. Для определения по данным РВЗ-ОС традиционно используется формула для амплитуды поля E_z в однородной среде на оси электрического диполя в волновой зоне источника [Руководство, 1977].

При проведении РВЗ-ОС в слоистых средах использование формулы для поля в волновой зоне в однородной среде позволяет получить лишь эффективное значении коэффициента поглощения . Истинный же коэффициент поглощения пород РИ можно получить, используя теоретическую зависимость от при определенных наборах значений других, менее значимых, параметров. Эта зависимость может быть построена в математической или графической форме. Пример такой теоретической зависимости представлен в виде номограммы для модели слой-волновод на рис.6. При известной связи между теоретическими значениями от , можно по значениям , полученным из РВЗ-ОС, определять истинный коэффициент поглощения пород РИ. Величина определяется по заданному набору длин разносов Z и соответствующих им значений измеренного поля методом наименьших квадратов. Ранее отмечалось, что односкважинные измерения выполнятся на частотах в 2ч8 раз превышающих частоты РП-МС, между тем хорошо известен такой феномен, как частотная дисперсия материалов и горных пород [Петровский, 1964; Богородицкий и др., 1965; Каринский, Даев, Светов, 1997; Светов, Агеев, Лебедева, 1996 и др.]. Наиболее отчетливо она выражена для пород с УЭС от 700-1000 Омм и выше на частотах от первых сотен кГц до первых десятков МГц [Мишенин, Зинчук, Бондаренко, 2001; Зинчук, Бондаренко, Гарат, 2002 и др.]. Поэтому следующим этапом обработки РВЗ-ОС является учет частотной дисперсии, то есть пересчет величины , для частоты РВЗ-ОС, обозначенной , в значение , соответствующее частоте РП-МС, с помощью специальных номограмм или эмпирических формул частотных зависимостей УЭС, диэлектрической проницаемости и КП для данной породы или группы пород.

Эмпирические частотные зависимости ПРФ-параметров, полученные на основе изучения сотен образцов, представляющих мерзлые породы или группы пород осадочной толщи одного из районов поисков кимберлитовых трубок Якутии приведены на рис.7 [Зинчук, Бондаренко, Гарат, 2002].

Рис.7. Частотная зависимость электрических параметров (с, е/е₀) и коэффициента поглощения k" мерзлых пород (T=-10?C) Далдыно-Алакитского района: 1 - известняки, доломиты, мраморизованные доломиты S₁ln, песчанники O₁ss, 2 - глинистые известняки, мергели, 3 - кимберлиты с трубок Восток, Бобкова, Айхал и др., 4 - кимберлиты трубки Юбилейная.

По материалам ПРФ-исследований мерзлых пород основных районов поисков кимберлитовых трубок ? Далдыно-Алакитского и Малоботуобинского, получены обобщенные эмпирические номограммы и формулы частотных зависимостей и взаимосвязи УЭС, диэлектрической проницаемости и КП для пород РИ, позволяющие опреде-лять значения УЭС, ДЭП и КП с учетом частотной дисперсии [Кеворкянц, Бондаренко, Абрамов 2002]. Подводя итог, весь процесс обработки результатов РВЗ-ОС можно представить в виде следующей последовательности операций:

1) определение в породах рабочего интервала для каждой скважины;

2) пересчет (или перевод с помощью специальных номограмм) указанного параметра в значение истинного коэффициента поглощения пород рабочего интервала ;

3) пересчет значений с частоты РВМ-ОС в значения истинного коэффициента поглощений на частоте РП-МС с помощью обобщенных формул или номограмм частотной зависимости КП для данного типа пород.

Задачей количественной обработки межскважинного радиопросвечивания является определение интерпретационных параметров, необходимых для достоверных оценок нормального поля в РИ каждой пары скважин. В процессе количественной обработки РП-МС определяются следующие интерпретациионные параметры:

1) амплитудный коэффициент E₀ для изучаемого участка;

2) коэффициент поправки за модель для амплитудного множителя, определяемый по номограмме или рассчитываемый с помощью компьютерной программы;

3) среднеплощадные эффективный и истинный коэффициенты поглощения в рабочем интервале в направлении простирания слоев - соответственно и ;

4) кажущийся коэффициент поглощения для каждой пары скважин (j₁, j₂= =1, 2, …, N - порядковые номера скважин данной пары, j₁ ? j₂; N - общее число скважин).

