методические ук но-рудничная геофизика
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Портнов В.С. Желаева Н.В. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению практических работ по дисциплине «Скважинная и шахтно-рудничная геофизика» для студентов специальности 5В070600 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Форма обучения: очная Караганда 2010 УДК 550.83 Портнов В.С., Желаева Н.В. Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Скважинная и шахтно-рудничная геофизика». Караганда: КарГТУ, 2010. 28 с. Методические указания разработаны в соответствии с требованиями учебной программы и представляют собой методический материал по выполнению практических работ. Методические указания предназначены для студентов специальности 5В070600 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых». Форма обучения: очная. Рецензент: доктор технических наук, профессор, член Редакционноиздательского совета Демин В.Ф. Утверждено Редакционно-издательским советом университета © Карагандинский Государственный Технический Университет, 2010 2 Содержание 1. Практическая работа №1 Корреляция проводящих подсечений МЭК качественным способом. ….........4 2. Практическая работа №2 Изучение методики проведения работ методом МЭК на примере месторождений Казахстана………………………………………………………5 3. Практическая работа №3 Определение длины простирания заряженного тела методом заряда на примере месторождений Казахстана. ……………………………………….......8 4. Практическая работа №4 Изучение методики проведения работ методом МЗ на примере месторождений Казахстана……………………………………………………..11 5. Практическая работа №5 Интерпретация данных ЕП……………………………………………………..13 6. Практическая работа №6 Изучение методики проведения работ методом НЭ на примере месторождений Казахстана ……….……………………………………………16 7. Практическая работа №7 Интерпретация данных НЭ ………………………………………………….….18 8. Практическая работа №8 Корреляция геологических разрезов по стволам сверхглубоких скважин…..20 9. Практическая работа №9 Литологическое расчленение скважин по данным скважинной магнитометрии …………………………………………………………..............22 10. Практическая работа №10 Обнаружение разрывов складчатости угольных пластов на примере месторождений Карагандинского каменноугольного бассейна методом МП……………………………………………………………………...25 Список литературы………………………………………………………………27 3 Практическая работа №1 Корреляция проводящих подсечений МЭК качественным способом. (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Ознакомление с понятием увязки проводящих подсечений в МЭК 2. Увязка на примере идеальных проводников Увязка проводящих подсечений в МЭК в настоящее время осуществляется практически только по аномалиям положения характерных точек ХТ. Суждения, связывающие смещение характерной точки кривой в измерительной скважине с основания перпендикуляра на проводящее подсечение с принадлежностью проводящего и заряженного подсечения к одному и тому же телу, имеют условный характер. Наиболее просто задача решается для идеальных проводников ( = 0). В качестве примера изберем случай, показанный на рис. 1. Вне зависимости от того, различны ли тела I и II или же они связаны как крылья флексуры, ХТ корреляционных кривых все равно лежат на проводящих подсечениях. Однако, если подсечения принадлежат к одному и тому же идеально проводящему телу, то ХТ кривых обязательно приходятся на незаряженные подсечения; если же в случае = 0 ХТ кривой лежит вне такого подсечения, то это будет случай развязки. На основании этого приходим к выводам, справедливым для идеальных проводников, пересеченных ЗС и ИС. 1. При интерпретации положения ХТ руководствуются: а) для того, чтобы ХТ кривой находилась на проводящем подсечений в ИС, случай увязки достаточен, но не необходим; б) для того, чтобы ХТ кривой находилась вне проводящего подсечения в ИС, необходима, но недостаточна принадлежность подсечений различным телам. 2. Обратные суждения: а) положение ХТ на проводящем подсечений в ИС – необходимый, но недостаточный признак увязки; б) положение ХТ вне проводящего подсечения в ИС – достаточный, но не необходимый признак развязки. Реальные проводники имеют конечную и часто даже невысокую проводимость. Поэтому, во-первых, необходимо получить критерий достаточно хорошего проводника, т.е. такого, к которому, вообще говоря, при 0 могут быть приложены сформулированные выше обратные суждения. Во-вторых, нужно сделать соответствующие выводы и для проводников, не удовлетворяющих этому критерию. В целом задача корреляции в МЭК не является исключением из других обратных задач разведочной геофизики – вообще говоря, она не решается однозначно. Круг вероятностных решений сужается за счет учета данных каротажа, наклонометрии, общих и частных геологических закономерностей. Интерпретацию кривой МЭК не следует проводить в отрыве от интерпретации всей совокупности кривых, полученных на данном 4 участке. Совместная интерпретация позволяет повысить надежность заключений. Кривые: 1, 2 - в случае электрически не связанных проводников I и II; 3, 4 - в случае флексуры; II - второе положение незаряженного проводника II. Рисунок 1 – Корреляционные кривые в случае флексуры и параллельно залегающих проводников Контрольные вопросы: 1. Каково влияние различных фактов на положение характерных точек? 2. Каким образом осуществляется увязка проводящих подсечений? Контрольные задания для СРС: 1. Корреляция анизотропных пород. 2. Интрепретация результатов наблюдений в МЭК Практическая работа №2 Изучение методики проведения работ методом МЭК на примере месторождений Казахстана. (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Рассмотреть типичную схему измерений при проведении работ 2. Способы измерения при определении размеров рудных тел При регистрации корреляционных кривых величины применяемых токов и измеряемых разностей потенциалов обычно должны соответствовать возможностям каротажных станций, являющихся основным техническим средством выполнения работ по МЭК. При этом схемы регистрации отличаются от каротажных схем метода КС размещением электродов и наличием дополнительного компенсатора непосредственно в цепи регистрирующего прибора. Отпадает также необходимость в специальных 5 мерах, например, в применении балластного сопротивления для стабилизации тока I питания электродов А и В. Однако ток I должен быть строго постоянен. На рис. 2 показана типичная схема измерений. Прежде чем приступить к регистрации потенциальной кривой, с помощью дополнительного компенсатора устанавливают условный нуль, как при записи кривых ПС в каротаже. Этот компенсатор служит и для смещения кривой, когда она не вмещается по ширине в каротажную ленту. Масштаб потенциальных кривых исчисляется в 10- 3 Ом/см, а градиентовых – в 10- 3 (Ом/м)/см т.