WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН Санкт-Петербургский государственный университет Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ РАН Санкт-Петербургское отделение ЕАГО Материалы Пятой всероссийской ...»

-- [ Страница 2 ] --

Эти новые геофизические методы электромагнитных зондирований во временной области открыли новые возможности для успешной разведки полезных ископаемых.

Электромагнитное зондирование с мощным импульсным источником тока:

эксперимент Хибины Современные электромагнитные методы разведки позволяют исследовать недра на глубинах до нескольких километрах. Предел глубин, которые могут быть достигнуты, всегда определяется амплитудой сигнала. Например, чтобы увеличить глубину разведки вдвое, амплитуда сигнала источника должна быть увеличена примерно на один порядок.

Амплитуда сигнала источника электромагнитного поля определяется моментом токов в источнике. Следовательно, увеличение момента источника на порядок требует увеличение энергии источника на два порядка. Это может быть сделано несколькими способами.

Наиболее простым способом является использование передатчика большой мощности.

Другой подход увеличения силы сигнала заключается в многократных передачах сигналов малой энергии с синхронизированным накоплением зарегистрированных сигналов в приёмнике. При долговременном накоплении отношение уровня сигнала к шуму растет приблизительно как квадратный корень от числа передач. Энергия, переданная в накопленном сигнале, увеличивается прямо пропорционально числу передач.

К сожалению, практическое применение обоих подходов увеличения эффективного момента источника очень ограничено. Для увеличения мощности передатчика требуется первичный источник энергии, чья масса растет пропорционально мощности при использовании обычных генераторов.



Поэтому при планировании электромагнитных съёмок нужно учитывать какой максимально большой генератор и самое длительное время накопления сигнала могут быть использованы. Вместе с тем, для достижения больших глубин могут применяться нетрадиционные источники тока. Идея применения импульсного магнитно-гидродинамического (МГД) генератора была высказана впервые академиком Евгением Павловичем Велиховым в 1970-х годах [Velikhov et al., 1975]. Одним из первых полевых применений МГД генератора для электромагнитной разведки был эксперимент Хибины, проведенный в 1980-х годах в СССР. Целью эксперимента Хибины была проверка концепции использования одиночных, чрезвычайно мощных импульсов МГД генератора [Velikhov, 1989]. МГД генератор преобразует энергию плазмы непосредственно в электрический ток. В генераторе плазмы сгорает твердое топливо с добавками легко ионизирующихся веществ. Образующийся при этом электропроводящий поток плазмы с большой скоростью протекает через МГД-канал и тормозится магнитным полем соленоидов, расположенных сверху и снизу от МГД-канала. В результате, между электродами МГДканала образуется ток большой силы, который подается в нагрузку, представляющую собой 11-километровый проводник, соединяющий заземленные структуры в Баренцевом море на обоих берегах полуостровов Средний и Рыбачий.

Место для источника Хибины было выбрано таким образом, что ток, выходящий из двух систем заземления, проходил бы вокруг полуостровов Средний и Рыбачий, формируя огромную токовую петлю в горизонтальной плоскости. Максимальный ток в источнике составлял 22000 А при длительности импульсов 5-10 секунд. Наблюдения были проведены на станциях, расположенных южнее источника, на докембрийском щите Кольского полуострова (рис. 1б) и на станциях, расположенных к северу от источника, вне Кольского полуострова в Баренцевом море (рис. 1а). Геологические отложения в районе Баренцева моря сформированы молодыми осадочными породами со значительным нефтегазовым потенциалом. В качестве примера можно привести массивное Штокмановское газовое месторождение. Другой важной задачей, которая была решена, используя электромагнитную разведку с МГД-генератором [Velikhov et al., 1987], являлась оценка глубинного рудного месторождения Печенга.





Эксперимент Хибины представлял собой один из первых широкомасштабных опытов глубинного электромагнитного зондирования с использованием мощных импульсов тока.

Этот эксперимент предоставил геофизикам уникальную возможность протестировать новые технологии для изучения внутреннего строения земли с помощью электромагнитного зондирования с контролируемым источником. Дальнейшее развитие электромагнитных систем с очень мощным МГД генератором было ограничено высокой стоимостью этих работ. Вместе с тем, при развитии МГД технологий и повышением рентабельности полевых работ, этот метод может стать важным инструментом в региональных и тектонических исследованиях, а также при поиске и разведке месторождений полезных ископаемых.

Рис. 1. Конфигурация съёмки эксперимента Хибины. (а) Красная линия показывает контур, вдоль которого протекает ток с Кольского полуострова через Баренцево море.

(б) Местоположения станций наблюдений на Кольского полуострове (кружки). Черные линии показывают профили детального электромагнитного зондирования: (I) рудное месторождение Печенга, (II) рудосодержащая область Имадра-Варзуга, (III) Шельф Баренцева Моря, (IV) профиль глубинного зондирования Балтийского щита.

Рудная разведка Разведка рудных месторождений сопряжена со многими трудностями. Металлические рудные тела относительно малы, но весьма ценны, и многие минералы, не представляющие экономического значения, могут маскироваться как проводящие рудные тела.

Металлические руды реагируют на электромагнитное поле по-разному, в зависимости от вмещающих горных пород. Поэтому очень важно определить оптимальный набор ЭМ методов для решения определенной разведочной задачи. Ниже описаны некоторые наиболее перспективные ЭМ методы рудной разведки.

Первая группа методов сформирована зондированием и профилированием во временной области. Зондирование во временной области было разработано в России в 1960-х годах и с тех пор дало жизнь ряду методов становления поля, рутинно используемых геологоразведочными компаниями. Система зондирования становлением поля проявила себя как одна из наиболее эффективных систем разведки. Однако, она наиболее эффективна при измерении пространственно-временных вариаций ЭМ поля, генерируемого фиксированным или движущимся источником, подход, называемый площадным зондированием во временной области. В рамках этого метода наблюдаемое поле можно рассматривать как огромную ЭМ голограмму, зарегистрированную на поверхности Земли, из которой можно извлечь детальную картину строения земных недр. Комбинации разных позиций источников и приёмников позволяют "осветить" рудные тела с разных направлений и, следовательно, уменьшить неоднозначность при решении обратной задачи.

Площадные наблюдения являются основными при рудной разведке с такими системами как MIMDAS (Mount Isa Mines или Geophysical Resource Service) комплекс и Geoferret комплекс (BHP Billiton). Горизонтальные петли и заземленные диполи могут быть использованы как источники поля. В качестве приёмников могут служить как горизонтальные петли и/или индукционные катушки для измерения различных компонент магнитного поля, так и заземленные диполи для наблюдений электрического поля.

Современные площадные системы наблюдений могут быть использованы для зондирований становлением поля, МТ методов и для методов вызванной поляризации. Дело в том, что чем большее число различных компонент ЭМ поля может быть измерено, тем больший объем информации о структуре земли может быть получен.

Следующая группа методов, используемых в рудной разведке, относится к магнитотеллурическому методу с контролируемым источником (CSEM). Этот метод обычно основан на одновременном наблюдении электрического и магнитного полей и на вычислении импеданса, аналогично импедансу в традиционном МТ методе. Главная разница между МТ зондированием и CSEM методом заключается в том, что в МТ методе наблюдаемое поле это естественное МТ поле Земли, в то время как в рамках CSEM регистрируется ЭМ поле контролируемого источника. Главные преимущества CSEM метода связаны с возможностью учета приповерхностных неоднородностей при инверсии наблюдённых данных для трёхмерных структур.

Известно несколько успешных примеров применения МТ метода в рудной разведке [см. Morrison and Nichols, 1997]. Однако, до недавнего времени возможности традиционного МТ метода не были полностью использованы. Недавние усовершенствования в МТ оборудовании и технологии для обработки данных значительно увеличили точность наблюдений МТ поля. Комбинация естественного МТ метода для низких частот и CSEM метода для высоких частот может привести к зондированию на глубину от нескольких метров до нескольких километров. Будущий успех МТ методов в рудной разведке зависит от правильности выбора системы наблюдений. Наилучшие результаты могут быть получены при плотном профилировании или при сетке наблюдений, аналогичной MIMDAS системе.

Поэтому можно ожидать, что практическое использование МТ и CSEM методов широко распространится в ближайшее десятилетие.

Другим важным применением ЭМ методов являются межскважинные и скважинноповерхностные исследования. Использование источников и/или приёмников в скважине значительно увеличивает разрешение ЭМ метода, т.к. объект исследования "подсвечивается" с разных направлений. Для исследований в скважинах могут использоваться разные системы наблюдений. Например, межскважинная съёмка может быть произведена вертикальной магнитной дипольной системой в частотной области. Источник располагается в одной из скважин, а приёмники в другой. Эта система может быть использована для определения местоположения и оконтуривания массивных сульфидных залежей или протяжённости угольных пластов.

Существует много проблем в скважинно-поверхностных и межскважинных методах, относящихся к самой системе наблюдений, связанных с ограниченной областью исследования, помехами из-за металлических буровых инструментов и влияния обсадной трубы. Другая проблема этой системы заключается в интерпретации. Основной задачей является получение томографического изображения межскважинного пространств, используя ЭМ данные. Эта проблема непроста, поскольку необходимо решать трёхмерную обратную задачу. Будущий успех практического использования скважинно-поверхностных и межскважинных методов значительно зависит от возможности решения этой проблемы.

Ряд успешных и важных технологий для рудной разведки основан на методе аэроэлектромагнитной (АЭМ) съёмки. Первое коммерческое применение АЭМ метода было произведено еще в 1951 году [Fountain, 1998]. С того времени, АЭМ разведку можно напрямую связать с открытием более чем 80 минеральных месторождений [Witherly, 2000].

Разнообразные АЭМ системы, работающие в частотной и во временной областях, были разработаны за последние 60 лет. В обзорных статьях, упомянутых выше, заинтересованный читатель может найти подробную историю развития различных АЭМ систем.

Несмотря на все технологические разработки и успехи в развитии АЭМ разведки, интерпретация АЭМ данных по-прежнему базируется на простом преобразовании наблюдённых данных в одномерные разрезы проводимости [например, Macnae et al., 1998;

Fullagar and Reid, 2001], на одномерной инверсии для горизонтально-слоистых разрезов [например, Chen and Raiche, 1998; Farquharson et al., 2003] или на горизонтальноограниченной одномерной инверсии [например, Auken et al., 2005]. Несмотря на широкое использование этих одномерных методов интерпретации, неоднократно было продемонстрировано, что одномерные методы часто недостаточны даже для обнаружения двумерных и трёхмерных объектов [например, Ellis, 1998], не говоря уже о построении геологически представительной модели разреза [например, Raiche et al., 2001]. Хотя методы трёхмерной параметрической инверсии, такие как метод тонких слоёв в проводящей среде, были успешны использованы для некоторых простых структур [Wolfgram and Golden, 2001], более полные трёхмерные методы моделирования и инверсии еще не нашли должного применения при интерпретации АЭМ данных.

В принципе, АЭМ съёмка измеряет пространственно-временную или пространственночастотную структуру полного ЭМ поля, порожденного источником, перемещающимся над областью исследования. Поэтому наблюдённые данные также могут рассматриваться как огромная АЭМ голограмма, из которой возможно извлечь детальное изображение земных недр. Вопрос в том, как осуществить это на практике.

Задача трёхмерного моделирования АЭМ данных нетривиальна, учитывая, что необходимо решить такое же число систем линейных уравнений как число позиций источника ЭМ поля в АЭМ съёмке. Для трёхмерной инверсии эта проблема осложняется, т.к. чувствительность должна быть сосчитана с помощью сопряжённого оператора, и также весь процесс должен быть повторен для многих итераций. Не говоря даже о вычислительном времени, естественным ограничением трёхмерной инверсии является недостаток компьютерной памяти для хранения большой матрицы чувствительности. Различные трёхмерные приближения были введены для линеаризации АЭМ обратных линейных задач [например, Zhdanov and Tartaras, 2002; Zhdanov and Chernyavskiy, 2004]. Ellis(2002), Wilson et al. (2006) и Raiche et al. (2007) также разработали программное обеспечение для строгой 2.5D и 3D инверсии. К сожалению, область практического применения всех этих программ ограничена обращением всего нескольких сот точек АЭМ данных для моделей, описываемых несколькими тысячами элементов.

Для преодоления этих сложностей Cox and Zhdanov (2007, 2008) и Wilson et al. (2010) разработали подход для трёхмерной инверсии АЭМ данных, основанный на ограничении размера окна чувствительности АЭМ системы. Этот подход позволяет обращать только те части модели, которые находятся внутри окна чувствительности определенной пары источник-приёмник. Окна чувствительности всех пар источник-приёмник накладываются на одну и ту же трёхмерную модель, в результате строится полная матрица чувствительности.

Этот подход делает трёхмерную инверсию АЭМ данных доступной на практике. В результате, данные АЭМ съёмки в частотной области с десятками тысяч станций могут быть полностью обращены в геоэлектрическую модель с сотнями тысяч и даже миллионами ячеек в течение нескольких часов на персональном компьютере.

В качестве примера рассмотрим трёхмерную инверсию данных, полученных для определения солености в ирригационном районе Букпюрнинг в Южной Австралии (Wilson et al., 2010). Эта область была в центре внимания нескольких исследований для контроля снижения растительного покрова, в основном, вызванного засолением поймы из-за прорывов грунтовых вод в сочетании со снижением частоты наводнений, снижении уровня воды в плотине и недавней засухи. Вертолетная система АЭМ съёмки в частотной области, RESOLVE, с шестью оперативными частотами была использована в этой области в августе 2008 года. Разнос источника-приёмника был 7,91 м для пяти горизонтальноориентированных копланарных наборов катушек и 8,99 м для одиночного вертикального коаксиального набора катушек. Съёмка состояла из приблизительно 45000 точек, распределенных вдоль 26 линий, ориентированных в северо-западном и южно-восточном направлении с расстоянием в 100 м между ними, и 7 связующих линий.

На этом примере мы также покажем краткое сравнение результатов одномерной и трёхмерной инверсии АЭМ данных. Wilson et al. (2010) провели одномерную инверсию для каждой станции, используя программу AirBeo [Raiche et al., 2007]. Они также применили метод строгой трёхмерной инверсии, основанный на подходе с движущимся окном. Рис. 2а представляет разрез модели на глубине 4 м, полученный из интерполяции результатов одномерной инверсии. На рис. 2б представлено аналогичное изображение с той же шкалой цветов, но полученное по результатам трёхмерной инверсии. Река Мюррей, имеющая более низкую проводимость, чем поймы, четко видна на результатах трёхмерной инверсии.

Одномерная инверсия дает нечеткое изображение русла реки и в некоторых областях полностью искажает изображение реки Мюррей. Этот практический пример показывает, что результаты трёхмерной инверсии находятся в гораздо лучшем согласии с известной геологией, чем результаты, полученные с помощью стандартной одномерной инверсией.

Рис. 2. Горизонтальный разрез на глубине 4 м модели проводимости, полученной с помощью (а) интерполяции результатов одномерной инверсии RESOLVE АЭМ данных в частотной области с использованием программы AirBeo и с помощью (б) трёхмерной инверсии RESOLVE данных.

Разведка месторождений нефти и газа Традиционно, сейсмический метод является основным методом для нефтегазовой разведки, и электрические методы находят только ограниченное применение в этих исследованиях. Однако, даже на ранних этапах развития электрические методы в бывшем Советском Союзе играли важную роль в открытие нефтяных и газовых месторождений [Spies, 1980]. Электрические методы оказались особенно эффективными при поиске углеводородных залежей в Западной Сибири. Эти залежи сложно найти, используя традиционные сейсмические методы отраженных волн. Литологический тип этих коллекторов имеет низкий коэффициент структурных отражений. Сейсмические методы помогают определить геометрическую структуру нефтяной залежи, однако электрические методы позволяют непосредственно найти нефтесодержащие коллекторы. Поэтому интегрированный подход, основанный на совместном применении сейсмической разведки и электроразведки, был наиболее успешным инструментом в открытии главных месторождений нефти и газа в Сибири [Zhdanov and Keller, 1994].

Подобная ситуация наблюдается в нефтегазовых провинциях Прикаспийской Впадины в России. Нефтесодержащие слои расположены здесь на глубине 3-5 км под соляными структурами, что делает интерпретацию сейсмических данных очень сложной и неоднозначной задачей. В то же время, слои соли имеют очень высокое сопротивление и прозрачны для импульсных ЭМ полей. Следовательно, совместная интерпретация сейсмических и ЭМ данных дает наилучший результат при разведке. ЭМ методы, примененные в этом случае, были основаны на зондировании методом становления поля.

Как и в случае рудной разведки, площадное зондирование во временной области представляется наиболее эффективным инструментом при разведке углеводородов. В общем случае, площадная электроразведка может быть спроектирована как полный ЭМ аналог сейсмической системы сбора данных с несколькими передатчиками и приёмниками. Система приёмников должна быть достаточно плотной для достижения необходимого разрешения съёмки. Создание такой системы является одной из основных задач разработки методов электромагнитной разведки в самом ближайшем будущем. В частности, это было сделано с помощью системы MIMDAS, однако этот подход должен быть распространен на большие площади.

Другое применение электрических методов в нефтяной промышленности заключается в мониторинге потоков нефти и газа в резервуаре в процессе разработки. При разработке нефтяных месторождений для увеличения добычи нефти производится закачка воды, газа, двуокиси углерода или других несмешивающихся жидкостей в пласт-коллектор.

