2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...4
1. БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ВП - ИНДИКАТОР МЕРЗЛОГО СОСТОЯНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ...10
1.1.0 некоторых проблемах мерзлотной геофизики ... 11
1.2. Анализ результатов съемок МПП в северных районах и перспективы использования для геокриологического картирования быстропротекающей ВП в мерзлых породах ... 15
1.3. Результаты натурного эксперимента в Муйской долине ...26
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ ДИЭЛЕКТ-РИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МЕРЗЛЫХ ПОРОД ... 35
2.1. Краткие сведения о структуре и процессах формирования
мерзлых дисперсных пород ... 36
2.2. Электрические свойства мерзлых дисперсных пород ...40
2.2.1. Удельное электрическое сопротивление на
постоянном токе ... 40
2.2.2. Поляризуемость ...46
2.2.3. Диэлектрическая проницаемость ...47
2.3. Анализ моделей, объясняющих низкочастотную дисперсию диэлектрической проницаехмости мерзлых пород ... 56
2.3.1 .Компонентная модель и "макродиполь" Фролова ... 57
2.3.2."Природные конденсаторы" Сидорова ...61
2.3.3. Модель Кожевникова - первое приближение ... 66
2.3.4. Пленочный эффект в увлажняемых крупнодисперсных системах (Духин, Сорокина, Челидзе) ... 67
2.3.5. Обобщенная модель ...70
2.4. Моделирование эффекта Максвелла-Вагнера в мерзлых крупнодисперсных породах с порфировой структурой ... 74
2.4.1. Эффект Максвелла-Вагнера в гетерогенных средах
с порфировой структурой ... 76
3
2.4.2. Результаты моделирования ...80
2.4.3. Обсуждение результатов ... 86
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУКЦИОННО-ВЫЗВАННОЙ
ПОЛЯРИЗАЦИИ В МЕРЗЛЫХ ТОЛЩАХ ... 93
3.1. ВПИ в мерзлых средах: физика явления и параметры, используемые для описания ... 94
3.1.1. Эффективные параметры геологической среды и модель
Коул-Коул ...95
3.1.2. Процесс поляризации мерзлой горной породы ...99
3.1.3. Связь между параметрами формулы Дебая, удельной электропроводностью и поляризуемостью мерзлой
горной породы ... 106
3.1.4. Воздействие импульсного незаземленного источника (петли) на мерзлые породы: фундаментальные и поляризационные токи ... 111
3.2. Моделирование переходных характеристик незаземленной
петли в присутствии мерзлых геологических сред ... 114
3.2.1. Обоснование геоэлектрической модели мерзлой породы
на уровне "параметров" среды ... 114
3.2.2. Обоснование типов и параметров геоэлектрических
моделей на макроуровне ... 118
3.2.3. Представление результатов моделирования ... 120
3.2.4. Однородное полупространство ... 125
3.2.5. Двухслойная среда с мерзлым верхним слоем ... 135
3.2.6. Двухслойная полупространство с талым верхним слоем ... 137
3.2.7. Обсуждение результатов ... 140
Заключение ...147
Список литературы ... 149
15
1.2. Анализ результатов съёмок МПП в северных районах и перспективы использования для геокриологического картирования быстропротекающей ВП в мёрзлых породах
Мысль о том, что быстропротекающие процессы вызванной поляризации можно использовать для диагностики состояния горных пород (талые/мерзлые), оценки их температуры и, возможно, льдистости возникла в связи с анализом результатов применения методов переходных процессов (МПП) в условиях криолитозоны.
Как известно, традиционная теория МПП разрабатывалась в квазиста-ционарном приближении на основе модели геологической среды с частотнонезависимыми удельной электропроводностью а и магнитной проницаемостью ц (Каменецкий, 1997; Сидоров, 1985). Редкие попытки учесть влияние диэлектрической проницаемости s ограничивались случаями, когда этот параметр не зависит от частоты (Макагонов и др., 1987; Уэйт, 1987; Bchattacha-гуа, 1964). При этом делался вывод, что влиянием г можно пренебречь (за исключением тех случаев, когда удельное электрическое сопротивление р геологической среды очень велико и/или измерения выполняются на предельно ранних временах).
Вопросы теории и результаты практического применения традиционной импульсной индуктивной электроразведки криолитозоны изложены в работах якутских геофизиков (Ним, 1991; Ним и др., 1994). Неудивительно, что метод переходных процессов оказался наиболее эффективным при картировании низкоомных литологических комплексов, а также талых пород среди вмещающих их мерзлых - таликов и, в особенности, криопэгов. Модельные примеры использования зондирований методом переходных процессов для расчленения мёрзлой ВЧР приведены в монографии Вахромеева, Павлова, Джурика и др. (1989), а также в учебном пособии по экологической геофизике (Вахромеев, 1995).
16
Интересный, классически спланированный эксперимент по применению зондирований методом переходных процессов для изучения толщи многолетнемерзлых пород был осуществлен в Канадской Арктике (Rosenberg et al., 1985). Зондирования проводились по сейсмическим профилям с помощью аппаратуры Geonics ЕМ-37. Особенность методики полевых наблюдений заключалась в том, что на каждом пункте выполнялись два зондирования - с генераторными петлями 500м х 500м и 200м х 200м, благодаря чему удалось повысить разрешающую способность и надежность данных ЗМПП. Изучение геоэлектрического строения самой верхней - до глубины порядка 50м - части геологического разреза осуществлялось с помощью низкочастотного индукционного метода, позволившего выделить приуроченные к озерам и рекам приповерхностные таликовые зоны. В результате выяснилось, что толща многолетних пород представлена двумя субгоризонтальными зонами - верхней, с выдержанным по вертикали удельным электрическим сопротивлением, и нижней, удельное электрическое сопротивление которой монотонно убывает с глубиной от 600-1000 Ом м до 30 Ом м. Мощность верхней зоны составляет 100-300м, нижней - около 200м. Подошва нижней зоны определена по изооме 30 Ом м. Полученная с помощью ЗМПП информация была использована для внесения поправок в сейсмические данные и, в частности, для устранения ложных аномалий на временных разрезах МОВ, возникавших вследствие неконтролируемых вариаций скорости в мёрзлой ВЧР.
С конца 60-х годов в геофизической литературе начинают появляться сообщения о немонотонных и, в том числе, знакопеременных переходных процессах. Чаще всего такие процессы наблюдались вблизи скоплений сульфидов и других электронных проводников, а сами искажения “попадали” во временной интервал порядка 1-10 мс (Балакин и др., 1979; Журавлёва, Ули-тин, Крестинин и др., 1977). Эти процессы - особенно в тех случаях, когда использовалась однопетлевая или совмещенная установки - не находили разумного объяснения в рамках традиционной теории индуктивной электроразведки. Проблему удалось решить путем учёта частотной дисперсии удельной
- Київ+380960830922