Интерпретационные формулы для оценки нормального поля основаны на приведенных в третьей главе приближенных аналитических представлениях (15) и (16) компоненты E_z поля поперечного электрического диполя в базовых РВ-ГМ слоисто-анизотропной среды. Расчет и анализ нормального поля для частот 312 и 625 кГц при широком диапазоне изменений параметров РВ-ГМ обоих типов показали возможность его представления в виде следующих интерпретационных формул:

(для РВ-ГМ типа 1) (17)

(для РВ-ГМ типа 1) (18)

где r - расстояние между передающей и приемной антеннами, H - расстояние от луча просвечивания до кровли пород рабочего интервала в РВ-ГМ типа 1, h - мощность слоя-волновода в РВ-ГМ типа 2; - коэффициент поглощения нижнего полупространства в РВ-ГМ типа 1; - эффективный коэффициент слоя волновода в РВ-ГМ типа 2; - амплитудный множитель, слабо зависящий от ПРФ-параметров модели (в РВ-ГМ типа 1 он зависит также от H) и в связи с этим принимаемый в пределах изучаемого участка (при фиксированных значениях H в РВ-ГМ типа 1) за постоянную величину. Номограмма величины , как функции от двух параметров r и H, приведена на рис.8.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Значения УЭС, коэффициентов анизотропии пород РИ и перекрывающей экранирующей толщи, приведенные в номограмме, наиболее реально отражают границы изменения указанных параметров в пределах Далдыно-Алакитского района поисков кимберлитовых трубок.

Зависимость выражений в правых частях соотношений (17) и (18) от ПРФ-параметров модели (вне экспоненты), как бы включена в множитель , получаемый при обработке РП-МС с использованием МНК, а параметр H (в РВ-ГМ типа 1) обычно фиксируется для заданного набора межскважинных измерений. Поэтому указанные выражения представляют собой окончательные интерпретационные формулы, используемые для оценок нормального поля и расчетов коэффициентов экранирования, в которых множители и рассматриваются как поправочные коэффициенты. Они определяются из результатов теоретических расчетов, проведенных с использованием данных ПРФ-идентификации модели, или оцениваются приближенно из таблиц, приведенных в диссертации, либо (для РВ-ГМ типа 1) номограмм вида, приведенного на рис.8.

Среднеплощадные амплитудный множитель и коэффициент поглощения (или

) определяются по методу наименьших квадратов (для линейной регрессии) с итеративной фильтрацией из совокупности пар значений { r_j, } _{j =1, 2,…N (}N - общее число обрабатываемых пар скважин), где r_j - расстояние между центрами приемной и передающей антенн, - поправленная амплитуда поля. Применение фильтров позволяетисключить из обработки данные с аномально низкими значениями измеренного поля.

Особенность совместной обработки данных межскважинных и односкважинных измерений в анизотропно-слоистых средах заключается в том, что для их увязки, прежде всего, требуется количественная оценка анизотропии коэффициента поглощения пород РИ, равной . Определенный таким образом коэффициент анизотропии не будет иметь ясного физического смысла, если в правую часть последнего соотношения подставить эффективные значения КП. Определение истинных значений по односкважинным измерениям изложено выше. Значения по межскважинным измерениям в РВ-ГМ типа 1 можно рассчитать из (17), если все остальные параметры в ней известны. Для определения истинного в РВ-ГМ типа 2 необходимо использовать теоретические расчеты [выражение (16)]. Установив взаимосвязь между теоретическими значениями и , можно по значениям второго из параметров, полученным из РП-МС, определить и, наоборот, по известным определить значения , необходимые для расчетов нормального поля в РИ по интерпретационной формуле (18). Примеры теоретической зависимости от приведены в виде номограмм на рис.9.

Рис.9. Номограммы зависимости эффективного коэффициента поглощения от истинного в анизотропном слое-волноводе мощностью h:

е₁, с_1t и с_1n - соответственно диэлектрическая проницаемость, продольное и поперечное УЭС среды, граничащей со слоем-волноводом; е₂, с_2t и с_2n - соответственно диэлектрическая проницаемость, продольное и поперечное УЭС слоя-волновода.