Мониторинг нефтегазового коллектора необходим для контроля и регулирования этого процесса, чтобы извлечение нефтегазовых ресурсов происходило равномерно. Некоторые из этих процессов приводят к существенному изменению электрического сопротивления породы, внутри которой происходит процесс. Поэтому существует значительный потенциал для использования электромагнитных методов для мониторинга нефтяных и газовых месторождений.

Важная группа ЭM методов начала применяться недавно для морской разведки углеводородов. Первоначально геофизические электромагнитные методы были предложены только для наземных исследований. Считалось, что проводимость морской воды настолько высока, что электромагнитное поле не будет проникать сквозь нее, и, таким образом, методы электроразведки неприменимы в океанах. Однако в середине двадцатого века было установлено, что в Мировом океане вполне успешно могут применяться различные электромагнитные методы. Морские геоэлектрические исследования бурно развивались в бывшем Советском Союзе. Обзор этих исследований можно найти в работе Бердичевского и др. (1989). В конце 1970-х океанографический институт Scripps Institution of Oceanography провел ряд глубинных морских электромагнитных экспериментов в Тихом океане [например, Filloux, 1979; Cox, 1981]. Было предложено несколько электромагнитных методов картирования и визуализации донных геоэлектрических структур [Sinha et al., 1990; Chave et al., 1991], особенно для исследования океанической литосферы и активных срединноокеанических хребтов [Shneyer et al., 1991; Evans et al., 1994; Constable and Cox, 1996;

MacGregor et al., 2000, 2001].

Морская электромагнитная разведка донных залежей углеводородов регулярно проводилась в бывшем СССР с 1970-х г.г. На Западе этот метод широко не применялся в промышленных масштабах до конца 1990-х г.г., когда ряд крупнейших нефтяных корпораций, включая ExxonMobil, Statoil, Shell и многие другие начали применять методы морского электромагнитного зондирования с контролируемым источником для морской разведки углеводородов [Srnka et al., 2006].

Современные успехи в применении электромагнитных методов в морской разведке углеводородов основываются на том фундаментальном факте, что структуры, содержащие нефть и газ, характеризуются очень высоким удельным сопротивлением, в то время как окружающие донные формации, заполненные соленой водой, характеризуются очень высокой проводимостью. Электромагнитные методы разведки помогают геологам различать пласты, содержащие углеводороды с высоким удельным сопротивлением, от пластов, заполненных водой и глинистыми породами, удельное сопротивление которых намного ниже. Большинство существующих электромагнитных технологий морской геофизической разведки основано на использовании магнитотеллурических методов или применении морской версии методов электромагнитного зондирования с контролируемым источником (MCSEM). Морская версия метода MCSEM, наиболее широко используемая в настоящее время, состоит из передачи низкочастотного ЭМ сигнала подводным передатчиком (электрическим диполем), который буксируется исследовательским судном.

Электромагнитное поле, измененное геоэлектрическими структурами морского дна, измеряется множеством приёмников, сброшенных на морское дно на разных расстояниях от источника. Измеренный ЭМ сигнал зависит от сопротивления среды, через которую распространилось ЭМ поле. Таким образом, в морских методах электромагнитного зондирования с контролируемым источником используется дипольный источник для создания вертикальных токов, которые весьма чувствительны к тонким слоям высокого сопротивления, типичным для донных коллекторов углеводородов. Это делает морскую версию CSEM метода высокочувствительным к углеводородным залежам методом [Ellingsrud et al., 2002].

Новаторские разработки в ЭМ технологиях за последние несколько лет и их последующее использование в морской разведке углеводородов показали обнадеживающие результаты при поиске и разведке запасов углеводородов в потенциальных пластахколлекторах до бурения скважин. Таким образом, морская версия ЭМ методов возвещает новую эпоху для нефтяной и газовой промышленности, с огромным потенциалом для практического использования этой технологии (Stefatos et al., 2009).

Трёхмерное численное моделирование и инверсия Одной из наиболее сложных проблем в ЭМ методах является разработка эффективных схем интерпретации данных, полученных над трёхмерными неоднородными геологическими структурами. Фундаментальные принципы ЭМ моделирования трёхмерных геоэлектрических сред были опубликованы более 35 лет назад Артом Райче [Raiche, 1974], Джеральдом У. Хоманном [Hohmann, 1975], Питером Вейдельтом [Weidelt, 1975] и Владимиром Ивановичем Дмитриевым (1969). Эти публикации вдохновили несколько поколений ЭМ геофизиков на разработку новых методов ЭМ моделирования и на исследование комплексного поведения ЭМ полей в трёхмерных геоэлектрических структурах. В последнее десятилетие двадцатого века и в начале двадцать первого века происходило стремительное развитие методов численного и аналитического моделирования электромагнитных полей в неоднородной среде. Это развитие стимулировалось наличием высокопроизводительных компьютеров, включая кластеры компьютеров, при помощи которых можно строить такие модели. Благодаря этой возможности моделирования, значительно увеличилось количество информации, извлекаемой из полевых данных, по сравнению с тем, что было раньше, когда была доступна только эвристическая интерпретация.

Существует несколько методов моделирования электромагнитного данных. Они основываются на численной реализации методов дифференциальных уравнений (методы конечных разностей или конечных элементов) или методов интегральных уравнений.

В течение последних десятилетий, значительный прогресс был достигнут во всех этих областях. Обзоры эффективных методов моделирования можно найти, например, в Hohmann (1983), Avdeev (2005) и Zhdanov (2002, 2009a). Кроме того, наблюдается значительный прогресс в развитии многомерных методов интерпретации. Много работ было опубликовано в течение последних 20 лет на тему трёхмерного моделирования и инверсии ЭМ геофизических данных [например, Eaton, 1989; Lee et al., 1989; Madden and Mackie, 1989;

Oldenburg et al., 1993; Zhdanov and Fang, 1996, 1999; Alumbaugh and Newman, 1997; Newman and Alumbaugh, 1997, 2000; Zhdanov and Hursn, 2000; Zhdanov et al., 2000; Sasaki, 2001;

Zhdanov and Tartaras, 2002; Zhdanov and Golubev, 2003; Abubakar and van der Berg, 2004;

Mackie and Watts, 2004; Siripunvaraporn et al., 2004, 2005; Gribenko and Zhdanov, 2007;

Zhdanov, 2009a, 2009b].

Методы решения обратных трёхмерных ЭM задач обычно основаны на оптимизации модельных параметров с помощью различных инверсионных методов. Проще всего использовать методы Монте-Карло, которые рассматривают определяемые параметры как случайные величины и находят эти величины методом проб и ошибок. В связи с необходимостью многократного решения прямых задач и, соответственно, огромных затрат вычислительного времени, методы Монте-Карло нашли ограниченное применение в ЭМ геофизике. Более широко используются подходы, основанные на применении градиентных методов оптимизации.

Как следует из уравнений Максвелла, ЭМ поля нелинейны по отношению к проводимости земли. Таким образом, ЭМ обратные задачи характеризуются, прежде всего, своей нелинейностью. Ключевой проблемой для оптимизации является расчет производной Фреше или матрицы чувствительности. Конечной целью инверсии, как правило, является реконструкция распределения электропроводности в модели. Вот почему производная Фреше или матрица чувствительности определяется, как правило, по отношению к параметрам проводимости модели. В общем случае, расчет производной Фреше очень сложная задача. Вместе с тем известно, что в рамках градиентных методов, нужно вычислять не саму производную Фреше, а результат применения сопряженного оператора производной Фреше к соответствующему электрическому или магнитному полям. Эта операция численно намного проще, чем вычисление самой матрицы чувствительности. В настоящее время это подход реализован в большинстве градиентных алгоритмов обращения.

Другая основная трудность в решении обратных задач связана с их некорректностью.

Это означает, что существование, единственность и/или стабильность решения ставится под сомнение. Свойственная ЭМ задачам нелинейность также значительно усложняет решение обратной задачи. Для преодоления этой трудности и получения устойчивого решения некорректных обратных задач надо применять теорию регуляризации, которая была разработана в классических работах А. Н. Тихонова [например, Tikhonov and Arsenin, 1977].

Этот подход дает прочную основу, на которой следует строить эффективные алгоритмы инверсии для трёхмерных ЭМ задач.

Традиционные методы инверсии на основе теории регуляризации Тихонова обычно обеспечивают устойчивое решение обратной задачи, используя сглаживающие стабилизирующие функционалы. В результате, полученное решение представляет собой сглаженное изображение среды, которое во многих практических ситуациях не описывает правильно рассматриваемые геологические объекты. Portniaguine and Zhdanov (1999) и Mehanee and Zhdanov (2002) продемонстрировали, что изображения с резкими границами могут быть восстановлены инверсионными алгоритмами, основанными на новом типе фокусирующих стабилизирующих функционалов. В частности, функционалы с минимальным носителем градиента чрезвычайно эффективны в решении обратных геофизических задач (Zhdanov, 2002, 2009b).

В качестве примера рассмотрим применение трёхмерной инверсии для интерпретации морской МТ съёмки, проведенной на участке Gemini [Zhdanov et al., 2009], расположенном на расстоянии, примерно, 200 км на юго-восток от Нового Орлеана в водах с глубиной моря около 1 км в северной части Мексиканского залива, как показано на рис. 3. Эта работа проводилась в тесном сотрудничестве с Kerry Key и Steve Constable из океанографического института Scripps Institution of Oceanography. Основная цель этого морского МТ зондирования состояла в картировании соляных структур в окрестностях проспектом Gemini.

Соляные тела обычно характеризуются большей скоростью сейсмической волны и большим удельным сопротивлением по сравнению с окружающими донными отложениями. Они являются очень сложным объектом морской сейсморазведки, но могут четко определяться морскими методами электроразведки.

Хорошо известно, что породы с высокой скоростью распространения сейсмических волн и контрастом акустического импеданса также обладают повышенным электрическим сопротивлением по сравнению с окружающими отложениями. Соляное тело Gemini расположено на глубине 1,5 км под морским дном в водах глубиной 1 км и обладает высоким удельным сопротивлением по сравнению с окружающими отложениями.

Подсолевая залежь газа на участке Gemini располагается на глубине примерно 4 км на юговосточном крае структуры Gemini. Резкий скачок удельной электрической проводимости между солью и окружающими отложениями делает участок Gemini привлекательной целью для магнитотеллурического метода разведки. Донные магнитотеллурические исследования проводились океанографическим институтом Scripps Institution of Oceanography в конце 1990-х годов и в начале 2000-х в 42 точках наблюдений. На рис. 4 показано расположение точек магнитотеллурических наблюдений.

Рис. 3. Местоположение Gemini Prospect в северной части Мексиканского залива.

Рис. 4. Расположение магнитотеллурических профилей с точками наблюдений на участке Gemini Prospect [По Key, 2003]. Буквы обозначают номера профилей; кружки магнитотеллурические точки наблюдений.

Исследователи Constable и Key [Key, 2003] провели подробный анализ данных магнитотеллурических исследований Gemini с использованием программы двухмерной инверсии данных Оккам [Constable et al., 1987; de Groot Hedlin and Constable, 1990; Key, 2003; Key et al., 2006]. Результаты, полученные в процессе двухмерной инверсии данных магнитотеллурического метода, хорошо согласовываются с данными сейсмического метода.

Hoversten et al. (2000) успешно проинтерпретировали одиночную профильную линию в 2000 году и показали возможности инверсии для модели с резкими границами, результаты которой находятся в превосходном согласии с сейсмическими изображениями.

Строгая трёхмерная инверсии МТ данных Gemini с использованием детальной сетки дискретизации была выполнена для пересекающихся линий наблюдений, показанных на рис. 4 (Zhdanov и др., 2009). Область инверсии была разбита на 1600 тысяч клеток. Инверсия выполнялась с помощью программы, основанной на методе интегральных уравнений и способной работать на массивно параллелизуемых суперкомпьютерах. Девять часов потребовалось для завершения 51 итераций на 832-процессорном кластере, окончательная невязка равна 6,2% между наблюдаемыми и предсказанными данными.

На рис. 5 представлено трёхмерное изображение геоэлектрической обращенной модели и батиметрии в районе съёмки. Результат инверсии выявил высокоомную структуру соли, которая подтверждается сейсмическими данными. Эти результаты продемонстрировали, что трёхмерная инверсия морских магнитотеллурических данных позволяет картировать высокоомные геоэлектрические структуры с достаточной точностью.

Рис. 5. Трёхмерное изображение результатов инверсии магнитотеллурических данных для Gemini Prospect вместе с батиметрией. Изоповерхность тела соли также отмечена.

Главным направление дальнейших ЭМ исследований должно быть развитие трёхмерных методов моделирования и обращения, направленных на использование ЭМ данных со множеством источников и приёмников. В связи с этим, еще раз подчеркнем важность использования площадных съёмок с плотным профилированием или на плотной сети наблюдений. Дело в том, что успех в области построения изображения среды и инверсии зависит от плотности пространственных систем наблюдения.

Электромагнитная визуализация и миграция Наряду с развитием возможностей прямого трёхмерного моделирования и инверсии, большое внимание было уделено более простым, но весьма эффективным методам визуализации. Основное различие между инверсией и визуализацией можно объяснить следующим образом. В инверсии, мы стараемся, чтобы теоретические расчетные данные соответствовали наблюдаемым данным. Это требует повторения расчетов прямого моделирования. При визуализации, мы непосредственно преобразуем ЭМ данные, наблюдённые на поверхности земли или на морском дне, в некоторое изображение геологической структуры. Как правило, визуализация численно эквивалентна одному решению задач прямого моделирования. В то же время, она может дать разумное изображение подземных структур, что может быть использовано для геологической интерпретации. Можно сравнить ЭM визуализацию с сейсмической визуализацией, основанной, например, на сейсмической волновой миграции, которая является основным инструментом для интерпретации сейсмических данных. Поэтому новый подход к ЭМ визуализации, названный электромагнитной миграцией [Zhdanov, 1988, 2009a], является важным средством интерпретации ЭМ данных.

Миграция электромагнитного поля основана на особом типе продолжения электромагнитного поля, наблюдаемого на поверхности земли, в нижнее полупространство.

Используя такую трансформацию, можно рассматривать геоэлектрические структуры с более выгодных ракурсов, а в некоторых случаях, даже построить изображение земных недр. Принципы миграции электромагнитного поля были разработаны в публикациях [Zhdanov and Frenkel, 1983a,b; Zhdanov, 1988; Zhdanov et al. 1988; Zhdanov and Keller, 1994;

Zhdanov et al. 1996, and Zhdanov, 1999]. Миграция электромагнитного пола основана на особой форме продолжения наблюдаемого поля. Это продолжение в нижнее полупространство получается как решение граничной задачи в нижнем полупространстве для сопряженных уравнений Максвелла, в которых граничные значения мигрированного поля на поверхности земли определяются по значениям наблюдаемого электромагнитного поля. Однако важно подчеркнуть, что миграция электромагнитного поля не эквивалентна аналитическому продолжению, так как она не восстанавливает истинное электромагнитное поле в среде, а просто преобразует поле.

Физические принципы ЭМ миграции схожи с принципами оптической голографии, которая обеспечивает построение объемного изображения объекта с использованием голограммы, отображающей амплитуду и фазовую структуру волнового фронта света. Для обеспечения записи фотоэмульсией не только амплитуды, но и фазы добавляется опорная волна света. Эта дополнительная волна когерентна со световым отражением от объекта и интерферирует с ним, производя дифракционные картины, которые образуют оптическую голограмму на фотоэмульсии. Для создания объемного изображения достаточно осветить голограмму опорной световой волны. Волна, рассеянная фотографическими дифракционными картинами, идентична исходному волновому фронту света, рассеянному объектом, и воспроизводит объемное изображение объекта.

Аналогичный подход можно применить к ЭМ миграции. При ЭМ разведке с контролируемым источником электромагнитная передающая/принимающая система размещается на земной поверхности или на морском дне. Передатчики возбуждают гармоническое (частотная область) или импульсное (временная область) исходное электромагнитное поле, которое распространяется через среду, содержащую объект, и регистрируется приёмниками. Так же как и в случае с оптической и радиочастотной голографией, необходимо подать опорный сигнал для измерения относительных фаз в частотной области. Регистрируемые амплитуды и фазы электромагнитного поля, рассеянные объектом, формируют широкодиапазонную электромагнитную голограмму. Как и в оптической и радиоволновой голографии, можно построить объемное изображение объекта, «осветив» широкодиапазонную электромагнитную голограмму опорным сигналом. Если в оптическом или радиочастотном случае это можно сделать оптически, получив видимое изображение среды, то в случае с широкодиапазонным электромагнитным полем восстановление изображения осуществляется численно с использованием компьютерных преобразований.

Следует отметить, однако, что в диапазоне относительно низких частот, используемых в разведочной геофизике, ЭМ поля распространяются в геологических средах согласно уравнению диффузии, в результате чего геоэлектрические изображения, полученные при миграции, имеют относительно низкое разрешение. Для повышения разрешения визуализации, миграция должна применяться итеративно.

Введем остаточное электромагнитное поле как разницу между смоделированным электромагнитным полем для геоэлектрической модели, полученной из миграционного изображения, и наблюдённым электромагнитным полем. Построение изображения на основе миграции электромагнитного поля является начальным этапом в общей процедуре инверсии электромагнитных данных, основанной на минимизации функционала невязки между наблюдаемыми и предсказанными данными. Повторно применяя миграцию, мы получаем итерационную миграцию электромагнитного поля, которая дает строгое решение обратной задачи.

Электромагнитная голография/миграция была введена для интерпретации наземных ЭM данных. Однако, этот метод является наиболее эффективным в случае относительно плотных ЭM съёмок, которые трудно реализовать на суше. В то же время, морские ЭМ исследования с контролируемым источником и с плотной системой данных и приёмников очень хорошо соответствуют для техники ЭМ миграции.

