ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 4, с. 128-147
УДК 550.83.01
ОЦЕНКА МАКРОАНИЗОТРОПИИ ГОРИЗОНТАЛЬНО-СЛОИСТОГО РАЗРЕЗА ПО ДАННЫМ РАДИОМАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИЙ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ИСТОЧНИКОМ © 2015 г. А. А. Шлыков, А. К. Сараев
Санкт-Петербургский государственный университет E-mail: shlykovarseny@gmail.com Поступила в редакцию 04.06.2014 г.
Рассмотрены возможности метода радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником в виде горизонтального электрического диполя (кабеля конечной длины) при проведении измерений в промежуточной зоне источника в условиях влияния гальванической и индукционной мод при оценке параметров макроанизотропии разреза. Для используемых высоких частот (до 1000 кГц) результаты решения прямой задачи учитывают влияние токов смещения в земле и воздухе. Приведен алгоритм анизотропной ID-инверсии данных зондирований. Для оценки параметров разрешения используются производные компонент электромагнитного поля по параметрам модели. На синтетических примерах показано, что совместная инверсия импеданса и типпера, полученных в промежуточной зоне источника, позволяет сузить пространство эквивалентных моделей и определить коэффициент макроанизотропии разреза.
Ключевые слова: макроанизотропия, инверсия, радиомагнитотеллурические зондирования, контролируемый источник.
DOI: 10.7868/S0002333715040109
ВВЕДЕНИЕ
В методах электрических зондирований на постоянном токе, таких как вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ) и электротомография (ЭТ), первичное поле создается как вертикальной, так и горизонтальной составляющими тока питающих электродов, и результаты зондирований горизонтально-слоистых и вертикально анизотропных сред зависят от некоторого среднего значения между продольным и поперечным удельным сопротивлением пород. Для методов электромагнитных (ЭМ) зондирований на переменном токе, использующих импульсные источники: метод зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), использующий для возбуждения поля горизонтальную петлю, или источники гармонически изменяющегося поля: метод частотных зондирований (ЧЗ) и метод аудиомагнитотел-лурических зондирований с контролируемым источником (Controlled Source Audio Magneto Telluric — CSAMT) при изучении горизонтально-слоистых сред и измерениях в дальней зоне источника наблюдается зависимость от горизонтальной составляющей удельного сопротивления пород. Такие же особенности характерны для методов зондирований, использующих естественные электромагнит-
ные поля: магнитотеллурических (МТ) и аудиомаг-нитотеллурических (АМТ) зондирований.
Комплексирование методов электрических и электромагнитных зондирований с различной структурой первичного поля (гальванических и индукционных) и зависимостью от различных параметров разреза позволяет уменьшить влияние эквивалентности при решении обратной задачи и получать дополнительную информацию о геоэлектрическом разрезе. Примеры комплексной интерпретации данных электрических и электромагнитных зондирований приведены в работах [Ra-iche et al., 1985; Maler et al., 1995; Meju, 1996; Barsuk-ov et al., 2004; Israil et al., 2010]. В этих работах геоэлектрические разрезы, полученные в результате совместной инверсии данных комплекса методов, как правило, содержали большее число слоев по сравнению с разрезами, полученными в результате индивидуальной инверсии данных каждого метода.
Одним из объектов изучения комплексом электрических и электромагнитных зондирований являются разрезы с выраженной макроанизотропией. При наличии в разрезе пачки переслаивания высокоомных и низкоомных слоев малой мощности, которые не могут быть выделены по
результатам зондирований как отдельные слои из-за недостаточной разрешающей способности используемого метода зондирования, такая пачка будет выделяться как единый макроанизотропный слой. Изучению макроанизотропии комплексом электрических и электромагнитных зондирований посвящен ряд работ различных авторов. Например, в работах [Jupp, Vozoff, 1977; Christensen, 2000; Иванов и др., 2011] рассматриваются возможности оценки параметров макроанизотропии горизонтально слоисто разреза по данным совместной инверсии данных методов ВЭЗ и ЗСБ.
^оме методов с чисто гальваническим или индукционным возбуждением существуют методы зондирований, использующие источники поля смешанной структуры. Одним из таких методов является метод CSAMT [Zonge, Hughes, 1991], в котором в качестве источника используется кабель конечной длины. В ближней зоне данного источника существенно преобладает гальваническая мода ЭМ поля, а в дальней зоне — индукционная. В промежуточной зоне проявляется влияние обеих мод, и работы в этих условиях, имеющие аналогию с комплексированием гальванических и индукционных зондирований, позволяют оценивать коэффициент макроанизотропии разреза [Ва-ньян, 1965].
