CC BY
50
УДК 550.3:537.811
12 12 12 Ю.П. Малышков ’ , С.Ю. Малышков ’ , В.Ф. Гордеев ’ ,
12 12 3
С.Г. Шталин ’ , В.И. Поливач ’ , Терье Хоуан 1ООО «Эмишэн» Томск, Россия
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН,
Томск, Россия,
ИМТЭК мониторинг, Ставангер, Норвегия
ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА ПО ПАРАМЕТРАМ ЕСТЕСТВЕННОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Yu.P. Malyshkov1’2 ’ S.Yu. Malyshkov1’2’ V.F. Gordeev1’2,
S.G. Shtalin1’2’ V.I. Polivach1’ ’ Terje Hauan 3 1Emission, Ltd., Tomsk, Russia
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS,
Tomsk, Russia,
3
IMTEK Monitoring, Stavanger, Norway
GEOPHYSICAL SURVEY ON BASIS OF PARAMETERS OF NATURAL PULSED ELECTROMAGNETIC FIELD OF THE EARTH
When carrying out geophysical survey on basis of natural pulsed electromagnetic field of the Earth (NPEFE), one should take into account their peculiarities, such as background noise in the signal recorded, signal instability in time; clearly pronounced diurnal behavior; presence of atmospherics and powerful pulses from distant sources in a recorded flux along with lithospheric pulses.
In all methods of geophysical survey suggested by now, these NPEFE peculiarities are not taken into account in a full measure. The fact is ignored that most pulses come from the sources located out of the working area. Such pulses do not bear any information on geological structure of the territory of interest. NPEFE instability in time is falsely interpreted as spatial variability associated with geophysical inhomogeneity. The above methods are hardly suitable for oil and gas deposits exploration. Anomalies directly connected with oil and gas deposits are feebly marked, masked with variation of external fields irrelevant to these deposits.
In our case elimination of irrelevant pulses from a signal recorded is achieved by:
- Using a system comprising several spaced portable and stationary electromagnetic field recorders;
- Optimal sensitivity of recording devices;
- Distinguishing pulses from distant and local sources.
In the report examples are presented of application of the method suggested to detection of fractures, disjunctive bedding in the Earth crust, hydrocarbon deposits.
Введение
При использовании естественных импульсных электромагнитных полей Земли (ЕИЭМПЗ) в геофизической разведке необходимо учитывать их особенности: шумовой характер регистрируемого сигнала, его крайнюю нестабильность во времени; наличие явно выраженного суточного хода; присутствие в регистрируемом потоке кроме импульсов литосферного
происхождения, атмосфериков, а также мощных импульсов от удаленных источников.
В предложенных к настоящему времени способах геофизической разведки эти особенности ЕИЭМПЗ не учитываются в полной мере. Игнорируется факт, что подавляющая доля импульсов поступает от источников, находящихся за пределами площади работ. Такие импульсы вообще не несут информацию о геологическом строении интересующей территории. Нестабильность во времени ЕИЭМПЗ ошибочно интерпретируется как пространственные изменения, связанные с наличием геофизической неоднородности. Предложенные способы мало пригодны для разведки месторождений нефти и газа. Аномалии, непосредственно связанные с месторождениями, слабо выражены, замаскированы вариациями полей от внешних, не относящихся к месторождению источников.
В нашем случае очистка сигнала от «посторонних» импульсов осуществляется:
- Использованием системы из нескольких разнесенных в пространстве маршрутных и стационарных регистраторов электромагнитных полей;
- Настройкой регистрирующих устройств на оптимальную чувствительность;
- Сортировкой импульсов на импульсы от удаленных источников и импульсы «местного» происхождения.
Способы выявления пространственных вариаций
Поскольку регистрируемый поток импульсов определяется пространственно-временными вариациями, то в случае выполнения геофизических работ для получения информации о строении земной коры из зарегистрированного сигнала должны быть удалены временные вариации полей, все импульсы от удаленных источников и оставлены только пространственные вариации.
Удаление временных вариаций полей и сортировку импульсов местного и далекого происхождения осуществляли с помощью системы из нескольких синхронно работающих регистраторов ЕИЭМПЗ.
