книги из ГПНТБ / Каленов, Е. Н. Геологическое истолкование результатов магнитотеллурической разведки

Е. Н. КАЛЕНОВ

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ

ИСТОЛКОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОЙ

РАЗВЕДКИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»

М о с к в а 1974

jЭКЗЕМПЛЯР

}ЧИ7Л П.ѴІЗГО ü :

Каленов E. Ы. Геологическое истолкование результатов мапштотеллурической разведки. М., «Недра», 1974, с. 152Излагаются сущность модификаций магнптотеллурпческого метода, применяемых в нефтегазовой электроразведке, и основы методики интерпретации. Приведены результаты геологиче­ ского истолкования наблюдений по каждой из модификаций

в различных районах Советского Союза.

Даются выводы о разведочных возможностях модификаций, указываются условия как для благоприятного применения магнптотеллурпческих наблюдений, так и ограничивающие решение поисково-разведочных задач. Приводятся некоторые сведения об экономической эффективности исследований.

Книга предназначена для геологов-нефтнннков и геофи­ зиков.

Табл. 14, ил. 59, список лит. — 43 назв.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основным методом нефтегазовой электроразведки с 1935 до 1950 г. было вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ). Этот метод постоянного тока использовался преимущественно для решения поисковых задач и в редких случаях — при региональ­ ных исследованиях. Глубина разведки, как правило, не превышала

1000 м.

(А. М. Алексеев, Н. А. Буланов и другие) позволило более чем вдвое увеличить глубину исследования. В это же время были раз­ работаны (Л. М. Альпин) теория и методика дипольного зонди­ рования (ДЗ). Наряду с глубоким ВЭЗ, применение новой ме­ тодики ДЗ расширило возможности электрического исследования при помощи постоянного тока.

С 1955 г. в практику электроразведочных работ начал вне­ дряться метод, основанный на изучении короткопериодных коле­ баний электрической компоненты естественного электромагнит­ ного поля Земли. Идея этого способа исследований, который получил название метода теллурических токов (ТТ)1, принадлежит французскому ученому К. Шлумберже (30-е годы текущего сто­ летия). В последующем над этим методом в СССР работали: В. Н. Дахнов, К. П. Козин, М. Л. Озерская и др. Систематиче­ ская разработка теории и методики полевого использования ме­ тода ТТ была начата в конце 40-х годов С. М. Шейиманом и М. Н. Бердичевским. Дальнейшие теоретические и полевые ис­ следования (М. Н. Бердичевский, К. И. Никитенко, К. С. Моро­ зов, ІО. С. Копелев, В. А. Липнлии, В. И. Поспеев, Г. Н. Ани­ щенко, Д. С. Кубарев) способствовали внедрению метода ТТ в производство. Аппаратура была создана во ВНИИГеофизике (А. М. Алексеев, Н. А. Буланов, А. Е. Ланцов, ІО. В. Хоменюк) и в Институте машиноведения и автоматики (К. В. Карандеев,.

1 Полом теллурических токов [telluris (лат.) — земля] принято называть, поле лишь электрической компоненты электромагнитного поля Земли.

Л. Я. Мизюк, Г. А. Штамбергер). Метод ТТ, отличающийся от ВЭЗ и ДЗ рядом крупных преимуществ (ие требует искусствен­ ных источников питания и измерительных линий большой длины, позволяет вести исследования на больших глубинах при проме­ жуточных высокоомных экранах, более производителен), получил

и магнитной компонент электромагнитного поля Земли. К ним относятся так называемые магнитотеллурическое профилирова­ ние (МТП) и магнитотеллурическое зондирование (МТЗ). Кроме того, практически опробуется модификация, называемая магнито­ вариационной разведкой (МБР). В 1964—1965 гг. В. А. Липшшным и В. П. Бубновым (трест Геофизнефтеуглеразведка) была успешно опробована модификация, названная комбинированным магнитотеллурическим профилированием (КМТП) и получив­ шая в дальнейшем практическое применение.

Идею МТЗ высказал еще в 1950 г. А. Н. Тихонов. Теория МТЗ для горизонтально-однородной слоистой среды была раз­

вычислены палетки теоретических кривых МТЗ в горизонтальнооднородной среде, которые легли в основу интерпретации прак­ тических наблюдений.