Рассмотрим пример применения итерационной миграции для интерпретации синтетических данных морской ЭМ съёмки с контролируемым источником. Эти данные смоделированы на компьютере для модели известного газового Штокмановского месторождения, расположенного в центре русского сектора Баренцева моря, примерно в 500 км на север от Кольского полуострова (рис. 6). Штокмановское газовое месторождение является одним из крупнейших месторождений природного газа, с запасами в 3,8 трлн. м3 газа и 37 млн. тонн газового конденсата [Gazprom, 2009]. Открытое в 1988 году, оно было названо в честь русского геофизика Владимира Штокмана, потомка немецких эмигрантов.

В настоящее время оператором месторождения является консорциум из трех компаний:

российский Газпром, французская энергетическая компания TOTAL и Statoil (Норвегия).

Месторождение до сих пор не было разработано в силу суровых арктических условий, удаленности от инфраструктуры и большой глубины моря, колеблющейся от 320 до 340 м.

Рис. 6. Штокмановское газовое месторождение находится в центре русского сектора Баренцева моря, около 370 миль (500 км) к северу от Кольского полуострова.

Штокмановское газовое месторождение образовано антиклинальной структурой, содержащей газовый конденсат в зоне гребня. Продуктивные горизонты расположены внутри песчаников Средне-Юрского периода. Трёхмерная геоэлектрическая модель месторождения была построена на основе имеющейся геологической и геофизической информации [Zhdanov et al., 2010]. На рис. 7 представлен вертикальный разрез построенной геоэлектрической модели. Фоновая среда имеет сопротивление 1 Омм, а газонасыщенные коллекторы имеют сопротивление 100 Омм. Эта модель была использована для моделирования трёхмерной ЭМ морской съёмки с контролируемым источником, конфигурация которой показана в верхней части рис. 8. Съёмка сформирована девятью профилями с приёмниками, распределёнными по 2х2 - км2 сетке.

Электрический дипольный источник тока буксируется над соответствующей линией приёмников. Наблюдённые компоненты электромагнитного поля в приёмниках, Ex, Ez и Hy, были рассчитаны для частот 0,25, 0,5 и 0,75 Гц. Случайный шум был добавлен как функция разноса источника/приёмника и порога чувствительности данных.

Синтетические данные были мигрированы в нижнее полупространство с помощью полностью распараллелизованной компьютерной программы. Начальное миграционное изображение было использовано для построения исходной обратной геоэлектрической модели. Соответствующие теоретически предсказанные поля были рассчитаны в приёмниках для начальной трёхмерной модели распределения удельного сопротивления. Разностные поля, полученные путем вычитания предсказанных полей из наблюдённых полей, затем были мигрированы, и обновленная модель распределения удельного сопротивления была получена. Этот процесс был повторен несколько раз пока (1) невязка не достигла установленного порога, (2) уменьшение ошибки между несколькими итераций было меньше, чем установленный порог, или (3) достигнуто максимальное число итераций. На рис. 8 и 9 представлен трёхмерный вид и вертикальный разрез изображения модели удельного сопротивления, полученной в результате итерационной миграции. Видно, что антиклинальная структура, определяющая Штокмановское месторождение, восстановлена достаточно хорошо с помощью итерационной миграции.

Таким образом, итерационная ЭМ миграция аналогична итерационным инверсионным методам в том смысле, что она обеспечивает строгое решение соответствующей обратной задачи [Zhdanov, 2002, 2009a]. Основная разница между итерационной миграцией и инверсией заключается в физической интерпретации направления градиента функционала невязки. Подход, основанный на идеях ЭМ миграции, позволяет использовать физические свойства миграционного поля для построения эффективных численных методов решения обратных геоэлектрических задач.

Рис. 7. Вертикальный разрез геоэлектрической модели Штокмановского газового месторождения. Панель в правом нижнем углу показывает детальный вид четырех продуктивных горизонтов месторождения, расположенных в песчаниках средней юры.

Рис. 8. Результаты итеративной миграции синтетических морских ЭМ данных с контролируемым источником, смоделированных для Штокмановского газового месторождения: трёхмерное миграционное изображение и схема ЭМ морской разведки с контролируемым источником (над изображением). Белые квадраты указывают позиции приёмников на 2 км на 2 км сетке. Обратите внимание на антиклинальную структуру, определяющую Штокмановское газовое месторождение и выделяющееся желтой зоной с сопротивлением 20 Омм.

Рис. 9. Результаты итерационной миграции синтетических морских данных ЭМ зондирований для Штокмановского месторождения. Обратите внимание на вертикальный разрез трёхмерной модели удельного сопротивления, полученной с помощью итерационной миграции.

Антиклинальная структура, определяющая Штокмановское газовое месторождение, выделяется желтой зоной с сопротивлением около 20 Ом-м. Вставка в левом верхнем углу представляет схематический разрез продуктивных горизонтов месторождения, расположенных в песчаниках средней юры.

Новая парадигма в ЭМ моделировании: представление ЭМ поля с помощью потока и напряжения Основополагающие принципы ЭМ геофизики были разработаны в рамках классической теории электромагнетизма, где ЭМ поле описывается векторными электрическим и магнитным полями и уравнения Максвелла представляют собой систему дифференциальных уравнений относительно этих векторных полей. Однако, более естественно с физической и геофизической точки зрения описывать электромагнитное поле соответствующим потоком и напряжением (работой) поля вместо использования традиционных векторных представлений [Zhdanov, 2009a, 2010]. Действительно, хорошо известно, что поток поля через заданную поверхность и напряжение (работа) поля вдоль данного пути являются наиболее важными физическими объектами, которые измеряются и изучаются в геофизических экспериментах.

Именно поэтому представление электромагнитного поля в виде соответствующих потока и напряжения является наиболее хорошо подходящим для описания электромагнитных явлений. Новая парадигма для представления ЭМ поля с использованием потока и напряжения открывает новые возможности для точного моделирования ЭМ явлений в геофизике.

Практически все современные численные методы моделирования используют векторные электрические и магнитные поля, в то время как в ЭМ геофизике измеряется разница потенциалов (напряжение) между двумя электродами и/или магнитный поток в датчике поля. Zhdanov (2010) продемонстрировал, что хотя любая дискретизация векторного поля может быть осуществлена только приблизительно, всегда можно получить точную дискретизацию потока и напряжения поля. Для описания практических ЭM геофизических данных, ЭM моделирование должно быть основано на расчетах потока и напряжения.

Уравнения Максвелла были введены в результате обобщения основных законов электромагнетизма, установленных в первой половине XIX века. В течение последних десятилетий, был разработан новый подход к формулировке уравнений Максвелла на основе алгебраической теории дифференциальных форм [Deschamps, 1981; Линделл, 2004; Fecko, 2006; Zhdanov, 2009a, 2010]. Ключевая идея этой новой парадигмы ЭМ теории заключается в том, что, на самом деле, уравнения Максвелла могут быть выведены непосредственно из основных дифференциальных уравнений теории поля, сформулированных для потока и напряжения [Zhdanov, 2009a, 2010]. Кроме того, вся система уравнений Максвелла естественно вытекает из общей теории нестационарных полей, если рассматривать поток и работу (напряжение) как фундаментальные характеристики электромагнитных полей. Этот замечательный факт показывает, что основные законы электромагнетизма на самом деле заложены в фундаментальных, дифференциальных соотношениях между потоком и работой нестационарного поля. Любая пара функций, описывающих поток и работу, обязана удовлетворять уравнениям типа Максвелла. Таким образом, новая математическая форма уравнений Максвелла подчеркивает важность потокa и работы ЭМ поля, что хорошо соответствует геофизическим экспериментам, которые, как правило, заключаются в измерении потока и напряжения магнитного и электрического полей, соответственно.

Поток поля через данную поверхность и работа поля вдоль данного пути действительно представляют собой фундаментальные физические объекты, которые изучаются и измеряются в геофизических экспериментах. В то же время, дискретный характер потока и работы, как интегралов по соответствующим поверхностям и линиям, четко указывает на возможную дискретную природу ЭМ поля. В рамках этого подхода, нет необходимости описывать ЭM явления полями, непрерывно распределенными в пространстве и времени, как это делается в классической ЭМ теории. Вместо этого, можно рассматривать дискретное распределение соответствующих потока и напряжения (или работы) магнитного и электрического полей, соответственно, что открывает естественный путь для квантования поля.

В результате, можно вывести систему алгебраических уравнений для потоков и напряжений (работы) ЭМ поля, которые обеспечивают точное представление исходной системы уравнений Максвелла для дифференциальных форм. Любая дискретизация классической системы уравнений Максвелла для векторных полей на основе методов конечных разностей или методов конечных элементов приводит к некоторому приближенному представлению векторных полей. В то же время, дискретная природа потока и напряжения позволяет разработать новые численные методы, основанные на дифференциальных формах, что открывает возможность для развития очень точной техники ЭМ моделирования, особенно в случае высокого контраста проводимости, что важно в геофизических приложениях.

Заключение Геофизические ЭМ методы, основанные на использовании естественных и искусственных источников, являются одним из основных инструментов для разведки земных недр. С помощью ЭM измерений, выполненных на поверхности земли, в воздухе, в море и в скважинах, можно картировать Землю от поверхности до мантии. ЭМ методы нашли и продолжают находить широкое применение в геологическом картировании, разведке нефти, газа и руд, тектонических исследованиях, изучении землетрясений, экологических оценках и мониторинге.

Будущее развитие ЭМ методов будет основано на новых открытиях в области измерения, обработки и интерпретации данных. Будущий успех ЭМ разведки будет сопряжен с развитием площадных систем наблюдений, аналогичных сейсмическим системам сбора данных. Основные усилия в развитие интерпретации ЭМ данных в будущем будут сосредоточены на трех направлениях: (1) быстрое и точное трёхмерное моделирование, (2) быстрая обработка изображений и (3) крупномасштабная трёхмерная инверсия. Теория регуляризации будет играть ключевую роль в решении всех этих проблем. Дальнейшие шаги будут также включать в себя разработку нового подхода для формулировки и описания ЭМ полей на основе представления с помощью потока и напряжения. Этот подход имеет большой потенциал для стимулирования развития ЭМ геофизики в будущем.

В заключении хочу заметить, что являясь очень мощным инструментом, ЭМ метод представляет собой лишь один элемент комплекса методов геофизической разведки. ЭМ данные непосредственно характеризуют сопротивление углеводородов и других залежей полезных ископаемых, в то время как сейсмические данные отражают геометрию структур, которые могут содержать углеводороды и зоны минерализации. Кроме того, геофизический каротаж вместе с глубоким пониманием геологии может дать важную информацию об ожидаемых свойствах осадочных горных пород. Таким образом, только комплексный подход, на основе обобщённых моделей геологического строения может способствовать созданию передовых технологий интерпретации, обеспечивающих максимальное извлечение информации из геофизических данных, в том числе и ЭМ данных.

Дальнейшее развитие ЭМ геофизики потребует значительных усилий, посвящённых исследованиям во всех областях, упомянутых выше.

Благодарности Автор выражает признательность за постоянную поддержку Консорциуму для Электромагнитного Моделирования и Инверсии (Consortium for Electromagnetic Modeling and Inversion, CEMI) в Университете Юты, членами которого, в частности, являются BAE Systems, Baker Atlas Logging Services, BGP China National Petroleum Corporation, BHP Billiton World Exploration Inc., BP, EMGS, ENI S.p.A., ExxonMobil Upstream Research Company, Fugro, Halliburton Energy Services, Information Systems Laboratories, Newmont Mining Company, OHM, Petrobras, PGS, Rio Tinto–Kennecott, Rocksource, Российский Научный Центр Курчатовского института, Saudi Aramco, Schlumberger, Science Applications International, Shell International Exploration and Production, Statoil, Sumitomo Metal Mining Company, TOTAL, Woodside Energy и Zonge Engineering and Research Organization.

Автор также благодарит за поддержку своих коллег и сотрудников в TechnoImaging.

Список литературы

1. Abubakar, A., and P. M. van der Berg, 2004, Iterative forward and inverse algorithms based on domain integral equations for three-dimensional electric and magnetic objects: Journal of Computational Physics, 195, no. 1, 236–262, doi: 10.1016/j.jcp.2003.10.009.

2. Airy, G. B., 1868,Comparison of magnetic disturbances recorded by the self registering magnetometers at the Royal Observatory, Greenwich, with magnetic disturbances deduced from the corresponding terrestrial galvanic currents recorded by the self-registering galvanometers of the Royal Observatory: Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 158, no. 0 465–472, doi: 10.1098/rstl.1868.0018.

3. Alumbaugh, D. L., and G. A. Newman, 1997, Three-dimensional massively parallel electromagnetic inversion — II. Analysis of a crosswell electromagnetic experiment: Geophysical Journal International, 128, 355–363, doi: 10.1111/j.1365-246X.1997.tb01560.x.

4. Auken, E., A. V. Chistiansen, B. H. Jacobsen, N. Foged, and K. I. Sorensen, 2005, Piece-wise 1D laterally constrained inversion of resistivity data: Geophysical Prospecting, 53, 497–506, doi: 10.1111/j.1365x.

5. Avdeev, D. B., 2005, Three-dimensional electromagnetic modeling and inversion from theory to application:

Surveys in Geophysics, 26, 767–799, doi: 10.1007/s10712-005-1836-x.

6. Berdichevsky, M. N., 1965, Electrical prospecting with the telluric current method: Quarterly of the Colorado School of Mines, 60, no. 1, 1–216.

7. Berdichevsky, M. N., and V. I. Dmitriev, 1976, Basic principles of interpretation of magnetotelluric sounding curves, in A. Adam, ed., Geoelectric and geothermal studies: Akademai Kaido, 165–221.

8. ——–, 2002, Magnetotellurics in the context of theory of ill-posed problems: SEG.

9. ——–, 2008, Models and methods of magnetotellurics: Springer-Verlag Berlin.

10. Berdichevsky, M. N., and M. S. Zhdanov, 1984, Advanced theory of deep geomagnetic sounding: Elsevier Scientific Publ. Co., Inc.

11. Berdichevsky, M. N., O. N. Zhdanova, and M. S. Zhdanov, 1989, Marine deep geoelectrics: Nauka.

12. Booker, J. R., and A. D. Chave, 1989, Introduction to the special section on the EMSLAB — Juan de Fuca experiment: Journal of Geophysical Research, 94, no. B10, 14093–14098, doi: 10.1029/JB094iB10p14093.

13. Buselli, G., and B. O’Neill, 1977, SIROTEM: A new portable instrument for multichannel transient electromagnetic measurements: Bulletin of the Australian Society of Exploration Geophysics, 8, no. 3, 82–87, doi: 10.1071/EG977082.

14. Cagniard, L., 1953, Basic theory of the magneto-telluric method of geophysical prospecting: Geophysics, 18, 605–635, doi: 10.1190/1.1437915.

15. Chave, A. D., S. C. Constable, and R. N. Edwards, 1991, Electrical exploration methods for the seafloor, in M.

N. Nabighian and J. D. Corbett, eds., Electromagnetic methods in applied geophysics — Applications: SEG, 931–966.

16. Chen, J., and A. Raiche, 1998, Inverting AEM data using a damped eigen parameter method: Exploration Geophysics, 29, no. 2, 128–132, doi: 10.1071/EG998128.

17. Constable, S., and C. Cox, 1996, Marine controlled-source electromagnetic sounding — II: The PEGASUS experiment: Journal of Geophysical Research, 101, no. B3, 5519–5530, doi: 10.1029/95JB03738.

18. Constable, S. C.,R.L. Parker, and C.G.Constable, 1987, Occam’s inversion: A practical algorithm for

generating smooth models from electromagnetic sounding data: Geophysics, 52, 289–300, doi:

10.1190/1.1442303.

19. Cox, C. S., 1981, On the electrical conductivity of the oceanic lithosphere: Physics of the Earth and Planetary Interiors, 25, no. 3, 196–201, doi: 10.1016/0031-9201_81_90061-3.

20. Cox, L.H., and M. S. Zhdanov, 2007, Large-scale 3D inversion of HEM data using a moving footprint: 77th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 467–471.

21. ——–, 2008, Advanced computational methods of rapid and rigorous 3-D inversion of airborne electromagnetic data: Communications in Computational Physics, 3, no. 1, 160–179.

22. de Groot Hedlin, C., and S. Constable, 1990, Occam’s inversion to generate smooth two dimensional models from magnetotelluric data: Geophysics, 55, 1613–1624, doi: 10.1190/1.1442813.

23. Deschamps, G. A., 1981, Electromagnetics and differential forms: Proceedings of the IEEE, 69, no. 6, 676– 696, doi: 10.1109/PROC.1981.12048.

24. Dmitriev, V. I., 1969, Electromagnetic fields in inhomogeneous media: Proceeding of Computational Center, Moscow State University (in Russian).

25. Eaton, P. A., 1989, 3-D electromagnetic inversion using integral equations: Geophysical Prospecting, 37, 407– 426, doi: 10.1111/j.1365- 2478.1989.tb02214.x.

26. Egbert, G. D., and J. R. Booker, 1986, Robust estimation of geomagnetic transfer functions: Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 87, 173–194.

27. Ellingsrud, S., T. Eidesmo, and S. Johansen, 2002, Remote sensing of hydrocarbon layers by seabed logging _SBL_: Results from a cruise offshore Angola: The Leading Edge, 21, 972–982, doi: 10.1190/1.1518433.