е. в Ом/см и в (мОм/м)/см. Определяют его путем деления числа милливольт, приходящегося на 1 см ленты, на силу питающего тока, выраженную в миллиамперах, и умножением полученной величины на 103. Регистрация кривых осуществляется при подъеме на повышенных по сравнению с каротажем скоростях в масштабе глубин 1:500, реже 1:200 и 1:1000 – в зависимости от глубины скважин и детальности работ. Желательно, чтобы масштаб глубин корреляционных кривых согласовываться с масштабом геологических профилей и диаграмм КС каротажа. При больших расстояниях между скважинами, например, в случае поиска рудных тел в межскважинном пространстве, и низком сопротивлении рудовмещающих пород корреляционные кривые, записанные с помощью каротажных станций, могут оказаться маловыразительными, и аномальные эффекты на них будут проявляться слабо. В таких случаях приходится применять значительные питающие токи, используя для измерений электроразведочную аппаратуру вплоть до электроразведочной станции. К поточечным измерениям приходится обычно прибегать в скважинах подземного бурения в силу специфичности условий работы, наличия интенсивных промышленных помех, которые, например, создаются в результате электроотката с централизованным питанием в шахтах и рудниках. Поточечные измерения применяют также при работах в горных выработках (штольнях, квершлагах и т.д.) по "шахтному варианту" МЭК. Поточечные измерения используют, кроме того, при определениях размеров рудных тел, при вспомогательных работах, к которым относятся увязочные измерения, и определении эффективного сопротивления рудовмещающих пород. В качестве измерительной установки М или МN используют каротажный зонд. Тип кабеля должен соответствовать глубине скважины. При применении бронированного кабеля измерительный электрод (электроды) монтируют на отрезке кабеля КТШ или КТО, который сочленяют с бронированным. Длину отрезка подбирают опытным путем такой, чтобы броня кабеля не вносила искажений в корреляционные кривые. Однако полностью избежать искажений удается не всегда, так как за счет брони увеличивается проводимость скважины и усиливается гальваническая связь пересеченных ей проводников. 6 а - схема регистрации корреляционной потенциальной кривой со станцией АЭКС; б - источник питания; R - реостат; ПЛ – преобразователь тока и напряжения в постоянные; RШ - "шунт"; КП1 - компенсатор поляризации для исключения помех; КП2 - дополнительный компенсатор; пунктиром показано подключение электрода А для поисково-картировочного варианта МЭК; ПАСК - потенциометр автоматический "сдвоенный" каротажный; б - искательная схема: ББ - блок-баланс, Л - лебедка, Б - батарея, Т - тестер или миллиамперметр. Рисунок 2 – Измерительные схемы, применяемые при работах по МЭК Электрод А, как и электрод В, должен иметь малое сопротивление. Поэтому его изготовляют длиной в 0,5 – 1,0 м и более, используя отрезки бурильных труб и антенный канатик; в зарядной скважине его помещают в зоны низкого сопротивления, отмечаемые по диаграммам КС. Электрод А опускают в скважину с помощью лебедки. Для точного определения нужного положения А пользуются искательной схемой (рис. 2, б), представляющей собой простейший вариант токового каротажа. В случае поисково-картировочного варианта МЭК для устройства электрода А применяют электроразведочные пикеты. Для заземления А разбивают прямоугольную, а чаще всего радиальную сеть, состоящую из четырех, шести или восьми лучей, исходящих из устья измерительной скважины. Расстояние между точками заземления принимают обычно в 50 м. Электрод N – свинцовый, как и при каротаже. Линии А, В и N выполняют с помощью электроразведочных проводов. При определении размеров рудных тел измерения могут быть выполнены несколькими способами. Можно, зарегистрировав потенциальную 7 кривую, определить ее абсолютный уровень путем измерения потенциала электрода N, расположенного у устья измерительной скважины, относительно дополни-тельного электрода N, отнесенного "в бесконечность". Непосредственная регистрация корреляционной кривой относительно N' обычно нецелесообразна из-за высокого уровня естественных и промышленных помех. На практике, однако, чаще всего пользуются другим способом: электрод М помещают в подсечение исследуемого рудного тела и многократно измеряют потенциал М относительно N. Во всех случаях ток I строго фиксируется. Положение М корректируют, повторно регистрируя участок корреляционной кривой в окрестности ее характерной точки. При выполнении работ по МЭК следует соблюдать технические условия, принятые при производстве электрокаротажных работ. Рассмотрим влияние утечек и сопротивления входных цепей измерительных устройств на результат измерений. Самыми существенными являются утечки из питающей цепи в линию электрода М. Другим серьезным источником искажений является недостаточно высокое сопротивление rвх входной цепи измерительного прибора. Контрольные вопросы: 1. Как определяют масштаб потенциальных кривых? 2. Рассказать про картировочный вариант МЭК? Контрольные задания для СРС: 1 Описать пример применения метода электрической корреляции. Практическая работа №3 Определение длины простирания заряженного тела методом заряда на примере месторождений Казахстана. (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Рассмотреть пример определения концов проводника по данным метода заряда 2. Определение глубины до верхней кромки заряженного тела Местоположение концов заряженного проводника оценивается с помощью графика потенциала, составленного по профилю, совпавшему с проекцией верхней кромки тела на дневную поверхность по относительно резкому спаду потенциала за концами проводника или по плану изолиний потенциала на основании сгущения линий. Более точно местоположение концов проводника может быть определено по графику градиентов, наблюденных по профилю, проходящему над проводником (по линии, совпадающей с проекцией проводника на дневную поверхность). 