Электромагнитные методы скважинной геофизики на рудных и угольных месторождениях

1.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ СКВАЖИННОЙ ГЕОФИЗИКИ НА РУДНЫХ
И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ.
к.г.-м.н. Редько Г.В., к.т.н. Лебедкин Л.В., Шувал-Сергеев А.Н. (ВИРГ-Рудгеофизика,
Россия)
Стивенс К., Казда Дж. (Фальконбридж Лтд., Канада)
Методы скважинной электроразведки, которые широко используются на рудных и угольных
месторождениях, охватывают широкую область
рабочих частот – от постоянного тока до десятков
мегагерц и выше. Рассматриваемые нами методы
занимают среднюю часть этого диапазона. На
частотах от десятков герц до десятков килогерц
работают методы, основанные на изучении индукционных полей, в первую очередь дипольное
электромагнитное профилирование в скважинах
(ДЭМПС) и межскважинное дипольное электромагнитное профилирование (МДЭМП). Основной
задачей этой группы методов является локализация объектов повышенной проводимости в околоскважинном пространстве и разделение слабоконтрастных проводящих пластов.
Более высокую область частот, от десятков
килогерц до десятков мегагерц, занимают методы
радиоволнового просвечивания (РВП), применяемые для изучения распределения электропроводности и диэлектрической проницаемости в межскважинном пространстве.
Как правило, методы, работающие в этих частотных диапазонах, используются совместно, но в
ряде случаев их раздельное применение также
дает хорошие результаты. В частности, индукционные методы с успехом решают задачи изучения
околоскважинного пространства на месторождениях с рудами или рудоконтролирующими структурами, характеризующимися достаточно низкими удельными сопротивлениями (менее 50 – 200
Омм) или выраженными магнитными свойствами
(медно-колчеданные, медно-никелевые, пиритцинковые руды, полиметаллические руды существенно галенитового состава, магнетитовые руды, железистые кварциты, антрацитовые угли и
т.п.).
Наибольшее распространение метод получил в
модификации ДЭМПС, обеспечивающего возможность радиального зондирования околоскважинного пространства и детальность информации
о геометрии проводников.
Основные задачи, решаемые ДЭМПС: выявление проводящих объектов на расстояниях до
100-150 м от исследуемой скважины, определение
их размеров, формы, элементов залегания (угол
падения, азимут простирания), характера выклинивания, неоднородности объекта по мощности и
проводимости и др. Среднестатистические погрешности определения угла встречи скважины с
плоскостью рудного тела при этом не превышают
2-3°, расстояния до ближайших границ проводника – не больше 10 %.
На рис.1а приведен сравнительно простой
пример выявления по данным ДЭМПС в скв.4
"слепого" рудного тела (медно-цинковое месторождение в Башкирии). Определено азимутальное
направление на объект и расстояние до него.
Удельное сопротивление выявленного объекта (34 Омм) соответствует массивным рудам данного
месторождения. По специальным палеткам оценивается мощность выявленного объекта (~20 м).
При последующем бурении скв. 155 пересекла
21.5 м массивных руд.
Второй пример касается определения положения ближайшей границы рудного тела (рис.1б).
По результатам ДЭМПС, полученным при исследовании скв. 30, пересеченный ею мощный пласт
медно-цинковых руд выклинивается всего на 8-10
м к востоку от исследуемой скважины. Судя по
соотношению и знакам ортогональных составляющих аномалии граница проводника вытянута
почти меридионально. Пробуренные позднее скв.
30а, 39, 39а подтвердили выявленный контур
оруденения.
Характерной особенностью ДЭМПС является
независимость результатов от перекрывающих
рудных горизонтов и других проводящих структур. На рис.1в приведен пример уточнения контура подошвенной части рудной залежи на одном из
медно-колчеданных месторождений на Урале. По
данным ДЭМПС, подтвержденным МЭК, рудные
подсечения в скв. 535 в интервалах 1169-1230 м и
1343-1389 м принадлежат единому рудному телу,
тянущемуся примерно параллельно исследуемой
скважине на 10-20 м севернее и несколько выше
ее. Верхнее из подсечений резко выклинивается к
югу на расстоянии около 20 м.
Межскважинные индукционные исследования
(МДЭМП) играют полезную роль, дополняя РВП
в низкоомных средах, при опоисковании подзабойного пространства и пространства в стороне
от плоскости просвечивания, при получении информации о сплошности проводящего пласта, в
т.ч. без его пересечения измерительной установкой.
На рис.1г приведен пример выявления разрыва
рудного пласта на Подольском медно-цинковом
месторождении на Урале (между скв. 105-48) и
подтверждения сплошности оруденения (между
скв. 48-127). Интерпретация основана на определении положения в межскважинном пространстве
зоны концентрации вихревых токов. Скв. 144 играет роль проверочной.
Примеры применения ДЭМПС при разведке
антрацитовых углей были получены на Горловском угленосном бассейне в Новосибирской области на участке со сложными геолого-

