Процессы разуплотнения горных пород. Электромагнитное поле в моделях разуплотненных структур трещиноватого типа. Зависимость электропроводности горных пород от доли трещин и их заполнения в процессе разуплотнения высокоомным или низкоомным флюидом.
Исследована зависимость электропроводности горных пород от доли трещин и их заполнения в процессе разуплотнения высокоомным или низкоомным флюидом. Показана возможность мониторинга динамики разуплотнения горных пород методами магнитотеллурических зондирований и становлением поля. Установлены критерии, позволяющие по знаку аномального сигнала становления поля судить о величине электропроводности заполняющего трещины (поры) флюида. Под воздействием механических напряжений в земной коре происходят процессы разуплотнения горных пород.Рассмотрим немагнитную изотропную вмещающую среду электропроводности , испещренную системой ориентированных в некотором направлении трещин, заполненных немагнитным флюидом электропроводности . Хотя локальные свойства такой среды являются изотропными, в среднем она ведет себя подобно одноосной анизотропной среде, характеризуемой тензором эффективной электропроводности с компонентами и [Бурсиан, 1972, Уэйт, 1987, Губатенко, 1991, Губатенко, Бердичевский, Светов, 1992]. , Для оценки изменения степени электропроводности среды в зависимости от доли трещин приведем эти формулы к безразмерному виду, вводя обозначения для относительных компонентов и тензора электропроводности. Действительно, в случае <1 и напряженность электрического поля ориентирована поперек направления трещин, то процесс трещинообразования при наблюдении электромагнитного поля не будет заметен, а если вдоль, то по измерениям поля становится возможным определить момент зарождения трещин. Случай <1 (трещины заполнены высокоомным флюидом - газом или нефтью) прямо противоположен только что рассмотренному - при малом параметре относительная компонента а заметно меньше единицы, то есть обнаружение ранее трещинообразования электромагнитными методами невозможно для напряженности электрического поля, ориентированной вдоль направления трещин, и доступно в случае поперечного относительно направления трещин электрического поля.В качестве примера, иллюстрирующего возможности методов для электроразведки для мониторинга динамики разуплотнения горных пород, рассмотрим в прямоугольной декартовой системе координат х, у, z четырехслойную модель немагнитной (магнитная проницаемость Гн/м среды (рис. Его анизотропия вызвана тем, что в нем (первоначально изотропном электропроводности ) образовались трещины, ориентированные вдоль оси OY, наклоненные под углом ? к оси OZ и заполненные флюидом электропроводности . Таким образом, если доля трещин во втором слое равна , то в прямоугольной декартовой системе координат x", y", z", связанной с координатами x, y, z соотношениями тензор определяется матрицей где , вычисляются по формуле (1). Учитывая это, а так же то, что в возбуждающем поле = 0, запишем уравнения Максвелла в первом и третьих слоях для единственных отличных от нуля компонентов поля Ех, Ну : Во втором анизатропном слое электромагнитное поле определяется компонентами связанные соотношениями В первом варианте = 0.2СМ/м, что соответствует минерализованной среде, а во втором случае - трещины заполняются высокоомным флюидом (например, газом или нефтью) и поэтому = 10-9 СМ/м.При заполнении трещин высокоомным флюидом прогноз раннего трещинообразования методами электроразведки возможен для напряженности электрического поля, ориентированной поперек направления трещин, а при заполнении низкоомным флюидом - вдоль. Если трещины наполняются высокоомным флюидом, то изменение электромагнитного поля может быть замечено на ранних этапах трещинообразования, при 0,001% доле трещин.
Вывод
1. Эффективная электропроводность горных пород может заметно изменяться при возникновении в них относительно малой доли трещин.
2. При заполнении трещин высокоомным флюидом прогноз раннего трещинообразования методами электроразведки возможен для напряженности электрического поля, ориентированной поперек направления трещин, а при заполнении низкоомным флюидом - вдоль.
3. Если трещины наполняются высокоомным флюидом, то изменение электромагнитного поля может быть замечено на ранних этапах трещинообразования, при 0,001% доле трещин. С увеличением доли трещин изменения электромагнитного поля становится менее значимым. В случае же заполнения трещин низкоомным флюидом (например, минерализованной водой) изменение электромагнитного поля наиболее заметно при более 0,1% трещин во вмещающей среде.
4. По знаку аномального сигнала становления поля можно судить о проводимости флюида, наполняющего трещины.
Список литературы
1. Бердичевский М.Н., Жданов М.С. Интерпретация аномалий переменного электромагнитного поля Земли. М.: Недра, 1981. 327 с.
2. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. Л.: Недра, 1972. 368 с.
3. Губатенко В.П. Эффект Максвелла-Вагнера в электроразведке//Изв. АН СССР. Физика Земли. 1991. №4. С. 88-98.
4. Губатенко В.П., Бердичевский М.Н., Светов Б.С. Магнитотеллурическое зондирование вертикально-трещиноватых сред //Изв. АН СССР. Физика Земли. 1992. №4. С. 3-17.
5. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996. 447 с.
6. Огаджанов В.А. Концепция геофизических исследований, основанная на явлении дилатации горных пород // Геофизика. 1998. №4. С. 10-14.
7. Уэйт Дж. Р. Геоэлектромагнетизм: Пер. с англ. Ред. пер. Бердичевский М.Н. М.: Недра, 1987. 235 с.
Размещено на .ur
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