Оценку коэффициента анизотропии можно получить по совокупности пар значений КП, включающих значение , полученного из результатов РП-МС в j-ой паре, и значение , полученного из односкважинных измерений в каждой из скважин j-ой пары. Отобранные пары значений наносятся в виде точек на плоскость прямоугольной системы координат с абсциссой и ординатой , и по этим точкам строится кривая регрессии (рис.10).

Связь между и можно получить и вычислительным способом, применив МНК.

При построении регрессионных кривых (рис.10) необходимо отбрасывать сильно отскакивающие точки, в особенности, если они соответствуют сильно завышенным значениям . С помощью зависимости вида рис.10 значения для каждой отдельной скважины можно пересчитать в значения для той же скважины.

Рис.10. Кривые эмпирической взаимосвязи между коэффициентами поглощения (по данным РВМ-ОС) и (по данным РП-МС) анизотропной толщи пород рабочего интервала для северного (кривая 1) и южного (кривая 2) участков полигона Кюэллеэх-Бестях Мало-Ботуобинского района Западной Якутии (РВ-ГМ типа 1).

Примеры результатов определения для каждой отдельной скважины, полученных путем совместной обработки РП-МС, РВЗ-ОС и результатов ПРФ-исследований демонстрирует табл.1 приложения 1 (фрагмент результатов обработки РВМ по участоку ЦЕНТР III - РВ-ГМ слой-волновод). Среднеплощадной коэффициент поглощения , полученный по данным РП - МС и средняя от совокупности значений по отдельным скважинам для данного участка равны, соответственно, 0,0133 и 0,0138 (расхождение меньше 4%). Аналогичные параметры для участка Кюэллеэх-Бестях (РВ-ГМ типа 1) равны, соответственно, 0,0346 и 0,0339 Нп/м (расхождение составляет чуть больше 2%), при этом оценки нормального поля, выполненные по указанным значениям КП при расстояниях между скважинами r =250400 м, различаются соответственно на 1015 %.

Наличие следующих трех параметров для каждой пары скважин: значения , полученного по данным РП-МС в j-ой паре скважин, и значений , , полученные для каждой из скважин той же пары (в результате совместной обработки односкважинных и межскважинных измерений), позволяет рассчитывать коэффициент экранирования Э _j для данной пары скважин с помощью соотношений:

(для РВ-ГМ 1),

(22) (для РВ-ГМ 2).

где б_{i (}i = j₁, j₂) - некоторые весовые коэффициенты, . Пример получения Э _j по указанным трем параметрам для каждой пары скважин демонстрирует таблица 2 приложения 1 (фрагмент).

Детализированная проверка на перспективность. Детализированная проверка предполагает выполнение следующих операций:

1) оценку коэффициента экранирования с помощью одного из соотношений (22);

2) выделение аномальных значений коэффициента экранирования с учетом максимального ожидаемого уровня геопомех, выражаемого в виде коэффициента экранирования , для каждой (j-ой) пары скважин. В зависимости от соотношений параметров и , может быть установлен один из четырех уровней перспективности данного участка: 1 - неперспективный, 2 - условно неперспективный, 3 - условно перспективный, 4 - перспективный. Уровень перспективности РИ каждой (j-ой) пары скважин определяется по критериям-неравенствам, которым будет удовлетворять значение Э _j. Примеры оценки уровня перспективности для отдельных пар скважин, по которым получены относительно большие значения Э _j, приведены в табл.3. (приложение 1).

В третьем параграфе приводятся примеры применения интерпретационной системы РВМ на данных комплекса РВМ по участкам Кюэллеэх-Бестях (РВ-ГМ типа 1) и ЦЕНТР III (РВ-ГМ типа 2) Западной Якутии. Они представлены в виде сводных таблиц результатов обработки и планов участков с нанесенными на них значениями коэффициентов экранирования для каждой пары скважин. Приведены примеры локализации кимберлитовых трубок.



Рис.11. Пример обнаружения и локализации кимберлитовых трубок с помощью РП-МС на участке Бобкова Далдыно-Алакитского района: 1 - поисковые и разведочные скважины; 2 - скважины под заверку аномалий РП-МС; 3 - луч просвечивания со значением коэффициента экранирования Э; 4 - предполагаемый согласно бурению контур поперечного сечения кимберлитового тела; 5 - контуры поперечных сечений вблизи от торцевой части кимберлитовых трубок "40 лет Амакинской ГРЭ" (РВО №1), "Радиоволновая" (РВО №2) и "ЦНИГРИ" (РВО №3) по данным РП-МС.

