Сейсмоэлектрический метод

Сейсмоэлектрический метод (отличный от электросейсмического физического принципа) основан на генерации электромагнитных полей в грунтах и горных породах сейсмическими волнами . Этот метод все еще находится в стадии разработки, и в будущем он может найти применение, например, в обнаружении и определении характеристик подземных жидкостей по их электрическим свойствам, среди прочего, обычно связанным с жидкостями (пористость, пропускаемость, физические свойства).

Операция

Когда сейсмическая волна сталкивается с границей раздела, она создает разделение зарядов на границе раздела, образуя электрический диполь . Этот диполь излучает электромагнитную волну, которую можно обнаружить антеннами на поверхности земли.

Когда сейсмические волны ( P или сжатия ) подвергают земные материалы напряжению, возникают четыре геофизических явления:

Удельное сопротивление земных материалов модулируется сейсмической волной;
Электрокинетические эффекты, аналогичные потенциалу потока, создаются сейсмической волной;
Пьезоэлектрические эффекты создаются сейсмической волной; и
Высокочастотные, аудио- и высокочастотные радиочастотные импульсивные реакции генерируются в сульфидных минералах (иногда называемых РПЭ).

Преобладающим применением электросейсмического метода является измерение электрокинетического эффекта или потенциала течения (пункт 2 выше). Электрокинетические эффекты инициируются звуковыми волнами (обычно P-волнами), проходящими через пористую породу, вызывая относительное движение матрицы породы и жидкости. Движение ионной жидкости через капилляры в породе происходит с катионами (или, реже, анионами), преимущественно прилипающими к стенкам капилляров, так что приложенное давление и результирующий поток жидкости относительно матрицы породы создают электрический диполь. В неоднородном пласте сейсмическая волна порождает колеблющийся поток жидкости и соответствующее колеблющееся электрическое и ЭМ поле. Возникающая в результате ЭМ волна может быть обнаружена парами электродов, размещенных на поверхности земли.

Однако продольные волны, проходящие через твердое тело, содержащее некоторое количество влаги, также порождают электрическое явление, называемое косейсмическими волнами. ^{[ 1 ]} Косейсмические волны распространяются вместе с продольными волнами и не чувствительны к электрическим свойствам недр. Дипольная антенна не может отличить электрокинетический сигнал от косейсмического сигнала, поэтому она записывает их оба, а косейсмические волны необходимо удалять при обработке полевых данных, чтобы иметь возможность фактически интерпретировать электрокинетический эффект. ^{[ 2 ]}

На данный момент не существует полевого регламентного метода работы, но в научных исследованиях решетку из нескольких дипольных антенн размещают вдоль прямой для регистрации сейсмоэлектрических волн, а между дипольными антеннами размещают решетку из геофонов для регистрации приходов сейсмических волн. Геофоны необходимы для подавления сейсмических волн из сейсмоэлектрического сигнала, чтобы можно было выделить и изучить электрокинетический эффект. ^{[ 3 ]}

Ограничения

Электросейсмический метод очень чувствителен к электрическому культурному шуму, а также имеет те же источники шума, что и метод отраженной сейсморазведки, которые включают в себя раскачку грунта, кратные волны и случайный шум. Сейсмоэлектрический метод также имеет очень низкое соотношение сигнал/шум, поскольку затухание электромагнитных волн внутри земли составляет 1/r^3, что теоретически ограничивает глубину его исследования тремя сотнями метров. ^{[ 4 ]} Типичные электросейсмические сигналы имеют уровень микровольт. Электросейсмический сигнал пропорционален давлению сейсмической волны. Таким образом, можно увеличить сигнал, используя более сильные сейсмические источники. ^{[ 5 ]}

Электрокинетический эффект создается за счет нескольких видов контрастов между слоями, таких как контрасты пористости, контрасты потенциалов, контрасты вязкости и контрасты насыщения флюидами и другие. ^{[ 2 ]} Возможные причины электрокинетического эффекта между слоями все еще остаются предметом изучения. С нынешними знаниями и технологиями действительно трудно определить без дополнительных данных (например, скважинных или других геофизических данных с места), чем производятся электрокинетические преобразования, и необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы иметь возможность правильно интерпретировать электрокинетические данные. Несмотря на это, электрокинетический эффект имеет многообещающее будущее в приповерхностной и скважинной геофизике.

Примеры успешных полевых исследований

Распространение сейсмических волн в пористых породах связано с небольшой кратковременной деформацией матрицы породы и порового пространства, которая может вызвать электромагнитные поля наблюдаемой амплитуды, если поры насыщены. Ожидается, что измерения сейсмоэлектрического поля помогут локализовать проницаемые слои в пористых породах и предоставят информацию об неупругих свойствах. Однако этот теоретический потенциал для применения в гидрогеологии пока подтвержден лишь очень ограниченным количеством успешных полевых исследований. Как следствие, сейсмоэлектрический метод еще далек от повсеместного применения.

См. также

Сейсмо-электромагнетизм

Ссылки

^ Прайд, С., Хаартсен, М.В., 1996. Свойства электросейсмических волн. Дж. Акуст. Соц. Являюсь. 100, 1301–1315 гг.
^ Jump up to: ^а ^б Зайсерман Ф., Жунио Л., Уорден С. и Гарамбуа С. (2015). «Скважинный сейсмоэлектрический каротаж с использованием источника поперечных волн: возможное применение для удаления CO2?». Международный журнал по контролю парниковых газов, 10.1016/j.ijggc.2014.12.009, 89-102.
^ Дюпюи, Дж. К., Батлер, К. Э., Кепик, А. В., 2007. Сейсмоэлектрические изображения вадозной зоны песчаного водоносного горизонта. Геофизика 72, А81–А85.
^ Томпсон А. и Гист Г., 1993, Геофизические применения электрокинетического преобразования: The Leading Edge, 12, 1169–1173.
^ Дин Т., Дюпюи С., Херрманн Р., Валури Дж. (2012)Грубый подход к улучшению качества сейсмоэлектрических данных. Ежегодное собрание SEG в Лас-Вегасе, расширенные тезисы технической программы SEG, стр. 1–6.

Дальнейшее чтение

Описание сейсмоэлектрической и электросейсмической связи

[1] Прайд, С., Хаартсен, М.В., 1996. Свойства электросейсмических волн. Дж. Акуст. Соц. Являюсь. 100, 1301–1315 гг.

[Zyserman-2] Jump up to: ^а ^б Зайсерман Ф., Жунио Л., Уорден С. и Гарамбуа С. (2015). «Скважинный сейсмоэлектрический каротаж с использованием источника поперечных волн: возможное применение для удаления CO2?». Международный журнал по контролю парниковых газов, 10.1016/j.ijggc.2014.12.009, 89-102.

[3] Дюпюи, Дж. К., Батлер, К. Э., Кепик, А. В., 2007. Сейсмоэлектрические изображения вадозной зоны песчаного водоносного горизонта. Геофизика 72, А81–А85.

[4] Томпсон А. и Гист Г., 1993, Геофизические применения электрокинетического преобразования: The Leading Edge, 12, 1169–1173.

[5] Дин Т., Дюпюи С., Херрманн Р., Валури Дж. (2012)Грубый подход к улучшению качества сейсмоэлектрических данных. Ежегодное собрание SEG в Лас-Вегасе, расширенные тезисы технической программы SEG, стр. 1–6.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]