28. Ellis, R. G., 1998, Inversion of airborne electromagnetic data: Exploration Geophysics, 29, 121–127, doi:

10.1071/EG998121.

29. ——–, 2002, Electromagnetic inversion using the QMR-FFT fast integral equation method: 72nd Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 21–25.

30. Evans, R. L., M. C. Sinha, S. Constable, and M. J. Unsworth, 1994, On the electrical nature of the axial melt zone at 13° N on the East Pacific Rise: Journal of Geophysical Research, Solid Earth, 99, no. B1, 577–588, doi: 10.1029/93JB02577.

31. Farquharson, C. G., D. W. Oldenburg, and P. S. Routh, 2003, Simultaneous 1D inversion of loop-loop

electromagnetic data for magnetic susceptibility and electrical conductivity: Geophysics, 68, 1857–1869, doi:

10.1190/1.1635038.

32. Fecko, M., 2006, Differential geometry and Lie groups for physicists: Cambridge University Press.

33. Filloux, J. H., 1979, Magnetotelluric and related electromagnetic investigations in geophysics: Reviews of Geophysics and Space Physics, 17, no. 2, 282–294, doi: 10.1029/RG017i002p00282.

34. Fountain, D., 1998, Airborne electromagnetic systems—50 years of development: Exploration Geophysics, 29, 1–11, doi: 10.1071/EG998001.

35. Fox, R.W., 1820, On the electro-magnetic properties of metalliferous veins in the mines of Cornwall:

Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 120, no. 0, 399–414.

36. Frischknecht, F. C., 1967, Fields about an oscillating magnetic dipole over a two-layer earth, and application to ground and airborne electromagnetic surveys: Quarterly of the Colorado School of Mines, 62, no. 1, 1–326.

37. Fullagar, P. K., and J. E. Reid, 2001, E max conductivity-depth transformation of airborne TEM data: 15th Geophysical Conference and Exhibition, Australian Society of Exploration Geophysicists.

38. Gazprom, 2009, Shtokman, http://old.gazprom.com/production/projects/deposits/shp accessed 4August 2010.

39. Gish, O. H., and W. J. Rooney, 1925, Measurement of resistivity of large masses of undisturbed earth:

Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity, 30, 161–188.

40. Gough, D. I., D. M. McKirdy,D.V.Woods, and H. Geiger, 1989, Conductive structures and tectonics beneath the EMSLAB land array: Journal of Geophysical Research, 94, no. B10, 14099–14110, doi: 10.1029/ JB094iB10p14099.

41. Gribenko, A., and M. S. Zhdanov, 2007, Rigorous 3D inversion of marine CSEM data based on the integral equation method: Geophysics, 72, no. 2, WA73–WA84, doi: 10.1190/1.2435712.

42. Hadamard, J., 1902, Sur les problmes aux derives partielles et leur signification physique: Princeton University Bulletin, 13, 49–52; reprinted 1968 in Ouvres de Jacques Hadamard: Editions du Centre National de la Recherche Scientifique, 1099–1105.

43. Hatakayama, H., 1938, On the bay disturbance and the pulsation of the earth current: Geophysical Magazine, 12, no. 3, 189–210.

44. Heiland, C. A, 1926, Instruments and methods for the discovery of useful mineral deposits: Engineering and Mining Journal, 121, no. 9, 47–49, 56–57.

45. Hirayama, M., 1934, On the relations between the variations of earth potential gradient and terrestrial magnetism: Journal of the Meteorological Society of Japan, 12, no. 1, 16–22.

46. Hobbs, B.,G. Li, C. Clarke, and J. Linfoot, 2005, Inversion of multi-transient electromagnetic data: 68th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, A015.

47. Hohmann, G.W., 1975, Three-dimensional induced polarization and electromagnetic modeling: Geophysics, 40, 309–324, doi: 10.1190/1.1440527.

48. Hohmann, G.W., 1983, Three-dimensional EM modeling: Geophysical Surveys, 6, no. 1–2, 27–53, doi:

10.1007/BF01453994.

49. Hoversten, G. M., S. C. Constable, and H. F. Morrison, 2000, Marine magnetotellurics for base-of-salt

mapping: Gulf ofMexico field test at the Gemini structure: Geophysics, 65, 1476–1488, doi:

10.1190/1.1444836

50. Jakosky, J. J., 1940, Exploration geophysics, 2nd ed.: Times-Mirror Press.

51. Jiracek, G. R., W. L. Rodi, and L. L.Vanyan, 1987, Implications of magnetotelluric modeling on the deep crystal environment in the Rio Grande rift: Physics of the Earth and Planetary Interiors, 45, no. 2, 179–192, doi: 10.1016/0031-9201_87_90052-5.

52. Kaufman, A. A, 1989, A paradox in geoelectromagnetism, and its resolution, demonstrating the equivalence of frequency and transient domain methods: Geoexploration, 25, no. 4, 287–317, doi: 10.1016/0016Kaufman, A. A., and G. V. Keller, 1983, Frequency and transient soundings: Elsevier.

54. Kaufman, A. A., and G. M. Morozova, 1970, Theoretical basis for the transient sounding method in the nearzone: Nauka.

55. Keller, G. V., 1968, Electrical prospecting for oil: Quarterly of the Colorado School of Mines, 63, no. 2, 1– 268.

56. Key, K.W., 2003, Application of broadband marine magnetotelluric exploration to a 3-D salt structure and a fast spreading ridge: Ph.D. dissertation, University of California, San Diego.

57. Key, K.W., S.C.Constable, and C. J.Weiss, 2006, Mapping 3D salt using the 2D marine magnetotelluric method: Case study from Gemini Prospect, Gulf of Mexico: Geophysics, 71, no. 1, B17–B27, doi: 10.1190/ 1.2168007.

58. Lamont, J.V., 1862, Der Erdstrom und der Zusammen desselben mit dem Erdmagnetismus: Leopold-VossVerlag.

59. Lamontagne, Y., G. Lodha, J. Macnae, and G. F.West, 1978, Towards a deep penetration EM system: Bulletin of the Australian Society of Exploration Geophysics, 9, 12–17.

60. Lee, K. H.,G. Liu, and H. F. Morrison, 1989,Anew approach to modeling the electromagnetic response of conductive media: Geophysics, 54, 1180–1192, doi: 10.1190/1.1442753.

61. Lindell, I. V., 2004, Differential forms in electromagnetics: Wiley-IEEE Press.

62. Lundberg, H., 1922, Practical experience in electrical prospecting: Geological Survey of Sweden.

63. MacGregor, L. M., and M. C. Sinha, 2000, Use of marine controlled source electromagnetic sounding for subbasalt exploration: Geophysical Prospecting, 48, 1091–1106, doi: 10.1046/j.1365-2478.2000.00227.x.

64. MacGregor, L. M.,M.C. Sinha, and S. Constable, 2001, Electrical resistivity structure of the Valu Fa ridge, Lau basin, from marine controlled-source electromagnetic sounding: Geophysical Journal International, 146, no.

1, 217–236, doi: 10.1046/j.1365-246X.2001.00440.x.

65. Mackie, R. L., and M. D.Watts, 2004, The use of 3D magnetotelluric inversion for exploration in complex geologic environments: Potential pitfalls and real world examples: Eos, Transactions, American Geophysical Union, 85, GP14A–01.

66. Macnae, J., A. King, N. Stolz, A. Osmakoff, and A. Blaha, 1998, Fast AEM data processing and inversion:

Exploration Geophysics, 29, 163–169, doi: 10.1071/EG998163.

67. Madden, T. M., and R. L. Mackie, 1989, Three-dimensional magnetotelluric modeling and inversion:

Proceedings of the IEEE, 77, no. 2, 318–332, doi: 10.1109/5.18628.

68. McCracken, K. G.,M. L. Oristaglio, and G.W. Hohmann, 1986, A comparison problems on the basis of the analytical continuation of the transient electromagnetic field in reverse time: Journal of Geomagnetism and Geoelectricity, 35, 747–765.

69. Mehanee, S., and M. S. Zhdanov, 2002, Two-dimensional magnetotelluric inversion of blocky geoelectrical structures: Journal of Geophysical Research, 107, no. B4, 10.1029.

70. Mittet, R., F.Maao, O. M. Aakervik, and S. Ellingsrud, 2005, A two-step approach to depth migration of low frequency electromagnetic data: 75th Annual International Meeting, SEG, ExpandedAbstracts, 522–525.

71. Morrison, H. F., and E. A. Nichols, 1997, Mineral exploration with natural electromagnetic fields: 4th Decennial International Conference on Mineral Exploration, Proceedings, 527–540.

72. Morrison, H. F., E.Wombwell, and S. H.Ward, 1968, Analysis of earth impedances

73. using magnetotelluric fields: Journal of Geophysical Research, 73, 2769–2778, doi:

10.1029/JB073i008p02769.

74. Newman, G. A., and D. L. Alumbaugh, 1997, Three-dimensional massively parallel electromagnetic inversion — I. Theory: Geophysical Journal International, 128, 345–354, doi: 10.1111/j.1365-246X.1997.tb01559.x.

75. ——–, 2000, Three-dimensional magnetotelluric inversion using non-linear conjugate gradients: Geophysical Journal International, 140, 410–424, doi: 10.1046/j.1365-246x.2000.00007.x.

76. Novysh, V. V., and G. A. Fonarev, 1966, The results of the electromagnetic study in the Arctic Ocean:

Geomagnetizm iAronomia, 6, 406–409.

77. Obukhov, G. G., 1968, About some properties of the non stationary electromagnetic fields in the earth and their applications in electrical prospecting: Izvestia, Physics of the Earth, 9, 62–71.

78. Oldenburg, D., P. R. McGillivray, and R. G. Ellis, 1993, Generalized subspace methods for large-scale inverse problems: Geophysical Journal International, 114, 12–20.

79. Oristaglio, M., and A. Dorozynski, 2009, A sixth sense: The life and science of Henry-Georges Doll, oilfield pioneer and inventor: Overlook Duckworth.

80. Portniaguine, O., and M. S. Zhdanov, 1999, Focusing geophysical inversion images: Geophysics, 64, 874–887, doi: 10.1190/1.1444596.

81. Raiche, A. P., 1974, An integral equation approach to three-dimensional modeling: Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 36, 363–376.

82. Raiche, A., D. Annetts, and F. Sugeng, 2001, EM target response in complex hosts: 15th Geophysical Conference and Exhibition, Australian Society of Exploration Geophysicists, Abstracts.

83. Raiche, A., F. Sugeng, and G. Wilson, 2007, Practical 3D EM inversion — P223F software suite: 19th Geophysical Conference and Exhibition, Australian Society of Exploration Geophysicists, Abstracts.

84. Rikitake,T., 1950,Electromagnetic induction within the earth and its relation to the electrical state of the earth’s interior. 2: Bulletin of the Earthquake Research Institute, University of Tokyo, 28, 263–283.

85. Sasaki, Y., 2001, Full 3D inversion of electromagnetic data on PC: Journal of Applied Geophysics, 46, no. 1, 45–54, doi: 10.1016/S0926- 98510000038-0.

86. Schumucker, U., 1970, Anomalies of geomagnetic variations in the southwestern United States: University of California Press.

87. Shneyer, V. S., I. L. Trofimov, Y. M. Abramov, M. S. Zhdanov, V. A. Machinin, and S. V. Shabelyansky, 1991, Some results of gradient electromagnetic sounding in Doldrums Mid-Atlantic Ridge fracture: Physics of the Earth and Planetary Interiors, 66, no. 3–4, 259–264, doi: 10.1016/0031- 92019190080-2.

88. Sidorov, V. A., and V. V. Tickshaev, 1969, Electrical prospecting with transient field in near zone: Saratov University Press.

89. Sinha, M. C., P. D. Patel, M. J. Unsworth, T. R. E. Owen, and M. G. R. Mac- Cormack, 1990, An active source

electromagnetic sounding system for marine use: Marine Geophysical Researches, 12, no. 1–2, 59–68, doi:

10.1007/BF00310563.

90. Siripunvaraporn,W., and G. Egbert, 2004, Three-dimensional inversion for network-magnetotelluric data:

Earth, Planets, and Space, 56, 893–902.

91. Siripunvaraporn,W., G. Egbert,Y. Lenbury, and M. Uyeshima, 2005, Three dimensional magnetotelluric inversion: Data-space method: Physics of the Earth and Planetary Interiors, 150, no. 1–3, 3–14, doi: 10.1016/ j.pepi.2004.08.023.

92. Spies, B., 1980, Recent developments in the use of surface electrical methods for oil and gas exploration in the Soviet Union: Geophysics, 48, 1102–1112.

93. Srnka, L. J., J. J. Carazzone, M. S. Ephron, and E. A. Eriksen, 2006, Remote reservoir resistivity mapping: The Leading Edge, 25, 972–976, doi: 10.1190/1.2335169.

94. Stefatos, A., M. Boulaenko, and J. Hesthammer, 2009, Marine CSEM technology performance in hydrocarbon exploration—Limitations or opportunities?: First Break, 27, no. 5, 71–78.

95. Strack, K. M., 1999, Exploration with deep transient electromagnetics: Elsevier Scientific Publ. Co., Inc.

96. Terada, T., 1917, On rapid periodic variations of terrestrial magnetism: Journal of the College of Science, Imperial University ofTokyo, 37, 56–84.

97. Tikhonov, A. N., 1943, On the stability of inverse problems in Russian: Doklady, 39, no. 5, 195–198.

98. ——–, 1950, On the determination of electrical characteristics of deep layers of the earth’s crust in Russian:

Doklady, 73, 295–297.

99. Tikhonov, A. N., and V. Y. Arsenin, 1977, Solution of ill-posed problems: V. H. Winston and Sons.

100. Tompkins, M. J., 2004, Marine controlled-source electromagnetic imaging for hydrocarbon exploration:

Interpreting subsurface electrical properties: First Break, 22, no. 8, 27 33.

101. Trofimov, I. L., and G. A. Fonarev, 1972, Some results of the magnetotelluric profiling in the Arctic Ocean:

Izvestia, Physics of the Earth, 2, 81–92.

102. Vanyan, L. L., L. Z.Bobrovnikov, and V. L. Loshenitzina, 1967, Electromagnetic depth soundings:

Consultants Bureau.

103. ——–, 1997, Electromagnetic soundings in Russia: Scientific Word.

104. Vanyan, L. L., and A. I. Butkovskaya, 1980, Magnetotelluric sounding of layered media in Russia: Nedra.

105. Velikhov, E. P., ed., 1989, Geoelectric investigations with strong current sources on the Baltic Shield: Nauka.

106. Velikhov, E. P., Y. M. Volkov, and B. P. D’yakonov, 1975, Application of pulsed MHD generators for geophysical studies and earthquake prediction: Proceedings of the 6th International Conference on MHD Power Conversion, 211–228.

107. Velikhov, E. P., M. S. Zhdanov, and M. A. Frankel, 1987, Interpretation of MHD-sounding data from the Kola Peninsula by the electromagnetic migration method: Physics of the Earth and Planetary Interiors, 45, no. 2, 149–160, doi: 10.1016/0031-92018790049-5.

108. Vozoff, K., 1972, The magnetotelluric method in the exploration of sedimentary basins: Geophysics, 37, 98– 141, doi: 10.1190/1.1440255.

109. Wait, J. R., 1982, Geo-electromagnetism: Academic Press Inc.

110. Wannamaker, P. E., 1991, Advances in three-dimensional magnetotelluric modeling using integral equations:

Geophysics, 56, 1716–1728, doi: 10.1190/1.1442984.

111. Wannamaker, P. E., J. R. Booker, A. G. Jones, A. D. Chave, J. H. Filloux, H. S. Waff, and L. K. Law, 1989, Resistivity cross section through the Juan de Fuca subduction system and its tectonic implications: Journal of Geophysical Research, 94, no. B10, 14127–14144, doi: 10.1029/ JB094iB10p14127.

112. Weaver, J. T., 1994, Mathematical methods for geoelectromagnetic induction: Research Studies Press.

113. Weidelt, P., 1975, Electromagnetic induction in three-dimensional structures: Journal of Geophysics, 41, no. 1, 85–109.

114. Wenner, F., 1928, A method of measuring earth resistivity: U. S. Bureau of Standards Bulletin 258.

115. Wilson, G. A., A. P. Raiche, and F. Sugeng, 2006, 2.5D inversion of airborne electromagnetic data:

Exploration Geophysics, 37, no. 4, 363–371, doi: 10.1071/EG06363.

116. Wilson, G. A., L.H.Cox, and M. S. Zhdanov, 2010, Practical 3D inversion of entire airborne electromagnetic surveys: Preview, 146, 29–33.

117. Witherly, K., 2000, The quest for the Holy Grail in mining geophysics: A review of the development and

application of airborne EM systems over the last 50 years: The Leading Edge, 19, 270–274, doi:

10.1190/1.1438586.

118. Wolfgram, P., and H. Golden, 2001, Airborne EM applied to sulphide nickel — Examples and analysis:

Exploration Geophysics, 32, no. 4, 136–140, doi: 10.1071/EG01136.

119. Wright, D., A. Ziolkowski, and B. Hobbs, 2002, Hydrocarbon detection and monitoring with a

multicomponent transient electromagnetic MTEM survey: The Leading Edge, 21, 852–864, doi:

10.1190/1.1508954.

120. Zhdanov, M. S., 1988, Integral transforms in geophysics: Springer-Verlag.

121. ——–, 1999, Electromagnetic migration, in K. K. Roy, S. K. Verma, and K. Mallick, eds., Deep electromagnetic exploration: Springer-Verlag, Narosa Publishing House, 283–298.

122. ——–, 2002, Geophysical inverse theory and regularization problems: Elsevier Science.