Наглядным примером обнаружения и локализации кимберлитовых трубок в результате применения комплекса РВМ и его интерпретации по предложенной автором методике является участок Бобкова, где было установлено наличие трех аномальных радиоволновых объектов (РВО) (рис.11 - РВО-№1, РВО-№2 и РВО-№3). Заверка аномалий бурением показала, что данные объекты представляют собой кимберлитовые трубки. Детальная интерпретация данных РВМ при учете результатов разведочного и заверочного бурения позволила построить контуры горизонтального сечения верхней (приторцевой) части вышеупомянутых трубок, названных соответственно "40 лет Амакинской ГРЭ", "Радиоволновая" и "ЦНИГРИ".

В четвертом параграфе диссертации даны рекомендации по применению РВМ в условиях, когда непосредственно на породах поискового горизонта залегает толща более высокоомных пород. Приведен пример моделирования поля в для РП в полупространстве, перекрытом слоем-волноводом, и дана оценка оптимальной глубины бурения для исключения влияния слоя-волновода при измерении поля в нижележащем полупространстве.

Для обработки данных межскважинного радиопросвечивания, выполненного в условиях нечетких моделей, предложена модифицированная методика. Она заключается в замене линейной модели (в экспоненте) затухания поля в РИ нелинейной, в которой выделена линейная часть, соответствующая чистой модели, как полезная, и нелинейная, связанная со вкладом обходных волн, как помеховая, исключаемая на заключительном этапе обработки. Результаты применением модифицированной методики обработки данных на одном из участков Далдыно-Алакитского района приведены на рис.12 в виде карты распределения коэффициента поглощения на плоскости поискового горизонта, полученной методом томографической реконструкции. На карте хорошо выделяются зоны трещин и разломов, как области с повышенными значениями коэффициента поглощения.

В пятом параграфе четвертой главы изложены общие принципы проектирования РВМ при поисках локальных объектов в осадочных толщах на примере районов поисков кимберлитовых трубок. В качестве важной составляющей проектирования РП отмечается математическое моделирование распространения радиоволн в поисковых РВ-ГМ.



Рис.12. Результаты томографической обработки данных межскважинного радиопросвечивания на юго-западном подучастке одного из поисковых участков Далдыно-Алакитского района. Карта распределения эффективного коэффициента поглощения () пород поискового горизонта (рабочего интервала).

По координатным осям отложены координаты (в метрах) текущей точки земной поверхности относительно расположенной на ней опорной точки, принятой за начало координат; шкала представляет соответствие между значениями коэффициента поглощения и представляющими их цветами на карте.

Для проведения оперативных проектировочных оценок предложен способ экстраполяции на основе применения критериев подобия и эталонных моделей (моделей хорошо изученных поисковых участков с локализованным рудным телом или без него).

Проектируемые параметры:

1) минимальный средний поперечный размер поискового объекта (, где S - параметр РГИО),

2) средний шаг разбуривания, то есть сторона элементарного квадрата разбуриваемойсети скважин (L "0,880,83; - среднее расстояние между скважинами), 3) основная рабочая частота РП-МС рассчитываются из эталонных параметров с помощью следующих соотношений:

а) экстраполяции ,

б) подобия ,

в которых индексами "э" и "п" обозначены, соответственно, параметры эталонного участка и участка проектируемых поисковых работ.

Ниже приведены результаты пересчета параметров эталонного участка в соответствующие параметры участка проектируемых работ, из которой видно, как можно оптимизировать поиски, варьируя с помощью подбора частоты дальностью и разрешением РП.

Параметры	Участки
	Эталонный	Проектный
Средний размер объекта, м	147	200
Рабочая частота радиопросве- чивания, кГц	312	156
Коэффициент поглощения, Нп/м	0.017	0.015
Средний шаг сети скважин, м	230	270

Из содержания данной главы следует: предложены

1) методика интерпретации, основанная на учете типов РВ-ГМ и использовании односкважинных радиоволновых измерений, которая позволяет получить более достоверную информацию о наличии крупных экранирующих объектов в поисковом горизонте изучаемых площадей со значительной изменчивостью пород поискового (рабочего) интервала глубин в пределах изучаемого полигона существенно повысить гарантию обнаружения поисковых объектов при относительно небольших коэффициентах экранирования (Э 510), в то время как без данных ОС-измерений о наличии трубки можно уверенно говорить лишь при Э 20-30, что подтверждается анализом результатов, полученных на участках опытно-методических и поисковых работ и, в частности, обнаружением и четкой локализацией на участке Бобкова (Далдыно-Алакитский район) трех кимберлитовых трубок, названных впоследствии Радиоволновая, ЦНИГРИ и 40 лет Амакинской ГРЭ;

