Рис. 2. а) Длина источника - 200 м. Сигнал ВПГ совпадает с общим сигналом
Отклик ВПИ значительно слабее, чем отклик ВПГ; б) Длина источника - 600 м. Сигнал ВПГ очень близок к общему сигналу. Отклик ВПИ значительно слабее, чем отклик ВПГ; в) Длина источника - 1000 м. Сигнал ВПГ по амплитуде близок к общему сигналу, однако есть различие во времени смены знака сигнала. Отклик ВПИ слабее, чем отклик ВПГ; г) Длина источника - 4000 м. Сигнал ВПИ близок к общему сигналу. Отклик ВПГ слабее, чем отклик ВПИ. Знаками «+» и «-» показаны области положительных и отрицательных значений поля переходного процесса.
Переходный процесс над проводящей поляризующейся Землёй для экваториальной электрической установки
Для экваториальных установок, с измерителем, расположенным параллельно источнику, расчёты проводились для таких же четырёх моделей. Измеритель удалён от источника на длину равную длине источника для получения глубинности сопоставимой с глубинностью симметричной установки с такой же длиной источника (рис. 3).
Для установки с источником длиной 200 м и измерительной линией, расположенной параллельно источнику, на удалении 200 м, переходный процесс схож с переходным процессом, регистрируемым симметричной установкой (рис. 4а). Время смены знака сигнала для моделей «ВПГ» и «ВПГ и ВПИ» - 2,3 мс (для симметричной установки - 0,6 мс), для модели «ВПИ» - 31 мс (для симметричной установки аналогичное время).
Для установки с источником длиной 600 м и измерительной линией, расположенной параллельно источнику на удалении 600 м, переходный процесс значительно сложнее, чем для симметричной установки с такой же длиной источника (рис. 4б). На ранних временах сигнал переходного процесса противоположного знака относительно знака сигнала импульса, затем происходит смена знака сигнала на времени 0,55 мс, а позднее для поляризующихся моделей «ВПГ», «ВПГ и ВПИ» и «ВПИ» сигнал вновь меняет свой знак. Время смены знака от модели «ВПИ» - 31 мс, как и для симметричной установки.
Для установки с источником длиной 1000 м и измерительной линией, расположенной параллельно источнику на удалении 1000 м, переходный процесс так же сложнее чем для симметричной установки с такой же длиной источника (рис. 4в). На ранних временах сигнал переходного процесса противоположного знака относительно знака сигнала импульса, затем происходит смена знака сигнала на времени 1,2 мс, а позднее для поляризующихся моделей «ВПГ», «ВПГ и ВПИ» и «ВПИ» сигнал вновь меняет свой знак. Время смены знака от модели «ВПИ» увеличивается до 33 мс (для симметричной установки - 31 мс).
Положение электродов, м
Рис. 3. Схема экваториальных установок, для которых проводились расчёты
Источники показаны красными линиями, измерители - синими.
Рис. 4. а) Длина источника - 200 м, приёмник находится на расстоянии 200 м от центра источника на его экваторе
Сигнал ВПГ совпадает с общим сигналом. Отклик ВПИ значительно слабее, чем отклик ВПГ; б) Длина источника - 600 м, приёмник находится на расстоянии 600 м от центра источника на его экваторе. Общий сигнал «ВПГ и ВПИ» больше, чем сигналы «ВПГ» и «ВПИ». Отклик «ВПИ» слабее, чем отклик «ВПГ»; в) Длина источника - 1000 м, приёмник находится на расстоянии 1000 м от центра источника на его экваторе. Общий сигнал «ВПГ и ВПИ» больше сигналов «ВПИ» и «ВПГ». Сигнал «ВПИ» преобладает над сигналом «ВПГ»; г) Длина источника - 4000 м, приёмник находится на расстоянии 4000 м от центра источника на его экваторе. При таком разносе проявление поляризационного сигнала от модели «ВПГ» и от моделей «ВПИ и ВПГ» и «ВПИ» значительно различается. Знаками «+» и «-» показаны области положительных и отрицательных значений поля переходного процесса.
Для установки с источником длиной 4000 м и измерительной линией, расположенной параллельно источнику на удалении 4000 м, переходный процесс так же сложнее, чем для симметричной установки с такой же длиной источника (рис. 4г).
На ранних временах сигнал переходного процесса противоположного знака относительно знака сигнала импульса, затем на времени 15,2 мс для сигнала от моделей «без ВП» и «ВПГ» происходит смена знака сигнала. Для модели «без ВП» сигнал больше не меняет знак. Для модели «ВПГ», на временном интервале расчёта сигнала, ещё одной смены знака не происходит, наблюдается лишь отклонение от сигнала от модели «без ВП», на поздних временах - позднее 450 мс. Для такой динамики изменения сигнала переходного процесса можно предположить смену его знака позднее 2000 мс. Для моделей «ВПГ и ВПИ» и «ВПИ» сигнал на непродолжительное время меняет свой знак, становится таким же, как сигнал питающего импульса (с 34,9 до 42,4 мс для модели «ВПИ» и только на коротком временном диапазоне, около 38,5 мс, сигнал становится положительным для модели «ВПГ и ВПИ»), а затем сигнал приобретает знак противоположный знаку импульса и таким остаётся до окончания переходного процесса.
Выводы
Вклад гальванически вызванной поляризации в общий сигнал переходного процесса для симметричных установок оказывается значительнее, чем вклад индукционно вызванной поляризации. Пока гальванический ток из-за увеличения источника до 4000 м не начинает проникать под высокоомный экран, где располагается очень поляризующийся объект, влияние этого объекта на переходный процесс слабо и маскируется под поляризационным откликом верхней части среды, где располагается слабо поляризующийся слой.