Одни устройства являются неподвижными (реперными) и регистрируют только временные вариации электромагнитных полей. С помощью других -маршрутных регистраторов, проводят измерения параметров импульсов, связанных как с временными, так и пространственными вариациями ЕИЭМПЗ по маршрутам (профилям), пересекающим исследуемую территорию. Наличие или отсутствие геофизических аномалий определяется по пространственным вариациям электромагнитных полей после удаления из показаний маршрутных регистраторов временных вариаций и импульсов, не относящихся к данной территории.
Различить местные и удаленные источники сигнала можно по времени их прихода и разнице в амплитуде сигнала на регистраторах, разнесенных в пространстве. Импульсы от удаленных источников, например, атмосферики, будут распространяться в волноводе земля-ионосфера, и достигать
1,4-,
1,2-
1,0
0,8
0,6
У1-
Л
27 марта 2007
/
\А»
V
регистраторов, расположенных на небольшом удалении друг от друга, практически одновременно, иметь равные амплитуды. Сигналы от мощных удаленных литосферных источников, вышедшие на поверхность земли, далее будут распространяться земным лучом со скоростью близкой к скорости света и слабым затуханием. Поэтому такие импульсы также будут зарегистрированы всеми регистраторами практически одновременно и с близкими значениями амплитуды.
Иная картина будет наблюдаться для импульсов местного литосферного происхождения, удаленных на небольшое расстояние от регистрирующей аппаратуры. Основная часть их трассы до приемника поля будет проходить прямым лучом по горным породам. Сильное затухание электромагнитных полей в земной коре приведет к тому, что даже небольшая разница в длине трасы приведет к заметной разнице в амплитудах сигналов,
зарегистрированных непосредственно над источником и в более удаленных точках. В регистраторах с пороговой системой регистрации и с отсечкой импульсов малой амплитуды возникнет ситуация, когда более удаленный регистратор за некоторый промежуток времени зафиксирует меньшее число импульсов по сравнению с регистратором, расположенным непосредственно над излучающей геофизической
аномалией. Если же отдельные импульсы от местного источника имеют достаточно большую амплитуду и регистрируются всеми разнесенными в пространстве регистраторами, то амплитуда регистрируемых импульсов будет также заметно различаться в зависимости от удаленности источника и приемника поля.
Эти различия в проявлении местных и удаленных источников поля положены в основу разработанной нами
специализированной аппаратуры и методики измерений.
46
8 10 12 14 16
Номера пикетов
18 20
0,055-,
0,050
0,045
0,040
0,035
/V.
\
6 сентября 2007
V
V4
4 6
8 10 12 14 16
Номера пикетов
18 20
* 0,09 п ш
| 0,06 1 0,03
X
СО
5
0,00
X
О
£ -0,06 х -0,09 Н
I-
о
-0,12
ч
27, 29 августа,4 сентября 2008
Л,
К
а
V
V
/
4 6 8 10 12 14 16
Номера пикетов
18 20
Рис. 1. Проверка воспроизводимости
Примеры использования предложенной технологии в геофизической разведке
Проверку воспроизводимости результатов геофизических измерений, полученных с использованием предложенного нами способа, осуществляли на профиле, проходящем через Урбинский надвиг. Это наиболее значимое нарушение внутреннего строения земной коры вблизи г. Томска. Маршрут длиной около двух километров многократно повторяли в различные годы, сезоны, при различных метеорологических условиях.
На рис. 1 представлены некоторые результаты этих измерений. В разных экспериментах применялись различные способы удаления временных вариаций. Поэтому кривые можно сравнивать только качественно. На рис. 1 видно, что в районе 12 пикета по каналу приема в направлении запад-восток наблюдается аномалия электромагнитных полей в виде резкого снижения интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля Земли. Качественная настройка и хорошая идентичность реперных и маршрутных устройств обеспечивали четкое выявление аномалии в разные дни, в летние, весенние и осенние месяцы, в том числе и в дни с грозовой активностью, при наличии глубокого снежного покрова. Это обеспечивалось тем, что атмосферики, возникающие в момент разряда молнии и импульсы от удаленных источников сигнала регистрируются в одинаковой степени и реперными и маршрутными устройствами. Поэтому они хорошо удаляются при выявлении пространственных вариаций ЕИЭМПЗ. Представленная на графиках (рис. 1) геофизическая аномалия, вероятнее всего, связана с одним из разрывных нарушений в земной поверхности, оперяющих границу Урбинского надвига. На местности указанная аномалия была приурочена к длинному логу, обрамленному с одной стороны пологим спуском, а с другой стороны высоким берегом с крутым подъемом.
