Возможности определения параметров проводящих двумерных объектов, находящихся в стороне от точек измерения по профильным магнитовариационным данным

Размещено на http://allbest.ru

¹Национальныйминерально-сырьевой университет «Горный»

²«Phoenix Geophysics» LTD

Возможности определения параметров проводящих двумерных объектов, находящихся в стороне от точек измерения по профильным магнитовариационным данным

Ермолин Е.Ю.1, Ингеров А.И.²

Санкт-Петербург

Канада, Торонто, Онтарио

Введение

Развитию метода МВЗ посвящено много классических исследований (W.D. Parkinson, 1959 [1]; H. Wiese 1956 [2]; И.И. Рокитянский, 1975 [3]; М.Н. Бердичевский и В.И. Дмитриев 2009 [4] и др.). К. Возофф (1972) [5] назвал параметр, рассчитываемый по 3-мортогональным магнитным компонентам естественного переменного электромагнитного поля Земли, «типпером».

Данный параметр чувствителен к латеральным неоднородностям геоэлектрической среды, что является весьма важным при изучении электропроводности Земли для съёмок любого масштаба: от региональных до детальных исследований.

Благодаря усовершенствованию аппаратурной базы, методики полевых работ [6,7] и технологий обработки данных повысился уровень качества магнитовариационных функций отклика используемых при качественной и количественной интерпретации (индукционный вектор, типпер). К настоящему времени разработаны алгоритмы решения обратных «двумерных» и «трёхмерных» задач по данным типпера [8] и др. Являются актуальными и методы экспресс-интерпретации магнитовариационных данных.

В работе И.И. Рокитянского [9] было показано, что по частоте максимума магнитных компонент поля может быть определена суммарная продольная проводимость сечения тела С.О. Ингеровым и Е.Ю. Ермолиным предложен метод определения глубины залегания двумерных проводящих объектов по расстоянию между характерными точками на разрезах типпера [10]. В исследованиях [11] авторами было показано, что по соотношению значений амплитуды в характерных точках можно оценить угол падения тел пластовой формы, а по форме аномалии оценить соотношение их линейных размеров.

В работе демонстрируется, что по частотной характеристике типпера можно определить глубину двумерного аномального проводящего объекта, находящегося в стороне от точек наблюдения (при условии, что расположение оси проводника в плане известно).

Методика

В магнитовариационном методе измеряются 3 (одна вертикальная и две горизонтальные) ортогональные магнитные компоненты естественного переменного электромагнитного поля Земли [4]. Следует отметить, что в классическом магнитотеллурическом методе измеряется 4 горизонтальные компоненты (две магнитные и две электрические). Схема установки показана на рисунке 1.

Рис. 1. Схемарасстановки для измерения методоммагнитотеллурическогои магнитовариационного зондирования.

Условные обозначения: 1 - станция (например МTU); 2 - магнитные датчики; 3 - GPS антенна; 4 - неполяризующиеся электроды; 5- аккумуляторная баратея;

Рассмотрим случай, когда профиль исследований расположен в стороне от крупного проводника с изометрическим сечением (рис. 2). В этом случае практически все магнитотеллурические параметры (на больших периодах) на профиле измерений будут свидетельствовать о том, что геоэлектрическая среда является двумерной. Магнитотеллурические полярные диаграммы будут иметь соответствующий вид. Диаграммы основных компонент будут иметь форму овала, а диаграммы дополнительных компонент будут иметь четырёхлепестковую форму.

Несмотря на очевидное доказательство применимости двумерной интерпретации, решение обратной двумерной задачи для указанного на рисунке 2 случае будет некорректно. Даже если удастся подобрать двумерную модель, удовлетворяющую наблюденным данным, то полученная модель не будет отражать реальное геоэлектрическое строение.

Рис. 2. Геоэлектрическая модель

Условные обозначения: а - вид в плане, б - разрез вдоль линии «L». L - расстояние от линии профиля до оси проводника; H - глубина до верхней кромки проводника

Рис. 3. Вертикальные разрезы типпера, построенные для трех двумерных моделей с одинаковым значением суммарной продольной проводимости (G) и различными значениями глубины залегания [10]

Одним из способов корректной интерпретации в данном случае будет являться использование магнитовариационных данных.

