nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2020-43-3-325-338nznistu-112Research ArticleГеология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемыхGeology, Prospecting and Exploration of Mineral DepositsВлияние размеров установки на проявление низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств земли в измерениях на акваториях с глубиной до 100 мInfluence of the probe dimensions on the display of the low-frequency dispersion of the earth’s electromagnetic properties for measure-ments in marine waters up to 100 m deepАгеенковЕ. В.AgeenkovE. V.

Агеенков Евгений Валерьевич, инженер

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3

Evgenii V. Ageenkov, Engineer

3 Koptug ave., Novosibirsk 630090, Russia

aev@dnme.ruСитниковА. А.SitnikovA. A.

Ситников Александр Анатольевич, генеральный директор

664044, г. Иркутск, ул. Щапова, 9

Aleksandr A. Sitnikov, CEO

9 Shapova St., Irkutsk 664044, Russia

aas@dnme.ruВодневаЕ. Н.VodnevaE. N.

Воднева Елена Николаевна, ведущий инженер

664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3

Elena N. Vodneva, Leading Engineer

3 Ulan-Batorskaya St., Irkutsk 664033, Russia

ven21@mail.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationООО «Сибирская геофизическая научно-производственная компания»РоссияLLC “Siberian Geophysical Research and Production Company”Russian FederationЛимнологический институт СО РАНРоссияLimnological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202007102020433325338Copyright © Агеенков Е.В., Ситников А.А., Воднева Е.Н., 20202020Агеенков Е.В., Ситников А.А., Воднева Е.Н.Ageenkov E.V., Sitnikov A.A., Vodneva E.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/112

Цель данной работы заключалась в иллюстрации влияния размеров установки на проявление низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств геологической среды в измерениях переходного процесса электрическими линиями в осевой области источника на акваториях с глубиной не более 100 м. В ходе исследования проанализировано изменение сигнала переходного процесса, конечной разности сигнала переходного процесса и трансформанты (отношения этих величин) в зависимости от длины источника – горизонтальной заземленной электрической линии (AB) от 50 до 2000 м, длины приемника – трехэлектродной электрической линии (MON) от 50 до 2000 м, а также расстояния между их центрами (разноса) от 100 до 4000 м. Проведено сравнение указанных величин от проводящей и проводящей поляризующейся модели для одинаковых установок, находящихся на одинаковых глубинах. Заземленная электрическая линия находится внутри проводящей среды с проводящим поляризующимся основанием. Проводящая среда ассоциируется с толщей морской воды в шельфовых областях с глубинами моря до 100 м. Проводящее поляризующееся основание – это геологическая среда (земля), перекрытая слоем воды. Учет поляризуемости основания осуществлен введением частотно зависимого удельного электрического сопротивления посредством формулы Коула – Коула. Выполненные расчеты показывают проявление различных составляющих переходного процесса, связанных со становлением электромагнитного поля и с проявлением низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств земли, вызванной как гальваническим, так и вихревым током. Эти составляющие по-разному проявляются на установках с разными размерами питающей и приемных линий и разноса. На основании расчетов можно утверждать: на разных по размерам установках, погруженных в водный слой, при его мощности 100 м на временном диапазоне от 1 мс до 16 с прослеживается зависимость характера сигнала от глубины погружения для «малых» установок с линией АВ 50 и 100 м и отсутствие такой зависимости для остальных установок, использовавшихся при расчетах, с линией АВ 250, 500, 1000 и 2000 м.

The purpose of the study is to show the effect of the probe dimensions on the display of the low-frequency dispersion of the geological formations’ electromagnetic properties in transient measurements by electric lines in the axial area of the source for the water areas up to 100 m deep. The study analyzes the change in the transient signal, the finite difference, and the transform (the ratio of the above two) as a function of the length of the source (a horizontal grounded electric line (AB) 50 to 2,000 m), the receiver (a three-electrode electric line (MON) 50 to 2,000 m), and the distance between their centers (spacing) 100 to 4,000 m. The values obtained from the conductive and conductive polarizing models are compared for the identical probes installed at the same depth. The grounded electric line is located within the conducting medium with a conductive polarizable base. The conducting medium is associated with the seawater thickness in the marine shelves up to 100 m deep. The conductive polarizable base is a geological environment (earth) covered with a layer of water. The polarizability of the base is registered by introducing frequency-dependent electrical resistivity by the Cole-Cole formula. The calculations show the display of different transient components associated with the transient buildup and the earth’s low-dispersion properties caused by both galvanic and eddy currents. These components manifest themselves differently for the probes with different dimensions of the source line, receiving line, and spacing. Based on the calculations, it can be argued that in the time range from 1 ms to 16 s, at the probes that have different dimensions and are immersed in the water layer up to 100 m thick, the signal changes depending on the immersion depth for “small” installations (AB of 50 and 100 m), while there is no such dependence for the rest of the probes used in the calculations (AB of 250, 500, 1,000, and 2,000 m).

