Импульсная рудная электроразведка

С начала 80-х годов автор занимается импульсной рудной электроразведкой с кондуктивным и индуктивным возбуждением поля.
К настоящему времени у нас сформировалась новая концепция выполнения поисковых работ, позволяющая на порядок уменьшить стоимость и сроки их реализации с одновременным ростом эффективности результатов.
Существующая в настоящее время технология поисковых работ состоит из следующих основных этапов:
Геологическое картирование с построением геологической карты с выводами о перспективе района на рудные объекты.
Предварительные и детальные поиски с применением горных работ (канавы, шурфы), геофизических и геохимических работ.
Колонковое бурение с оценкой прогнозных ресурсов металла.

Эта схема была эффективна для близповерхностных рудных объектов.
Неэффективность данной технологии начала проявляться с 80-х годов прошлого века с увеличением глубин поисковых работ.
Объём бурения по стоимости увеличивался в разы и экономическая эффективность поисковых работ резко снижалась.

С начала 2000 годов в рудной геологии сформировались методы
индуктивной электроразведки, которые могут взять на себя функции, аналогичные сейсморазведке в нефтяной геологии.
На глубинах 150-1000 метров следует ожидать крупные рудные
объекты ранее не обнаруженные при проведении поисковых работ,
нацеленных на приповерхностные объекты.
Предлагается простая трёхэтапная схема проведения поисковых работ:
Площадные работы индукционной импульсной электроразведкой с построением серии глубинных геоэлектрических (по электропроводности и параметрам поляризуемости) разрезов и объёмной модели участка работ с выноской положения поисковых скважин. В случае отрицательного результата бурение не выполняется.
2. Бурение поисковых скважин с обязательным проведением каротажа переходных характеристик вызванной поляризации для выделения рудного объекта и оценки содержания металла.
Затраты на проведение первой стадии на территории 100 квадратных километров составят примерно $ 300 тыс.долл.

Вторая стадия-бурение, комплекс ГИС и анализ керна-1 млн. долл.
3. В случае подсечения (или неподсечения) рудного
объекта выполнение работ методом импульсного заряда
с целью пространственной локализации заряженного или незаряженного поляризующегося рудного объекта.
Предложенная схема поисков позволит существенно уменьшить стоимость поисковых работ и увеличить динамику
поисков.
Основой предлагаемой технологии является глубинная (до 1000 и более метров) импульсная индуктивная электроразведка с прогнозом оруденения и выноской положения поисковых скважин.

Результат измерения электрической
или магнитной составляющей поля, возбуждаемого прямоугольным импульсом тока.
Что мы измеряем?

Образец файла регистрации

Чем мы измеряем?
Начиная с 2000 года мы разрабатываем
универсальную аппаратуру АНП (аппаратура неустановившегося поля) для выполнения работ всеми методами импульсной электроразведки.
Основные особенности аппаратуры:
1. Измерения составляющих напряжённости электрического
и составляющих вектора индукции магнитного поля в импульсе тока и после его выключения в арифметической шкале времени.
2. Эффективная система синхронизации и подавления
гармонических и импульсных помех.
3. Визуализация процесса и жёсткий (100%) контроль качества
измерений.

Аппаратура АНП-3
(генератор).
Максимальный выходной ток в импульсе: 15 А
Максимальное выходное напряжение в импульсе: 300 В
Напряжение питания: 220 В АС, 3 кВт или аккумуляторы
Длительность импульса10 – 100 мс
Длительность переднего фронта импульса тока: не более 30 мкс
Длительность заднего фронта импульса тока: не более 30 мкс
Форма импульсов тока: биполярная / разнополярная прямоугольная с паузой
Синхронизация с измерителем: GPS-приемник
Диапазон рабочих температур:-20 до +30 С
Масса:5,2 кг
Габариты:480х350х133

Аппаратура АНП-3 (Измеритель).
Диапазон измеряемых напряжений : +/- 5 В
Динамический диапазон измерения ЭДС переходного процесса: не менее 80 дБ
Минимальное время измерения переходного процесса: 10 мкс
Максимальное время измерения переходного процесса: 300 мс
Объем энергонезависимой памяти данных:4 Гб.
Подавление периодической помехи 50 Гц: не менее 80 дБ
Синхронизация с генератором тока: GPS-приемник
Точность синхронизации с генератором тока:+/- 900 нс.
Связь с компьютером регистратора:USB 2.0
Питание от источника постоянного тока напряжением:+/- 12 В
Потребляемая мощность:2.0 Вт
Время автономной работы ( без подзарядки аккумуляторов ):18 часов
Диапазон рабочих температур:-20 до +30 С
Масса:1,1 кг
Габариты:240х190х100 мм