8 Рассмотрим пример определения концов проводника по данным метода заряда в сравнительно сложных геологических условиях. На рис. 3 приведен график градиента, наблюденного по продольному профилю над залежью сульфидно-никелевых руд, приуроченной к контакту диорито-гнейсов с норитами и имеющей падение на восток под углом 60°. Рисунок 3 – Кривая градиента потенциала над линзовидной залежью сульфидно-никелевых руд (по А. С. Семенову) Рудное тело в северной части залегает на глубине около 15 м. Кривая градиента под этим концом рудного тела имеет резко выраженный экстремум, что указывает на небольшую глубину и крутое скатывание рудного тела. В южном направлении абсолютное значение градиента медленно возрастает, что указывает на факт погружения (скатывания) одного тела в этом направлении. Направление и величину угла падения заряженного проводника можно определить по асимметрии положительной и отрицательной ветви кривой градиента. При крутых углах падения проводника (α ≈ 90°) кривые градиентов будут иметь одинаковые ветви положительных и отрицательных значений. Если угол падения проводника уменьшается, то кривая градиента приобретает асимметричный вид. Кривая в районе экстремума, расположенного в направлении восстания, имеет более резкое выражение (абсолютное значение больше), и местоположение этого экстремума находится ближе к нулевому значению градиента, чем для экстремального значения, расположенного в направлении падения. При этом местоположение нулевого значения градиента несколько смещается в направлении падения от проекции верхней кромки проводника на дневную поверхность. При малых углах падения проводника асимметрия кривых градиентов уменьшается и при α = 0 – отсутствует. Кривые градиентов в этом случае становятся такими же, как и на продольном профиле при вертикальном падении проводника (см. рис. 4, б). 9 L = 60. 1 – h = 1; 2 – h = 10; 3 – h = 30; 4 – проекция верхней кромки жилы на поверхность. Рисунок 4 – Кривые градиента потенциала по поперечным профилям при разных углах падения проводника (по А. С. Семенову) Количественное определение глубины до верхней кромки заряженного тела производится по так называемому параметру m. На участке экстремального значения кривой со стороны заряженного тела (внутренняя часть экстремума) всегда можно найти прямолинейный отрезок кривой. Наклон этого прямолинейного отрезка кривой градиента к оси абсцисс связан с глубиной до верхней кромки проводника. Этот наклон определяется по параметру m, который представляет отрезок оси абсцисс, расположенный между двумя прямыми, секущими эту ось. Одной прямой является касательная прямолинейному отрезку внутренней части экстремума, второй — перпендикуляр, опущенный на ось абсцисс из точки пересечения наклонной касательной с касательной к экстремальному значению кривой градиента (рис. 5). Связь параметра m с глубиной h выражается формулой h = 2,3 m1,3. (1) При использований этой формулы параметр m должен быть выражен в длине проводника (длина проводника принимается за единицу). В этих же единицах будет выражаться и значение h. При пользовании формулой (1) m нельзя выражать в метрах, так как при этом значение h не будет соответствовать действительности. Необходимо отметить, что наличие 10 соседних рудных тел, а так же неоднородности вмещающих пород и поверхностных образований по сопротивлению могут значительно исказить глубину, определенную по методу заряда. Подробнее об этом сказано ниже. Рисунок5 – К определению параметра m Определение глубины залегания проводником в случае их пологого падения производится по среднему значению m, полученному по кривой градиента со стороны восстания и падения. Направление падения проводника, как отмечалось выше определяется по асимметрии кривых градиента на поперечных профилях достаточно уверенно. В случае однородных вмещающих пород и поверхностных образований абсолютное значение экстремума, распложенного в направлении восстания, всегда больше, чем в направлении падения. Эта зависимость проявляется четко при малой глубине проводника и большом его протяжении. При больших глубинах и малой протяженности заряженного тела на глубину асимметрия кривых градиента практически отсутствует. В связи с этим установить простую численную зависимость величины угла падения от отношения градиентов в экстремумах не удается. Угол падения определяется непосредственно по кривой градиента качественно. Контрольные вопросы: 1. Определение параметра m 2. Направление и величина угла падения заряженного проводника. Контрольные задания для СРС: 1 Определение угла падения заряженного тела 2 Задачи, решаемые методом заряда. Практическая работа №4 Изучение методики проведения работ методом МЗ на примере месторождений Казахстана. (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Изучить принцип действия аппаратуры. 2. Метод заряда при производстве полевых работ 11 В методе заряда применяется та же аппаратура, что и в методе сопротивлений. Оборудование, провода, источники питания также не отличаются от обычных. Специально для этого метода был разработан лишь комплект «Алдан», включающий измерительный прибор – микровольтметр; приемную рамку с ферритовым сердечником; генераторную группу. Аппаратура работает на переменном токе частотой 400 Гц. Осуществляемый при этом переход к измерениям магнитного поля в воздухе (вместо обычно исследуемого электрического поля в земле) избавляет от необходимости устраивать приемные заземления, что означает повышение производительности работ. Кроме того, использование переменного тока, повидимому, открывает некоторые дополнительные возможности, к числу которых можно отнести, например, изучение амплитудно-фазовых характеристик поля, исследование оптимальных (резонансных) частот возбуждения объекта и др. Из двух возможных схем измерений – потенциала и градиента потенциала, учитывая высокий уровень промышленных помех на действующих горнодобывающих предприятиях, предпочтение, по-видимому, в большинстве случаев следует отдавать схеме измерения градиента потенциала даже при использовании переменного тока. К тому же при наличии лишь короткой приемной линии (разнос MN обычно выбирается в пределах от 2 – 3 до 15 – 20 м) достигаются более высокие мобильность и производительность работ в выработках. Особо следует подчеркнуть необходимость определения абсолютных значений потенциала, отнесенных к единице силы тока. Это во всех случаях облегчает увязку результатов по соседним профилям, участкам и по исследуемому району в целом. Полезно это и в целях интерпретации. Что касается иногда применяемого при полевых работах методом заряда непосредственного прослеживания изолиний потенциала, то оно, очевидно, возможно только при