Геофизика

Электроразведка (электрическая, точнее, электромагнитная разведка) объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, решения других задач, основанные на изучении электромагнитных полей, существующих в Земле в силу естественных космических, атмосферных, физико-химических процессов или созданных искусственно.

Используемые электромагнитные поля (ЭМП) бывают: естественными разной природы и искусственными, установившимися, т. е. существующими свыше 1 с, постоянными и переменными с частотой от миллигерц (1 мГц = 10–3 Гц) до петагерц (1 ПГц = 1015 Гц), и неустановившимися, импульсными с длительностью импульсов от микросекунд до секунд.

Интенсивность естественных полей и глубинность разведки определяются их происхождением, строением и электромагнитными свойствами горных пород. Для искусственных полей они зависят от этих же свойств горных пород, а также мощности источника, формы выходных сигналов и способов возбуждения поля. Последние бывают гальваническими, когда поле в Земле создают с помощью тока, пропускаемого через электроды-заземлители; индуктивными, когда питающий ток, проходя по незаземленному контуру (петле, рамке), создает в среде электромагнитное поле за счет электромагнитной индукции, и смешанными (гальваническими и индуктивными). Глубинностью электроразведки можно управлять также дистанционными и частотными приемами. Сущность дистанционного приема увеличения глубинности сводится к увеличению расстояния между источником поля и точками, в которых его измеряют, так как это увеличивает объем среды, вовлекаемой в исследование. Частотный принцип увеличения глубинности основан на скин-эффекте, т. е. прижимании поля к поверхности Земли в слое тем меньшей толщины, чем выше частота гармонического поля (f) и меньше время (t) между созданием и измерением импульсного поля. Наоборот, чем меньше частота, больше период колебания (T = 1/f) гармонического поля и больше время распространения (диффузии) импульсного поля, называемого также временем становления поля или переходного процесса, тем больше глубинность разведки. В целом глубинность электроразведки меняется от сантиметров на частотах свыше 1012 Гц до десятков километров на инфранизких частотах, меньших 0,1 Гц. Измеряемыми гальваническим или индуктивным способами параметрами поля являются амплитуды и фазы соответственно электрических (Е) или магнитных (Н) компонент полей.

К электромагнитным свойствам (ЭМС) горных пород относятся: удельное электрическое сопротивление (УЭС, или ρ), величина, ей обратная, — удельная электропроводность (γ = 1/ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (η), диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости, а также пьезоэлектрические модули (d). Электромагнитными свойствами геологических сред и их геометрическими параметрами определяются геоэлектрические разрезы, т. е. геологические разрезы, построенные с помощью электромагнитных параметров. Геоэлектрический разрез однородного по тому или иному электромагнитному свойству полупространства принято называть нормальным, а неоднородного — аномальным.

Перечисленные выше причины привели к наличию и возможности создания множества (свыше 50) методов и модификаций электроразведки, которые группируют по разным признакам.

По используемому спектру электромагнитных полей методы электроразведки бывают инфразвуковыми (в том числе постоянного поля), звуковыми и радиоволновыми (табл. 3.1). По используемым электромагнитным полям и видам работ электроразведка подразделяется на методы естественного переменного электромагнитного поля, геоэлектрохимические, сопротивлений, индукционные, радиоволновые, пьезоэлектрические (табл. 3.2).

Таблица 3.1. Классификация методов электроразведки по используемому спектру электромагнитных полей

Средняя частота		Вид излучения	Изучаемый параметр		Ориентировочная глубинность, м
f	lg f		поля	пород
1 мГц	–3	Инфразвуковое	Н, Е	ρ, α, η	1000
1 Гц	0
1 кГц	3	Звуковое	Е	ρ	100
1 МГц	6	Радиоволновое	Н, Е	ρ, ε, μ	10

Таблица 3.2. Целевая классификация методов электроразведки по используемым полям и видам работ

Метод	Вид работ
	региональные	разведочные	инженерные и экологические
Естественного переменного поля	+++	+	+
Геоэлектрохимические	+	+++	++
Сопротивлений	+	++	+++
Индукционные	++	++	++
Радиоволновые	—	++	++
Пьезоэлектрические	—	+++	+

Примечание: «+», «++», «+++» — малая, средняя, большая степень применимости соответственно.

По общему строению изучаемых геоэлектрических разрезов методы электроразведки принято подразделять на:

• зондирования, которые служат для расчленения горизонтально- (или полого-) слоистых разрезов, преимущественно по вертикали;

• профилирования, предназначенные для изучения крутослоистых разрезов или выявления локальных объектов, преимущественно по горизонтали;

• объемные, подземные, горные методы, используемые для выявления неоднородностей между горными выработками и земной поверхностью.

Электроразведку с той или иной эффективностью применяют для решения практически всех задач, для которых используют и другие геофизические методы. В частности, с помощью естественных переменных полей космического происхождения разведывают земные недра до глубин свыше 500 км и ведут изучение осадочных толщ, кристаллических пород земной коры, верхней мантии. Электромагнитные зондирования используют при глубинных (до глубин 10 км), структурных исследованиях, поисках нефти и газа. Электромагнитные профилирования применяют при картировочно-поисковых съемках, поисках рудных, нерудных полезных ископаемых и угля (до глубин 1–2 км). Малоглубинные (до первых сот метров) электромагнитные зондирования и профилирования используют при инженерных и экологических исследованиях. Подземные методы служат для разведки рудных месторождений, изучения пространств вокруг выработок при строительстве подземных сооружений.

По технологии и месту проведения работ различают аэрокосмические, полевые (наземные), акваториальные (морские, речные), подземные (шахтно-рудничные, горные) и межскважинные методы электроразведки.