Способ определения литологического состава мерзлых пород

Авторы патента:

G01V3/02 - путем распространения электрического тока

Владельцы патента RU 2420765:

Тен Константин Макарович (RU)

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданских и промышленных объектов в криолитозоне. Технический результат: снижение стоимости работ и повышение информативности за счет определения литологического состава мерзлых пород без данных бурения и использования общих сведений о геологическом строении района исследований. Сущность: в пунктах профиля вводят в Землю ток через пару питающих электродов. Измеряют величину тока и разность потенциалов между парой приемных электродов. Перемещают питающие электроды с шагом, равным 1 м. симметрично относительно центра до предельного расстояния между питающими электродами, обусловленного заданной глубиной исследования. По результатам измерений вычисляют кажущееся удельное сопротивление. По данным кажущегося удельного сопротивления строят график его изменения в зависимости от полуразносов питающих электродов. По графику кажущегося удельного сопротивления вычисляют удельные сопротивления мерзлых пластов. По данным удельных сопротивлений мерзлых пластов вычисляют содержание в процентах глины в единичном объеме породы по формуле:

где ρ_гл - удельное сопротивление глины, которая в разрезе криолитозоны характеризуется как постоянная величина, в среднем равная 100 Ом·м, ρ_мпл - удельное сопротивление мерзлого пласта. По содержанию глины определяют литологический состава песчано-глинистого комплекса мерзлых пород. 1 табл., 2 ил.

Способ относится к технической физике и может быть использован для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданского и промышленного объектов в криолитозоне.

Известен способ оценки литологического состава мерзлых пород с использованием геоэлектроразведки, для определения геоэлектрических параметров среды, где в пунктах профиля вводят в Землю ток через пару питающих электродов. Измеряют величину этого тока и разность потенциалов между парой приемных электродов, последовательно перемещают питающие электроды симметрично относительно центра до предельного расстояния, обусловленного заданной глубиной исследования.

По результатам измерений разности потенциалов и величины тока вычисляют кажущееся удельное сопротивление по формуле [4]:

где К - коэффициент симметричной установки AMONB;

ΔИ - разность потенциалов между парой приемных электродов MN;

J - величина тока введенного через питающие электроды АВ.

По графикам кажущегося удельного сопротивления, совмещая их с теоретическими графиками кажущегося удельного сопротивления, добиваясь предельного совпадения определяют удельные сопротивления пластов и, сравнивая их с данными бурения, оценивают литологический состав пород в пунктах наблюдения по профилю исследования [3, 4]. Недостатком данного способа является то, что он требует больших финансовых затрат для бурения скважин и ограничена возможность точности оценки мощностей и удельных сопротивлений мерзлых пород.

Известен способ геоэлектроразведки, где по графикам кажущегося удельного сопротивления осуществляют детальное геоэлектрическое определение мощностей и удельных сопротивлений мерзлых пластов и, сравнивая их с данными бурения, оценивают литологический состав пласта в разрезе криолитозоны [6].

Недостатком этого способа является то, что он сопровождается дорогостоящим бурением скважин.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков. Это достигается тем, что способом геоэлектроразведки только по данным кажущегося удельного сопротивления определение литологического состава мерзлых пород осуществляется без бурения, что снижает стоимость работ и повышает геологическую эффективность.

На фиг.1 отображен график кажущегося удельного сопротивления (I), отрезки на нем прямой по точкам измерений с интервалом через один метр (1-9) и удельные сопротивления мерзлых пластов (II).

На фиг.2 по профилю исследования показан геокриологический разрез А-А.

Способ осуществляется следующим образом.

Участок территории исследования обследуется, и затем на местности намечают профили и пункты наблюдений с соответствующими нумерациями. При выполнении наблюдений в пунктах профиля записывается номер наблюдения и соответствующий ему пункт профиля. Наблюдение, как правило, начинают с измерения разности потенциалов между приемными электродами MN при стабилизированной величине тока, введенной в Землю через пару питающих электродов АВ. При этом величину разносов питающих электродов выбирают такой, чтобы расстояние между ними в два раза превышало мощность исследуемой толщи пород, а отношение длины между приемными и питающими электродами не превышают 0,1.