Как мы уже говорили использование ЕИЭМПЗ для поиска месторождений углеводородов основано на том, что многие месторождения полезных ископаемых, в том числе и углеводородов, приурочены к зонам повышенной неоднородности земной коры, геологическим разломам и их пересечениям. Территория, перспективная по возможному содержанию углеводородов обычно выделяться в окружающем ее пространстве излучающим ореолом и внутренней зоной «молчания». Зона пониженного уровня электромагнитных полей располагаться непосредственно над самим месторождением углеводородов. Проверка возможности применения предлагаемого способа проводилась на нескольких месторождениях нефти и газа в Томской области, в Красноярском крае, в Удмуртии. Приведем пример использования способа для определения границ двух нефтяных месторождений в Удмуртии. Работы проводились в ноябре 2008 года. При выполнении данных исследований использовали одновременно двадцать регистраторов естественного импульсного электромагнитного поля Земли.
Многоканальные геофизические регистраторы «МГР-01» разработаны в ИМКЭС СО РАН. Регистраторы сертифицированы (сертификат № 24184), зарегистрированы в государственном реестре средств измерений под № 3189206 и допущены к применению в Российской Федерации.
Десять регистраторов функционировали в качестве реперных (неподвижных) и десять в качестве маршрутных. Все реперные регистраторы находились в центре непродуктивной территории. Результаты измерений представлены на рис. 2. Видно, что по мере приближения к продуктивным территориям месторождений 1 и 2 наблюдается снижение интенсивности сигнала по сравнению с непродуктивными территориями. Следовательно, по результатам данных измерений можно оценивать не только границы месторождений, но и продуктивность отдельных участков данного конкретного месторождения. Границы водонефтяных контактов (ВНК) показаны вертикальными линиями.
На рис. 3 показаны результаты применения разработанных средств и методов для анализа состояния природно-климатической системы.
Номер пикета
Рис. 2. Изменение интенсивности потока импульсов вдоль профиля, пересекающего два месторождения нефти
а)
б)
0,00
-0,04
*
£ -0,08 1-0Д2 -0,16 -0,20 -0,24
Север-Юг прямой и обратный марш
\
\
Л/
\
4 6 8 10 12
Номер пикета
0,12 0,09 £ 0,06 | 0,03 І 0,00 -0,03 -0,06 -0,09
Запад-Восток прямой и обратный маршрут
0 2 4 6 8 10 12 14
Номер пикета
в)
г)
0,35 0,28 а 0,21 ■§0,14
1 0,07 0,00 -0,07
2 4 6 8 10 12 14
Номер пикета
0 2 4 6 8 10 12 14
Номер пикета
Рис. 3. Изменение низкочастотного радиошума Земли вдоль профиля, пересекающего геологический разлом и зону повышенной
грозопорожаемости
0
В качестве модели природно-климатической системы изучался правый берег реки Ушайки вблизи г. Томска. По мнению геологов, русло реки приурочено к геологическому разлому. Данная часть берега представляла крутой спуск, с некоторым выполаживанием в центре маршрута. Особенностью территории выполаживания являлся участок леса с признаками повышенной грозопорожаемости. Многие деревья на этом участке имели явно выраженные следы повреждения кроны и обугленные части коры. В то же время на соседних участках профиля следов ударов молнии не обнаруживалось. Мы видим, что на измеренном профиле хорошо заметно снижение уровня электромагнитных шумов Земли по мере приближения к осевой зоне геологического разлома как по каналу север-юг (рис. 3 а), так и по каналу запад-восток (рис. 3 б). Повышенный сигнал на третьем пикете профиля связан с техногенными помехами, создаваемыми проходящей здесь линией электропередачи. Рис. 3в показывает, что результаты измерений хорошо воспроизводятся как при движении по профилю в одном направлении, так и при возвращении обратно. Особенно наглядно воспроизводимость результатов демонстрирует рис. 3 г, где на одном графике представлены 12 измерений этого профиля с использованием различных станций МГР. Хорошо выделяется и участок повышенной грозопорожаемости, находящийся между 5 и 10 пикетами данного профиля.
Следовательно, путем мониторинга определенных природноклиматических объектов можно будет в дальнейшем решать задачи контроля краткосрочных вариаций состояния таких объектов, так и многолетних длительных изменений.
© Ю.П. Малышков, С.Ю. Малышков, В.Ф. Гордеев, С.Г. Шталин, В.И. Поливач, Терье Хоуан, 2009