наблюдениях на дневной поверхности. Специфичным при заряде в скважине является вынос тока столбом бурового раствора или обсадными трубами. Возникающие при этом искажения в виде возрастания градиентов ΔU, особенно заметные вблизи устья неглубоких (менее 100 м) скважин, должны учитываться на основе прикидочных подсчетов и моделирования. Когда наблюдения проводятся под землей, начинает сказываться влияние относительно мелких неоднородностей в окрестностях выработок и скважин. Графики U и особенно ΔU приобретают дополнительную изрезанность, становятся более пилообразными, что несколько затрудняет выделение полезной информации. По вполне понятным причинам с увеличением разноса MN это явление становится все менее заметным. Если же увеличение разноса MN невозможно (например, в случае интенсивных блуждающих токов), влияние неоднородностей можно резко снизить обычными статистическими приемами, применяя соответствующую фильтрацию для подавления 12 высокочастотных составляющих поля. Когда обе установки, питающая и приемная, находятся под землей, с влиянием покровных пород можно практически не считаться, особенно на глубинах, больших по сравнению с применяемыми разносами. При наблюдениях на поверхности (питающие электроды под землей) влияние неоднородностей в рыхлых отложениях проявляется практически в той же мере, что и при полевой электроразведке методом сопротивлений: проводящий верхний слой оказывает экранирующее влияние, часто графики искажаются за счет контактов разнородных пород и т.д. Все относящиеся к этому вопросы детально рассмотрены в работах. Обычно исследования проводят при помещении точки заряда в различные скважины и выработки, используя как рудные, так и безрудные интервалы. Таким образом определяются форма, размеры и элементы залегания уже вскрытого объекта, а также выявляются новые объекты. Действуя по обычному в геофизике принципу «от известного к неизвестному», задают скважины и выработки за флангами уже обнаруженных рудных тел, обследуют их методом заряда (в комплексе с другими средствами подземной геофизики, а также геологии и геохимии) и таким образом обнаруживают новые тела и т. д. В ряде случаев на этой основе можно значительно разредить поисковую сеть скважин и выработок. На стадии разведки проводят корреляцию рудных интервалов, подсеченных в разных скважинах или выработках, находят места их выклинивания или раздувов. С этой целью рекомендуется длительное сохранение скважин или, по крайней мере, устройство в них долговременных заземлений, что обеспечивает возможность проведения повторных исследований в процессе эксплуатации месторождения и уточнение представлений о его строении. Контрольные вопросы: 1. Каким образом проводят исследования? 2. С какой целью определяют абсолютные значения потенциала. Контрольные задания для СРС: 1. Применение метода заряда к телам высокой электропроводности Практическая работа №5 Интерпретация данных ЕП. (3 часа) Порядок выполнения работы: 1. Изучить принцип действия аппаратуры. 2. Метод заряда при производстве полевых работ При наличии единичных рудных проводников, пересекаемых скважиной, обычно наблюдаются аномалии одного знака, интенсивностью до нескольких десятков милливольтов. В случае нескольких таких рудных 13 пропластков картина становится более сложной; отмечается преобладание положительных значений потенциалов. Из этого иногда делают вывод, что в реальных условиях поляризация рудных тел имеет асимметричный характер и верхняя область отрицательных потенциалов занимает лишь относительно небольшую долю поверхности подземного проводника. По нашему мнению, такому заключению противоречат приводимые ниже фактические данные по применению метода ЕП в различных районах СНГ. На рис. 6 показаны результаты работ методом ЕП на одном месторождении сульфидов в Центральном Казахстане. Рудная залежь, находящаяся среди сланцев, на поверхности отмечается лишь слабой отрицательной аномалией, что обусловлено наличием мощных перекрывающих глин. В скважинах б, в, пройденных со стороны висячего бока, потенциал понижается вплоть до рудного тела. Со стороны лежащего бока (скв. а) фиксируются также отрицательные потенциалы, хотя и меньшей интенсивности (30 - 40 мВ вместо 80 мВ). Этот пример служит иллюстрацией общего положения об увеличении глубинности, достигаемом при подземных геофизических исследованиях. Действительно, столь слабо выраженную аномалию на поверхности было бы совсем не трудно пропустить, особенно на фоне интенсивных помех. При скважинных же наблюдениях она оказывается весьма четко выраженной. На основе массовых наблюдений ЕП, как на поверхности, так и под землей, сейчас делаются попытки прогнозировать размеры вскрытых рудных тел, определять направление и угол их склонения, выявлять объекты, не подсеченные выработками, скважинами и т. д. 1 – глины; 2 – порфириты; 3 – кварц-серицитовые и кварц-хлоритовые сланцы; 4 – яшмы; 5 – богатые руды; 6 – бедные руды; 7 – кривые потенциала. Рисунок 6 – Данные наземных и подземных наблюдений естественного электрического поля (по М. А. Черфас и В. А. Шафаренко) 14 В методическом отношении интересны результаты применения метода ЕП, на одном медном месторождении (рис. 7). На поверхности земли здесь отмечается широкая (более 1 км) аномалия с Umin≈300 мВ. Наблюдения в штольне, подсекающей на глубине 40 м богатую сульфидную жилу вертикального падения, показали наличие аномалии, которая в согласии с левой половиной графика U на поверхности свидетельствует об общем понижении потенциала в направлении от устья к забою выработки. Кривая осложнена локальными аномалиями а, б, в; первая из них вызвана бедным оруденением, вторая – незадокументированной зоной пиритизации, а третья соответствует рудной жиле. Сопоставляя эти данные, можно сделать вывод, что аномалия ЕП на поверхности земли обусловлена совместным влиянием фильтрации и рудного поля. В этом можно убедиться, если учесть обратное соответствие кривой U рельефу профиля, а также чрезвычайно большую ширину аномалии. Особенно четко наложение полей этих двух родов видно на графике U по штольне. 