Kонтролируемый источник ЭМ поля в виде кабеля конечной длины (горизонтального электрического диполя — ГЭД) также используется в морских работах (метод CSEM — Controlled Source Electro Magnetics). Наличие макроанизотропии существенно влияет на данные метода CSEM, и, как показано в работах [Tompkins et al., 2004; Lu, Xia, 2007], игнорирование этого факта вносит существенные искажения в результаты инверсии. В настоящее время предложены и опробованы на практических данных различные алгоритмы определения параметров макроанизотропии разреза по данным морских CSEM. При этом используется стандартная [Ramananjaona et al., 2011; Regis et al., 2013] или стохастическая [Brown et al., 2012; Ray, Key, 2012] инверсии в рамках одномерной среды, двумерная [Masnaghetti, Ceci, 2010; Abubakar et al., 2011] и трехмерная [Newman et al., 2010; Brown et al., 2012] инверсии.
Подход к оценке макроанизотропии разреза, основанный на проведении работ в промежуточной зоне ГЭД и изучении эффектов, связанных с гальваническим и индукционным возбуждением, может быть реализован при проведении работ методом радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником (ГМТ-K). Гассмот-
рению методики оценки макроанизотропии по данным метода РМТ-К посвящена данная статья.
МИКРО- И МАКРОАНИЗОТРОПИЯ
При интерпретации данных ЭМ зондирований горизонтально слоистых сред обычно предполагают, что удельное электрическое сопротивление р в пределах каждого слоя постоянно и слои изотропные. Нередко в геологическом разрезе присутствуют анизотропные слои, в которых удельное сопротивление пород вкрест слоистости pn и вдоль слоистости pt отличаются, и породы характеризуются коэффициентом анизотропии X = -Jpjp. Для характеристики анизотропии, вызванной тонкой слоистостью пород, используется термин "микроанизотропия" [Maillet, 1947; Ваньян, 1965]. Исследованию микроанизотропных сред посвящен ряд работ отечественных ученых [Бурсиан, 1972; Шейнманн, 1932; Семенов и др., 1958; и др.].
В разрезе также может присутствовать несколько или множество пластов небольшой мощности, различающихся по удельному сопротивлению. При изучении разреза методами каротажа сопротивлений или индукционного каротажа эти пласты выделяются как обособленные объекты, и их наличие характеризует неоднородное строение геоэлектрического разреза. С учетом масштабов измерений и размеров измерительных установок отдельные тонкие пласты, которые могут быть сложены анизотропными зернами, благодаря произвольной ориентации этих зерен рассматриваются как изотропные с некоторыми средними значениями удельного сопротивления [Бурсиан, 1972]. В результатах электрических или электромагнитных зондирований с поверхности земли тонкие пласты могут отдельно не проявляться из-за недостаточной разрешающей способности методов и выделяются как один анизотропный слой с некоторыми средними значениями удельного сопротивления вкрест и вдоль пластов pn и pt (рис. 1). Этот вид анизотропии носит название "макроанизотропия" [Schlumberger et al., 1933; Maillet, 1947; Краев, 1951; Ваньян, 1965]. Коэффициент макроанизотропии при этом равен
X = 4pJ Pt •
Эффект проявления макроанизотропии при проведении ЭМ зондирований может наблюдаться также при наличии в разрезе отдельных тонких горизонтальных пластов высокого удельного сопротивления. На кривых зондирования в дальней зоне с применением установок, поле которых аппроксимируется плоской вертикально падающей волной, тонкие пласты могут не выделяться, однако при измерениях в промежуточной зоне некото-
0 10 20 30 40 50
"I-1 I I I I II
(а) р, Ом м 10 100 1000 Т-1 I I ■ I I I-1-1 I IIIIII
№ Р h
1 40 10
2 400 2
3 40 1
13 40 1
14 400 2
15 10
0 10 20 30 40 50
(б) р, Ом м 10 100
1000
-|—I—I I I 11||
I I I III-1—I—I I I 11||
Pt Pn
№ pt pn h
1 40 40 10
2 108 292 20
3 10 10
Рис. 1. Модели с пачкой переслаивания контрастных по удельному сопротивлению слоев (а) и с эквивалентным макроанизотропным слоем (б). В таблице (а) приведены удельные сопротивления и мощности изотропных слоев, в таблице (б) — горизонтальные и вертикальные удельные сопротивления и мощности эквивалентных слоев.
1
1
рых типов источников, таких как ГЭД (кабель конечной длины) или вертикальный электрический диполь (ВЭД) они оказывают аналогичное макроанизотропии влияние на структуру электромагнитного поля.
Особенности проявления тонких высокоом-ных пластов в данных ЭМ зондирований успешно используются в морских работах методом С8ЕМ при поисках углеводородов. Буксируемый судном диполь, питаемый переменным током частотой от 0.1 до 10 Гц, движется вдоль профилей, на которых расставлены донные станции. При прохождении диполя над донной станцией определенные интервалы профиля попадают в промежуточную зону источника. В этих условиях вклад в измеряемые компоненты поля вносит как индукционное, так и гальваническое возбуждение среды, и проявляется влияние макроанизотропии пород. При удалении источника от донной станции происходит переход в дальнюю зону, где измеряемые компоненты поля диполя зависят только от индукционного возбуждения (горизонтальной составляющей удельного сопротивления разреза).
При анализе данных ЭМ зондирований в промежуточной зоне ГЭД слои, содержащие несколько тонких и контрастных по удельному сопроти
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.