123. ——–, 2009a, Geophysical electromagnetic theory and methods: Elsevier.

124. ——–, 2009b, New advances in 3D regularized inversion of gravity and electromagnetic data: Geophysical Prospecting, 57, no. 4, 463–478, doi: 10.1111/j.1365-2478.2008.00763.x.

125. ——–, 2010, Maxwell’s equations and numerical electromagnetic modeling in the context of the theory of

differential forms, in J. Kazahara, V. Korneev, and M. S. Zhdanov, eds., Active geophysical monitoring:

Elsevier Science&Technology, 300–325.

126. Zhdanov, M. S., and A. Chernyavskiy, 2004, Rapid three-dimensional inversion of multi-transmitter electromagnetic data using the spectral Lanczos decomposition method: Inverse Problems, 20, no. 6, S233– S256, doi: 10.1088/0266-5611/20/6/S14.

127. Zhdanov, M. S., and S. Fang, 1996, Three-dimensional quasi-linear electromagnetic inversion: Radio Science, 31, 741–754.

128. ——–, 1999, 3-D quasi-linear electromagnetic modeling and inversion, in M. Oristaglio, and B. Spies, eds., Three-dimensional electromagnetics: SEG, 233–255.

129. Zhdanov, M. S., S. Fang, and G. Hursn, 2000, Electromagnetic inversion using quasi-linear approximation:

Geophysics, 65, 1501–1513, doi: 10.1190/1.1444839.

130. Zhdanov, M. S., and M. A. Frenkel, 1983a, The solution of the inverse problems on the basis of the analytical continuation of the transient electromagnetic field in reverse time: Journal of Geomagnetism and Geoelectricity, 35, 747–765 131. ——–, 1983b, Electromagnetic migration, in S. E. Hjelt, ed., The development of the deep geoelectric model of the Baltic Shield, Part 2: Proceedings, Oulu University, 37–58.

132. Zhdanov, M. S., and N. G. Golubev, 2003, Three-dimensional inversion of magnetotelluric data in complex geological structures, in J. Macnae, and G. Liu, eds., Three-dimensional electromagnetics III: Australian Society of Exploration Geophysicists.

133. Zhdanov, M. S., and G. Hursn, 2000, 3-D electromagnetic inversion based on quasi-analytical approximation:

Inverse Problems, 16, 1297–1322, doi: 10.1088/0266-5611/16/5/311.

134. Zhdanov, M. S., andG.Keller, 1994, The geoelectrical methods in geophysical exploration: Elsevier.

135. Zhdanov, M. S., V. U. Matusevich, and M. A. Frenkel, 1988, Seismic and electromagnetic migration: Nauka.

136. Zhdanov, M. S., and E. Tartaras, 2002, Three-dimensional inversion of multi transmitter electromagnetic data

based on the localized quasi-linear approximation: Geophysical Journal International, 148, 506–519, doi:

10.1046/j.1365-246x.2002.01591.x.

137. Zhdanov, M. S., P. Traynin, and J. Booker, 1996, Underground imaging by frequency domain electromagnetic migration: Geophysics, 61, 666–682, doi: 10.1190/1.1443995.

138. Zhdanov, M. S., E. P. Velikhov, M. Cuma, G. Wilson, N. Black, and A. Gribenko, 2010, Exploring multiple 3D inversion scenarios for enhanced interpretation of marine CSEM data: An iterative migration analysis of the Shtokman gas field: Barents Sea: First Break, 28, 95–101.

139. Zhdanov, M. S., L.Wan, A. Gribenko, M. Cuma, K. Key, and S. Constable, 2009, Rigorous 3D inversion of marine magnetotelluric data in the area with complex bathymetry: 79th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 729–733.

140. Ziolkowski, A. M., B.A. Hobbs, and D. A.Wright, 2007, Multitransient electromagnetic demonstration survey in France: Geophysics, 72, no. 4, F197–F209, doi: 10.1190/1.2735802.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИИ АППАРАТУРНОГО

КОМПЛЕКСА ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

НА СУШЕ И НА МОРЕ

–  –  –

«Феникс Джиoфизикс Лимитед», Торонто, Онтарио, Канада, oingerov@phoenix-geophysics.com Резюме Появление на рынке во второй половине 1990-х годов прошлого столетия 5-го поколения многофункциональной аппаратуры, а также прецизионных треног для установки индукционных магнитных датчиков, значительно изменило возможности электроразведки как для региональных глубинных исследований, так для поисково-разведочных работ и, в первую очередь, с использованеим естественного электоромагнитного поля (ЕЭМП) Земли.

Методы магнитотеллурического зондирования (МТЗ), аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ), магнитовариационного профилирования (МВП), магнитовариационного зондирования (МВЗ) и др. с измерениями ЕЭМП в последнее время нередко комплексируются при поисково-разведочных работах с методами, использующими контролируемый источник электромагнитного поля (КИЭМП). Методы КИЭМТ включают в себя: различные модификации зондирования становлением поля (ЗС), частотного зондирования (ЧЭЗ), вызванной поляризации (ВП) и метода АМТЗ с контролируемым источником (CSAMT).

Именно 5-е поколение аппаратуры превратило методы ЕЭМП в наиболее мобильные, производительные, результативные и экологически чистые. Основными отличительными чертами приборов 5-го поколения являются: широкий динамический и частотный диапазон, высокая чувствительность, малый уровень собственных шумов (менее 0.1 мкВ), высокая стабильность (отсутствие необходимости в градуировке аппаратуры и датчиков на каждой точке, достаточно 1 раз в месяц ее эталонировать), GPS синхронизация неограниченного количества приборов, 24-х разрядные АЦП, легкий вес, малое энергопотребление (менее 10 Вт), запись временных рядов на твердотельную память, возможность автоматической работы в самых разных климатических условиях.

В числе самых свежих тенденций в развитии в развитии аппаратурного комплекса и разведочных технологий являются:

- развитие телеметрических версий аппаратуры;

- внедрение автоматических мониторинговых систем с передачей данных по спутниковому каналу;

- широкое внедрение в практику магнитовариационных методов (особенно в рудной геофизике);

- преобладание 3D съёмок с применением многоканальных систем (более 100 каналов);

- преобладание в разработке морской аппаратуры систем с 1Н, 3Н, 2Е+3Н каналами, которые позволяют повысить разрешающую способность и снизить затраты на производство съёмок;

- создание специализированных систем для выполнения морских работ в транзитных зонах и на мелком шельфе;

- в связи с развитием в аэроэлектроразведке более глубинных модификаций ЗС, ЧЭЗ, а также внедрением аэро-МВП, перед наземной электроразведкой ставятся задачи детализации и поисково-разведочных работ в интервале глуби 200 – 300 м.

Значительно обновился парк аппаратуры для реализации метода ЗС в ближней зоне, обозначились тенденции использования генераторов тока повышенной мощности и регистрации магнитных компонент с помощью магнитометров, основанных на эффекте сверхпроводимости. Особые надежды в повышении разрешающей способности ЕМ методов связываются с методом ЧЭЗ, где возможно эффективное использование интерференции прямой волны, распостраняющейся по воздуху, с волнами отраженными или преломленными от границ пластов с разными электрическими свойствами.

Заметной тенденцией является активное развитие индукционных методов, использующих длинноволновый радиодиапазон ЕМ поля решения экологических, инженерно-геологических и археологических задач. В геометрических зондированиях особое развитие получити многоканальные наблюдения с использованием многоканальных кос и автоматической коммутацией каналов.

Введение Для описания тенденций в развитии электроразведочного аппатурно-программного комплекса в электроразведке удобно электроразведочные методы разделить на три большие группы: индукционные, геометрические, индукционно – геометрические. Соответственно, электроразведочную аппаратуру можно разделить на две большие группы, специализированную, и многофункциональную. Первая направлена на эффективное, высокопроизводительное применение одного или нескольких электроразведочных методов, вторая направлена на реализацию значительного числа методов, в соответствии с этим эту группу можно подразделить на две подгруппы: однометодную и многометодную. Второй тип аппаратуры, как правило, создается на базе аппаратуры для магнитотеллурических методов разведки, так как к аппаратуре для этих методов предьявляюся наиболее высокие требования по чувствительности, уровню собственных шумов, динамичексому и частотному диапазонам, стабильности параметров. Так как именно эта группа аппаратуры определяет в основном степерь развития аппаратурно-программного комплекса в электроразведке, ей в этой работе уделяется повышенное внимание.

Можно выделить пять этапов в развитии многофункциональной электроразведочной аппаратуры, каждый их которых приводил к существенным качетвенным изменениям в эффективности применения электроразведочных методов. Наибольший прогресс достигнут с появлением аппаратуры 5-го поколения (вторая половина 90-х годов прошлого столетия).

Поэтому аппаратуре этого поколения уделено значительное внимание в этой работе.

Поколения многофункциональной геофизической аппаратуры Условно можно выделить пять поколений многофункциональной электроразведочной аппаратуры, способной выполнять работы методами МТЗ, АМТЗ, МВЗ и магнитотеллурического профилирования (МТП).

Первое поколение многофункциональной аппаратуры преимущественно развивалось в СССР в 1950-е – 1970-е годы и включало 2-х канальные электрические (2Е) или 5-ти канальные (2Е + 3Н) приборы. Эти приборы имели аналоговые усилители и фильтры, высокоточные кварцевые часы для синхронной работы нескольких приборов (использовались при работе с постоянной базовой точкой). В качестве датчиков магнитного поля использовались кварцевые вариометры, а регистрация МТ-вариаций осуществлялась на фотобумагу. Обработка вариаций магнитного поля осуществлялась вручную. Способ обработки и технические характеристики кварцевых вариометров ограничивали диапазон регистрируемых вариаций МТ-поля диапзон 10 – 1000 сек. Эта аппаратура зарекомендовала себя простой и надежной и широко применялась для региональных и поисковых работ на нефть и газ. Преимущественно реализовались методы теллурических токов (ТТ) и МТП, реже использовался метод МТЗ (Бердичевский М.Н., 1968). Основной проблемой работы с этим поколением аппаратуры был ручной способ обработки, требоваший значительных затрат времени, квалифицированных обработчиков и ограничивающий точность и частотный диапазон получаемых функций отклика среды. Наиболее значительным достижением в использовании этой аппаратуры является открытие Уренгойского газового месторождения в Сибири в 1962 году. Типичными представителями этого класса аппаратуры являются: МТЛи МТЛ-71. Эта же аппаратура с успехом использовалась для работ методами ЗС, ВЭЗ, ДЭЗ, ВП. Для научных исследований методами МВП, МВЗ и МТЗ также успешно использовалась аппаратура, выпускаемая Институтом Физики Земли Академии наук СССР (МЭВС-3 и МЭВС-5). Все перечисленные виды аппаратуры отличались простотой, надежностью, относительно малым весом и энергопотреблением, в качестве источника питания использовались батареи.

Второе поколение многофункциональной аппаратуры характеризуется цифровым способом регистрации и обработкой материалов полевых записей на ЭВМ. Эта аппаратура имела, как правило, 5-ти канальную конфигурацию, аналоговые усилители и фильтры, аналого-цифровой преобразователь. Регистрация вариаций осуществлялась на магнитные носитель, с которого затем данные вводились в ЭВМ для последующей цифровой обработки.

В качестве датчиков магнитного поля использовались кварцевые вариометры (низкие частоты, диапазон периодов 10-3600 сек), и индукционные датчики (средние частоты 0.1 – 20 сек). Типичными представителями этого класса аппаратуры являлись приборы ЦЭС-1 и ЦЭС-2, разработанные институтом ВНИИГеофизика и серийно выпускавшиеся Мытыщинским приборостроительным заводом. Тиражируемая сотнями экземпляров эта аппаратура внесла неоценимый вклад в развитие МТ-методов, с успехом применялась как для решения практических поисковых задач, так и для глубинных исследований. Эта аппаратура также с успехом использовалась для работ методами ЗС и ЧЗ.

Некоторое промежуточное положения занимает аппаратура ЦЭС-МГД и ЦЭС-3, выпущенная в очень ограниченном числе экземпляров. Эта аппаратура уже имела выносные усилители и компьютер в своем составе, но отличалась большим весом и габаритами, значительным энергопотреблением (использовался бензоэлектрический агрегат), что практически сводило на нет ее использование в переносном варианте. Тем не менее, эта аппаратура уже находится уже ближе к третьему поколению аппаратуры, чем ко второму.

Кроме СССР, аппаратуру этого поколения выпускала Франция (компания IRIS Instruments).

Стимулируемые энергетическим кризисом 1973 года, западные специалисты активно подключились к созданию многофункциональной аппаратуры, предназначенной прежде всего для метода МТЗ. Для увеличения производительности аппаратура третьего поколения имела 10-16 каналов, выносные предусилители, позволявшие удалять 2-х и 5-ти каналные точки наблюдения на расстояние до 2-х километров от регистрирующего блока, переносные кварцевые часы для синхронизации удаленных друг от друга приборов. Использовался цифровой способ регистрации на магнитную ленту, с последующей обработкой данных на ЭВМ или регистрацией на жесткий диск компьютера. В состав аппаратуры включается бортовой компьютер. Основным достоинством этого класса аппаратуры является возможность эффективно реализовать технологию работ с удаленной базовой точкой алгоритм Гэмбла (Gamble, 1978). Эта технология позволила существено повысить помехозащищенность и улучшить точность получаемых данных. К другим достоинствам аппаратуры стоит отнести повышение производительности работ и снижение удельной стоимости одного канала регистрации. Однако, аппаратура этого поколения остается громоздкой и дорогостоящей, со значительным энергопотреблением. Типичным представителем этого поколения является аппаратура МТ-16, выпускавшаяся компанией Феникс Джеофизикс, Канада (рис. 1). К этому поколению аппаратуры относится Казахстанская аппаратура ЭИН-2009, среди западных компаний аппаратуру этого поколения выпускали компании EMI (Калифорния, США), Metronix (Германия).

Четвертое поколение аппаратуры отличается значительным сокращением габаритов, веса энергопотребления использованием независимой или встроенной ЭВМ для регистрации и обработки данных. Наиболее популярные образцы этой аппаратуры выпускали компании Феникс Джеофизикс (Канада) –V5-16 (рис. 2а), Метроникс (Германия) – MMS-05 и EMI (США) - MT-1. Аппаратура этого поколения (ЦЭС-4, автор Ключкин) была создана в России, однако тираж этой аппаратуры остался весьма ограниченным. Эффективная аппаратура этого поколения выпускается также на Украине (Львовский Институт Академии наук Украины) под руководством В. Корепанова, в Казахстане под руководством А. Мариненко.

Аппаратура этого поколения для АМТ диапазона АКФ-4 была разработана в СанктПетербургским государственным университетом (М. Пертель) и выпускалась серийно Научно-производственным предприятием «Геологоразведка». Эта аппаратура успешно применяется для решения рудных поисково-картировочных задач. Модернизация данной аппаратуры в дальнейшем была выполнена в Центре электромагнитных методов СанктПетербургского государственного университета – ЦЭММ СПбГУ (А. Сараев) и ООО «Микрокор» (В. Головенко).

Рис. 1. Аппаратура 3-го поколения МТ-16 (16-ти канальная) компания Phoenix Geophysics) Рис. 2. Аппаратура 4-го поколения V5-16MT, (16-ти канальная, компания Phoenix Geophysics) Пятое поколение многофункциональной аппаратуры базуруется на быстром развитии электроники и компьтерной техники. Его появление на рынке позволило осуществить существенный качественный скачек в развитии электроразведочных методов и, прежде всего, магнитотеллурических. Аппаратура этого поколения характеризуется 24-х разрядным АЦП, синхронизацией различных приборов, высоким уровнем автоматизации, простотой использования в полевых условиях, малым весом и энергопотреблением. В развитии 5-го поколения аппаратуры наметились два направления. Исторически ранее появившееся первое из них основано на существенной доработке аппаратуры четвертого поколения на базе новых возможностей электроники икомпьютерно техники. Это направление предусматривает наличие центрального управляюще-регистрирующего блока и многочисленных 1-но или 2-х канальных относительно дешевых приемников, соединеннных с центральным блоком проводной связью.

Второе направление, запатентованное компанией Феникс Джиофизикс, предусматривает наличие в системе неорниченного количества 2-х, 3-х и 5-ти канальных независимых приборов, работа которых с высокой степенью точности синхронизируется с помощью GPS. На рис. 3 приведен внешний вид 10-ти канального комплекта 5-го поколения (два 5-ти канальных прибора (2Е3Н)) со вспомогательным оборудованием. Как видно из рисунка, теперь уже стоит вопрос не сколько человек необходимо для обслуживания одного комплекта аппаратуры, сколько комплектов в смену могут обслужить два человека.

Пионером в создании 5-го поколения многофункциональной аппаратуры выступила австралийская компания Мимдас, создавшая многоканальную систему с 24-х разрядными АЦП в 1995 году. Эта система имеет много электрических и только два горизонтальных магнитных канала, вертикальный магнитный канал отсутствует вовсе (рис. 4). Система основана на нормировании всех электрических каналов на имеющиеся два горизонтальных магнитных канала. Такая система позволяет иметь относительно низкую себестоимость одного канала и обеспечивать хорошую производительность при работах на открытой местности с хорошими условиями производства заземлений электрических приемных линий.

Система также эффективна при комплексировании МТЗ и ВП при поиске относительно неглубоко залегающих объектов. При выполнении работ на пересеченной местности или в сельскохозяйственных районах возникают значительные трудности в эксплуатации системы.

