Метод и прибор диагностики верхней части земной коры на основе эффекта вызванной поляризации в естественном электромагнитном поле Земли

Метод вызванной поляризации (ВП) основанный на регистрации заряда двойного электрического границы электронный проводник-ионопроводящая среда, при действии на него постоянного или переменного электрического поля от искусственных источников является наиболее эффективным при поиске руд вкрапленного типа мало отличающихся по кажущемуся сопротивлению от вмещающей горной породы. Теоретическая основа метода, а также практические применение разработаны и внедрены Комаровым В. А., Кормильцевым В. В, Мельниковым В. П., Кондратенко А. Ф. и др.
Серийно выпускалась полевая аппаратура, включающая генераторы электрического поля мощностью от сотен Ватт до нескольких киловатт и переносная приемная аппаратура с чувствительностью до мкВ. В полевом варианте возбуждения тока в Земле используется длинный (до километра и более) замыленный кабель, питаемый от электрогенераторов, так что в целом электроразведочный комплекс включает довольно сложное и тяжелое оборудование доставка и использование которого особенно в горно-таежной местности сопряжено с повышенной стоимостью так и по организации работ. Первые попытки избавиться от источников зондирующего поля и питающих линий, тем самым решить указанную проблему, по крайней мере на этапе предварительной оценки перспективности районов поиска на наличие месторождений руд, были сделаны в 1968-1970 годах в СССР – Шайдуровым Г. Я., Борисовым Н. А. и в Индии на основе использовании естественных электромагнитных шумов Земли для поиска полиметаллических руд методом ВП. Экспедиции в Красноярском крае, Казахстане, Узбекистане, Белоруссии не давали устойчивых результатов из-за нестационарности и пространственной неоднородности этих шумов и лишь в последние годы автором настоящей диссертации удалось получить стабильные результаты в полевых условиях на реальном железорудном месторождении (Респ. Хакасия).
5
Несомненным преимуществом
использованием естественных электромагнитных полей Земли (ВП ЕЭМПЗ) является отсутствие необходимости использования генератора поляризующего поля и прокладки питающих кабельных линий. Немаловажно, что естественное электромагнитное поле Земли (ЕЭМПЗ) проходит на больших глубинах (до километра и более) и используется в методе теллурических токов для построения структуры геологических разрезов по проводимости, что позволяет ожидать от метода ВП ЕЭМПЗ повышенной глубинности при поиске вкрапленных руд.
Аппаратно метод реализуется в виде переносного прибора весом до 1 кг и двух приемных линий 10 – 50 м, что позволяет снизить трудозатраты и время при проведении полевых работ в труднодоступной местности, что безусловно представляет практический интерес для геофизиков, работающих в сложных геолого-геофизических условиях Сибири и дальнего Востока.
В диссертации представлено обобщение теоретических и экспериментальных результатов работ, проведенных автором настоящей диссертации в течении 2009 – 2021 г., новизна которых подтверждена РФ и Евразийского союза, а также наличием публикаций в России и за рубежом.
Степень разработанности темы
В настоящее время достаточно хорошо разработаны методы интерпретации для всех основных методов электроразведки, включая стандартный метод ВП (Комаровым В. А., Кормильцевым В. В, Мельниковым В. П. и др). Возможные методы диагностики и извлечения информации о потенциалах ВП из ЕЭМПЗ представлены в виде отдельных публикаций или рассмотрены в некоторых квалификационных работах (Зорин, Н. И., Бобачев, А. А. и др.). Результаты использования ЕЭМПЗ для поиска рудных аномалий рассмотрены авторами Murali S., Борисов Н. А., Conway D., разработка теории представлена авторами Romero‐ Ruiz I., Malyshkov, Y. P. и др. В работах не рассматривается анализ различных методов диагностики и извлечения информации о потенциалах ВП из ЕЭМПЗ и сравнения его с другими методами, а также оценки его возможной глубинности,
метода вызванной поляризации с

6
практически не исследовано воздействие различного рода помех, распределенных по спектру или по времени.
Цель исследования – разработка метода и прибора диагностики верхней части земной коры на основе регистрации потенциалов вызванной поляризации с использованием естественного электромагнитного поля Земли, максимально инвариантного к его изменениям по спектру, времени и пространству, отличающийся стойкостью к изменениям кажущегося сопротивления и более лучшей чувствительностью к регистрируемому параметру вызванной поляризации.
Задачи исследования:
1.Исследование и анализ влияния пространственной неоднородности и нестационарности сигналов ЕЭМПЗ на информационные параметры метода ВП ЕЭМПЗ и влияния промышленных помех;
2. Анализ и совершенствование метода обнаружения геологических объектов с аномальной поляризацией по данным о вариациях ЕЭМПЗ;
3. Разработка и создание макетного образца прибора, а также проведение лабораторных баковых испытаний и полевых исследований на реальном железорудном месторождении.
Объект исследования – обнаружение месторождений полезных ископаемых в случайных полях.
Предмет исследования – дифференциальный метод вызванной поляризации с использованием естественного электромагнитного поля Земли.
Методика исследований
Для решения поставленных задач в работе выполнены:
1. Теоретические исследования на основе современных представлений о
физике формирования ЕЭМПЗ и механизмах образования двойного электрического слоя на границе раздела электронный проводник-ионопроводящая среда;
2.Разработка метода обнаружения объектов в случайных полях с использованием вычислительного моделирования;

