Электроразведка. Электромагнитные зондирования

1. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА
Электрическая разведка или просто электроразведка - это большая
группа геофизических методов изучающих электромагнитные поля
различной природы. Целью этих исследований является определение
электромагнитных
характеристик
геологической
среды
(сопротивление (Ом), проводимость (Сименс (См)), поляризуемость
(%) и т.д.), зная которые можно получить ценную информацию о
строении изучаемого участка или района.
В нефтяной и газовой геологии чаще всего используют
электромагнитные зондирования

2. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Электромагнитные зондирования используются при структурных
исследованиях, поисках, разведке месторождений нефти и газа.
Основные методы в нефтяной и газовой геологии:
1.Зондирование становлением поля в ближней зоне
2. Метод теллурического зондирования
3. Вертикальное электрическое зондирование
4. Метод естественного электрического поля

3. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Зондирование становлением поля в ближней зоне (ЗСБ)
Зондирование становлением поля в ближней зоне (метод ЗСБ) - широко известная и развитая в мире
технология индуктивной импульсной электроразведки.
В процессе зондирования используется
установка, состоящая из незаземленных генераторной
и приемной петель, расположенных на поверхности
земли, размеры которых определяются требуемой
глубиной исследования.
Процесс возбуждения поля в исследуемой
среде вызывается включением - выключением тока в
генераторной петле.
Это поле вызывает в приемной петле ЭДС,
которую называют «переходной характеристикой
среды» или «сигналом становления поля».
В результатах измерений этой ЭДС
содержатся сведения об исследуемой среде,
характеристики которой затем определяются в процессе
интерпретации.

4. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
При изменении силы тока в источнике в
проводящей среде возникает неустановившееся
электромагнитное поле, то есть имеет место
процесс становления поля.
В начальный
момент времени (на малых
временах измерения после
переключения тока в питающей
петле) вторичные токи
распределяются в
приповерхностной части
разреза.
Затем, с течением
времени, (на больших временах
измерения после переключения
тока в питающей петле) токи
начинают проникать в более
глубокие слои, затухая с
удалением от источника.
Поверхность земли

5. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Варианты технологии
ЗСБ с размерами генераторых
петель 0,4 - 1 км обеспечивают
глубинность исследований до 1 3 км, что позволяет решать
задачи, связанные региональным
изучением территорий или с
поиском нефти и газа:
изучение
геологического
строения
осадочных
бассейнов;
- прогноз коллекторов, зон
разломов;
-структурно-картировочные,
фациально-картировочные
задачи;
- исследование фундамента,
выявление зон разуплотнения.

6. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Сейсморазведка
ЗСБ
+

7. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Метод теллурического зондирования (МТЗ)
Метод магнитотеллурического зондирования (МТЗ) основан на изучении естественного переменного
электромагнитного поля Земли – магнитотеллурического поля (МТ-поля).
Природа низкочастотного (менее
1 Гц) МТ-поля в первую очередь связана с
взаимодействием исходящего от Солнца и
изменяющегося во времени потока заряженных
частиц (солнечного ветра) с магнитосферой и
ионосферой Земли. Магнитные бури –
интенсивные изменения поля (в магнитных
компонентах – до многих сотен нТл), для
которых характерен резкий (в течение первых
часов) рост напряженности и ее последующий
длительный
(продолжительностью
до
нескольких суток) спад.
Высокочастотные
вариации
связаны в основном с полями дальних гроз
(преимущественно тропической области) и
называются атмосфериками. Они наиболее
интенсивны в диапазоне частот от первых Гц до
первых кГц. Причем в этом диапазоне имеется
ряд резонансных частот (где колебания
особенно велики).

8. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Земная поверхность
Километры
Естественное
электромагнитное
поле
содержит
колебания
различной
частоты.
За
счет
явления
скин-эффекта
более
высокочастотные колебания МТполя быстрее затухают с глубиной,
в то время как низкочастотные
компоненты спектра проникают на
большие глубины. Соответственно,
высокочастотные
составляющие
поля несут информацию лишь о
приповерхностной части разреза.
С понижением частоты вклад
более глубоких частей разреза в
наблюдаемое поле возрастает, и
мы получаем информацию о
глубинной части геоэлектрического
разреза.
Скин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных
волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В
результате этого эффекта, например, переменный ток высокой
частоты при протекании по проводнику распределяется не
равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.

9. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Измеряемыми величинами являются электрические (Ех и Еу) и магнитные (Нх, Ну и Нz)
составляющие. Величину сопротивления среды определяет импеданс – отношение
горизонтальных составляющих электромагнитного поля — электрической к магнитной
(Ех/ Ну) и (Еу/ Нх) на различных периодах (частотах) колебаний поля.
Регистрируемые параметры
Нх Еу
Ну Ех
Расчетные параметры
ρху, ρух
ɸху ɸух

10. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Пример регионального прогноза нефтегазоносности по данным МТЗ

11. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Пример выявления аномалий, связанных с залежами нефти по данным МТЗ

12. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ)
Электрическое зондирование - это такая
модификация метода сопротивлений на
постоянном или низкочастотном (до 20 Гц)
токе, при котором в процессе работы
расстояние между питающими электродами
(разнос)
постепенно
увеличивается.
Соответственно увеличивается и глубинность
исследований.
Искусственные
постоянные
электрические поля создаются с помощью
батарей, аккумуляторов или генераторов
постоянного тока, подключаемых с помощью
изолированных проводов к стержневым
электродам – заземлителям.
Генератор постоянного тока

13. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Физические основы ВЭЗ
Пусть электрод А посылает в Землю ток силой I
(Ампер). Сопротивление воздуха бесконечно велико,
поэтому весь ток растекается в Земле, имеющей
сопротивление (Ом). Земля однородна,
следовательно, ток от источника течет равномерно по
всем направлениям, т.е. линии плотности тока
представляют собой прямые лучи, исходящие из точки
А. Окружим точку А полусферой S произвольного
радиуса r с центром в точке А. Очевидно, что сила тока,
проходящая через нее, равна полной силе тока I.
Следовательно, плотность тока в любой точке M,
расположенной на полусфере, равна силе тока,
деленной на площадь полусферы. Из этого следует:
U=(I×ρ)/2πr

14. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Симметричная четырехэлектродная
установка (установка Шлюмберже)
Глубинность
исследования зависит от
расстояния между питающими электродами
(AB), чем больше это расстояние, тем больше
глубинность. Для одной точки зондирования
измерения
проводятся
для
различных
расстояний между питающими электродами
AB. При этом необходимо следить, чтобы
соотношение между расстоянием AB и MN не
было слишком большим (не более 20), в
противном случае измеряемое на MN
напряжение будет слишком маленьким и, как
следствие, уровень помех будет слишком
большим. Чтобы избежать этого, увеличивают
разнос MN.

15. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
ВЭЗ применяются, как правило для поиска и разведки неглубоко залегающих залежей углеводородов
(например природные битумы) (до глубин 500, редко 1000 м). Это связано с тем, что реальная
глубинность исследований методов ВЭЗ составляет примерно 1/5 от АВ. Т.е. для достижения глубины в 1
км необходимо использовать питающую линию АВ длинной 5 км и более, что не всегда выполнимо и
малопроизводительно.
Пример выявления залежи битумов по данным ВЭЗ

16. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Пример уточнения строения залежи битумов по данным ВЭЗ
3-D модель по данным ВЭЗ
+
3-D модель по данным ГИС

17. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Метод естественного электрического поля
Для обнаружения естественного электрического поля можно воспользоваться достаточно
простым устройством, представляющим собой провод, к концам которого прикреплены
электроды, не создающие собственные электрические поля (неполяризующиеся электроды).
Один из электродов соединен с проводом через потенциометр (микровольтметр). К естественным
постоянным электрическим полям (ЕП) относятся поля электрохимической
природы,
представляющие наибольший интерес, с точки зрения поисков месторождений
углеводородов
Электроразведочная установка для измерения естественного
электрического поля
Вариации электрического поля

18. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
ПОЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ
U
Интенсивность
потенциалов
ЕП
определяется распределением кислорода по
глубине и изменением водородного показателя
кислотности подземных вод (pH).
В верхних частях залежей, где больше
атмосферного кислорода, идут окислительные
реакции,
которые
сопровождаются
освобождением электронов.
В нижних частях залежей, где преобладают
застойные воды, идут восстановительные
реакции с присоединением электронов.
Данное явление может наблюдаться в
близи нефтяных (газовых, битумных) залежей,
когда под действием углеводородов и бактерий
формируются
скопления
сульфидов
и
магнетита.

19. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий
Пример локального прогноза
нефтеносности по данным ЕП
Пример регионального прогноза нефтеносности по данным ЕП

20. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий

21. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Институт геологии и нефтегазовых технологий