Трудности возникают и при изучении сложных геоэлектрических разрезов. В этом случае нормировка только на два магнитных канала несколько ограничивает разрешающую способность. Тем не менее, целый ряд геологических задач могут быть успешно решены при подобном построении аппаратуры.

Рис. 3. Первая система 5-го поколения, созданная австралийскими геофизиками (слева) Многоканальная система 5-го поколения Титан (компания Quantec) - справа.

Более счастливая судьба ожидала разработку компании Квонтек (Quantec), Канада. За прошедшие годы тремя комплектами этой аппаратуры выполнен значительный объем работ методами МТ, АМТЗ, CSAMT, ВП для решения самых различных геологических задач. В настоящее время компания внедрила более гибкую и совершенную версию аппаратуры, получившей название Спартан.

Более совершенную и гибкую систему разработала компания EMI (США) в 1997 году.

Количество магнитных и электрических каналов могло конфигурироваться, однако предусилители этой аппаратуры также имеют проводную связь с центральным блоком (рис.

4). Как и австралийская система, данная продукция компании не получила существенного успеха на рынке.

Рис. 4. Многоканальная ЕМ система 5-го поколения MT-24 SYSTEM EMI (Калифорния, США)

В целом многоканальная аппаратура 5-го поколения с центральным контрольнорегистрирующим блоком обеспечивает высокую производительность, низкую себестоимость и хорошую результативность при поисково-разведочных работах в простых условиях местности. В пересеченной местности, урбанизированных областях достаточно трудно эксплуатировать этот тип аппаратуры. Такая аппаратура также мало эффективна при региональных и рекогносцировочных работах. К недостаткам аппаратуры следует отнести значительный вес комплекта, а также значительную численность обслуживающего персонала.

Другой подход к построению аппаратуры 5-го поколения заключается в использовании независимых 2-х (2Е), 3-х (3Н) и 5-ти (2Е3Н) приборов, синхронизированных с высокой точностью с помощью GPS. Компания Феникс Джиофизикс выступила пионером в этой области, подав патентную заявку в 1996 году и начав промышленный выпуск данного типа аппаратуры в 1997 году (рис. 5).

Рис. 5. МТ/АМТ аппаратура, выпускаемая компаниями: 1. Phoenix Geophysics (слева),

2. Metronix (в центре), 3. EMI (Schlumberger) (справа).

Общая идея совместной работы в одной системе неограниченного количества приборов, синхронизированных с помощью GPS, показана на рис. 6.

Рис. 6. Принцип работы неограниченного числа независимых приборов, синхронизированных с помощью GPS.

На границе тысячелетий к компании Феникс Джиофизикс (Канада) присоединились компании Метроникс (Германия) и EMI (США). Последнюю позднее купила компания Шлюмберже и сейчас EMI в основном удовлетворяет запросы этой компании в аппаратуре.

Вид приборов 5-го поколения, выпускаемых компаниями Phoenix Geophysics, Metronix, EMI показан на рис. 5. Прочные пластиковые боксы типа Пеликан стали популярными в последнее время, правда Феникс в основном их использует для транспортировки, а сами приборы помещает в прочные алюминиевые корпуса (рис. 5.1). Широкодиапазонную аппаратуру 5-го поколения выпускают также компании KMS (США), Zonge (США), AGCOS (Канада) (рис. 7).

Рис. 7. Широкодиапазонная аппаратура 5-го поколения, выпускаемая компаниями КМС (США), Зонге (США), АГКОС (Канада).

Среди других компаний и организаций, выпускающих аппаратуру данного класса, следует отметить Институт Космический Исследований (Львов, Украина), Азимут Енерджи (Алматы, Казахстан), ИЗМИРАН (Ст. Петербург, Россия). Высокочастотную аппаратуру для методов АМТ и СSАМТ выпускают компания Geometrics (США), Центр электромагнитных методов СПбГУ совместно с ООО «Микрокор» (рис. 8). Следует отметить, что последний коллектив организаций является единственным, выпускающим радиочастотный вариант многофункциональной аппаратуры (рис. 8с) Рис. 8. Аппаратура АМТ и RМT методов.

Слева - Stratagem (компания Geometrics, USA), в центре АМТ, справа - Радио МТ – РМТ (две последние разработки ЦЭММ СПбГУ и ООО «Микрокор», С-Петербург, Россия).

Развитие приборов пятого поколения идет по пути снижения энергопотребления, миниатюризации, оснащения твердотельной съемной памятью, средствами коммуникации, увеличения канальности магнитных каналов для одновременной регистрации МТ зондирований с несколькими видами датчиков магнитных компонент поля.

Важную роль в эффективности работы многофункциональной аппаратуры играют датчики магнитных компонент поля. Как правило, каждая из компаний, выпускающих данный вид аппаратуры, предлагает свой тип датчиков магнитных компонент поля.

Преобладают индукционные датчики, отличающиеся хорошими эксплутационными характеристиками.

Три вида индукционных датчиков, выпускаемых компанией Феникс Джиофизикс, приведены на рис.9.

Рис. 9. Индукционные датчики, выпускаемые компанией Феникс Джиофизикс.

Компания Метроникс зарекомендовала себя выпуском широкодиапазонных малогабаритных индукционных датчиков. Компания также использует феррозондовые магнитометры для регистрации низкочастотных МТ и МВ записей (рис.10).

Рис. 10. Магнитные индукционные датчики компании Метроникс, индукционные: АМТ - слева, МТв центре; феррозондовые: (фирмы Bartington) – справа.

Следует отметить также высокое качество магнитных датчиков компаний КМС и EMI (рис. 11), Львовского Института космических исследований (Украина), портативные кварцевые вариометры С-Петербургского филиала ИЗМИРАН.

Рис.11. Индукционные датчики: слева компании KMS (США), справа компании EMI (США).

Опыт проведения поисково-разведочных работ, а также моделирование показали, что ценная геологическая информация может быть получена на основе точных измерения вертикальной магнитной компоненты поля. В результате компанией Феникс Джиофизикс была модернизирована концепция применения 5-го поколения многофункциональной аппаратуры (предложен второй вариант концепции, рис. 12).

Рис. 12. Второй вариант концепции применения аппаратуры пятого поколения (преимущественное измерение трех ортогональных компонент естественного ЕМ поля Земли) Успешная реализация этой концепции во многом связана с разработкой и предложением на рынке Канадской компанией АГКОС высокотехнологичных прецизионных треног для установки индукционных магнитных датчиков (рис.13). Эти треноги позволяют устанавливать магнитные датчики с точностью 0.01–1.0 градуса, осуществлять термоизоляцию датчиков, демпфировать ветровые помехи. Треноги быстро переводятся из транспортного положения в рабочее, и обратно. Данные инструменты обеспечивают эффективное применение МТ и МВ методов в зимнее время, а также в летнее время в сложных условиях местности на твердых и болотистых грунтах (рис. 14). Электромагнитные зондирования с естественными и контролируемыми источниками в условиях Восточной Сибири используются в комплексе c сейсморазведкой.

Рис. 13. Прецизионные треноги для установки индукционных магнитных датчиков, выпускаемые Канадской компанией АГКОС. Слева - для вертикального датчика, в центре - для горизонтального, справа - для трех магнитных датчиков.

Рис. 14. Прецизионные треноги в полевых условиях: слева на льду замерзшего озера на севере Канады, в центре - на крутом горном склоне на Камчатке, справа - на доразведке золоторудных жил на месторождении в Забайкалье.

Рис 15. Многоканальные системы 5-го поколения многофункциональной аппаратуры. Слева управляющий прибор V8, RXU-3 (RXU-2, RXU-5); Справа – многоканальный MTU-net.

Одним из направлений дальнейшего развития аппаратуры 5-го поколения является создание телеметрического варианта аппаратуры, включающего 6-ти канальные управляющие приборы, оборудованные цветным дисплеем и полноценной водонепроницаемой клавиатурой, и управляемые по радиоканалу или по более совершенным беспроводным технологиям 2-х, 3-х, 5-ти управляемыми приборами (рис. 15а). Причем один управляющий прибор может контролировать работу большого количества подчиненных приборов. Такие системы могут иметь в сумме значительное количество регистрирующих каналов и выполнять полевые работы как методами, использующими естественные источники поля, так и эффективно реализовывать методы, использующее контролируемые источники поля (ЗС, ЧЭЗ, СSАМТ, различные модификации ВП и т.п.).

Другим направлением является создание регистрирующих приборов, повышенной канальности, способных вести одновременную регистрацию в супершироком частотном диапазоне (рис. 17б). То есть вести по 6-ти магнитным каналам одновременную регистрацию с индукционными магнитными датчиками и феррозондовыми магнитометрами (МТЗ, МВЗ), или вести регистрацию МТ и АМТ одновременно с различными видами индукционных датчиков. Кроме компании Феникс Джиофизикс здесь также следует выделить разработки компаний Метроникс, КМС, АГКОС.

Автоматические мониторинговые системы Аппаратура пятого поколения оказалась весьма удобной базой для создания автоматических мониторинговых систем. Стандартная аппаратура при этом оборудуется модемом, средствами связи и возобновляемыми источниками энергии. Наибольший опыт в этой области накопила компания Феникс Джиофизикс, установившая в 1996 году автоматическую мониторинговую станцию в Японии на базе аппаратуры 4-го поколения. В начале 21-го столетия аппаратура была заменена на приборы 5-го поколения и станция продолжает непрерывный мониторинг по сей день. За прошедшие годы парк 5-ти канальных мониторинговых станция в Японии существенно расширился, такие станции были установлены в Китае и Индии. В Японии на термальной электростанции установлена 16-ти приборная мониторинговая станция позволившая оптимизировать режим добычи термальных вод. В последние годы наиболее часто используется передача ЕМ данных в режиме реального времени по спутниковому каналу (рис. 16).

Рис. 16. Схема работы автоматической мониторинговой станции на базе прибора RXU-5N и спутникового канала с зарядкой аккумуляторов от термоэлектрического генератора.

Для надежной зарядки объемных кислотных аккумуляторов целесообразно использовать комбинацию солнечных батарей и термоэлектрического генератора, работающего на пропане. Соотношение мощности этих источников зависит от широты местности. Вся аппаратура довольно компактна (рис. 17), датчики ЕМ поля устанавливаются на глубине 1.5 м для устранения сезонных колебаний электрических свойств.

Рис. 17. Элементы автоматической мониторинговой системы: а – регистрирующий прибор и спутниковый раутер, всепогодный ящик с регистрирующим прибором и коммутатором, в – индукционный датчик. Г – солнечная батарея.

Вид термоэлектрического генератора (ТЭГ) показан на рис. 17, по размерам он несколько меньше, чем всепогодный ящик. Одного среднего баллона с пропаном достаточно для 1-4-х месяцев работы, в зависимости от широты местности.

Аппаратура для индукционных методов с контролируемым источником Кроме регистраторов (приемников) ЕМ поля, здесь также используются геофизические генераторы тока (трансмиттеры). В качестве приемников может быть использованы многофункциональные приемники (предпочтительно с экраном и клавиатурой - Феникс, Зонге, АГКОС и др.). Специализированные приемники можно разделить на три большие группы: работающие в частотной области, работающие во временной области и работающие в обеих областях. Первую группу можно подразделить на одиночные приемники и многоканальные системы. Под частотными методами мы будем понимать методы СSАМТ, ЧЭЗ, спектральное ВП, ВП в частотной области, электропрофилирование. Типичные представители этой аппаратуры является измеритель МЭРИ-24 и генератор АСТРА, аппаратура компании ЦЭММ и ООО «Микрокор», аппаратура ЧЭМЗ компании МГУГеофизика, изображенный на рис.18а. Этот прибор хорошо зарекомендовал себя при работах методами ЧЭЗ, ВП в частотной области.

–  –  –

Рис 18. Аппаратура для метода ЧЭЗ. а) Среднечастотная АСТРА-МЭРИ, высокочастотная ЧЭМЗ.

Для всех методов, с контролируемым источником необходимым элементом являются генераторы тока, которые можно подразделить на 4-группы. Это малой мощности до 100 Вт (АСТРА), средней (до 15-ти кВт), большой (выше 20 кВт) и супербольшой (более 80 кВт) (рис 19).

–  –  –

Набор генераторов различной мощности выпускает компания «Зонге Инжиниринг» Рис 20.

Рис. 20. Генераторы средней и большой мощности, выпускаемые, выпускаемые компанией «Зонге Инжиниринг».

Аппаратура для работ во временной области Специализированную аппаратуру для работ во временной области с генераторами различной мощности выпускает компания «Джеоникс» (Канада, рис. 21). Пользуется популярностью также австралийская аппаратура «ТерраТЕМ», российская аппаратура ТемФаст (Москва), аппаратура ИРЭП (Иркутск) и др. Для реализаций этих методов может быть использована многофункциональная аппаратура, как многоканальная, так и одноканальная.

Рис. 21. Аппаратура для ЕМ зондирований во временной области компании «Джеоникс».

Аппаратура для геометрических зондирований В первую декаду 21-го столетия активно развевалась технология «Электротомографии»

4-10 канальные измерители для электротомографии выпускают французская компания «Ирис Инструмент» (Сискал), канадская компания «Синтрекс» (Сарис, рис. 22).

Рис. 22. Аппаратура для геометрических зондирований Французской компании «Ирис Инструментс»

и Канадской компании «Синтрекс».

Подобную аппаратуру выпускает также Шведская компания «АВЕМ». В последние годы в строй компаний, выпускающих аппаратуру для электротомографии, уверенно влились несколько российских компаний. Следует отметить, что российские компании продолжают выпускать целый ряд вполне конкурентоспособной аппаратуры для методов сопротивлений.

Этому способствует возросшая за прошедшее десятилетие роль электроразведки в решении инженерных, гидрогеологических, экологических и археологических задач.

Все более существенную конкуренцию в решении этих задач геометрическим зондированиям оказывают малоглубинные индукционные методы. Разработки компаний ЦЕММ и ООО «Микрокор» (Ст. Петербург) и МГУ-геофизика уже отмечались выше. Здесь следует также отметить разработки новосибирских и киевских ученых, аппаратуру СПетербургских компаний «ЭРА», «Элгео», «Теллур», «Геологоразведка», канадских компаний «Синтрекс» и «Джионикс», компании «Джиометрикс» (США).

Аппаратура для морских исследований Разработка аппаратуры для морских исследований на Западу связаны с работой коллективов возглавляемых Стивом Констеблем (Тихоокеанский Океанографический Институт, США) и Алана Чэйва (Атлантический институт, США). Большой объем донной 4х канальной (2Е+2Н) многофункциональной аппаратуры выпустила компания EMI (США, сейчас эта компания входит в состав Шлюмберже). Эта аппаратура активно использовалась компаниями ЕМПС (Норвегия), ОММ (Великобритания), Шлюмберже для выполнения работ методами МТЗ и Донного Электромагнитного Каротажа (ДЭК). Типичная донная 4-х канальная многофункциональная ЕМ станция приведена на рис. 25 а. Компания ОММ разработала свой вариант донной аппаратуры (рис. 23б). О разработки своих вариантов донной аппаратуры объявили компании КМС (США), Квазар (США), АГСОС (Канада).

–  –  –

Рис. 23. Донная многофункциональная аппаратура. А- конструкция компании ЕМИ, б) конструкции компании ОММ.

Представители компании «Феникс Джиофизикс» предложили сделать упор в донных измерениях сосредоточить на вертикальной магнитной компоненте естественного ЕМ поля земли.

Аппаратурный комплекс для донных электромагнитных исследований предложила компания МТЕМ (Великобритания). Сейчас некоторые компании объявили о разработке аппаратурных комплексов, основанных на использовании донных и плавучих кос. Следует отметить, что подобные технологии ранее опробованы и используются в России СПетербургскими, Геленджикскими и Иркутскими геофизиками.

При инженерных исследованиях на акваториях, как правило, используется наземная электроразведочная аппаратура для геометрических и индукционных зондирований с контролируемым источником. Аппаратура располагается на плавсредствах, а датчики ЕМ поля буксируются за плавстредством или по поверхности воды или по дну водоема.

Заключение В прошедшее десятилетие наметился существенный прогресс в развитии многофункциональной аппаратуры 5-го поколение, что обусловило значительное увеличение доли МТЗ и АМТЗ при проведении поисково-разведочных работ.

В числе самых свежих тенденций в развитии в развитии аппаратурного комплекса и разведочных технологий являются:

- развитие телеметрических версий аппаратуры;

- внедрение автоматических мониторинговых систем с передачей данных по спутниковому каналу;

- широкое внедрение в практику магнитовариационных методов (особенно в рудной геофизике);

- преобладание 3D съёмок с применением многоканальных систем (более 100 каналов);

- преобладание в разработке морской аппаратуры систем с 1Н, 3Н, 2Е+3Н каналами, которые позволяют повысить разрешающую способность и снизить затраты на производство съёмок;

- создание специализированных систем для выполнения морских работ в транзитных зонах и на мелком шельфе;

- в связи с развитием в аэроэлектроразведке более глубинных модификаций ЗС, ЧЭЗ, а также внедрением аэро-МВП, перед наземной электроразведкой ставятся задачи детализации и поисково-разведочных работ в интервале глубин 200 – 300 м.

Значительно обновился парк аппаратуры для реализации метода ЗС в ближней зоне, обозначились тенденции использования генераторов тока повышенной мощности и регистрации магнитных компонент с помощью магнитометров, основанных на эффекте сверхпроводимости. Особые надежды в повышении разрешающей способности ЕМ методов связываются с методом ЧЭЗ, где возможно эффективное использование интерференции прямой волны, распространяющейся по воздуху, с волнами отраженными или преломленными от границ пластов с разными электрическими свойствами.