1- наносы; 2 - порфироиды; 3 - туфолавы кварцевых порфиров; 4 - хлорит-глинистые сланцы; в - песчаники; 6 - богатые медные руды; 7- вкрапленные медные руды;В - кривые потенциала ЕП; а, б, в - локальные аномалии. Рисунок 7 – Естественное поле на поверхности и в штольне одного медного месторождения (по Г. Б. Свешникову) В целях объективности следует отметить необычно высокую интенсивность этой аномалии, что навряд ли можно объяснить только одними фильтрационными процессами. Если бы удалось фиксировать изменение величин потенциалов во времени (при сохранении постоянства характера кривых), это послужило бы решающим доказательством двойственности природы рассматриваемой аномалии ЕП. Конечно, приходится только сожалеть, что выработка оказалась слишком короткой, и поэтому не было возможности продолжить 15 наблюдения на достаточное расстояние по другую сторону от жилы. В подобных случаях полезно использование опережающих скважин подземного бурения, задаваемых из забоя выработки. Контрольные вопросы: 1. Каким образом проводят исследования? 2. С какой целью определяют абсолютные значения потенциала. Контрольные задания для СРС: 1. Подземные наблюдения ЕП Практическая работа №6 Изучение методики проведения работ методом НЭ на примере месторождений Казахстана (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Изучить принцип действия аппаратуры. 2. Изучить процесс проведения работ В низкочастотной электроразведке распространено применение в основном двух комплектов аппаратуры. Первый из них, САФИ-3, предназначен для использования в петлевом (см. ниже) варианте метода. Аппаратура САФИ-3 применима для обследования буровых скважин диаметром более 53 мм и глубиной до 600 м. Рабочие частоты 125; 375; 1125 и 3375 Гц. Комплект состоит из генераторной и приемо-измерительной частей. В генераторную часть входят мощный генератор с передвижной электростанцией для его питания, магазин емкостей и трансформатор опорного напряжения. Потребляемая мощность 470 Вт, выходная мощность 60 - 70 Вт. Нестабильность частоты не более 1 %. Коэффициент нелинейных искажений не более 8%. Приемная часть состоит из наземного измерительного пульта с источником питания и скважинного снаряда, в котором находятся приемные рамки и предварительный усилитель. Диапазоны измерения: а) разности фаз 0 – 360°; б) отношения амплитуд, 60 дБ. Точность измерения (по лабораторным испытаниям): а) по амплитуде не ниже ±1 дБ на частотах до 1000 Гц и ±2,5 дБ на частотах выше 1000 Гц; б) по фазе - не ниже ±3° ±15% от угла φ. Чувствительность 10-3 В. Снаряд опускается в скважину на кабеле КТО-1, КТО-2 или КТШ-0,3 (КТШ-0,6). Две жилы кабеля используются для передачи сигналов, а третья для соединения корпуса снаряда с корпусом измерительного пульта. При работах обоими вариантами метода - как петлевым, так и дипольным, может быть использована более универсальная аппаратура АСМИ. Основные технические характеристики АСМИ следующие: Рабочие частоты, Гц ………………….125; 375; 1125; 3375 16 Разносы, м………………………………….25; 50; 75; 100 Чувствительность к магнитному полю, Э…от 5 10-8 Максимальная пороговая чувствительность измерений, % …0,1 Диаметр скважинных снарядов в дипольном варианте, мм ….56 Диаметр скважинных снарядов в петлевом варианте, мм…….53 Более детальное описание аппаратуры, а также работы с ней содержится в специальных инструкциях. При петлевом способе работ, удобном для пологозалегающих объектов, поле в средней части петли сравнительно однородно, но по скважине оно резко меняется в зависимости от сопротивления горных пород, геометрии источника, а также от пространственного положения самой скважины. Это сильно затрудняет выделение полезных аномалий. С другой стороны, для выявления крутопадающих рудных тел стороны петли должны располагаться асимметрично по отношению к таким объектам. Но это обусловливает появление аномальных полей электрического типа (вследствие концентрации индукционных токов во вмещающих породах), интерпретация которых весьма сложна. Неблагоприятными для петлевого способа являются районы с мощными проводящими наносами, резко выраженным рельефом и с глубокозалегающими рудными телами. При работах дипольной установкой такие аномалии электрического типа, независимо от характера объектов, имеют гораздо меньшее значение, а глубина исследования может считаться практически неограниченной. Благодаря постоянству разноса источник - приемник возможна компенсация первичного поля и, следовательно, выделение слабых аномалий. Если же этот разнос менять, то можно проводить радиальное зондирование окрестностей скважин и выработок. Однако если скважины неглубокие, предпочтение приходится все же отдавать петлевому варианту, так как в этих скважинах нельзя использовать максимально допустимые размеры дипольной установки. Важным в методическом отношении вопросом является выбор оптимальной – частоты поля, который производится с учетом следующих требований: 1. Частота должна быть достаточно низкой, чтобы поглощение возбуждающего поля было относительно малым. Это требование относится не только к петлевому, но и, хотя в несколько меньшей степени, к дипольному варианту метода, поскольку глубинность исследований прямо зависит от разноса генератор - приемник. Если наблюдениями установлено, что фаза нормального поля по скважине, т. е. вне зоны влияния возбуждающих объектов, меняется не более чем на 10 –15º, поглощающее влияние пород можно считать небольшим. 2. Частота поля должна быть достаточно высокой, чтобы создавались заметные аномалии от искомых объектов; однако существует верхний предел частоты, выше которого интенсивность аномалии увеличиваться не будет. 17 3. Частоты должны быть такими, чтобы аномалии рудного и нерудного происхождения четко различались. В этом отношении требования также противоречивы. Для того чтобы аномалии от нерудных объектов были небольшими, сдвиг фаз был близок к 90°, частоту нужно взять низкую, а для получения резких аномалий от рудных тел, сдвинутых по фазе на угол φ ≈ 180°, наоборот, следует предпочесть более высокую частоту. Одновременно выполнить эти требования обычно бывает невозможно, поэтому на практике опытным путем выбирают две – три частоты, оптимальные в условиях обследуемого участка. Контрольные вопросы: 1. Описать характеристики аппаратурного обеспечения? 2. Требования при выполнении работ Контрольные задания для СРС: 1.Результаты опробования методом НЭ Практическая работа №7 Интерпретация данных НЭ (2 часа) Порядок выполнения работы: 1. Изучить принцип выделения аномалий. 