В первую очередь следует выполнять анализ карт индукционных векторов, т.к. индукционный вектор в конвенции Паркинсона указывает на проводник [1]. Далее следует выполнить анализ кривых и разрезов типпера. В работе [10] показано, что для аномальных проводящих объектов по значению частоты максимума однозначно определяется суммарная продольная проводимость сечения:

G=2*10 ⁵T,

где T - значение периода в особых точках на разрезе типпера.

В указанной выше работе было отмечено, что экстремальный период зависит только от G аномального объекта.

На рисунке 3 видно, что значение экстремального периода будет одинаково на всех точках профиля. Т.е. если рассматривать частотные характеристики (кривые) типпера для каждого пикета в отдельности, то на каждой кривой будет наблюдаться максимум и значение периода этого максимума будет одинаковым для всех кривых.

Этот факт делает возможным определение значение G аномального двумерного объекта с изометрическим сечением по любой одной точке, расположенной в стороне от исследуемого аномального объекта. Исходя из выше указанного доказательства, мы можем однозначно определить значение G аномального объекта, указанного на рисунке 2.

Очевидным является тот факт, что максимальная амплитуда аномалии типпера (Аmax), наблюдаемая в точках измерения (рис. 2) является функцией от глубины залегания объекта (H) и расстояния до объекта (L):

Аmax = F (L; H)

В этом случае при фиксации какого-либоиз параметров (L или H) представляется возможным определение второго.Как правило, профильные наблюдения выполняются при региональных исследованиях, т.к. региональные исследования выполняются вдоль опорных профилей (геотраверсов). В этом случае, детальные полевые исследования проводятся редко. Поэтому анализ, представленный в данной работе, наиболее актуален при интерпретации региональных данных. Положение осей крупных региональных аномалий может совпадать с линейными аномалиями потенциальных полей. Таким образом, представляется возможным определение расстояния от точки наблюдения, до оси аномального объекта (L).

Результаты

Авторами было выполнено двумерное моделирование магнитовариационных функций отклика для тела с фиксированным значением G = 2*107 См*м и различной глубиной залегания верхней кромки (H). По модельным данным строились псевдоразрезы и определялось максимальное значение типпера (Amax) на расстоянии L = 28 км.

Пример определения Amax для глубины до центра объекта равной 15 км показан на рисунке 4.

Рис. 4. Пример определения Amax на расстоянии 28 км от оси аномального двумерного объекта с G = 2*107 См*м, с глубиной до центра = 15 км

а - псевдоразрез типпера вдоль линии L (см рис. 2);

б - кривая типпера в точке профиля, расположенного в 28 км от оси проводника.

Рис. 5. Графикзависимостимаксимальной амплитуды (Amax) типпера от глубины до центра(H) аномального объекта (G = 2*107 См*м), находящегося на расстоянии (L) 28 км от точек измерения.

В результате обобщения модельных данных была построена зависимость максимальной амплитуды триппера в точке измерения от глубины залегания центра аномального объекта (рис.5).

Зависимость, представленная на рисунке 5, имеет монотонно убывающий характер. Это позволяет определить глубину верхней кромки проводника, находящегося в стороне от точек наблюдения с достаточно большой точностью, при условии если расстояние до оси аномального объекта известно. типпер магнитовариационный проводимость

Выводы

В результате обобщения результатов моделирования была построена зависимость максимальной амплитуды типпера (в точке, расположенной в стороне от проводника) от глубины до центра аномально двумерного объекта. Данный результат позволяет обосновать последовательную методику определения верхней кромки для аномальных двумерных объектов с сечением близким к изометрическому, расположенных в стороне от профиля наблюдений:

1. Анализируются карты индукционных векторов, определяется: в какой стороне от профиля находится проводник;

2. По экстремальному значению типпера (Тextr) в точках измерения определяется относительная суммарная проводимость сечения аномального объекта (G) по методике, предложенной в работе [10];

3. Определяется расположение оси проводника по априорным геолого-геофизических данным и расстояние от оси проводника до профиля наблюдений (L);

4. Выполняется двумерное моделирование для аномального объекта с фиксированным значением G и различной глубиной залегания до верхней кромки. Строится зависимость максимальной амплитуды типпера (Amax) на расстоянии L от глубины залегания центра проводника.

5. С использованием полученной зависимости и максимального значения типпера на полевых кривых определяется глубина до центра проводника.