шельфстановление полягальванически вызванная поляризацияиндукционно вызванная поляризацияпереходный процессформула Коула – Коулааквальная геоэлектрикаshelftransient electromagnetic methodgalvanic induced polarizationinductive induced polarizationCole-Cole modelaquatic electromagneticReferencesЛеонтьев О.К. Дно океана. М.: Мысль, 1968. 320 с.Leont'ev OK. Ocean Bed. Moscow: Mysl'; 1968. 320 p. (In Russ.)Маловицкий Я.П., Гагельганц А.А., Коган Л.И. [и др.]. Морские геофизические исследования. М.: Недра, 1977. 375 с.Malovitskii YaP, Gagel'gants AA, Kogan LI, et al. Marine geophysical survey. Moscow: Nedra; 1977. 375 p. (In Russ.)Пат. № 150184, СССР, МПК G01V3/02. Устройство для морской электроразведки / О.В. Назаренко. Заявл. 13.11.1961; опубл. 01.01.1962. Бюл. № 18.Nazarenko OV. Installation for marine electrical exploration. Patent USSR, no. 150184; 1962. (In Russ.)Ваньян Л.Л. О теоретических кривых морского электрического зондирования донной установкой // Прикладная геофизика: сб. ст. Вып. 15. М.: Гостоптехиздат, 1956. С. 83–90.Van'yan LL. On theoretical curves of marine electrical exploration using a seabed installation. In: Prikladnaya geofizika = Applied geophysics. Iss. 15. Moscow: Gostoptekhizdat; 1956. p.83–90. (In Russ.)Терёхин Е.И. Теоретические основы электрического зондирования с установкой, погруженной в воду // Прикладная геофизика: сб. ст. Вып. 18. М.: Гостоптехиздат, 1958. С. 78–102.Terekhin EI. Theoretical foundations of electrical sounding with a submersible installation. In: Prikladnaya geofizika = Applied geophysics. Iss. 18. Moscow: Gostoptekhizdat; 1958. p.78–102. (In Russ.)Edwards R.N., Law L.K., Wolfgram P.A., Nobes D.C., Bone M.N., Trigg D.F., et al. First results of the MOSES experiment: sea sediment conductivity and thickness determination, Bute Inlet, British Columbia, by magnetometric offshore electrical sounding // Geophysics. 1985. Vol. 50. Iss. 1. P. 153–161. https://doi.org/10.1190/1.1441825Edwards RN, Law LK, Wolfgram PA, Nobes DC, Bone MN, Trigg DF, et al. First results of the MOSES experiment: sea sediment conductivity and thickness determination, Bute Inlet, British Columbia, by magnetometric offshore electrical sounding. Geophysics. 1985;50(1):153–161. https://doi.org/10.1190/1.1441825Edwards R.N., Nabighian M.N. The magnetometric resistivity method // Electromagnetic methods in applied geophysics. Vol. 2, Application, Parts A and B. Oklahoma: Society of Exploration Geophysicists, 1991. P. 47–104.Edwards RN, Nabighian MN. The magnetometric resistivity method. In: Electromagnetic methods in applied geophysics. Vol. 2, Application, Parts A and B. Oklahoma: Society of Exploration Geophysicists; 1991. p.47–104.Сочельников В.В. Основы теории естественного электромагнитного поля в море. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 216 с.Sochel'nikov VV. Fundamentals of the theory of natural electromagnetic fields in the sea. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1979. 216 p. (In Russ.)Chave A.D., Constable S.C., Edwards R.N. Electrical exploration methods for the seafloor // Electromagnetic methods in applied geophysics. Vol. 2, Application, Parts A and B. Oklahoma: Society of Exploration Geophysicists, 1991. P. 931–966.Chave AD, Constable SC, Edwards RN. Electrical exploration methods for the seafloor. In.: Electromagnetic methods in applied geophysics. Vol. 2, Application, Parts A and B. Oklahoma: Society of Exploration Geophysicists; 1991. p.931–966.Constable S., Srnka L.J. An introduction to marine controlled-source electromagnetic methods for hydrocarbon exploration // Geophysics. 2007. Vol. 72. Iss. 2. P. WA3–WA12. https://doi.org/10.1190/1.2432483Constable S, Srnka LJ. An introduction to marine controlled-source electromagnetic methods for hydrocarbon exploration. Geophysics. 2007;72(2):WA3–WA12. https://doi.org/10.1190/1.2432483Eidesmo T., Ellingsrud S., Macgregor L.M., Constable S., Sinha M.C., Johansen S.E., et al. Sea bed logging (SBL), a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas // First Break. 