Электрические и электромагнитные методы

Электрические и электромагнитные исследования зондируют электропроводность недр, чувствительную к поровым флюидам, глинам и рудам, для картирования грунтовых вод, загрязнений, минерализации и глубинной структуры земной коры.

Definition

Электрические и электромагнитные методы — это геофизические методы, которые измеряют или индуцируют электрические токи и поля в земле для определения ее электропроводности, которая зависит от поровых флюидов, содержания глины и минерализации, для визуализации недр.

Scope

Эта тема охватывает геофизические методы, основанные на электрических свойствах грунта: зондирование и картирование удельного электрического сопротивления постоянным током, вызванную поляризацию, метод естественного поля и семейство электромагнитных методов, включая методы с контролируемым источником и временной областью, а также магнитотеллурическое зондирование с естественным источником. В ней рассматривается, как проводимость связана с пористостью, содержанием флюидов и минералогией, а также сбор и инверсия этих данных на глубинах от приповерхностных до верхней мантии. Акцент делается на визуализации проводимости недр для поиска ресурсов и экологических целей.

Core questions

• Что контролирует электропроводность горных пород и отложений?
• Как исследования удельного сопротивления и вызванной поляризации визуализируют недра?
• В чем разница между электромагнитными методами с контролируемым и естественным источником?
• Для каких глубин и целей подходит каждый электрический метод?

Key concepts

• Электрическое удельное сопротивление и проводимость горных пород
• Зондирование и картирование удельного электрического сопротивления постоянным током
• Вызванная поляризация и естественное поле
• Электромагнитные методы с контролируемым источником и временной областью
• Магнитотеллурика и зондирование с естественным источником

Key theories

Проводимость и поровые флюиды

В большинстве горных пород электрический ток течет в основном через поровые флюиды и по глинистым поверхностям, поэтому проводимость, формализованная такими соотношениями, как закон Арчи, является чувствительным индикатором пористости, водонасыщенности, солености и содержания глины.

Электромагнитное индукционное зондирование

Переменное во времени магнитное поле от контролируемого передатчика или естественных источников индуцирует токи в проводящей земле, вторичные поля которых измеряются; поскольку глубина проникновения зависит от частоты, эти методы зондируют проводимость от приповерхностных слоев до глубокой коры и мантии.

Mechanisms

Подземные материалы проводят электричество в различной степени, причем преобладает ионная проводимость через поровую воду и поверхностная проводимость по глинам, а металлические руды добавляют заряжаемость, обнаруживаемую вызванной поляризацией; методы сопротивления вводят ток и картируют результирующие потенциалы, в то время как электромагнитные методы используют изменяющееся магнитное поле для индукции токов, отклик которых, регулируемый частотно-зависимой скин-глубиной, инвертируется для восстановления структуры проводимости с глубиной.

Clinical relevance

Эти методы имеют центральное значение для разведки грунтовых вод и картирования загрязнений и засоления, для разведки полезных ископаемых посредством аномалий сопротивления и заряжаемости, для геотермальных и коровых исследований с помощью магнитотеллурики, а также для геотехнических и археологических исследований.

History

Братья Шлюмберже ввели электроразведочное зондирование и каротаж скважин в 1910-х и 1920-х годах, Каньярд и Тихонов независимо сформулировали магнитотеллурику около 1950 года, а электромагнитные методы во временной области и с контролируемым источником, с современной инверсией, расширили возможности визуализации проводимости в конце двадцатого века.

Key figures

• Conrad Schlumberger
• Louis Cagniard
• Misac Nabighian

Seminal works

• telford1990
• nabighian1988
• kearey2002

Frequently asked questions

Что заставляет некоторые породы проводить электричество лучше, чем другие?

Большая часть проводимости горных пород происходит через воду в поровых пространствах и по глинистым поверхностям, поэтому пористые, водонасыщенные, соленые или богатые глиной породы хорошо проводят ток, в то время как сухие, плотные или содержащие пресную воду породы более резистивны; металлические руды добавляют отчетливый отклик, обнаруживаемый вызванной поляризацией.

Для чего используется магнитотеллурика?

Магнитотеллурика использует естественные вариации электромагнитного поля Земли для визуализации того, как электропроводность изменяется с глубиной, достигая от неглубокой коры до верхней мантии, что делает ее ценной для геотермальных, минеральных и глубинных коровых исследований.