2) способ оконтуривания поисковых объектов на основе учета параметров радиогеоинформационной области межскважинного просвечивания, позволяющий точнее отбивать края рудной залежи и, в частности, кимберлитовой трубки при расположении ее оси в стороне от лучей просвечивания.

3) способ проектирования поисковых работ (бурения и РВМ), основанный на учете результатов математического моделирования, непременном учете соответствия участков, в которых проектируются поиски одному из типов базовых радиоволновых геомоделей использовании критериев подобия и эталонных моделей ранее изученных полигонов, дающем возможность более точного и скорого определения оптимальных метрологических характеристик (густоты сети, глубины скважин, рабочих частот РВМ и т.п.), которые бы позволили более эффективно применять комплекс РВМ при проведении поисковых работ.

Заключение

В диссертационной работе автором получены следующие основные результаты:

1. Для решения прямых задач РВМ получены выражения всех элементов тензорных функций Грина электрического и магнитного типов, а также компонент векторов электрического и магнитного полей в слоистой среде с одноосной электрической и магнитной анизотропией через две скалярные функции, представляющие фундаментальные решения уравнений типа Гельмгольца и граничных условий одноименного типа - электрического и магнитного. Использование этих выражений позволяет оптимизировать задачу расчетов тензоров Грина и векторов полей дипольных источников в произвольной системе координат.

2. Для расчетов компонент полей диполей и тензоров Грина в высокочастотной области предложены алгоритмы расчетов с контролируемой точностью и приближенные асимптотические представления, сводящиеся к достаточно простым аналитическим выражениям для типичных радиоволновых моделей слоисто-анизотропных сред.

3. Для решения прямой задачи радиопросвечивания в слоисто-анизотропных средах, содержащих локальные неоднородности, разработаны теоретические основы в виде объемных и граничных сингулярных интегральных уравнений, объемных интегро-дифференциальных уравнений 2-го рода и получены приближенные аналитические решения в виде рядов несобственных интегралов или явных функций для моделей "экранированное полупространство" и "слой-волновод", содержащих поперечный круговой цилиндр повышенной проводимости.

4. Дана новая трактовка области, существенной для распространения радиоволн в поглощающих средах, названная радиогеоинформационной областью (РГИО), и предложен способ определения ее границ. Впервые сформулированы принципы типовой классификации моделей сред, изучаемых методом радиопросвечивания (РП), так называемых радиоволновых геомоделей (РВ-ГМ), на основе учета границ РГИО. В соответствии с указанными принципами определены основные типы РВ-ГМ слоистых сред, в которых гарантируется эффективное применение РП с целью обнаружения там рудных тел или их фрагментов.

5. На основе приближенных аналитических (асимптотических) выражений для поля электрического диполя в основных типах радиоволновых геомоделей получены удобные интерпретационные формулы для расчетов нормального поля в основных типах РВ-ГМ при поисках рудных тел в слоисто-анизотропных средах и формулы для оценки параметров поисковых объектов пластового типа.

7. Для повышения эффективности РВМ при поисках рудных месторождений в слоисто-анизотропных средах предложена оригинальная интерпретационная система РВМ. Она включает раздельную и совместную интерпретации межскважинных и односкважинных радиоволновых измерений в рабочем интервале при использовании результатов петрофизических исследований, учете частотной дисперсии и анизотропии электрических параметров горных пород, слагающих поисковую толщу. Её применение позволяет существенно повысить (по сравнению с существующей методикой) достоверность оценки нормального поля и эталонных коэффициентов экранирования , для каждой исследуемой пары скважин, обеспечивая тем самым значительное (не менее, чем в 2ч3 раза) повышение гарантии обнаружения поисковых объектов и надежности выявленных аномалий в условиях латеральной изменчивости петрофизических характеристик разреза.