Кажущееся удельное сопротивление (ρ_к) вычисляют по формуле:

где К - коэффициент симметричной установки AMONB;

ΔИ - разность потенциалов.

По совокупности данных кажущегося удельного сопротивления, наблюдаемых в пункте профиля от первого и до конечного расстояния АВ, обусловленного глубиной исследования, строят график кажущегося удельного сопротивления в зависимости от расстояния между питающими электродами АВ (фиг.1, I).

По терминологии в геоэлектроразведке этот график принято называть вертикальным электрическим зондированием (ВЭЗ).

По данным графика кажущегося удельного сопротивления вычисляют удельное сопротивление мерзлых пластов по формуле [2]:

где ρ_i- удельное сопротивление i-того пласта,

(АВ/2) - полуразнос расстояния питающих электродов АВ,

ρ_к - кажущееся удельное сопротивление.

Результаты вычисления удельных сопротивлений мерзлых пластов отображены в нижеприведенной таблице.

Заданные параметры способа	Измеренные параметры способа	Вычисленные параметры способа
АВ/2	MN/2	К	ΔИ	J	ρ_k	R_k	ρ
0,5	0,05	0,4	230	2,4	22,8	11,4	22,8
1	0,1	1,02	80	4,4	18,5	18,5	14,2
1,5	0,1	2,33	25,8	3,7	16,2	24,3	11,6
2	0,1	4,16	11,5	3,4	14,1	28,2	7,8

Последовательность операций по вычислению удельного сопротивления мерзлых пластов в соответствии с формулой вычисления удельного сопротивления мерзлого пласта (ρ_i):

1. Δ(АВ/2)=(AB/2)_I-(АВ/2)_i-1

2. R_к=(АВ/2)·ρ_к

3. ΔR_к=R_кi-R_кi-1

После вычисления удельных сопротивлений мерзлых пластов геокриологического разреза строят график-диаграмму их распределения в вертикальном направлении (сверху вниз) в соответствующем масштабе (фиг.1; II).

Затем, используя данные удельных сопротивлений мерзлых пластов, вычисляют содержание в процентах (%) глины единичном объеме мерзлой породы по формуле:

где А - содержание в процентах (%) глины в единичном объеме мерзлой породы;

ρ_гл - удельное сопротивление глины, которая в разрезе криолитозоны характеризуется как постоянная величина, в среднем равная 100 Ом·м;

ρ_мпл - удельное сопротивление мерзлого пласта.

Содержание глины в единичном объеме мерзлой породы отождествляется с принятой классификацией литологического состава песчано-глинистого комплекса пород [5]. По результатам определения литологического состава мерзлых пластов строят геокриологический разрез по профилям участка исследования.

Пример.

На участке территории полуострова Ямал предложенным способом были выполнены наблюдения в четырех пунктах профиля исследования (фиг.2: ВЭЗ-8 скв. 6; ВЭЗ-10 скв. 5; ВЭЗ-3, СКВ. 18; ВЭЗ-1, скв. 20). Выполнение операций способа по вышеизложенной последовательности позволяет определить литологический состав мерзлых пластов в том числе и содержание глины как компоненты электропроводности в ледяном столбообразном массиве и построить геокриологический разрез А-А, необходимый для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданского и промышленного объектов в криолитозоне. На фиг.1 показаны результаты расчета по определению литологического состава мерзлых пластов сверху вниз (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Приведем пример определения литологического состава мерзлых пластов шесть (6) и девять (9) по их удельному сопротивлению, равному 500 и 800 Ом·м с помощью расчетной формулы.

В разрезе криолитозоны удельное сопротивление глины в среднем равно 100 Ом·м. На данном разрезе (фиг.1) удельное сопротивление глины, установленное по данным кажущегося удельного сопротивления, равно 100 Ом·м (пласты 2, 4). Отсюда по формуле:

где

А - содержание глины (%) в единичном объеме породы;

ρ_ГЛ - удельное сопротивление глины;

ρ_МПЛ - удельное сопротивление мерзлого пласта.

