Введение…………………………………..…………………………………....3
Глава 1. БВП при ЭМЗ на мерзлоте….……………………………….……...6
1.1 История изучения проблемы ………,…………………………..6
1.2 Теоретические основы метода зондирований становлением
поля
1.3 Явление БВП…
1.4 Влияние БВП на переходную характеристику ………..……..19
Глава 2. Численное моделирование ЗСБ для геоэлектрических разрезов в
дельте реки Лена
2.1 Исходные полевые данные……………………………………....21
2.2 Геоэлектрическая модель разреза по данным геологической
обстановки
2.3 Математическое моделирование кривых становления………..28
Глава 3. Инверсия результатов ЗСБ с петлями разных размеров……...…37
3.1 Многоразносные зондирования
3.2 Результаты совместной инверсии
3.3 Анализ полученных параметров БВП и сравнение с ранее
опубликованными данными
Заключение
Список литературы
Криосфера - одна из географических оболочек Земли, характеризующаяся
наличием или возможностью существования льда. Криолитозона - часть
криосферы, самый верхний слой земной коры, характеризующийся
отрицательной температурой пород и почв и наличием или возможностью
существования подземных льдов. Основным породообразующим минералом в
криолитозоне является лед (в виде пластов, жил), а также лед-цемент,
«связывающий» рыхлые осадочные породы. В криолитозоне выделяются слой
кратковременного и сезонного промерзания-протаивания (т. н. активный, или
деятельный слой, иногда СТС — сезонно-талый слой) и многолетняя
криолитозона («вечная мерзлота» или ММП — многолетнемерзлые породы).
Криолитозона включает в себя мерзлые породы, морозные породы и
охлаждённые породы. Охлаждённые породы засолены или насыщены
солёными водами и рассолами с температурами ниже 0 ℃ (криогалинными
водами). Многолетняя мерзлота явление глобального масштаба, общая площадь
вечной мерзлоты на Земле около 35 млн. км², она занимает не менее 25 %
площади всей суши земного шара. Содержание льда в промерзлых породах
варьируется от нескольких процентов до 90 %. Около двух третьих территории
России - районы многолетней мерзлоты. Наиболее широко она распространена
в Восточной Сибири и Забайкалье.
Геофизические методы являются эффективным инструментом для
неразрушающего контроля состояния геологической среды, и широко
используются при исследованиях мерзлых пород и инженерно-геологических
исследованиях в северных регионах. Применение геофизических методов
позволяет получать информацию о состоянии мерзлых пород в условиях их
естественного залегания. Электрические свойства мерзлой породы
определяются такими параметрами, как температура, влажность, криогенная
текстура, литологический состав. Наиболее чувствительны к изменениям этих4
параметров методы геоэлектрики. Так, если при изменении температуры от 0
до -20 ℃ скорость продольных сейсмических волн в глинистом материале
(влажность 10-15%) возрастает в среднем в два раза, то удельное электрическое
сопротивление увеличивается на два и более порядка [1]. При этом
электрические характеристики мерзлых пород (электропроводность,
диэлектрическая проницаемость) часто обладают частотной дисперсией. Ввиду
этого наиболее эффективными оказываются методы, использующие
переменные электромагнитные поля.
Промерзание резко увеличивает неоднородность горной породы, как на
макро, так и на микроуровне, что повышает вероятность возникновения
поляризационных явлений, приводящих к частотной дисперсии. Для
большинства мерзлых пород характерно явление быстро протекающей
вызванной поляризации (БВП) в килогерцовом диапазоне частот. Наиболее
известным проявлением БВП являются переходные процессы со сменой знака
сигнала при электромагнитных зондированиях (ЭМЗ) становлением поля в
ближней зоне (ЗСБ). Подобные процессы неоднократно наблюдались в
районах распространения вечной мерзлоты (Якуктия, В.А.Сидоров, п-ова Ямал,
Тазовский, В.Ю.Задорожная, Бурятия, Н.О.Кожевников, Аляска, G.Walker). В
частности, такие процессы были зафиксированы сотрудниками кафедры физики
Земли СПбГУ при работах в дельте р. Лена в 2016 г.
В последние время сообщения о проявлениях БВП публикуются все
чаще, в большинстве случаев БВП рассматривают как помеху, затрудняющую
исследования электропроводности среды в неполяризованном состоянии.
Количество публикаций, посвященных влиянию БВП на результаты ЗСБ, а
также моделированию и инверсии переходных характеристик с учетом БВП невелико.
Целью настоящей работы являлась оценка электрических свойств и
параметров вызванной поляризации мерзлых пород для некоторых типов5
мерзлых разрезов по данным ЗСБ с индуктивным источником (горизонтальной
петлей). Были поставлены следующие задачи:
1. Дать обзор исследований проявлений БВП при электромагнитных
зондированиях на мерзлоте.
2. Провести математическое моделирование ЗСБ для разрезов мерзлых
пород, характерных для дельты р. Лена.
3. Выполнить инверсию реальных данных ЗСБ, полученных с петлями разных размеров.
1. Необходимость изучения появления процессов БВП при ЗСБ на мерзлоте
в контексте использования этого явления для интерпретации данных ЭМЗ,
а не рассмотрения его как помехи, действительно интересует ученых. Для
уверенного выявления БВП и оценки ее параметров необходимо
проведение многоразносных зондирований (с петлями разных размеров).
2. В дельте р.Лена по результатам ЭМЗ методом ЗСБ были выявлены два
поляризационных процесса с постоянными времени порядка 10 и 1000 мкс.
3. Проведение математического моделирования влияния параметров ВП на
переходную характеристику показало сложное взаимодействие и взаимное
влияние двух поляризационных процессов, однако некоторые параметры
БВП независимо влияют на форму кривой спада.
4. В результате совместной инверсии данных многоразносных ЗСБ были
получены оценки параметров двух поляризационных процессов в рамках
модели Коула-Коула, которые согласуются с данными других авторов.
Наиболее вероятной причиной БВП на мерзлоте является эффект Максвелла-Вагнера