2. Рассмотрение примера графиков амплитуды и фазы Результаты наблюдений изображаются в виде графиков амплитуд и фаз трех компонент магнитного поля. Амплитуды выражаются как в децибеллах, так и в условных единицах. Такие графики обычно сопровождаются геологической колонкой, а также каротажными диаграммами КС или МСК. Аномалии легче выявляются на фазовой кривой; нормальные значения φ укладываются на прямую линию, почти параллельную оси глубин, и поэтому любые отклонения от этой прямой могут считаться аномалией (рис.8). Выделение аномальных участков на графиках амплитуд, более трудное из-за относительной сложности нормального поля, облегчается совместным рассмотрением кривых А и φ. Той же цели служат измерения на разных частотах, поскольку в некоторых случаях характер аномалий при этом меняется. Конечно, выделяя аномалии, необходимо, с одной стороны, принимать во внимание все сведения геологического характера, полученные путем бурения, проходки горных выработок и проведения геофизических работ. Понятно, что рудные тела находящиеся близко от ствола скважины или выработки, проявляются более заметными изменениями характера графиков в виде дополнительных экстремумов, более резких перегибов, чем безрудные участки. С другой стороны, нужно четко представлять хотя бы качественно 18 характер первичного поля, источника и приемника. зависящего от взаимного расположения h – глубина возмущающего объекта Рисунок 8 – Пример графиков амплитуды (а) и фазы (б) (по В. И. Векслеру) Графики нормального поля можно проще всего получить путем интерполяции между спокойными участками наблюденных кривых, ограничивающих аномалию с обеих сторон. В случае, когда профиль наблюдений вскрывает аномальную зону только с одной стороны (короткий профиль при широкой аномалии), приходится прибегать к экстраполяции или использованию данных теоретических расчетов. Последние, впрочем, хотя и несложны, все же довольно трудоемки, и потому к ним обращаются редко. Амплитуды и фазы компонент аномального магнитного поля определяются геометрически, построением временных векторных диаграмм так же, как это принято в электротехнике и радиотехнике. По аномальному магнитному полю находится распределение силовых линий в окрестностях обследуемых скважин или выработок. Далее подбирается объект такой формы, размеров и пространственного положения, чтобы силовые линии аномального поля образовывали правовинтовую систему с линиями вихревых токов, а последние, в свою очередь, создавали правовинтовую систему с линиями первичного поля. Для оценки формы, размеров и элементов залегания возмущающих объектов иногда используют специальные палетки, построенные по данным расчетных и модельных работ применительно к обеим (петлевому и дипольному) разновидностям метода. Определив таким образом искомый объект, по сдвигу фаз φ можно найти параметр р и, следовательно (при известной частоте), отношение b/R. 19 Последнее используется с учетом размеров объекта для оценки его сопротивления, которое в некоторой степени зависит от природы объекта. Очевидно, что при прочих равных условиях чем меньше R, тем больше р. При классификации выявленных аномалий на «рудные» и «нерудные» используются также следующие различия, вытекающие из теории метода. Если параметр аномального поля от рудных тел много больше единицы, а параметр поля нерудных объектов много меньше единицы, то в первом случае фазовый сдвиг близок к 180°, а амплитуда аномального поля почти не зависит от частоты. При нерудном происхождении аномалии угол φ≈90°, а амплитуда поля возрастает прямо пропорционально частоте. Отметим, что эти различия будут, иметь место лишь в случае соизмеримых размеров рудных тел и прочих геологических неоднородностей, а удельное сопротивление первых будет намного меньше удельного сопротивления последних . Контрольные вопросы: 1. Классификация выявленных аномалий. 2. Требования при выполнении работ Контрольные задания для СРС: 1.Аппаратура, применяемая на месторождениях Казахстана Практическая работа №8 Корреляция геологических разрезов по стволам сверхглубоких скважин (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Изучить понятие и характеристики сверхглубоких скважин. 2. Рассмотрение примера корреляции сверхглубокой скважины По исследованиям керна диапазон азимутов от 80° до 156°. Сравнение углов падения показывает, что они тоже хорошо согласуются, хотя по данным скважинной магнитометрии в интервале глубин 3900-4100 м падение пластов более крутое. По Криворожской сверхглубокой скважине определение элементов залегания сделано в интервале глубин 1606-1635м. Вскрытые породы представлены сланцами кварц-полевошпат-биотитовыми с графитом, имеют величину æ = 1000-10-5 ед. СИ, величина za составляет ± 5000нТл, величина Н, а равна нулю, Нуа меняется от 1000нТл до -20нТл, величина модуля Н около 25200нТл. Аномалия магнитного склонения в данном интервале не превышает 6°. Азимут Азм по данным скважинной магнитометрии составляет 100°. В интервале выделено 7 скачков магнитного поля. Среднее значение азимута падения пласта 240°, средний угол падения 53°. Расчет элементов 20 залегания пород на глубине 2000м показал, что происходит выполаживание углов падения до 20-50° с увеличением глубины. Определение элементов залегания пород этого интервала хорошо согласуется с векторными картинами внутренних полей. Азимут векторов магнитного поля На меняется от 220° до 260°, что вполне согласуется в этом интервале со средним азимутом падения, определенным по скачкам магнитного поля. Скважинная магнитометрия позволяет получить комплекс магнитных характеристик (признаков), что дает возможность с достаточной степенью достоверности провести сопоставление магнитных пород по стволам сверхглубоких скважин. Успешное решение задачи по каждой скважине зависит от конкретных геологических условий и физических свойств пород, измеренных по керну и в естественном залегании. Магнитными параметрами, на основании которых осуществляется корреляция, являются: величина и степень изрезанности кривой магнитной восприимчивости; величина, знак и степень изрезанности кривой внутреннего магнитного поля; величина и полярность полной намагниченности; величина индуцированной намагниченности; величина и полярность естественной остаточной намагниченности; величина и знак фактора Qz и Qh; преобладающие ритмы повторяемости изменения магнитных свойств пород по разрезу; положение вектора внутреннего поля Гц в пространстве; результаты статистической обработки магнитных параметров. Примером использования результатов скважиннои магнитометрии для построения объемной модели околоскважинного пространства может служить корреляция магнитных пород по трем стволам Кольской сверхглубокой скважины СГ-3. В интервале 9400-10000м, где вскрыт архейский амфиболит-гнейсовый комплекс, состоящий из биотит-плагиоклазовых гнейсов с высокоглиноземистыми минералами и биотитплагаоклазовых гнейсов с элидотом и амфиболитом, магнитные измерения проводились по всем трем стволам: ствол I (январь 1981), ствол II (октябрь 1983), ствол III (май 1989). В стволе I на глубине 9645-9656м выделены два магнитных пласта мощностью 2-Зм, представленные железистыми кварцитами. Эти пласты отмечаются магнитными аномалиями по æ до 1500-10-5 ед. СИ, Za-до 2600нТл. По скачкам магнитного поля вычислены углы и азимут наклона границ магнитных пород в этом интервале. Средние значения для угла падения составляют 50°, а азимут падения около 160° (относительно магнитного меридиана). Элементы залегания согласуются с поведением векторов магнитного поля внутри и вне магнитных пластов. Аномалия магнитного поля za, отмечающаяся ниже магнитных пластов в интервале 9679-9730м, связана с буровыми компоновками, оставленными вблизи стенок скважины. 