Датчик для измерения составляющих вектора
магнитной индукции ИДШ-1
Диапазон температур, от -20 до +30 С
Порог чувствительности не более, пТ -5
Динамический диапазон, не менее дБ.-120
Напряжение питания, В 12
Потребляемый ток не более, мА-20
Частотный диапазон,Гц-20-105
Эффективная площадь, квадратные метры-100
Длина, мм-1000
Диаметр, мм-103
Вес, кг-8

Как мы обрабатываем?
Первичная обработка результатов.
Регистрация поля проходит на фоне интенсивных помех. Подавление помех обеспечивается за счет накопления импульсов и их специальной обработке.
Подавление помех

Первичная обработка результатов.
Информативная часть импульса «вырезается» из исходного массива и записывается в текстовый файл, который предоставляется заказчику и подвергается дальнейшей обработке и интерпретации.
В данном случае нас интересует поле при пропускании импульса тока и процесс вызванной поляризации.
Выборка информативной части

Электрические свойства элементов модели
Петропавловского золото-сульфидного месторождения

Как мы интерпретируем?
Интерпретация выполняется методом подбора на основе решения прямой
задачи (с использованием векторных объемных интегральных
уравнений) в сложно построенных
по электропроодности и параметрам поляризуемости средах.
Возбуждение нижнего полупространства
осуществляется индуктивно с помощью незаземлённой петли или кондуктивно
с установкой метода заряда.
Рассчитываются все составляющие
электрического поля и вектора магнитной
индукции.
Пакет программ создан совместно с
Институтом Геофизики Уро РАН (А.Н.
Ратушняк).

Пример создания модели (геоэлектрический план) Петропавловского золото-сульфидного месторождения

Геоэлектрический разрез Петропавловского
золото-сульфидного месторождения

Аксонометрическая геоэлектрическая модель Петропавловского золото-сульфидного месторождения (1024 элементов модели)

Зондирование становлением поля
Физическая основа импульсной индуктивнойэлектроразведки сводится к следующему.
При ступенчатом изменении тока (включении или выключении) в генераторной петле в среде возникает неустановившееся электромагнитное поле. Глубина проникновения поля в землю возрастает с увеличением времени, прошедшего с момента включения или выключения тока в генераторной петле, и называемого временем становления поля. При этом измеряемый в приемной петле (А) или специальном датчике (Б) сигнал спадает изменяясь сложным образом. Зависимость сигнала в точке наблюдения от времени становления называется кривой становления поля.
Вид кривой становления определяется распределением электропроводности и поляризуемости в разрезе.
Новизна реализованной технологии состоит в использовании высокочувствительной и помехозащищенной аппаратуры и площадных измерений специальным датчиком вектора магнитной индукции (B).
А
Б

Результаты измерения методом ЗСБ.
Меднорудное месторождение порфирового типа.
Совмещённые петли
250х250 метров

Планы изолиний поляризуемости и кажущегося
сопротивления
поляризуемость (отн.ед)
Кажущееся сопротивление (Ом*м)
1
1

Геоэлектрический разрез и график поляризуемости по профилю 1-1

Метод импульсного заряда
Классический метод заряда с измерением потенциала электрического поля (Семенов М.В., Сапожников В.М., Авдевич М.М., Голиков Ю.В. Электроразведка рудных полей методом заряда. - Л.: Недра, 1984. - 216 с.) широко применялся с середины 50-х годов для поисков и разведки сплошных рудных тел, обладающих очень высокой электропроводностью. (до 0.01-10 Омм). К ним относятся сплошные медно-колчеданные, медно-цинковые и медно-никелевые руды. Руды, имеющие вкрапленную и порфировую структуру в большинстве случаев слабо отличаются по электропроводности от вмещающих пород и применение классического метода заряда на таких объектах не имеет смысла.