Следует отметить, что магнитовариационные параметры на длинных периодах освобождаются от влияния верхней части разреза [4], т.е. S-эффекта[14], что делает данную методику более надёжной, чем определение глубины до верхней кромки проводника по продольной компоненте магнитотеллурических данных.

В последнее десятилетия появились алгоритмы трёхмерного моделирования и решения обратных трёхмерных задач. Рассмотрены случаи трёхмерной инверсии по профильным данным [15]. Предложенная в данной работе методика может быть использована как для определения стартовой модели трёхмерной инверсии, так и самостоятельный инструмент при решении поисковых задач и региональных исследованиях.

Список литературы

1. Parkinson W.D. Direction of rapid electromagnetic fluctuation. Geophys. J. 2, 1959. P. 1-14.

2. Wiese H., Geomagnetic Tiefentellurik. Deutche Akad. Wiss., Belin. 1965.

3. Рокитянский И.И., Исследование аномалий электропроводности методом магнитовариационного профилирования. Наукова думка. Киев., 1975, 276 с.

4. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир, 2009. 680 с.

5. Vozoff K. The magnetotelluric method. Electromagnetic methods in applied geophysics. V.2 - Applications. Series: Investigations in geophysics, 3, 1991. Р. 641-711.

6. Ingerov O. et all., 2008. Hi sensitivity EM prospecting technique based on measurement of three magnetic components of natural EM field. 19th IAGA WG Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth, Beijing,p.965-970.

7. Ingerov O. et all., 2009. Non-groundedSurface Electroprospecting Technique., 70th EAGE annual Conference. Amsterdam #6149.

8. Rodi W, Mackie R L. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-Dmagnetotelluric inversion. Geophysics, 2001,66: 174_187

9. Rokityansky, I.I., l982. Geoelectromagnetic Investigation of the Earth's Crust and mantle. Springer-Verlag,Berlin, Heidelberg, New York, 378 pp.

10. Ingerov O., Ermolin E. The parameter estimation of 2D conductive isometric bod-iesby singular points at the tipper frequency characteristic. Proceedings of 20th Induction Workshop IAGA, Giza,Egypt-2010,September18-24.P. 303306.

11. Ермолин Е.Ю. Ингеров O., Ингеров И. Картирование субвертикальных проводящих объектов по данным МВЗ.5-я Всероссийская школа-семинар имени М.Е. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли,Санкт-Петербург,2011. с.245-249.

12. Cao J X, Li X M, He Z H. MT inversion including magnetic parameters. The Sixth China International GeoElectromagnetic Workshop Collection, 2003. P.5-8.

13. Kiss J., Szarka L., Prбscer E. Second-ordermagnetic phase transition in the Earth, Geophysical research letters, VOL. 32, L24310, 4 PP., 2005

14. Электроразведка. Справочник геофизика. В двух книгах /Под ред. В.К. Хмелевского и В.М. Бондаренко. Книга первая.2-еизд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1989. с.300.

15. Пушкарев П.Ю., Иванов П.В. Оценка возможностей трёхмерной инверсии магнитотеллурических данных, полученных на одиночном профиле. 5-я Всероссийская школа-семинар имени М.Е. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли,Санкт-Петербург,2011. с.99-102.

Аннотация

Возможности определения параметров проводящих двумерных объектов, находящихся в стороне от точек измерения по профильным магнитовариационным данным. Ермолин Е.Ю., Национальныйминерально-сырьевойуниверситет «Горный», Санкт-Петербург,Ermolin_stud@list.ru. Ингеров А.И. «PHOENIX GEOPHYSICS» LTD, Канада, Торонто, Онтарио

В работе представлены возможности определения параметров проводящих двумерных объектов изометрического сечения для случая, когда измерения проводятся в стороне от объекта. Показано, что суммарная продольная проводимость сечения однозначно определяется по значению периода характерных точек на разрезах типпера. В работе демонстрируется, что при известном положении оси проводника по амплитуде типпера в характерной точке можно определить глубину залегания его центра.

Summary

The possibility of determination of parameters of two-dimensional conductor near profile measuring has been demonstrated. The longitudinal conductivity of section defines by the period of maximum on the tipper seudo-section. If the position of conductor is well-known then depth of center of conductor will define.

Размещено на Allbest.ru