21 Во втором стволе интенсивность отрицательной аномалии za от магнитного пласта мощностью около 9м достигает величины -7000 нТл. По интерпретации скачков магнитного поля в стволе II в интервале глубин 96409656м сделаны два определения элементов залегания зоны. Среднее значение угла наклона получилось около 30°, среднее значение азимута падения 144°. Ниже 9870м в стволе III (9876-9880, 9907-9947м) наблюдаются отрицательные аномалии za такой же величины, как и в стволе I и II. Повидимому, они тоже связаны с железистыми кварцитами. Такая же аномалия наблюдается и в интервале 9482-9490м по третьему стволу, а в стволах I и II она не отмечена. Таким образом, распределение железистых кварцитов в стволе III существенно отличается от их положения в стволах I и II. Это связано с тем, что вероятно имеется крупный субвертикальный тектонический разлом, отделяющий ствол III от стволов I и II и рассекающий Кольскую серию на глубине 9500-9700м. Этим, по-видимому, и объясняется отсутствие магнитных характеристик биотит-амфиболитовых гнейсов и гнейсов с высокоглинозёмистыми минералами слева и справа от разлома. Контрольные вопросы: 1. Параметры производства корреляции. 2. Комплекс магнитных характеристик Контрольные задания для СРС: 1.Контроль азимута и зенитного угла скважины Практическая работа №9 Литологическое расчленение скважин по данным скважинной магнитометрии (1 час) Порядок выполнения работы: 1. Изучить магнитные свойства минералов 2. Рассмотрение литологического расчлененияТимано-Печорской СГ-5 Контрастность свойств минералов, широкое распространение ферромагнитных минералов в горных породах и зависимость их образования от термодинамических условий кристаллизации обуславливают возможность использования магнитных свойств горных пород для литологического расчленения разреза скважин. Измерение æ с аппаратурой, обладающей средней разрешающей способностью от 100∙10-5 ед. СИ/см, позволяет дифференцировать породы по содержанию ферромагнитных минералов. Высокочувствительная аппаратура позволяет дифференцировать породы по содержанию парамагнетиков, а значит, и проводить расчленение разреза, в том числе тонкослоистого, с высоким пространственным разрешением. 22 Результаты исследований в сверхглубоких и глубоких скважинах показали что по диаграммам магнитной восприимчивости и магнитного поля в комплексе с данными других методов ГИС и петрофизической информацией можно определить и выделить интервалы магнитных пород, оценить их магнитные свойства, литологию разреза, оценить неоднородность пород и т д По данным скважинной магнитометрии хорошо выделяются разные типы как интрузивных, так и эффузивных пород, вскрытых Уральской, ТиманоПечорской, Колвинской, Саатлинской, Кольской, Ново-Елховскои Воротиловской и Криворожской скважинами на фоне слабомагнитньгх туфов, алевролитов и практически немагнитных известняков и доломитов. Для известняков и доломитов Тимано-Печорской и Колвинской глубоких скважин характерны очень низкие значения магнитной восприимчивости от 0 до 15-10-5 ед. СИ. Алевролиты, аргиллиты, песчаники, мергели Тюменской СГ-6 обладают магнитной восприимчивостью от 0 до 200-10-5 ед. СИ, Причем в подавляющем большинстве случаев ге не превышает 20-50-10-5 ед. СИ. Повышенные значения ЕЕ В ЭТИХ породах чаще всего связаны с пирротановой минерализацией, которая отмечается сильной изрезанностью кривой вертикальной составляющей магнитного поля za. Измерения магнитной восприимчивости в Тюменской и Уральской скважинах показали, что терригенно-осадочные породы практически не магнитны (æ от 0 до 100-10-5 СИ ед.Си по образцам). Наблюдаются отдельные пики до 2000-10-5 ед. СИ. В качестве дополнительного параметра необходимо использовать характер и величину внутреннего магнитного поля. Для зон ороговикованных осадочных пород, образующихся, как правило, на Контактах интрузий с вышезалегающими породами (алевролитами, аргиллитами, песчаниками), характерна резкая изрезанность кривой внутреннего магнитного поля Zg, причем значения могут достигать ұ6500 нТл. Породы вулканогенно-осадочной и эффузивной толщи Уральской, Тюменской и Воротиловской скважин характеризуются дифференциацией по магнитным свойствам. Эффузивные породы, вскрытые Саатлинской, Воротиловской и глубокими скважинами на Сибирской платформе, имеют примерно то же значение аг, что и их интрузивные аналоги. Однако, для этих пород чаще наблюдаются высокие значения остаточной намагниченности, которые в десятки раз превышают индуцированную. Магнитные свойства интрузивных пород, вскрытых Уральской, ТиманоПечорской, Колвинской, Саатлинской сверхглубокими скважинами, изменяются в соответствии с уменьшением в них среднего содержания магнетита, количество которых увеличивается от кислых пород к основным и ультраосновным. Повышенными магнитными свойствами обладают породы типа долеритов, диабазов, габбро, пироксенитов и перидотитов. Магнитная восприимчивость их достигает 0,1- 0,3 ед. СИ. Для иллюстрации необходимости включения скважинной магнитометрии в стандартный комплекс ГИС с целью литологического расчленения разреза на рис. 9 приведены диаграммы НТК, ПС, КС. На 23 диаграмме ГК долериты отмечаются пониженными значениями. По диаграммам КС фиксируется общая зона повышенного сопротивления без четких границ выделения траппов. Диаграммы НТК разрез дифференцируют слабо. В условиях осадочного разреза применение скважинной магнитометрии позволяет определить действительное положение долеритов в разрезе, глубину их залегания и мощность. В комплексе с радиоактивными методами достоверность выводов возрастает. Наглядным примером использования метода для уточнения геологического разреза могут служить результаты измерений по Уральской сверхглубокой скважине СГ-4. 