7
3. Лабораторные и полевые экспериментальные исследования, сравнение их результатов с итогами вычислительного моделирования, а также с результатами полевых измерений методами стандартной импульсной электроразведки;
Научная новизна работы
1. Впервые разработан дифференциальный метод измерения ВП ЕЭМПЗ, который снижает влияние неоднородности по пространству и нестационарности характеристик ЕЭМПЗ в диапазоне частот 0.1–20 Гц;
2. Теоретическим путем определен метод выделения информации о ВП из ЕЭМПЗ по чувствительности к параметру ВП, что позволяет уменьшить время измерения сигналов ЕЭМПЗ, поступающих со смежных измерительных линий дифференциальной установки в полосе частот 0.1–20 Гц, выполнен теоретический анализ глубинности и помехоустойчивости разработанного метода ВП ЕЭМПЗ;
3. Впервые проведены полевые экспериментальные наблюдения методом ВП ЕЭМПЗ на железорудном месторождении, результаты которых подтвердили данные, полученные при математическом моделировании и полевых измерений методом стандартной импульсной электроразведки.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Метод диагностики верхней части земной коры на основе регистрации потенциалов вызванной поляризации в естественном электромагнитном поле Земли (ЕЭМПЗ) с использованием пассивной дифференциальной трехэлектродной измерительной установки, ослабляющий влияние изменений во времени параметров ЕЭМПЗ.
2. Результаты математического моделирования, показывающие, что разработанный метод по параметру ВП и соотношению сигнал/шум показывает лучшие характеристики по сравнению со стандартным импульсным методом электроразведки и инфразвукового фазового метода ВП (ИНФАЗ ВП);
3. Результаты лабораторных и полевых экспериментов, результаты которых подтвердили данные, полученные при математическом моделировании и полевых измерений методом стандартной импульсной электроразведки.

8
Практическая значимость результатов работы
Создан образец полевой аппаратуры на основе разработанного метода ВП ЕЭМПЗ на современной электронной базе и впервые на рудном месторождении показана работоспособность запатентованного с участием автора метода ВП ЕЭМПЗ. Результаты диссертационного исследования имеют высокое научно- практическое значение, как для решения задач геофизики, так и для решения задач обнаружения в случайных полях. Результаты диссертационного исследования были внедрены в практику ООО ”Эвенкиягеофизика”, ООО НПФ “ФАЗА”, ООО НПФ ”Иридий” и ООО НПФ “Мезон”.
Личный вклад автора
Автором лично выполнен аналитический обзор информации о характеристиках ЕЭПМЗ; разработан метод диагностики верхней части земной коры на основе регистрации потенциалов ВП из ЕЭМПЗ; выполнено математическое моделирование разрабатываемого метода; разработан и создан макет измерительной аппаратуры; разработаны алгоритмы и программы, для обработки экспериментальных данных; проведены лабораторные и полевые эксперименты.
Апробация работы
Основные результаты работы представлены на:
1. Всероссийской научно-технической конференции «СОВРЕМЕННЫЕ
ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ», посвященной 112-ой годовщине Дня Радио, г. Красноярск, 2009;
2. Всероссийской научно-технической конференции «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ», посвященной 118-ой годовщине Дня Радио, г. Красноярск, 2015;
3. Всероссийской научно-технической конференции «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ», посвященной 121-ой годовщине Дня Радио, г. Красноярск, 2018;
4. XIII международной IEEE Сибирской конференции по управлению и связи SIBCON-2017, г. Астана, 2017 г.
5. XIV международной IEEE Сибирской конференции по управлению и связи SIBCON-2019, г. Томск, 2019 г.

9
6. XV международной IEEE Сибирской конференции по управлению и связи SIBCON-2020, г. Москва, 2020 г.
Публикации
По теме диссертационного исследовано опубликовано 17 научных работ, из них: из них 1 патент на изобретение, 2 входящие в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК, 11 входящие в базу реферативного цитирования Scopus или Web of Science; 3 статьи в сборниках материалов научно-технических конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 116 страниц текста, 55 рисунка, 2 таблицы. Список литературы состоит из 100 наименований.
Благодарности
Автор благодарит научного руководителя Засл. деятеля науки и техники РФ, д-ра техн. наук, проф. Шайдурова Г.Я. за постоянную помощь в работе, полезные советы и поддержку на протяжении всех этапов исследования. Искренняя благодарность инженеру Артемьеву К. А. и доценту Кудинову Д.С. за участие в подготовке и реализации экспериментов.