Заметной тенденцией является активное развитие индукционных методов, использующих длинноволновый радиодиапазон ЕМ поля, для решения экологических, инженерно-геологических и археологических задач.

В геометрических зондированиях особое развитие получили многоканальные наблюдения с использованием, многоканальных кос и автоматической и автоматической коммутацией каналов.

Список литературы

1. Berdichevsky M. N., Dmitriev V. I.. Models and Methods of Magnetotellurics. – Moscow: Scientific World, 2009.

2. Ingerov, O., 2005. Application of electroprospecting methods for hydrocarbon exploration. Reports of the St.

Petersburg Mining Institute (in Russian), 162, 15–25.

3. Fox L. Ingerov O., 2008. Fifth Generation of Multifunctional Equipment – Ten Years in the Market. Extended

Abstract

19-th EM Induction Workshop, Beijing, China, October 23-29, 2008.

4. Lam, H. et al., 1982. The response of perturbation and induction arrows to a three-dimensional buried anomaly. GEOPHYSICS 47, 1, 51–59.

5. Rokityansky, I.I., 1982. Geoelectromagnetic Investigation of the Earth’s Crust and mantle. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 378 pp.

6. Fox L, at al., 2008. High-sensitivity EM prospecting technique based on measurement of three magnetic components of the natural EM field. Extended Abstract 19-th EM Induction Workshop, Beijing, China, October 23-29, 2008.

7. Ingerov O., et al., 2009. Non-grounded Surface Electroprospecting Technique., 70th EAGE Annual Conference. Amsterdam #6149.

8. Ingerov O., Ermolin E., 2010. The Parameters estimation of 2D Conductive Isometric Bodies by singular Points at the Tipper Frequency Characteristic. Extended Abstract 20-th EM Induction Workshop, Giza, Egypt, September 18-24, 2010.

9. Fox L., Ingerov O., 2006. Detection of resistivity of offshore seismic structure mainly using vertical magnetic component of earth’s naturally varying electromagnetic field. International Patent Application PCT/CA2006/000042

10. Fox L., Ingerov O., 2007. Natural source EM for offshore hydrocarbon detection offers potential cost saving.

First Break, Volume 25, November 2007, p. 87-94.

РАЗВИТИЕ ГЕОЭЛЕКТРИКИ

В САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

–  –  –

Санкт-Петербургский государственный университет, С-Петербург, aakovtun@mail.ru Геоэлектрика, как одно из направлений геофизической науки, возникла в стенах Ленинградского (сейчас Санкт-Петербургского) университета в 20-х годах прошлого столетия, когда в 1923 году на физико-математический факультет была переведена с геологопочвенного факультета кафедра геофизики. Основными задачами кафедры являлись подготовка специалистов для нужд народного хозяйства и развитие научной работы в различных областях геофизики, в том числе и геоэлектрики (тогда она называлась электрометрия). В 20-ые годы на кафедре проводились работы по изучению электропроводности горных пород, развивались методы измерения сопротивления в естественных и лабораторных условиях. В это время на кафедре большое внимание привлекали работы А.А. Петровского, разрабатывающего метод естественного поля для обнаружения электропроводящих рудных объектов.

А.А. Петровский, выпускник физико-математического факультета 1897 года, пришел в геофизику в самом начале 1920-х годов уже будучи известным физиком и крупным радиотехником того времени. Работая непосредственно с А.С. Поповым, он развивал научные основы теории распространения электромагнитных волн. Его известная монография «Научные основания беспроволочной телеграфии» сыграла решающую роль в установлении приоритета А.С.Попова на изобретение радио.

А.А. Петровский Картина из галереи выдающихся ученых в области радиосвязи Российского Института мощного радиостроения – РИМР (ранее НПО им. Коминтерна) В 1923 году во вновь организованном Институте прикладной геофизики (ИПГ) А.А.

Петровский возглавил отдел электроразведки. По методу естественного поля (ЕП) им были разработаны способы полевых измерений, и, в частности, гальванометрический метод, созданы неполяризующиеся электроды оригинальной конструкции, решена задача и исследовано поле поляризованных проводников в форме сферы и проведены полевые работы на ряде сульфидных месторождений. Первые работы этим методом А.А. Петровским были поставлены на рудном Алтае в 1924 году. Благодаря работам А.А. Петровского, метод ЕП вошел в мировую практику.

Большую роль в развитии геоэлектрики в Ленинградском университете и в постановке ее на физико-математическую основу сыграл профессор Виктор Робертович Бурсиан. В 1923-24 гг. в Ленинграде наряду с Институтом прикладной геофизики была организована Геофизическая секция при Геолкоме. В.Р. Бурсиан, тогда еще доцент физикоматематического факультета, был приглашен для организации и руководства электроразведочными исследованиями в этих организациях. Ученый с большим опытом исследовательской и педагогической работы, близко связанный с физическими учреждениями Ленинграда, В.Р. Бурсиан сумел в короткий срок подобрать и организовать коллектив сотрудников и создать электроразведочный отдел в секции при Геолкоме. В отделе одновременно развивались исследования по разработке теоретических основ методов электроразведки, велись аппаратурные разработки и в широких масштабах ставились полевые работы.

В.Р. Бурсиан Уже в течение первых лет своей деятельности электроразведочный отдел занял в секции ведущее место. Одновременно В.Р. Бурсиан возглавил работы в лаборатории электрометрии в Университете на кафедре геофизики. В 1930-ом году лаборатория была преобразована в кафедру электрометрии в геофизическом отделе, возглавляемом Тверским Павлом Николаевичем. В.Р. Бурсиан, физик-теоретик по образованию, привлек к работе на кафедре известных ученых физико-математического факультета В.А Фока и В.К.

Фредерикса. Его внимание в этот период было сосредоточено на развитии методов электроразведки на постоянном токе. Занимаясь, в основном, разработкой теоретических вопросов, он читал курс лекций по электроразведке, руководил полевыми работами и многократно выезжал в экспедиции. Результаты своих исследований В.Р. Бурсиан обобщил в монографии, которая вышла в 1933 году и была первым в мире фундаментальным учебником по электроразведке. Вторая часть учебника по теории переменного поля выйти полностью в свет не успела. В 1937 году В.Р. Бурсиан был арестован и уже больше не вернулся в Университет. Умер он в 1945 г. в тюрьме. Так закончилась жизнь этого чрезвычайно талантливого ученого, педагога и организатора нового направления в геофизике – электроразведке.

Следующий этап в развитии геоэлектрики в университете связан с Александром Павловичем Краевым, учеником В.Р. Бурсиана. После защиты диссертации в 1938 году на тему «Апериодичные электромагнитные процессы в поглощающей среде», послужившей прологом к развитию метода становления поля, широко используемого в электроразведке вплоть до настоящего времени, А.П. Краев увлекся идеей частотного электромагнитного зондирования, первые шаги в развитии которого были сделаны еще В.Р. Бурсианом. А.П.

Краеву удалось получить ряд новых результатов, касающихся применения переменного электромагнитного поля для электроразведки и электрокаротажа скважин.

А.П. Краев Зимой 1941 года, в блокадном Ленинграде А.П. Краев защищает докторскую диссертацию «Электромагнитное частотное зондирование слоистого массива». Эта диссертация и лекции, читаемые им для студентов-геофизиков послужили основой для создания нового направления в электроразведке, развиваемого на кафедре Физики Земли и по сей день.

Война нарушила жизнь кафедры. Развитие научной деятельности практически прекратилось. Кафедра в составе заведующего - доцента Райко Н.В. (умер зимой 1942 года), доцента Очаповского Б.Б., студентов-старшекурсников Долгинова С.Ш., Яновской Н.Б, Жуковской А.И. и других эвакуировалась вместе с университетом в г. Саратов, где в военные годы продолжался учебный процесс. Профессор Яновский Б.М. уехал зимой 1941 г. с институтом Метрологии в Ленинакан. Профессор А.П. Краев со своими сотрудниками – ассистентами Зацепиным В.Р. и Ивановым И.П. остались в Ленинграде и с первых дней войны занимались разработкой оборонной тематики. С конца 1941 по 1945 год Краев А.П.

служил в минно-торпедном отделе Краснознаменного Балтийского флота.

После войны работы в области геоэлектрики были возобновлены с большим размахом благодаря деятельности А.П. Краева. Под его руководством и при его участии в 1946 году был проведен первый в мире широкомасштабный эксперимент по глубинным дипольным зондированиям с разносом между питающей и приемной установкой до 60 км. Было оценено распределение сопротивлений до глубины около 20 км и обнаружено его понижение при разносах больших 40 км.

Работы проводились в Финском заливе и на Карельском перешейке. Применялась дипольная установка с неподвижной питающей линией размером в 1,5 км, расположенной в море у берега острова. В нее подавался импульсный ток силой до 1000 А. Приемные линии перемещались по морской и сухопутной трассам, длина которых составляла соответственно 64 и 75 км. Наблюдения на морской трассе выполнялись А.П. Краевым и Н.Б. Яновской, на сухопутной – А.С. Семеновым и Н.П. Силиным. Работу генераторной группы обеспечивал В.Р. Зацепин.

Выполненные работы показали реальную возможность изучения электрического разреза с использование дипольной схемы и существовавшей в то время аппаратуры до глубин, по крайней мере, первых десятков километров. На кривых зондирования по двум трассам, идущим под углом 40о, при разносах превышающих 40 км, было зафиксировано резкое понижение кажущегося сопротивления, что указывало на присутствие на глубинах в 10-20 км хорошо проводящего слоя пород. Природу его А.П. Краев был склонен связывать с температурным влиянием, а А.С.Семенов – с присутствием электронно-проводящих пород (графитистых сланцев, пирит-пирротинновых пород). При этом допускалось, что понижение кажущегося сопротивления могло быть обусловлено линейной проводящей зоной, секущей обе трассы зондирования. Это событие было столь значительно по тому времени, что нашло отражение в газете Ленинградская правда от ноября 1946 года.

Этот эксперимент послужил основанием для развития глубинных исследований в нашей стране и за рубежом. По представлению А.П. Краева Совет Министров СССР утвердил обширную программу глубинных электрических исследований, ответственность за выполнение которой возлагались на Геофизический институт (Институт физики Земли) Академии наук СССР. В эту программу, по предложению академика Г.А. Гамбурцева, наряду с электрическими методами, были включены работы методом глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). Следует подчеркнуть, что сама идея направить геоэлектрику на глубинные исследования впервые родилась тоже в нашем университете.

По воспоминаниям профессора кафедры геофизических методов разведки Ленинградского университета Александра Сергеевича Семенова, предложение о применении методов геоэлектрики для оценки электропроводности на больших глубинах до 20-30 км было сделано еще до войны профессором Ленинградского университета академиком Ф.Ю.

Левинсон-Лессингом. В начале 1930-х годов он предложил поставить глубинные зондирования для изучения древних метаморфизованных толщ Балтийского щита. Работы предполагалось проводить на Кольской базе Академии наук, созданной академиком А.Е.

Ферсманом. Методика глубинных зондирований обсуждалась с физиками В.Р. Бурсианом, В.К. Фредериксом, А.А. Петровским и даже с французским геофизиком К. Шлюмберже, посетившим Ленинград в 1934 г. А.С. Семенов также участвовал в осуществлении этого проекта. Он разрабатывал методику высокоточных измерений.

В том же 1946 году А.П. Краев создает на геологическом факультете кафедру геофизических методов разведки, куда он пригласил на работу А.С. Семенова, сотрудника Всесоюзного института разведочной геофизики - ВИРГа. С этого года геоэлектрика стала развиваться на двух факультетах - физическом, где А.П. Краев возглавлял лабораторию геоэлектрики, и на геологическом, где развивалась методы поисково-разведочной электроразведки.

В 1951 году А.П. Краев опубликовал первую часть книги «Основы геоэлектрики», в которую вошли описания поведения естественного поля и постоянного искусственного поля в Земле. Во второй части планировалось изложить волновую геоэлектрику, однако, написать вторую часть А.П. Краев не успел. Он скончался в возрасте 48 лет в 1952 году. Автор не оставил никаких, даже черновых, материалов ко второй части книги, и о конкретном содержании ее можно судить лишь по курсу лекций «Волновая геоэлектрика», прочитанному им в 1950 году. Эти лекции охватывали только часть намеченной автором в предисловии к первому изданию обширной программы и содержали основы общей теории переменных электромагнитных полей в Земле и результаты работ, выполненных в Ленинградском университете к 1950 году.

А работы по частотному зондированию уже шли полным ходом. Летом 1952 г.

сотрудниками университета были выполнены первые экспериментальные работы по частотному зондированию в Вологодской области. В состав этой экспедиции входили асс.

Н.Б. Яновская, аспиранты Л.Б. Гасаненко, И.А. Корниенко, лаборанты Ю.В. Кедрин и Т.Д.

Гладкий.

После смерти А.П. Краева работы в лаборатории геоэлектрики на физическом факультете возглавили его аспиранты Г.В. Молочнов и Л.Б. Гасаненко. В 1952-53 г.г. они защитили кандидатские диссертации и продолжили развитие этого направления на кафедре.

Благодаря их деятельности направление геоэлектрики успешно развивается в стенах Ленинградского университета в течение нескольких десятилетий.

В 50-60-е годы Георгий Васильевич Молочнов основное внимание уделил развитию методов частотного зондирования в горизонтально неоднородных средах. Под его руководством была создана установка для физического моделирования электромагнитного поля дипольных источников в многослойной среде, осложненной неоднородностью верхнего проводящего слоя в виде уступа, наклонной границы и т.п. Установка заменила отсутствующую в те годы вычислительную технику и позволила получить ряд практически важных результатов для проведения зондирований в горизонтально неоднородных средах.

Ближайшим помощником по проведению моделирования был лаборант, бывший фронтовик, Тимофей Данилович Гладкий, который работал с первого послевоенного года на кафедре и покинул ее в начале 80-х годов.

Особый размах приобрели работы в области частотных зондирований в 70-е годы. Это десятилетие связано с развитием электромагнитных исследований на морях и океанах. На кафедре О.Н. Моисеевым и Л.В. Артамоновым разрабатывается аппаратура для регистрации электромагнитных полей в океане, проводятся частотные зондирования на побережье Ледовитого океана с целью расчленения осадочного чехла в шельфовой зоне. Ближайшими помощниками Г.В. Молочнова были М.В. Родионов, В.Н. Рыбакин, С.С. Крылов. Результаты исследований в этот период деятельности частично отражены в книге Г.В. Молочнова, М.В.

Родионова «Частотные электромагнитные зондирования с вертикальным магнитным диполем», изданной в 1982.

Авторы обобщили многолетние теоретические, экспериментальные полевые и модельные исследования электромагнитного поля вертикального магнитного диполя. Тип источника определялся условиями работы при решении геоэлектрических и геологических задач в прибрежной зоне арктических морей, а именно высоким удельным сопротивлением первого слоя (лед при работе на шельфе и мерзлые породы на берегу), не позволявшим использовать источники с заземлениями. На основании теоретического рассмотрения поведения характеристик электромагнитного поля вертикального магнитного диполя авторы стремились к созданию полного комплекса частотных зондирований: аппаратуры, методики наблюдений и методики интерпретации полученных результатов.

Леонид Борисович Гасаненко, работающий на кафедре физики Земли вплоть до конца 80-х годов, продолжил развитие теории частотных зондирований. Его ближайшей помощницей была Г.Т. Шолпо, выпускница кафедры 1953 года. С целью развития частотных зондирований ими были проанализированы поля различных источников, расположенных на поверхности Земли и приподнятых над ней. Эти работы способствовали созданию различных методик электромагнитных зондирований и разработке способов интерпретации не только в стенах Ленинградского университета, но и оказали влияние на развитие метода частотного зондирования во многих академических институтах.

Большую роль сыграл Л.Б. Гасаненко при выпуске в 1965 году третьего издания книги А.П. Краева «Основы геоэлектрики». Л.Б. Гасаненко, используя лекции, прочитанные А.П.

Краевым и преимущественно свои работы написал 4 главы в новом издании книги. В этих главах были обобщены результаты развития геоэлектрики в Ленинградском университете учениками А.П. Краева за прошедшие десять лет.

В последнее десятилетие, наряду с развитием частотных методов электроразведки, под руководством Сергея Сергеевича Крылова развивается новая ветвь геоэлектрики – исследование законов формирования случайно-неоднородных геологических сред с помощью электромагнитных полей. Реальная геологическая среда является гетерогенной, полифазной, иерархически организованной на разных пространственных уровнях структурой. При исследованиях таких сред используются методы статистической физики и подходы, разработанные в теории хаоса и фрактальной геометрии. Это научное направление, условно называется «неклассической геоэлектрикой». В развитии этого направления активное участие принимают Никита Юрьевич Бобров, аспиранты В. Любчич и студенты.

Разрабатываемые методы позволяют оценивать такие характеристики случайнонеоднородных сред, как фрактальная размерность и «спектры сингулярности», что открывает новые возможности геоэлектрики при оценке запасов полезных ископаемых и выявлении областей динамической неустойчивости горных пород.

После смерти А.П. Краева геоэлектрика продолжила свое развитие и на геологическом факультете. А.С. Семенов возглавил кафедру геофизических методов разведки. Из подготовленного к юбилею кафедры в 1996 году отчета можно оценить заслуги кафедры в развитии новых методов электроразведки. Приведем краткий перечень этих работ.

1946-1952. Разработка и внедрение новой методики измерения и интерпретации естественного электрического поля (А.С.Семенов, М.Е. Новожилова) 1947-1949. Разработка методики речных дипольных зондирований (А.П. Краев, А.С.Семенов).