Содержание глины 0,2% в единичном объеме мерзлой породы согласно принятой классификации песчано-глинистого комплекса геологических образований относится к суглинкам средним (см. фиг.1, пласт - 6).

Другой пример.

Содержание глины 0,12% - относится к породе, по составу, определяющейся как суглинки легкие (см. фиг.1. пласт - 9).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Su 1223179 А.

2. Методические рекомендации по использованию ВЭЗ для детального расчленения разреза при решении гидрогеологических и инженерно-геологических задач. Составители: Е.А.Попов, К.М.Тен, Г.Н.Фунтиков, В.И.Селяков, С.П.Глушко. М. 1990, Издание ВСЕГНГЕО. Мингео СССР, 53 с.

3. Методы геофизики в гидрогеологии и инженерной геологии./ Под ред. М.И.Фазлуллина. М.: Недра, 1985 г. - 184 с.

4. Дахнов В.Н. Электрическая разведка нефтяных и газовых месторождений. М.: Гостоптехиздат, 1958 г. - 494 с.

5. Сергеев Е.М. Грунтоведение. Изд-во МГУ, М., 1959 г. - 334 с.

6. Тен К.М., Крицук Л.Н. Геологическое изучение и использование недр. Информационный сборник. Геоинформмарк. М., вып.4, 2001 г. - 52 с.

Способ определения литологического состава песчано-глинистого комплекса мерзлых пород с использованием геоэлектроразведки, при котором в пунктах профиля вводят в Землю ток через пару питающих электродов, измеряют разность потенциалов между парой приемных электродов до предельного расстояния между питающими электродами, обусловленного глубиной исследования, при этом расстояние между питающими электродами выбирают таким, чтобы оно в два раза превышало мощность исследуемой толщи пород, а отношение расстояния между приемными и питающими электродами не превышало 0,1, наблюдения в пунктах измерений приводят с интервалом через один метр, вычисляют кажущееся удельное сопротивление по формуле

где К - коэффициент симметричной установки AMONB;
ΔИ - разность потенциалов между парой приемных электродов MN;
J - величина тока, введенного через питающие электроды АВ,
по совокупности значений кажущегося удельного сопротивления строят график кажущегося удельного сопротивления в зависимости от расстояния между питающими электродами АВ так, чтобы на графике получить отрезки прямой по двум точкам и более точкам измерений, по данным кажущегося удельного сопротивления определяют удельные сопротивления мерзлых пластов с использованием формулы:

где ρ_i - удельное сопротивление i-го пласта;
(АВ/2) - полуразнос расстояния питающих электродов АВ;
ρ_к - кажущееся удельное сопротивление,
вычисляют содержание глины в единичном объеме мерзлой породы по формуле:

где А - содержание глины в процентах (%) в единичном объеме мерзлой породы;
ρ_гл - удельное сопротивление глины, которая в разрезе криолитозоны характеризуется как постоянная величина, в среднем равная 100 Ом·м;
ρ_мпл - удельное сопротивление мерзлого пласта, на основании которого определяют литологический состав.

Изобретение относится к измерениям свойств геологических объектов. .

Способ геоэлектроразведки // 2332690

Изобретение относится к электроразведке методом электросопротивления. .

Устройство для морской электроразведки и способ морской электроразведки в движении судна // 2328019

Изобретение относится к области разведочной геофизики. .

Устройство для морской электроразведки в движении судна и способ морской электроразведки // 2253881

Способ проведения инженерно-геологических изысканий // 2226281

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для получения данных о строении верхней части разреза (ВЧР) горных пород для выдачи рекомендаций под строительство технических сооружений, преимущественно на участках переходов через водные преграды.

Способ геоэлектроразведки // 2213982

Изобретение относится к области геофизических методов поиска и разведки полезных ископаемых и может быть использовано для определения параметров геологического разреза и выявления в нем локальных неоднородностей.