Магнитотеллурическое профилирование, как упрощенную модификацию МТЗ, предложил и разработал к концу 50-х годов М. Н. Бердичевский. Им же предложена модификация МБР. Над совершенствованием МТП и МТЗ работают Б. Е. Брюпеллп, В. П. Бубнов, Н. П. Владимиров, М. А. Добровольская, В. Г. Ду­

В. И. Фомина, Г. А. Чернявский, А. Л. Шейикман, И. А. Яко­ влев. Крупные теоретические исследования по МТЗ в конце 60-х и начале 70-х годов принадлежат В. И. Дмитриеву, Г. А. Кокотушкииу, М. Н. Бердичевскому, Г. Г. Обухову, А. А. Кауф­ ману, Л. А. Таборовскому. В 1971 г. был издан альбом палеток, вычисленных В. И. Дмитриевым и Г. А. Кокотушкиным для МТЗ в неоднородных средах.

Серийная аппаратура для МТЗ и МТП, получившая название магнитотеллурической лаборатории (МТЛ-62), разработана в ка­ нале 60-х годов А. М. Алексеевым, М. Н. Бердичевским, В. М. Бо­ бровым, Б. Е. Брюнелли, О. А. Бурдо, А. Е. Ланцовым. Позже выпущена несколько модифицированная аппаратура МТЛ. В Ин­ ституте физики Земли АН СССР сконструирована (Н. П. Влади­ миров, С. М. Крылов и др.) полевая магнитотеллурическая станция (ПМТС), которая прошла промышленное испытание во второй половине 60-х годов. Начало 70-х годов знаменуется внедре­

4

Г Л А В А I

МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ (МТЗ)

ПЕРЕМЕННОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

ПЕГО ИЗУЧЕНИЕ ПРИ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКЕ

Ксовременным модификациям магнитотеллурического метода разведки относятся магнптотеллурическое зондирование (МТЗ), магннтотеллурпческое профилирование (МТП), исследование поля теллурических токов (ТТ), магнитовариационная разведка (МБР)

пкомбинироваипое магнитотеллурическое профилирование (КМТП). В основе всех этих модификаций лежит изучение есте­

ственного переменного электромагнитного поля Земли, назы­ ваемого часто магнитотеллурическим полем. Остановимся кратко на некоторых определениях и свойствах этого поля [4].

Переменное электромагнитное поле охватывает весь земной шар н имеет космическое происхождение, будучи тесно связанным

сявлениями на Солнце и в ионосфере. Это поле слагается из двух полей: электрического с вектором напряженности Е и магнитного

свектором напряженности Н. Составляющие векторов Е и II по осям прямоугольных координат xyz (оси X и у лежат па земной поверхности, ось z направлена вертикально вниз) обозначаются соответственно Ех, Еу, Ег и Нх, ІІу, IIZ. На земной поверхности составляющая Ег принимается равной нулю. Вертикальная составляющая IIZ магнитного поля не равна нулю. Но при магнптотеллурической разведке, наряду с Ех и Еу, изучают обычно лишь горизонтальные составляющие Нх и Ну. Исследование вертикальной составляющей магнитного поля стало развиваться лишь в самое последнее время и нами здесь не рассматривается.

Магнитотеллурическое поле Земли пульсирующее. Оно, как правило, изменяется во времени по величине и направлению. Эти изменения, которые называют колебаниями или вариациями поля, зависят, в частности, и от геоэлектрических условий участка наблюдения. Существование электрического поля (поля ТТ)

(і

По записям составляющих магиитотеллурического поля в точ­ ках наблюдения нетрудно определить изменения величины и на­ правления векторов Е и Н напряженности полей ТТ и магнит­ ного в любой момент времени регистрации. Л и н и и , которые опи­ сывают своими концами векторы й и Я за промежуток времени наблюдения, называются соответственно годографами электри­ ческого и магнитного полей. Годографы электрического поля и горизонтальной компоненты магнитного поля представляют собой нередко весьма сложные кривые. По виду годографов судят о поляризации поля, т. е. преимущественном его направле­ нии в пункте наблюдения.

Различают близкую к линейной (квазилинейную) и нелиней­ ную поляризацию поля. При квазилинейной поляризации поле изменяется преимущественно по величине, оставаясь почти оди­ наковым по направлению. Годограф вытянут в этом направлении; продольные размеры годографа значительно (в 10 раз и более) превышают поперечные. Прямая, вдоль которой направлен го­ дограф, называется осью поляризации поля. Фазовые сдвиги между составляющими Ех и Еу, IIх и Ну при линейной поляри­ зации близки к нулю или к 180°. Линейная (квазилинейная) поляризация электрического поля часто встречается в области склонов протяженных поднятий или в узких вытянутых впадинах. Поляризация магнитного поля может быть при этом нели­ нейной.