8. Предложен способ проектирования поисковых работ (бурения и РВМ) на основе учета результатов численного моделирования полей в слоисто-анизотропных средах, непременного учета типа РВ-ГМ поискового горизонта, границ РГИО, а также применения экстраполяции и критериев подобия к эталонным моделям. Его применение дает возможность более точного и скорого определения оптимальных метрологических характеристик (оптимальных густоты сети скважин и глубины бурения, рабочих частот РВМ, и т.п.), обеспечивающих наиболее эффективное применение комплекса РВМ при поисках экранирующих объектов (рудных тел) в слоисто-анизотропных средах.

9. Разработанные общие принципы классификации РВ-ГМ поисковой толщи, основы теории, интерпретации и проектирования РВМ представляют собой принципиально новую, основанную на системном подходе, методологию решения обратной задачи радиопросвечивания при поисках полезных ископаемых в слоисто-анизотропных средах.

10. Описанная в данной работе классификация основных радиоволновых геомоделей (РВ-ГМ) слоисто-анизотропной среды, в которых гарантируется эффективное применение радиопросвечивания, создает возможность более продуктивного использования комплекса РВМ и более целевых подходов в решении задач проектирования и интерпретации РВМ.

Цитируемая литература

1. Авдеев Д.Б. Разработка и применение метода интегральных уравнений для решения трех - мерных задач электроразведки. Автореф. докт. дисс. Троицк. 2002.38 с.

2. Басс Ф.Г. Граничные условия для электромагнитного поля на поверхности с произвольным значением диэлектрической проницаемости.Ж. Радиотехника и электроника, 1960,№3. С.389-392.

3. Бехтерева М.С. Некоторые результаты опробования скважинных радиоволновых измерений при поисках кимберлитовых трубок под траппами. Тр. ЦНИГРИ. Вып.137. М., 1978. С.76-82.

4 Богородицкий Н.П., Волокбинский Ю.М., Воробьев А.А. и др. Теория диэлектриков. "Энергия". 1965.344 с.

5. Бондаренко А.Т., Ковалев Ю.Д. Устройство и методика экспрессных измерений электрических параметров горных пород на естественном мерзлом керне. Тр. ЦНИГРИ. Вып.222,1988. С.53-58.

6. Бондаренко А.Т., Пыстин А.Б. Петрорадиофизические свойства карбонатных и магматических пород и их использование при поисках кимберлитовых трубок. Руды и металлы. 1995, №1. С.69-76.

7. Бондаренко В.М., Коваленко Н.Д., Тархов А.Г. Геофизические исследования урановых месторождений методом радиоволнового просвечивания. - "Изв. вузов, Сер. Геология и разведка", 1962, №2, с.71-82.

8. Борисов Б.Ф., Гуревич Г.Ф., Чигирина И.И. Методические указания по обработке и интерпретации результатов радиопросвечивания в анизотропных средах по редкой сети скважин. - М.: ЦНИГРИ, 1984.

9. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. Изд. АН СССР.М. 1973.260 с.

10. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в геофизике. - Л.: Недра, 1972

11. Васильев Е.Н. Алгоритмизация задач дифракции на основе интегральных уравнений. - В сб.: Научно-методические статьи по прикладной электродинамике. Вып.1.М., "Высшая школа", 1977. С.94-128.

12. Грачев А.А. К вопросу об обработке результатов радиоволнового просвечивания. - "Разведочная геофизика". Вып.14.М., "Недра", 1966. С.42-44.

13. Даев Д.С. Об обработке и истолковании данных радиоволнового просвечивания. Изв. вузов, "Геология и разведка". 1959, №6. С.104-109.

14. Дмитриев В.И. Электромагнитные поля в слоисто-неоднородных средах. М.: Изд-во МГУ. 1969.311 с.

15. Дмитриев В.И. Расчет электромагнитного поля в методе частотного зондирования. Сб. Вычислительные методы и программирование. Изд. МГУ.М. 1965. С.386-397.

16. Дмитриев В.И., Захаров Е.В. Интегральные уравнения в краевых задачах электродинамики. Изд. Московского университета. 1987.168 с.

17. Дмитриев В.И., Федорова Э.А. Учет конечных длин передающей и приемнолй антенн в методе радиопросвечивания. В сб. "Численные методы в геофизических исследованиях". Изд. МГУ. 1979. С.51-63.

18. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Т.1. "Финансы и статистика".М. 1986.366 с.