Устройство для поиска геопатических зон // 2169932

Способ экспресс-прогноза землетрясений // 2163384

Изобретение относится к области сейсмологии, в частности, в системах наблюдения и обработки данных для прогнозирования землетрясений. .

Устройство для геоэлектроразведки // 2158940

Изобретение относится к устройствам для частотных зондирований с магнитным и электрическим возбуждением электромагнитного поля. .

Датчик напряженности электрического поля (варианты) // 2122223

Изобретение относится к электрофизическим измерениям, в частности для измерений плотности тока проводимости либо напряженности электрического поля, и может быть использовано в океанологии, геофизических исследованиях, электроразведке.

Способ геоэлектроразведки // 2426153

Изобретение относится к геоэлектроразведке и предназначено для регистрации внутренних изменений структуры массива горных пород, в частности образования закрытых полостей, трещиноватых зон, зон тектонического дробления

Способ совмещения трехэлектродного, вертикального и однополярного электрических зондирований // 2427007

Изобретение относится к электроразведке методом электросопротивления

Комплексный инструмент для электродного измерения удельного сопротивления и эм телеметрии // 2449120

Изобретение относится к способу и устройству для интегрирования измерений удельного сопротивления в электромагнитный ("ЭМ") телеметрический инструмент

Система контроля предвестников локальных поверхностных землетрясений // 2469358

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при мониторинге катастрофических явлений, например землетрясений

Устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости потока жидкости // 2497153

Устройство относится к электроизмерениям и может быть использовано для исследования турбулентности в потоке слабо электропроводящей жидкости, например морской или пресной воды. Устройство содержит диэлектрический корпус обтекаемой формы с установленными на нем измерительными электродами, измерительный блок, включающий в себя усилители, к входам которых подключены электроды, сумматор, входы которого соединены с выходами усилителей, а также дополнительный электрод, при этом измерительные электроды выполнены в виде проволок с изолированной боковой поверхностью, собранных в жгут или пучок с шлифованным торцом, минимальное расстояние между которым и дополнительным электродом превышает размер зоны турбулентности, число усилителей равно числу измерительных электродов, каждый из которых соединен с входом соответствующего усилителя, а дополнительный электрод соединен с общей шиной измерительного блока. Дополнительный электрод выполнен в виде установленного на диэлектрическом корпусе полого металлического цилиндра, площадь поверхности которого на порядок и более превышает суммарную площадь торцевой поверхности измерительных электродов, при этом жгут из проволок, в виде которых выполнены измерительные электроды, установлен внутри второго электрода так, что его торец выступает за край дополнительного электрода. Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении разрешающей способности и повышении точности измерения мелкомасштабных флуктуаций скорости потока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Донная станция для морских геофизических исследований // 2510051

Изобретение относится к области разведочной геофизики и может быть использовано для прогнозирования залежей углеводородов под морским дном и изучения глубинного строения земной коры. Предлагается донная станция для морских геофизических исследований, содержащая корпус, в котором расположен блок плавучестей, регистратор сигналов, подвижные штанги с неполяризующимися электродами, датчики, включая индукционные, размыкатель, антенну, блок питания и якорь. В качестве датчиков донная станция дополнительно содержит феррозондовый трехкомпонентный датчик. Причем хотя бы два устройства из группы, включающей в себя датчик, регистратор, блок питания и акустическую систему, помещены в отдельные герметичные корпусы, отнесенные от корпуса станции на расстояние 2-5 метров и связанные с корпусом с помощью консолей. Индукционные датчики, находящиеся внутри корпуса станции, расположены таким образом, чтобы центры индукционных катушек находились максимально близко друг к другу. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 з.п.ф-лы, 2ил.