В настоящее время реальным объектом поисков и разведки являются руды вкрапленной и порфировой структуры. Для поисков и разведки таких руд эффективен метод импульсного заряда (Голиков Ю.В. Импульсная электроразведка методом заряда: Научное издание. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002. - 273 с.), с измерением временного процесса вектора напряжённости электрического и вектора индукции магнитного поля.
Основным информационным параметром для локализации вкрапленного и порфирового оруденения является измеряемая нами переходная характеристика вызванной поляризации (ВП) на включение тока и на выключение тока (time dependent chargeability). На основе этих измерений, вычисляется ряд дополнительных параметров ВП, в частности дифференциальные и интегральные (m-фактор) характеристики процесса ВП (Дж. Р. Уэйт. Геоэлектромагнетизм. М. Недра, 1987.-235с).

Обручевское полиметаллическое месторождение
Расположено в 8 км к юго-западу от г. Лениногорска (Восточный Казахстан). Рудовмещающие породы представлены осадочным, вулканогенно-осадочным и вулканогенным комплексами. Глубина залегания рудных тел колеблется от 800 до 1100 м, мощность рудных подсечений - от 5 до 60 м. Залегание рудных тел пологое. Полиметалличе­ские руды в основном свинцово-цинковые, реже медно-цинковые.
Целью работ, выполненных в1991 году, являлось построение геоэлектрической модели месторождения с оценкой его прогнозных ресурсов. На начало наших работ на месторождении был разбурен единственный профиль по линии АБ.
Применение классического метода заряда в данных условиях бессмысленно, так как промышленное оруденение практически не отличается по электропроводности от вмещающих пород.

В тоже время, существенное отличие получено по скважине 81 по вызванной поляризации Это явилось основанием для постановки работ методом импульсного заряда с измерением переходных характеристик ВП.
В результате выполненных работ, на информативном времени ВП получены характерные аномалии и подобрана адекватная измеренному полю геоэлектрическая модель месторождения. По установленной нами (по данным изучения рудного керна) корреляционной зависимости между поляризуемостью и суммарным содержанием меди и свинца выполнена оценка прогнозная ресурсов месторождения. Полученный нами контур месторождения и его прогнозные ресурсы (106 тонн меди и свинца) примерно соответствуют данным разведки, завершённой в 1993 году.

Удельное сопротивление (Ом м) и поляризуемость (%) руд промышленных кондиций керна скважины 81 Обручевского полиметаллического месторождения
Среднее значение η % по рудному интервалу скважины 81 составляет величину около 12%, в то время как вмещающие породы имеют η % порядка 1%.

Геологический разрез (А), каротаж КС(Б) и каротаж ВП(В) по скважине 81 Обручевского полиметаллического месторождения
.
1 - диабазы; 2 - алевролиты;
3 - липариты; 4 - туфогенно-осадочные
породы;5-андезитовые порфириты;
6 - метасоматиты; 7 – полиметаллические руды;
8 - четвертичные и валунно-галечные отложения;
9 – граниты; 10-диабазы; 11 – положение разведочных
скважин;12 – тектонические нарушения.
А
Б
В

Корреляционные зависимости суммарного содержания меди и свинца от величины вызванной поляризации на временах спада 1 и 19 мс.

План изолиний Евп (Hз=1060 м в скв. 81). Обручевское полиметаллическое месторождение
А1,А2 - оси отрицательных; А3,А4 – оси положительных аномалий

План изолиний Еrвп (Hз=1060 м в скв. 81) вычисленное для модели. Обручевское полиметаллическое месторождение

Проекция модели на дневную поверхность(А) и разрез по линии А-Б (Б).
Обручевское полиметаллическое месторождение.
А
Б

Поисковый участок в Восточном Казахстане
План изолиний потенциала
метода заряда (по Сморокову Ю., 2007)

План изолиний потенциала вызванной
поляризации (по Голикову Ю.2007)
На этой площади получена одна существенная по размерам (1000 на 600 метров) и интенсивности аномалия ВП В результате математического моделирования подобрана адекватная измеренному полю модель объекта и выполнена оценка его прогнозных ресурсов по суммарному содержанию меди и свинца (порядка 2х106 тонн).
Поисковый участок в Восточном Казахстане

Подбор модели для полученной аномалии ВП (А), разрез по данным АМТЗ (Б, по А.Г. Яковлеву, 2007) и аксонометрическая проекция полученной модели (В).
Скв. 7021
А
Б
В

Список основных объектов работ