3) Узнать, какие исследования проводятся в институтах Новосибирска по данной теме.

Глава1. Исторический обзор

Электроразведка, как и вся разведочная геофизика, является наукой сравнительно молодой. Первые работы по применению электричества при поисках полезных ископаемых относятся к 1829 г., когда А. Фокс наблюдал над медноколчеданными месторождениями Корнуэльса (Англия) естественные электрические поля, связанные с окислительно-восстановительными процессами. Общий прогресс геофизики в конце ХIХ и начале ХХ столетия коснулся также и методов изучения геологического строения Земли; он дал толчок развитию прикладной геофизики в целом и электрических методов разведки в частности.

В 1903 г. Русским инженером Е.И Рагозиным была опубликована монография "О применении электричества для разведки рудных залежей".

В 1910 г. французский учёный К. Шлюмберже разработал метод сопротивлений, нашедший впоследствии широкое применение при геологоструктурных исследованиях.

В 1919 – 1922 гг. шведские учёные Н. Лундберг и К. Зундберг своими работами положили начало электроразведке переменными полями. Несколько позже в Америке был предложен метод индукции (радиор).

В 1924 г. Основоположник отечественной электроразведки А.А Петровский провел впервые в Советском Союзе электроразведочные работы методами естественного поля (Риддерское полиметаллическое месторождение на Алтае).

В 1925 г. Метод эквипотенциальных линий был поставлен на переменном токе и в этой модификации в последующие годы широко опробован на сульфидных месторождениях СССР.

С 1928 г. А.А. Петровский проводит систематические исследования в области радиоволновых методов разведки. Таким образом, в двадцатые годы ХХ века электроразведку использовали в основном при поисках и разведке рудных месторождений. Однако проводившиеся работы носили в значительной мере опытный характер, объём производственных работ был невелик.

В 1928 – 1929 гг. электроразведку начинают применять для поисков и разведки нефтеносных и газоносных структур. В последующие годы объём этих работ существенно возрастает в соответствии с общим увеличением объёма геофизических работ при поисках нефти и газа и организацией геофизической службы в нефтяной промышленности.

В 1930 г. А.С. Семенов проводит первые электроразведочные работы для решения гидрогеологических и инженерно-геологических задач.

В 1932 г. были проведены первые электроразведочные работы с целью поисков и разведки месторождений ископаемых углей. В этой области геологических исследований электроразведка получила применение как метод изучения геологической структуры угольных бассейнов и поисков угольных пластов, а также угленосных свит.

В 1960 – 1970х гг. большой вклад в развитие электроразведки постоянным током внесли А. И. Заборовский, Л.М. Альпина, В.Н. Дахнова, А.Н. Тихонова, А.П. Краева, Е.Н. Каленова, А.М. Пылаева и др. Другие же методы электроразведки развивали Е.А. Сергеев (метод естественного тока), А.С Семенов (метод заряда), А.Г. Тархова, И.Г. Михайлова (метод индукции) и др.

Глава 2. Объекты изучения, современные цели и задачи исследований в выбранном разделе геологии

Электроразведка (точнее электромагнитная разведка) объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, основанные на изучении электрических и электромагнитных полей, существующих в Земле либо в силу естественных космических, атмосферных, физико-химических процессов, либо созданных искусственно. Используемые поля могут быть: установившимися, т.е. существующими свыше секунды (постоянными и переменными, гармоническими или квазигармоническими 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. С помощью разнообразной аппаратуры измеряют амплитудные и фазовые составляющие напряженности электрических (E) и магнитных (H) полей. Если напряженность и структура естественных полей определяется их природой, интенсивностью, а также электромагнитными свойствами горных пород, то для искусственных полей она зависит и от мощности источника, частоты или длительности, а также способов возбуждения поля. Основными электромагнитными свойствами горных пород являются удельное электрическое сопротивление (УЭС, или ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (η), диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости. Электромагнитные свойства геологических сред, вмещающей среды, пластов, объектов, а также геометрические параметры последних служат основой для построения геоэлектрических разрезов. Геоэлектрический разрез над однородным по тому или иному электромагнитному свойству полупространством принято называть нормальным, а над неоднородным - аномальным (www.astronet.ru). Непосредственной задачей, решаемой при помощи электроразведки, является определение геоэлектрического разреза исследуемого района. Имея сведения о нем, можно перейти к решению основной задачи – построению геологического разреза.

Электроразведочные исследования проводят в тесной связи с другими геофизическими и геологическими исследованиями. Эта связь обусловлена тем, что электроразведочные работы – один из этапов геологоструктурных или геологопоисковых работ. Конкретные задачи, решаемые при помощи электроразведки, вытекают из результатов предшествующих геологических работ, а данные, полученные в результате применения электроразведки, определяют методику и направление последующих геологических исследований. Комплексирование электроразведки с другими геофизическими методами позволяет в значительно повысить степень достоверности геологической интерпретации результатов полевых наблюдений.