19. Жданов М.С., Спичак В.В. Интегралы типа Стрэттона-Чу для неоднородных сред и некоторые их приложения к задачам геоэлектрики. В сб.: Математическое моделирование электромагнитных полей.М., ИЗМИРАН, 1983, с.4-25

20. Захаров Е.В., Ильин И.В. Интегральные представления электромагнитных полей в неоднородной слоистой среде. Изв. АН СССР, сер. "Физика Земли". 1970, №8. С.62-72.

21. Зингер Б.Ш., Файнберг Э.Б. Обобщенный итеративно-диссипативный метод расчета электромагнитных полей в неоднородной среде с учетом токов смещения. Физика Земли. 1995, №2. С.69-72.

22. Зинчук Н.Н., Бондаренко А.Т., Гарат М.Н. и др. Петрофизика кимберлитов и вмещающих пород.М. Недра. 2002.695 с.

23. Иванов В.Н., Петровский А.Д., Привезенцев В.И. Об использовании данных радиоволнового просвечивания при разведке медно-никелевого месторождения. - "Разведка и охрана недр". 1969, №11. С.29-34.

24. Каринский А.Д., Даев Д.С., Светов Б.С. и др. Определение диэлектрической проницаемости горных пород по частотным зависимостям удельного электрического сопротивления на основе преобразования Гильберта. Изв. вузов. Геология и разведка. 1997, №5. С.101-109.

25. Макаров Г.И., Новиков В.В., Рыбачек С.Т. Распространение электромагнитных волн над земной поверхностью. Результаты исследований по международным геофизическим проектам.М., АН СССР. 1991.197 с.

26. Мамаев В.Н. Особенности методики скважинного радиоволнового просвечивания в неоднородных вмещающих средах. Автореферат канд. дисс.М., МГРИ, 1978.16 с.

27. Мамаев В.Н. Методика интерпретации результатов радиопросвечивания при оконтуривании промышленных руд, залегающих в низкоомных породах. - "Разведочная геофизика", вып.54.М., "Недра", 1972, с.78-86.

28. Микоев И.И. Методика применения радиоволновых методов при поисках кимберлитовых трубок Западной Якутии. Изд. Воронежского ун-та 2001.31 с.

29. Мишенин С.Г., Зинчук Н.Н., Бондаренко А.Т. Петрофизические параметры кимберлитов, траппов и осадочных пород. В кн. Проблемы алмазной геологии и некоторые пути их решений. Изд. Воронежского ун-та 2001. С.297-323.

30. Панкратов О.В., Авдеев Д.Б., Кувшинов А.В. Рассеяние электромагнитного поля в неоднородной земле. Решение прямой задачи. // Физика Земли. 1995. №3. С.17-25.

31. Петровский А.Д. О зависимости электрических свойств горных пород от частоты электромагнитного поля. Тр. ЦНИГРИ. Вып.59, 1964. С.93-97.

32. Петровский А.Д. Методика вычисления волновых полей вблизи проводящих пластов и плоских границ раздела двух сред.М., ЦНИГРИ. 1967.17 с.

34. Петровский А.Д. Об одном способе интерпретации результатов радиоволнового просвечивания. Тр. ЦНИГРИ. Вып.33, 1959.

35. Петровский А.Д. Радиоволновые методы в подземной геофизике.М., "Недра" 1971.323 с. Изд.2-ое, М., ЦНИГРИ, 2001.290 с.

35. Петровский А.Д., Бехтерева М.С., Привезенцев В.И. О геологической и экономической эффективности скважинного радиопросвечивания при поисках трубообразных тел в контрастно-слоистых средах. Тезисы докл. На Всесоюзном научно-техническом семинаре: Геофизические исследования скважин при поисках и разведке глубокозалегающих рудных месторождений.Г. Октябрьский, 1982. С.45-46.

36. Руководство по радиоволновым методам скважинной и шахтной геофизики. Под ред.А.Д. Петровского и А.А. Попова.М., "Недра" 1977.335 с.

37. Савицкий А.П. Метод радиоволнового просвечивания в условиях малого различия по сопротивлению пород и руд (на примере месторождений цветных металлов Восточного Забайкалья). Автореферат канд. дисс.Л., ЛГУ, 1969.19 с.

38. Светов Б.С. Электродинамические основы квазистационарной геоэлектрики. - М.: Недра, 1984.184 с.

...