2.

тектоническими условиями. Судя по особенностям кривых (рис.2а), угол встречи исследуемой
скважины с кровлей угольного пласта 85°. Угол
падения его подошвы примерно 40° при азимуте
простирания 170°. Заметно влияние границы пласта, находящейся в 13-15 м к востоку от скважины. На рис.2б приведены результаты оконтуривания угольных блоков на участке с разрывными
постгенетическими нарушениями.
В последние годы в развитиии скважинных
методов электроразведки произошел качественный скачок. Так, в РВП с помощью разработанной в ВИРГ-Рудгеофизика системы ФАРА удалось перейти к автоматизированному построению
межскважинных томографических разрезов. При
этом в качестве рассматриваемых параметров
выступают уже не коэффициенты поглощения
или экранирования, как это было раньше, а кажущееся удельное электрическое сопротивление
и кажущаяся диэлектрическая проницаемость.
Основной особенностью системы является использование опорной линии, с помощью которой
осуществляется передача синхронизирующего
сигнала от генератора к измерителю. За счет этого
удалось достичь существенного увеличения реальной дальности измерений и определять фазу
сигнала. Фазовые измерения дают возможность
повысить разрешающую способность метода и
получать дополнительные параметры, характеризующие геоэлектрический разрез.
На всех этапах амплитудно-фазового радиопросвечивания используется пакет программноматематического обеспечения, позволяющий
практически полностью автоматизировать как
процесс измерения, так и обработку информации.
Процесс обработки оперативен и не требует значительных вычислительных ресурсов, при этом
на полученных геоэлектрических разрезах отсутствуют артефакты, характерные для многих томографических алгоритмов.
Измерения с аппаратурой ФАРА-М проводились на месторождениях различных типов полезных ископаемых, однако наибольший объем
пришелся на сульфидные медно-никелевые месторождения. Их характерной особенностью является высокая контрастность вмещающих пород
и руд по удельному сопротивлению и небольшие
размеры геометрических особенностей объектов.
Примеры результатов работ на двух медноникелевых месторождениях приведены ниже.
Участок Восток.
Вмещающие породы участка представлены
различными модификациями гнейсов (рис.3).
Густовкрапленные, прожилковые и массивные
сульфидные тела приурочены к донным частям
ультраосновных интрузий. Расстояние между
устьями двумя скважин, вскрывших сульфидную
минерализацию - 500 м. Удельное сопротивление
вмещающих пород составляло 10-20 тыс. Омм.
Измерения проводились на частоте 2.5 МГц, максимальное расстояние приемник-передатчик дос-
тигало 800 м.
На первом из приведенных томографических
разрезов демонстрируется высокая дальность и
детальность радиопросвечивания. Разрез построен по кажущемуся удельному сопротивлению. Из
него видно, что зона сульфидной минерализации
неоднородна и имеет области пониженной проводимости, что скорее всего связано с понижением
концентрации сульфидов. Другая область повышенной проводимости отмечается в верхнем левом углу разреза и приурочена к сульфидной минерализации в амфиболитах, вскрытой левой
скважиной. Зоны низких удельных сопротивлений в верхней и нижней частях разреза – артефакты, связанные с малым количеством лучей,
проходящих через эти области.
Второй разрез, построенный по кажущейся
диэлектрической проницаемости, является иллюстрацией полезности дополнительной информации, получаемой при фазовых измерениях. Совместное использование значений амплитуды и
фазы, полученных в малоконтрастных по удельному сопротивлению средах, дает возможность
вычислять кажущуюся диэлектрическую проницаемость и дифференцировать разрез по этому
параметру. В нашем случае по пониженным значениям диэлектрической проницаемости удалось
выделить пласт амфибол-биотитовых гнейсов.
Рудник Fraser.
Приведенный разрез (рис.4) является примером точности томографической обработки полевых результатов. Измерения проводились в двух
смежных парах скважин (скв.1 – скв.3), на частоте
1.25 МГц. Кажущееся удельное сопротивление
вычислялось только по амплитудным данным.
Результаты фазовых измерений использовать не
удалось из-за того, что наличие большого числа
хорошо проводящих зон приводит к появлению
отсчетов с нулевой амплитудой, для которых невозможно прослеживание фазы.
Основной задачей радиопросвечивания на
данном участке являлось определение пространственного положения рудоконтролирующей зоны,
вскрытой скважинами на глубинах 120-130 м и
выделение в ней проводящих областей.
Результаты томографического восстановления
геоэлектрического разреза хорошо согласуются с
геологическими данными. При совмещении геоэлектрических разрезов по скважинам совпадают
как общие структуры разреза, так и уровни кажущегося удельного сопротивления. Подтверждается антиклинальное строение рудоконтролирующей зоны между крайними скважинами и усложнение ее строения в правой части разреза. В самой зоне удается выделить участки повышенной
проводимости, скорее всего характеризующие
различия в концентрации сульфидов. Кроме того,
в нижней части разреза можно проследить контакт двух областей с различным удельным сопротивлением (больше и меньше 1100 Омм), соответствующий двум модификациям вмещающих по-