Глава 3. Современные знания в данной области

3.1 Общая теория электроразведки

В основе теории электроразведки лежат уравнения Максвелла, являющиеся постулатами макроскопической электродинамики. Они включают в себя все основные законы электромагнетизма (законы Ома, Ампера, Кирхгофа и др.) и описывают поля в разных средах. Из уравнений Максвелла получается дифференциальное уравнение, названное телеграфным. Решая его, можно получить электрическую (E) компоненту поля в средах вдали от источника с электромагнитными параметрами ρ, ε, µ:

, где

Дифференцирование ведется по декартовым координатам (х, у, z) и времени (t). Уравнение для магнитной (H) компоненты поля аналогично (www.geo.web.ru).

Если геоэлектрический разрез известен, то с помощью этого уравнения и физических условий задачи, называемых условиями сопряжения, решаются прямые задачи электроразведки, т.е. получаются аналитические или численные значения E и H, которые соответствуют заданному геоэлектрическому разрезу. В теории электроразведки прямые задачи решаются для разных физико-геологических моделей (ФГМ) сред. Под ФГМ понимаются абстрактные геоэлектрические разрезы простой геометрической формы, которыми аппроксимируются реальные геолого-геофизические разрезы. Сложность решения прямых задач заключается в выборе моделей, близких к реальным, но таких, чтобы для избранного типа первичного поля удалось получить хотя бы приближенное решение для E или H. Для этого применяется математическое моделирование с использованием современных ЭВМ. В недалеком прошлом основным способом решения прямых задач для сложных ФГМ и разных по структуре типов полей являлось физическое моделирование на объемных или плоскостных моделях сред.

Наиболее простыми моделями сред являются:

1. однородное изотропное пространство или полупространство с одинаковыми электромагнитными свойствами (решения над ними называются соответственно первичным или нормальным полем источника);

2. анизотропное пространство или полупространство с электромагнитными свойствами, отличающимися в направлении и вкрест слоистости пород;

3. одномерные неоднородные среды, в которых свойства меняются в одном направлении. Такими ФГМ могут быть, например, вертикальные контакты двух сред, ряд вертикальных пластов или горизонтально слоистая среда с разными ρ;

4. двухмерные неоднородные среды, в которых электромагнитные свойства меняются в двух направлениях. Примером могут быть наклонные пласты или цилиндры, простирающиеся вдоль одного направления и отличающиеся по ρ от вмещающих горных пород;

5. трехмерные неоднородные среды, в которых свойства меняются по трем направлениям. Самой простой из подобных моделей является шар с разными ρ, α или η в однородном полупространстве.

В порядке увеличения сложности структуры первичных полей, а значит возрастания сложности решения прямых задач, используемые для электроразведки поля можно расположить в следующей последовательности: точечных и дипольных источников постоянного тока, плоских гармонических электромагнитных волн, сферических волн дипольных гармонических или импульсных источников, цилиндрических волн длинного кабеля и т.п. (www.astronet.ru).

Накопленный материал по физическому и математическому моделированию прямых задач электроразведки привел к созданию методов решения обратных задач, т.е. определению тех или иных параметров геоэлектрического разреза по наблюденным графикам E,Hили, например, кривым КС (кажущееся сопротивление). Решение обратных задач неоднозначно в силу его некорректности, как и всех обратных задач математической физики. Некорректность проявляется в том, что малым изменениям наблюденных параметров поля могут соответствовать большие изменения параметров разреза. Этот физический факт получил название принципа эквивалентности. Принципом эквивалентности объясняется, например, невозможность точного определения мощностей (h_i ) и удельных электрических сопротивлений (ρ_i ) тонких слоев, горизонтально слоистого разреза, хотя такие параметры, как продольные проводимости (S_i = h_i / ρ_i ) либо поперечные сопротивления (T_i = h_i * ρ_i ), в определенных разрезах рассчитываются однозначно.

Методы решения обратных задач электроразведки являются основой количественной интерпретации данных электроразведки. Сущность их сводится к подбору и сравнению полевых графиков и кривых с теоретическими, полученными в результате решения прямых задач. Для этого созданы альбомы типичных теоретических кривых (палетки) или программы для их теоретического расчета с помощью ЭВМ.

Применение электроразведки позволяет удешевить и ускорить геологические исследования за счёт сокращения объёма дорогостоящих горно-проходческих и буровых работ. Развитие электроразведки связано с разработкой новых методов, увеличением исследуемой глубины земной коры и повышением степени надёжности получаемых результатов.

3.2 Электромагнитные поля, используемые в электроразведке

Теория электроразведки базируется на теории электромагнитного поля.