Сенсорное устройство и способ электроразведки залежей минерального сырья // 2541382

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при исследовании залежей минерального сырья в геологической среде. Изобретение относится к сенсорному устройству и способу геоэлектрического исследования местоположения, стратиграфической разбивки и простирания залежей минерального сырья и смежных горных пород, оконтуривающих данные залежи. Заявленное сенсорное устройство имеет сенсорную головку (51), торцевая поверхность которой образует сенсорную измерительную поверхность (53), и по меньшей мере один электрод. Согласно изобретению сенсорная головка (51) может устанавливать контакт с поверхностью геологической среды, и центральный электрод (54) и множество наружных электродов (55), расставленные геометрически единообразно вокруг центрального электрода (54), располагаются на сенсорной измерительной поверхности (53). Причем центральный электрод (54) и наружные электроды (55) являются электропроводными и электрически изолированными друг от друга. Технический результат - повышение точности данных исследования залежи непосредственно в процессе ее разработки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ геоэлектроразведки // 2545309

Изобретение относится к многоканальным геофизическим исследованиям и предназначено для решения инженерно-геологических, шахтных, геотехнических, экологических задач, поиска полезных ископаемых и подземных вод. Способ геоэлектроразведки зондирования геологической среды основан на использовании многоканальной установки в виде косы, предназначенной для выполнения групповых зондирований. Установка представляет собой систему парных электродов, расположенных с постоянным шагом вдоль профиля наблюдений, выполняющих в процессе зондирования последовательно функцию как приемных, так и питающих линий. Данная установка в отличие от аналогов обеспечивает независимость задания длины приемной линии MN от шага между пикетами и разносами установки, снижение при необходимости переходного сопротивления питающей линии посредством подачи тока в землю спаренными электродами, повышение плотности наблюдений за счет получаемого дополнительного зондирования. Съемка с помощью данной установки обеспечивает постоянную максимальную глубину зондирования на каждом из пикетов группового зондирования путем применения методики встречных трехэлектродных установок. Технический результат заключается в возможности исследования массива горных пород в условиях ограниченного пространства с повышением производительности работ и информативности результатов измерений, осуществление опережающей разведки впередизабойного пространства, выполнение мониторинговых наблюдений, обеспечивающих контроль изменения свойств среды в пределах исследуемого участка. 2 ил.

Способ определения размеров выработки соляных куполов при строительстве подземных хранилищ газа // 2557371

Изобретение относится к области полевой электроразведки и служит для оценки размеров камеры в соляном куполе, образующейся при строительстве подземных хранилищ газа (ПХГ). Технический результат: возможность определения размеров соляной камеры в соляном куполе с использованием метода заряда. Сущность: способ включает себя использование двух питающих электродов. Первый электрод погружают в рабочую скважину. Второй электрод размещают на поверхности земли в «бесконечности». С помощью двух измерительных электродов, размещаемых на поверхности земли в окрестности первого питающего электрода, измеряют разность потенциалов в окрестности первого питающего электрода, опускают первый питающий электрод на подошву соляной камеры и после пуска тока проводят измерение потенциалов с помощью передвигаемого измерительного электрода не менее чем по четырем прямолинейным профилям, равномерно распределенным по азимуту, с длиной каждого профиля 50 м, с шагом по профилю не более 2 м. Фиксируют резкое увеличение измеренного потенциала при переходе границы неоднородных сред, составляющих стенки соляной камеры. Длину проекции камеры на дневную поверхность по соответствующему профилю определяют по точкам отрыва потенциала (резкие увеличения), измеренного по этому профилю и характеризующего границу перехода неоднородных сред в соляном куполе. 6 ил.

Способ электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений // 2579159

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске морских нефтегазовых месторождений. Сущность изобретения состоит в том, что для поисков морских нефтегазовых залежей используется эффект возникновения над ними аномалий концентрации тяжелых металлов, микроэлементы которых поступают из области залежи на поверхность морского дна. Химический анализ проб морской воды, отобранных в зоне аномалий, подтверждает значительное превышение значений содержания этих элементов над фоновыми в 3-80 раз. Приведенные теоретические и экспериментальные данные позволяют сделать вывод о возможности непрерывного изучения концентраций тяжелых металлов в морской воде с помощью ионоселективных электродов, избирательно реагирующих на отдельные металлы. При этом аномалии серебра и ртути являются мешающими факторами и должны быть введены соответствующие поправки. Технический результат - повышение точности получаемых данных.