В случае нелинейной поляризации поля годограф представляет собой совокупность овалов и петель нередко со многими точками самопересечения. Фазовые сдвиги между составляющими поля имеют произвольные углы. Такой тип поляризации полей ТТ

имагнитного относится главным образом к обширным поднятиям

ивпадинам платформенных территорий.

Рассімотрим особенности магнитотеллурического зондирования, которые помогут уяснить сущность других модификаций магнитотеллурической разведки, подобно тому как знакомство с основами вертикального электрического зондирования постоянным током (ВЭЗ) позволяет отчетливее понять физический смысл различных видов электрического профилирования. Следует заметить, что между ВЭЗ и МТЗ можно найти много общих черт.

ОСНОВЫ МЕТОДИКИ II ИНТЕРПРЕТАЦИИ МТЗ

Кривые МТЗ. Магнитотеллурическое зондирование относится к основной модификации метода с помощью переменного электро­ магнитного поля Земли. Теория МТЗ разработана, исходя из представления о геоэлектрпческом разрезе, сложенном рядом горизонтальных однородных, изотропных слоев с различными мощностями, удельными сопротивлениями и диэлектрическими проницаемостями; магнитная проницаемость всех слоев принята равной единице. Такую среду называют горизонтально-одпород-

8

ной слоистой средой (для сокращения будем именовать ее гори­ зонтально-однородной) .

Теоретические исследования привели к выводу, что изучение на земной поверхности компонент Е и Н переменного электро­ магнитного поля позволяет получать кривые, которые, подобно графикам ВЭЗ при изучении поля, созданного постоянным током, характеризуют послойное распределение параметров (мощности

исопротивления слоев) геоэлектрического разреза и, таким обра­ зом, позволяют расчленять осадочный чехол и оценивать глубипы залегания непроводящего основания — фундамента. Процесс изуче­ ния электромагнитного поля Земли для получения таких кривых назван магнитотеллурическим зондированием, а сами кривые кривыми, или графиками, МТЗ.

Врезультате выполнения МТЗ можно получать амплитудные

ифазовые кривые. Амплитудные кривые МТЗ строят по значе­ ниям отношения амплитуд импульса поля (составляющих элект­ рического и магнитного полей); фазовые кривые — по значениям разности фазовых моментов импульсов этих составляющих, вы­ раженных в градусах.

Мы не будем останавливаться на фазовых кривых МТЗ, ин­ терпретация которых пока еще не разработана. В последнее время ими занимаются Г. Ы. Анищенко, К. И. Никитенко, А. С. Са­ фонов, В. К. Хмелевской и др. В дальнейшем нами рассматрива­ ются только амплитудные кривые МТЗ. Они отражают изменение некоторого параметра, который называется кажущимся сопро­ тивлением рг , в зависимости от периода Т вариации поля, ана­ логично тому, как кривые ВЭЗ отражают изменение кажущегося сопротивления рк в зависимости от разноса электродов AB.

Выполнение МТЗ в данной точке, которое еще недавно зани­ мало 6—7 сут. и более, предусматривает изучение вариаций как электрического поля, так и горизонтальных составляющих маг­ нитного поля в диапазоне периодов Т от долей секунды до не­ скольких минут. Следует заметить, то при выполнении глубин­

ного МТЗ с целью изучения глубоких слоев и верхней мантии Земли (глубины до первых сотен км) регистрируются вариации поля с периодами Г, достигающими многих часов. Мы не будем касаться проблемы этого зондирования, ограничиваясь лпшь рас­ смотрением МТЗ, которое выполняется для исследования верх­ них слоев земной коры в разведочных целях.

Практически до недавнего времени из-за ограниченных воз­ можностей используемой аппаратуры (МТЛ-62 и МТЛ-63) ниж­ ний предел периодов колебаний ограничивался при регистрации лишь десятью секундами и только с 1969 г., когда начала приме­ няться цифровая электроразведочная станция ЦЭС-1 [19], появи­ лась принципиальная возможность записи колебаний, начиная с достаточно малых периодов.

Полевая магнитотеллурическая станция ПМТС позволяет ре­ гистрировать вариации магнитотеллурического поля с периодами

9