1947. Разработка метода заряженного тела (А.С.Семенов).

1950-1959. Изучение явления вызванной поляризации горных пород и руд, создание принципиальных основ метода вызванной поляризации (В.А.. Комаров).

1955. Монография А.С. Семенова «Электроразведка методом естественного электрического поля» (второе издание - 1968, третье издание - 1974, четвертое издание -, 1980).

1955-1960. Разработка и внедрение гидрогеохимического метода поиска глубоко залегающих рудных месторождений (Г.Б. Свешников).

1961. Разработка и внедрение метода срединного градиента при крупномасштабном геологическом картировании (А.С.Семенов).

1960-1964. Оценка геохимического значения электрохимических процессов на рудных месторождениях (Г.Б.Свешников, Ю.С.Рысс) 1961-1967. Разработка метода электромагнитного профилирования с магнитным диполем (В.Г. Ивочкин).

1963-1970. Разработка теории и методики интерпретации данных метода длинного кабеля в наземном и в аэровариантах (А.В. Вешев, Е.Ф. Любцева, Г.П. Самосюк).

1964-1975. Разработка под научным руководством А.В. Вешева метода радиоэлектромагнитного профилирования в пешеходном (М.И. Пертель, П.А. Парфентьев), автомобильном (А.В.Яковлев, М.И. Пертель, В.Г. Ивочкин) и аэровариаете (А.В.Яковлев, В.Г. Ивочкин)..

1965. Монография А.В. Вешева «Электропрофилирование на постоянном и переменном токе», 1 изд. - 1965, 2 изд. - 1980.

1968-1980. Разработка основ метода нелинейной вызванной поляризации. Разработка и внедрение в практику электроразведочной станции СВП-74, обеспечивающей комплексное измерение поляризационных и индукционных параметров вторичных электрических полей.

1972. Монография В.А.Комарова «Электроразведка методом вызванной поляризации».

(2 изд. - 1980).

1969-1980. Разработка теории метода радиоволнового просвечивания (А.В. Вешев, О.М. Морозова).

1984. Издание инструкции по электроразведке (соавторы: А.В. Вешев, В.А. Комаров, Е.Ф. Любцева, М.И. Пертель, А.В.Яковлев).

1990-1997. Создание ряда аппаратурно-программных комплексов АКФ для проведения аудимагнитотеллурических зондирований (П.А. Парфентьев, М.И. Пертель, В.Е. Прокофьев).

1990-1997. Исследования низкочастотных электромагнитных полей мощных источников и использование радиостанции Военно-Морского флота «Зевс» для решения геолого-геофизических задач и прогноза землетрясений (А.К. Сараев, М.И. Пертель, В.Г.

Ивочкин, П.М. Косткин, А.Б. Кочеров).

2000-2003. Разработка нового поколения аппаратурно-программных комплексов АКФ для аудиомагнитотеллурических зондирований (А.К. Сараев, М.И. Пертель, И.С. Еремин) совместно с ООО «Микрокор».

2000-2010. Развитие метода вызванной поляризации (ВП), исследования полей физикохимического происхождения в лабораторных и полевых условиях (К.В. Титов, М.П.

Кашкевич, Ю.Т. Ильин).

2002-2008. Создание нового поколения аппаратурно-программных комплексов РМТ для проведения работ пешеходным – РМТ-П и мобильным – РМТ–М вариантами радиомагнитотеллурического метода (А.К. Сараев, М.И. Пертель, А.Е. Симаков) совместно с ООО «Микрокор» и Университетом г. Кельн, Германия.

2009-2010. Разработка метода радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником РМТ-К с использованием в качестве источника заземленного кабеля конечной длины (А.К. Сараев, А.Е. Симаков) совместно с ООО «Микрокор» и РИМР.

В кратком перечне выполненных исследований на геологическом факультете в области геозлектрики особое значение для современной электроразведки имеют работы В.А.

Комарова в области метода вызванной поляризации, работы А.В. Вешева в области методов электроразведки на переменном токе, а также работы Ю.С Рысса и Г.Б. Свешникова в области исследования электрохимических процессов в Земле. В последние годы привлекают внимания работы А.К. Сараева в области аудиомагнитотеллурического зондирования.

Переход геоэлектрики от решения разведочных задач к глубинным исследованиям, направленным на изучение строения Земли, произошел в университете в конце 50-х годов.

По инициативе Б.М. Яновского на кафедре Физики Земли получил развитие метод магнитотеллурического зондирования (МТЗ), основанный на применении вариаций естественного электромагнитного поля внеземного происхождения для изучения электропроводности Земли. Толчком к созданию этого направления на кафедре послужила просьба М.Н. Бердичевского оказать помощь лаборатории электроразведки ВНИИГеофизики в развитии нового метода электроразведки – магнитотеллурического профилирования.

Обстановка на кафедре для развития магнитотеллурических исследований была благоприятной. К этому времени на кафедре для регистрации вариаций в интервале периодов от 1 до 1000 с была создана высокочувствительная магнитовариационная станция системы Б.Е. Брюнелли. Эта станция уже проходила испытания во ВНИИГеофизике для проведения магнитотеллурического профилирования в узком интервале периодов с целью определения продольной проводимости (МТП) осадочного чехла. В последующие годы этим методом овладели практически все разведочные партии. Благодаря активности М.Н Бердичевского за 2-3 года к 1961 году, была создана магнитотеллурическая станция сначала аналоговая, а затем, в 70-ые годы, цифровая.

Кафедра Физики Земли активно способствовала в развитию этого метода, создав высокочувствительный магнитометр, пригодный для работы в полевых условиях. В первых полевых работах, проводимых ВНИИГеофизикой, принимали участие сотрудники университета Б.Е. Брюнелли и О.М. Распопов. По просьбе М.Н. Бердичевского нами была создана установка для физического моделирования поля плоской волны над неоднородным осадочным чехлом. Эти работы позволили изучить основные закономерности в поведении магнитотеллурического поля, импенданса и кривых зондирования над типичными двумерными и трехмерными структурами осадочного чехла и помогли разработать методику МТП в подобных условиях.

В 1958 году Б.М. Яновский, помня традиции кафедры в развитии глубинной геоэлектрики, поставил перед нами задачу перейти от профилирования к магнитотеллурическим зондированиям, используя максимально широкий интервал периодов.

Первый эксперимент был проведен на обсерватории Борок, где силами студентов кафедры под руководством О.А. Бурдо, внесшего существенный вклад в доработку станции, а затем О.М. Распопова, были поставлены первые длительные наблюдения со станцией Б.Е.

Брюнели.

В 1959 году по результатам обработки этих записей и регулярных записей, проводимых на обсерватории в области периодов больших 1000 с, сотрудниками кафедры (А.А. Ковтун, О.М. Распопов) была построена первая в мире кривая МТЗ в интервале периодов от 1 с до 10000 с для обсерватории Борок, отражающая распределение сопротивления в Земле до глубины 300 км.

С построения этой кривой началось развитие магнитотеллурического метода зондирования на кафедре Физики Земли. С 1960 до 1980 года сотрудники кафедры каждый год выезжали в экспедицию в различные районы Северо-запада Восточно-Европейской платформы и получали новую информацию об электропроводности коры и мантии.

Организатором первых полевых работы был Олег Михайлович Распопов. С 1964 полевые работы возглавила Наталья Дмитриевна Чичерина, а с 1976 года руководителем экспедиции является Станислав Александрович Вагин.

Одновременно с полевыми работами создавалась методика обработки полевых записей, методика зондирования в горизонтально неоднородных средах. В развитии методов интерпретации в условиях горизонтально неоднородной среды большой вклад внесли работы по физическому моделированию А.А. Ковтун и М.А. Добровольской в 1960-е годы, работы С.А. Вагина по физическому моделированию в 1970-80-е годы. В развитии методики интерпретации экспериментальных данных с использованием статистического подхода в одномерных средах велика роль Л.Н. Пороховой. Особо выделю заслуги И.Л. Варданянц в развитии на кафедре Физики Земли численного моделирования магнитотеллурического поля Ее программа численного моделирования двумерных сред в поле плоской волны, созданная еще в 1970-е годы, успешно применяется до сих пор не только в университете, но и в других геофизических центрах.

Магнитотеллурический метод, развиваемый в Санкт-Петербургском университете, позволил получить новые представлении о геоэлектрическом строении коры и мантии на Северо–Западе Восточно-Европейской платформе и Балтийском щите. В частности, было выявлено большое число зон пониженного сопротивления в коре.

На территории Северо-Запада нами было проведено к 1980 году более двухсот зондирований. При постановке первых зондирований мы исходили из представления, распространенного в геофизике в 1950-е годы. Земная кора древних платформ должна иметь большое сопротивление, поскольку в процессе развития породы коры подвергались нагреванию под большим давлением. И только верхний слой осадков, накопленный за время сравнительно стабильного развития платформы, может иметь небольшие сопротивления.

В связи с этим в геоэлектрике в 1960-ые годы рассматривалась упрощенная модель коры:

проводящий осадочный чехол лежит на непроводящем основании или фундаменте. Изучение строения осадочного чехла и определение глубины залегания непроводящего фундамента являлось важной задачей электроразведки.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
Похожие работы:

«Серебрянський Дмитро Миколайович, к.е.н., с.н.с., Вдовиченко Артем Миколайович, к.е.н., Зубрицький Артур Ігорович, Науково-дослідний інститут фінансового права ОЦІНКА РІВНЯ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ ПЕРЕРОЗПОДІЛУ ВВП ЧЕРЕЗ ПУБЛІЧНИЙ СЕКТОР ЕКОНОМІКИ УКРАЇНИ Анотація. У статті проведено компаративний аналіз рівня пере...»

«МЕНЯЮЩИЕСЯ ПРИВЫЧКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ: ЖЕНЩИНЫ ДОБИВАЮТСЯ МАКСИМАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ВОЛОС Женщин описывают свои волосы как непослушные ПУШИСТЫЕ ЭЛЕКТРИЗУЮЩИЕСЯ ТРУДНОПОДДАЮЩИЕСЯ УКЛАДКЕ ПОЯВЛЕНИЕ НОВЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В УХОДЕ ЗА ВОЛ...»

«Содержание Введение Предварительные условия Требования Используемые компоненты Условные обозначения Описание и использование продукта BSE342 BSM342 Режимы работы и описания Конфигурация через Base Station Client...»

«УДК 629.113.012.5 В. В. Л а р и н ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО КАЧЕНИЯ КОЛЕСНОГО ДВИЖИТЕЛЯ ПО ТВЕРДОЙ ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Представлена методика оценки параметров прямолинейного качения эластичного колесного движителя по твердой опорной поверхности, учиты...»

«Приложение №4 к Регламенту Банка "ВБРР" (АО) по оказанию брокерских услуг Декларация (уведомление) о рисках, связанных с осуществлением операций на рынке ценных бумаг 1. Настоящая декларация составлена с целью предоставить...»

«2011.04.007 СОЦИОЛОГИЯ ПРАВА 2011.04.007. КРАНЕНПОЛЬ У. ВЛАСТЕЛИН ПРОЦЕССА ИЛИ ЛИШЬ ОДИН ИЗ ВОСЬМИ? ВЛИЯНИЕ СУДЬИ-ДОКЛАДЧИКА НА ПРАКТИКУ СУДОПРОИЗВОДСТВА ФЕДЕРАЛЬНОГО КОНСТИТУЦИОННОГО СУДА. KRANENPOHL U. Herr des Verfahrens oder nur Einer unter Acht? Der Einfluss des Berichterstatters in der Rechtsprechungspraxis des Bu...»

«ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ 4(14)/2013 Рис. 1. Энергетическая регуляция в организме функции u2,v2,w2 клеток, ансамблей клеток, функциональных систем организма (ФСО) и структуры k2, l2, m2 клеток, тканей и органов. Энергетические затраты в орга...»

«586_41167 Автоматизированная копия ВЫСШИЙ АРБИТРАЖНЫЙ СУД РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПОСТАНОВЛЕНИЕ Президиума Высшего Арбитражного Суда Российской Федерации № 14561/08 Москва 17 марта 2009 г. Президиум Высшего Арбитражного Суда Российской Федерации в составе: председательствующего – Председател...»

«УДК 331.5 DOI 10.17238/issn1998-5320.2016.25.188 О. Ю. Патласов, Омская гуманитарная академия, Омский региональный институт МЕЖДУНАРОДНАЯ ТРУДОВАЯ МИГРАЦИЯ И ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ЦЕЛЕВОЙ МА...»

«Интеграционный гид Axiomus API Версия: 2.14 12 мая 2014 Содержание Содержание Изменения Общее описание системы Тестирование запросов, тестовый кабинет Заявка на доставку в регионе Москва и Санкт-Петербург (методы new и update) Ответ...»

«АННОТАЦИИ к рабочим программам учебных дисциплин образовательной программы высшего образования 39.03.02 Социальная работа Направление подготовки: Менеджер социальной работы Направленность (профиль) ОП ВО: бакалавриат Уровень выс...»

«  балок с упругим креплением в месте заделки конца консоли и снижения передачи удара слоем руды мелких фракций. Выводы и направление дальнейших исследований. 1. Представленные схемы футеровок и оценка их эффективности по...»

«Е.Д.Смирнова * О ЗАГАДКЕ КОНТЕКСТОВ МНЕНИЯ ПОДХОД К СЕМАНТИКЕ ИНТЕНСИОНАЛЬНЫ Х СИСТЕМ Abstract. A non-standard approach to semantics of intensional systems is developed. The semantics for intensi...»

«И. Д. Котляров МАРКЕТИНГ КОНКУРЕНТОВ И СВЯЗИ С КОНКУРЕНТАМИ:. УДК 334.75 И. Д. Котляров 1 МАРКЕТИНГ КОНКУРЕНТОВ И СВЯЗИ С КОНКУРЕНТАМИ: СОТРУДНИЧЕСТВО КАК ПУТЬ К РЫНОЧНОМУ УСПЕХУ Рассматриваются вопросы соперничества и сотрудничества между конкурентами. Предложена матрица типов рынков по критериям "сотрудничество-кон...»

«жывая мова Юрась Бушлякоў жывая мова Радыё Свабодная Эўропа / Радыё Свабода Юрась Бушлякоў. Жывая мова. (Бібліятэка Свабоды. ХХІ стагодзьдзе.) — Радыё Свабодная Эўропа / Радыё Свабода, 2013. 294 с.: іл. Заснавальнік і каардыната...»

«Г.П. Ежов САРДАР МОХАММАД ДАУД, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДЕЯТЕЛЬ И ЧЕЛОВЕК Мохаммад Дауд родился 18 июля 1909 г. в Кабуле. Его отец сардар Мохаммад Азиз Хан был сводным братом будущего короля Надер Шаха....»

«© М.Х. Шульман, 2012 (shulman@dol.ru, http://www.timeorigin21.narod.ru) Энтропия и эволюция (29.11.2012. Обновлено 26.01.2013) Необходимым условием эволюции системы является ее (системы) открытость, т.е. непрерывной...»

«Секция ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Оптимизация присвоения частот радиолиниям А.А. Карпук Применение аппарата нечеткой логики при выборе маршрута передачи пакетного трафика.185 Е.Ю. Тихонова Имитационные...»

«Друзья! Перед Вами – новый, четвертый выпуск альманаха "Ветераны глазами детей", соз данный ребятами из региональной общест венной организации детей и молодежи "Цивилизация юных". Этот сборник называется "Память моло дых сердец". Надеюсь, что...»

«V 1.0 Конфигурация системы 1С: Предприятие 8 ИТ-К: Ювелирная Розница ® Руководство пользователя © "КОМПАНИЯ “ИТ-КОСТРОМА"® 2007-2015 Rev. 12052015 Данное руководство пользователя является описанием продукта "ИТ-К: Ювелирная Розница", разработанного ООО НПП ИТ-КО...»

«В рамках этих этапов можно выделить ряд подэтапов: 1) изучение материалов по теме, разработка игровой ситуации;2) разделение обучающихся на группы и распределение ролей;3) проведение игры (общение происходит в ситуации, приближенной к естественной коммуникации, и является аутентичным (от своего лица));4) ко...»

«Вестник СГТУ. 2013 №2 (71). Выпуск 2 УДК 656.138.13.34 Т.В. Коновалова, И.Н. Котенкова БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ КАК ПОДСИСТЕМА ТРАНСПОРТНОЛОГИСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГИОНА Рассмотрены основные типы логистических систем и условия их существования, функционирование и основные характеристики...»

«MI,IHITCTEPCTBOOEPA3OBAHAfl I4 HAYKH PoccnfrcrcolZ oEAnpAULrr{ OEAEPAJIbHOE|OCYAAPCTBEHHOE FIOAXETHOE OEPA3OBATEJIbHOE YTIPEXIEHIIB BbICIU Ef O IPOOECCLIOHAJIbHO| O OEPA3OBAHKTfl (c AMApcxtlft To CYAAP rExnuqE CKufi yuuBEp clrrET D CTBEHHsIfr oro coBeTayHr,rBepcvTeTa., rrporoKonJtlb rreHofo coBeTa...»

«Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года 1 УДК 339.137.2 UDC 399.137.2 СОБСТВЕННАЯ ТОРГОВАЯ МАРКА КАК PRIVATE LABEL AS AN IMPROVING ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ FACTOR OF THE COMPETITIVENESS OF КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ТОРГОВЫХ RETAIL CHAINS РОЗНИЧНЫХ СЕТЕЙ Гусакова Екатерина Петровна Gusakova Ekaterina Petrovna cоискатель competitor for deg...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.