Для экваториальных установок (при параллельном расположении питающей и измерительной линии) поведение переходного процесса над моделью «ВПИ» можно объяснить так. Когда сигнал ВП связан с вихревым током, то геометрия установки не играет существенной роли, а определяется проводящими и поляризационными свойствами среды, поэтому время смены знака сигнала для симметричной и параллельной установки при АВ=200, 600 м остаётся неизменным - 31 мс. Как только ВП нижнего поляризующегося горизонта инициируется и вихревым и гальваническим током (при АВ=1000 и 4000 м) время изменения знака сигнала изменяется (увеличивается) и оно становится зависимым от геометрии установки.
Для параллельных установок при увеличении расстояния от источника увеличивается продолжительность времени проявления сигнала характерного для волновой зоны источника (начиная с ранних времён), когда первичное поле распространяется по верхнему непроводящему полупространству, и переходный процесс имеет противоположный знак возбуждающему импульсу. Затем происходит смена знака, свидетельствующая о начале переходного процесса, вызванного вихревым полем, распространившимся внутри геологической среды. Следующая смена знака сигнала свидетельствует о проявлении процесса вызванной поляризации.
Заключение
Изменения сигнал на измерительных линиях над проводящей поляризующейся Землёй зависят от длины заземленного источника. Анализ графиков для разных симметричных установок показывает - пока гальванический ток не проник под высокоомный экран и не возбудил сильно поляризующийся слой заметных изменений графики не претерпели. Подавляющий вклад в сигнал от поляризующейся среды вносит гальванически вызванная поляризация. Сигнал вызванной поляризации связанный как с гальваническим, так и вихревым током проявляется в сигнале переходного процесса сменой знака относительно сигнала становления поля.
На экваториальных установках на ранних временах проявляется сигнал, вызванный первичным полем волнового характера, распространяющимся по воздуху. Для такого сигнала характерна обратная полярность относительно знака возбуждающего импульса. Позднее наблюдается индуктивный переходный процесс и проявление ВП.
Проведённые расчёты показывают различный характер протекания процессов становления и вызванной поляризации для симметричных и экваториальных электрических установок. Это говорит о возможности изучения характеристик как одного, так и другого процесса. Сигнал переходного процесса на симметричных установках проще, чем на экваториальных, поэтому, на наш взгляд, такие установки более практичны для проведения интерпретации измеренного сигнала.
Литература
1. Шейнманн, М. С. Современные физические основы теории электроразведки / М. С. Шейнманн. - М. : Недра, 1969. - 224 с.
2. Каменецкий. Ф. М. Три лекции о вызванной поляризации геологической среды / Ф. М. Каменецкий, Г. М. Тригубо- вич, А. В. Чернышёв. - Мюнхен: Вела Ферлаг, 2014. - 58 с.
3. Матвеев, Б. К. Электроразведка / Б. К. Матвеев. - М. : Недра, 1990. - 368 с.
4. Могилатов, В. С. Импульсная электроразведка / В. С. Могилатов. - Новосибирск : НГУ, 2014. - 300 с.
5. Агеенков, Е. В. Проявление разных типов вызванной поляризации в электромагнитных измерениях заземлённой линией / Е. В. Агеенков, А. А. Ситников, И. Ю. Пестерев // Геофизика. - 2018. - № 2. - С. 37-43.
6. Петров, А. А. Возможности метода становления электрического поля при поисках углеводородов в шельфовых зонах / А. А. Петров // Геофизика. - 2000. - № 5. - C. 21-26.
7. Моисеев, В. С. Метод вызванной поляризации при поисках нефтеперспективных площадей / В. С. Моисеев. - Новосибирск : Наука, 2002. - 135 с.
8. Комаров, В. А. Электроразведка методом вызванной поляризации / В. А. Комаров. - Л.: Недра, 1980. - 391 с.
9. Вишняков, А. Э. Влияние временных параметров вызванной поляризации залежей углеводородов на переходные процессы электромагнитного поля / А. Э. Вишняков, Е. Д. Лисицын, М. Ю. Яневич // Техника и методика геофизических и исследований Мирового океана. Сборник научных трудов - 1988. - C. 124-132.
10. Компаниец, С. В. Проявление и учёт индукционно- вызванной поляризации при изучении осадочного чехла юга сибирской платформы методом ЗСБ / С. В. Компаниец, Н. О. Кожевников, Е. Ю. Антонов // Геофизика. - 2013. - № 1. - С. 35-40.
11. Кожевников, Н. О. Быстропротекающая индукционно- вызванная поляризация в мёрзлых породах / Н. О. Кожевников // Геология и геофизика. - 2012. - № 4 (Т. 53). - С. 527540.
12. Халлбауэр-Задорожная, В. Ю. Процессы, происходящие в горных породах при наложении электрического тока и разности потенциалов: вызванная поляризация / В. Ю. Халлбауэр-Задорожная // Вопросы естествознания. - 2016. - № 3(11). - С. 76-79.
13. Легейдо, П. Ю. Теория и технология дифференциально- нормированной геоэлектроразведки для изучения поляризующихся разрезов в нефтегазовой геофизике / П. Ю. Ле- гейдо. - Дис. на соиск. уч. ст. д. г.-м. н. - Иркутск : ИрГТУ, 1998. - 198 с.