3.

род.
Использование амплитудно-фазовых (квадратурных) измерений позволило повысить информативность полученных материалов и перейти к
параметрам, более однозначно связанным с геоэлектрическими свойствами разреза. Следующей
задачей, на решение которой направлены современные аппаратурно-методические разработки,
является повышение производительности съемки
за счет одновременной регистрации параметров
поля на нескольких частотах, контрольных параметров и т.д.

4.

а
в
б
г
Примеры выявления и оконтуривания сульфидных рудных тел по данным скважинного трехкомпонентного ДЭМП
(ДЭМПС, МДЭМП)
а) Выявление слепого рудного тела, определение его размеров и положения (ДЭМПС, Башкирия).
б) Определение положения границы рудного тела (ДЭМПС, Ю. Урал).
в) 0контуривание с помощью ДЭМПС подошвенной части рудной залежи (Учалинский рудный район, Урал).
г) Пример выявления нарушения сплошности рудного пласта по данным МДЭМП (Месторождение Подольское).
Рис.1

5.

а
1 – уголь
2 – рыхлые отложения
3 – алевролит
4 – песчаник
5 – контуры пластов антрацита по геологическим данным
6 – контуры пластов антрацита по ДЭМПС
7 – исследованные скважины
б
Определение положения пластов антрацитовых углей по данным трехкомпонентного ДЭМПС (Горловский
угленосный бассейн, Новосибирская обл.)
а) Пример определения элементов залегания угольного пласта и положения его ближайшей границы.
б) Определение положения пластов антрацита на участке сложного геолого-тектонического строения
Рис.2

6.

Томографическое восстановление разреза
Томографическое восстановление разреза
по кажущемуся удельному сопротивлению по кажущейся диэлектрической проницаемости
-400
-400
-600
-600
-800
-800
200
1480
1580
400
1680
200
600
1780
1880
ρ ,Омм
Рис.3
7.8
8.3
400
8.8
600
9.3
9.8
ε

7.

Томографическое восстановление разреза по двум смежным парам скважин
(кажущееся удельное сопротивление).
Рудник Fraser
Скв.1
Рис.4
Скв.2
Скв.3