1 — аргиллиты; 2 — известняки; 3 — песчаники; 4 - долериты. Рисунок 9 - Результаты скважинной магнитометрии (магнитной восприимчивости аг и вертикальной аномальной составляющей магнитного поля и ядерно-геофизических исследований (ГКи НТК) Тимано-Печорской СГ-5 в интервале 3900-3930м (а) и 4005-4015 м (б) Для более точного литологического расчленения пород и ведения контроля нал геологической документацией разрезов скважин необходимо привлекать частотно-спектральный анализ измеренных параметров и изучение намагниченности пород в естественном залегании по данным измерений в сверхглубоких и глубоких скважинах. Контрольные вопросы: 1. Определение интервалов магнитных пород. 2. Измерения магнитной воприимчивости. Контрольные задания для СРС: 1.Определение элементов залегания намагниченных тел, подсеченных сверхглубокими скважинами 24 Практическая работа №10 Обнаружение разрывов складчатости угольных пластов на примере месторождений Карагандинского каменноугольного бассейна методом МП (3 часа) Порядок выполнения работы: 1. Изучить разновидности разрывных нарушений 2. Основы межскважинного прозвучивания Практика разработки угольных месторождений показывает, что большинство шахтных полей имеют нарушенное залегание угольных пластов и вмещающих пород. Поэтому изучению и прогнозу тектонической нарушенности шахтных полей и отдельных угольных пластов уделяют самое серьезное внимание. Различают следующие разрывные нарушения: очень крупные с амплитудой более 1000 м, протяженностью 100 км и более, являющиеся границами бассейнов, районов, месторождений; разведывают такие нарушения геологической, аэрофото- и космической съемками; крупные, с амплитудой от 100 до 1000 м, протяженностью до 100 км; эти тектонические разломы, как правило, являются границами месторождений или шахтных полей, разведывают их методами геологической съемки, разведочного бурения, геофизическим профилированием; средние с амплитудой от 10 до 100 м, протяженностью до 10 км; они служат естественными границами шахтных полей, блоков, панелей; нарушения этого класса выявляют опорными (сгущенными) профилями разведочных скважин; мелкие с амплитудой от 3 до 10 м, протяженностью от сотен до 1000 м; выявляют их только горными выработками, подземной сейсморазведкой и частично опорными разведочными профилями; очень мелкие, с амплитудой до 3 м, протяженностью от десятков до сотен метров; выявляют их как мелкие нарушения, горными работами, подземной сейсморазведкой. Для обнаружения разрывных нарушений на шахтах Казахстана широко применяется межскважинное прозвучивание. Оно осуществляется на частотах 100-3000 Гц, которые намного ниже частот АК. В качестве скважинного источника используется электрогидравлический излучатель, приёмные антенны содержат несколько десятков датчиков давления. Системы измерений выбираются такими, чтобы в исследуемых пластах минимальной толщины находилось не менее одной точки приёма и возбуждения. Расстояния между скважинами может достигать 250-600 м. По результатам исследований строятся сейсмотомограммы полей скоростей и затухания, на которых выделяют границы продуктивных пластов и границы разного флюидонасыщения внутри пласта. Материалы АК используются на первом этапе исследований для выделения в разрезе скважин интересующих пластов, а иногда и для контроля полученных результатов. 25 Контрольные вопросы: 1. Чем характеризуются очень крупные разрывные нарушения? 2. На каких частотах осуществляется межскважинное прозвучивание? Контрольные задания для СРС: 1.Применение МП на хромитовых месторождениях 26 Список литературы 1. Козырин А.К. Электрическая корреляция разрезов скважин. – Москва, Недра, 1985. – С. 136. 2. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизического исследования разрезов скважин. – Москва, Недра, 1982. 3. Козырин А.К. К вопросу об идентификации проводящих подсечений буровых скважин при помощи кривых тока. – В кн.: Вопросы разведочной геофизики. Вып. 40. Свердловск, изд. СГИ, 1961. – С. 65-75. 4. Козырин А.К. О некоторых способах интерпретации результатов наблюдений по методу электрической корреляции и заряда. – В кн.: Вопросы разведочной геофизики. Вып. 47. Свердловск, изд. СГИ, 1966. – С. 136-147. 5. Портнов В.С. Скважинная и шахтно-рудничная геофизика: Учебное пособие ч.1. – Караганда, КарПТИ, 1990 – С. 63. 6. Скважинная и шахтная рудная геофизика. /В двух книгах/ Под ред. В.В. Бродового. – Москва, Недра, 1989 – С. 440. 7 Семенов А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля. – Ленинград, Недра, 1980 – С. 446. 8. Волосюк Г.В. Скважинная и рудная геофизика. – Ленинград, Недра, 1971. 9. Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации. – Ленинград, Недра, 1980 – С. 391. 10. Поляков А.С. Руководство по методу заряда. – Москва, Недра, 1969. 11 Электроразведка рудных полей методом заряда /М.В. Семенов, В.Н. Сапожников, М.М Авдевич, Ю.В. Голиков. – Ленинград, Недра 1984 – С. 216. 12. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. – Алма-Ата, 1954. 13. Геофизические методы исследования скважин: Справочник геофизика/ Под. ред. В.М. Запорожца/. – Москва, Недра, 1983. 14. Якубовский Ю.В. Электроразведка. – Москва, Недра, 1980 – С. 384. 15. Матвеев Б.К. Электроразведка: Учебник для вузов. – Москва, Недра, 1990 – С. 368. 16. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л. Электроразведка: Учебник для учащихся средних специальных заведений. – Москва, Недра, 1982. 27 Рассмотрено на заседании кафедры Геофизики и геологии «13» 10 2010 г. Протокол № 4/1 Зав. кафедрой ГФиГ ______________ М.В. Пономарева Одобрено учебно-методическим бюро Горного института « 15 » 10 2010 г. Протокол № 2 Председатель учебно-методического бюро ГИ ____________В.Ф. Демин МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению практических работ по дисциплине «Скважинная и шахтно-рудничная геофизика» для студентов специальности 5В070600 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Форма обучения: очная Разработали: В.С. Портнов Н.В. Желаева Редактор: Искакова Р.С. Гос. изд. лиц. №50 от 31.03.2004. Подписано в печать 19.12.2010г. Формат 60х90/16 Усл. печ. л. 1,75 Тираж 10 экз. Заказ №4870 . Цена договорная. Издательство КарГТУ. 100027, Караганда, бульвар Мира, 56. 28