2002. Vol. 20. Iss. 3. P. 144–152.Eidesmo T, Ellingsrud S, Macgregor LM, Constable S, Sinha MC, Johansen SE, et al. Sea bed logging (SBL), a new method for remote and direct identification of hydrocarbon filled layers in deepwater areas. First Break. 2002;20(3):144–152.Могилатов В.С. Эффективная электроразведка в море: CSEM и другие методы // Геофизика. 2015. № 6. С. 38–42.Mogilatov VS. Effective electrical prospecting in the sea: СSEM and other methods. Geofizika = Russian Geophysics. 2015;6:38–42. (In Russ.)Sainson S. Electromagnetic seabed logging. Cham: Springer International Publishing, 2017. 549 p.Sainson S. Electromagnetic seabed logging. Cham: Springer International Publishing; 2017. 549 p.Вишняков А.Э., Паняев В.П., Яневич М.Ю., Богородский М.М. Методика, технология и аппаратура морских электроразведочных работ при прямых поисках нефти и газа // Аппаратура для исследования геомагнитного поля. М.: Изд-во ИЗМИРАН, 1983. С. 110–117.Vishnyakov AE, Panyaev VP, Yanevich MYu, Bogorodskii MM. Methods, technology and equipment for offshore electrical exploration in direct search for oil and gas. In: Apparatura dlya issledovaniya geomagnitnogo polya = Instrumentation for exploring the geomagnetic field. Moscow: Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radiowave Propagation, RAS; 1983. p.110–117. (In Russ.)Вишняков А.Э., Лисицын Е.Д., Яневич М.Ю. Влияние временных параметров вызванной поляризации залежей углеводородов на переходные процессы электромагнитного поля // Техника и методика геофизических исследований Мирового океана: сб. науч. тр. Л.: Севморгеология, 1988. С. 124–132.Vishnyakov AE, Lisitsyn ED, Yanevich MYu. Influence of IP time parameters of hydrocarbon deposits on the transient processes of the electromagnetic field. In: Tekhnika i metodika geofizicheskikh issledovanii Mirovogo okeana = Technique and methodology of geophysical exploration of the World Ocean. Leningrad: Sevmorgeologiya; 1988. p.124–132. (In Russ.)Вишняков А.Э., Каминский В.Д., Лисицын Е.Д., Пискарев А.Л., Савченко Н.В., Черкашёв Г.А. [и др.]. Детальное картирование глубоководных донных осадков буксируемым геофизическим комплексом // Доклады Академии наук. 1992. Т. 324. № 1. С. 77–80.Vishnyakov AE, Kaminskii VD, Lisitsyn ED, Piskarev AL, Savchenko NV, Cherkashev GA., et al. Detailed mapping of deep-water sediments with a towed geophysical complex. Doklady Akademii nauk. 1992;324(1):77–80. (In Russ.)Петров А.А. Возможности метода становления электрического поля при поисках углеводородов в шельфовых зонах // Геофизика. 2000. № 5. С. 21–26.Petrov AA. TEM potential in the exploration for hydrocarbons in shelf zones. Geofizika = Russian Geophysics. 2000;5:21–26. (In Russ.)Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Дифференциально-нормированный метод электроразведки при прямых поисках залежей углеводородов // Геофизика. 1995. № 4. С. 42–45.Legeido PYu, Mandel'baum MM, Rykhlinskii NI. Differential-normalized electrical survey in direct HC exploration. Geofizika = Russian Geophysics. 1995;4:42–45. (In Russ.)Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Информативность дифференциальных методов электроразведки при изучении поляризующихся сред // Геофизика. 1997. № 3. С. 49–56.Legeido PYu, Mandel'baum MM, Rykhlinskii NI. Self-descriptiveness of differential methods of electrical survey in the exploration of polarizable media. Geofizika = Russian Geophysics. 1997;3:49–56. (In Russ.)Veeken P.C.H., Legeydo P.J., Davidenko Yu.A., Kudryavceva E.O., Ivanov S.A., Chuvaev A. Benefits of the induced polarization geoelectric method to hydrocarbon exploration // Geophysics. 2009. Vol. 74. Iss. 2. P. B47–B59. https://doi.org/10.1190/1.3184802Veeken PCH, Legeydo PJ, Davidenko YuA, Kudryavceva EO, Ivanov SA, Chuvaev A. Benefits of the induced polarization geoelectric method to hydrocarbon exploration. Geophysics. 2009;74(2):B47–B59. https://doi.org/10.1190/1.3184802Жуган П.П., Ситников А.А., Агеенков Е.В., Иванов С.А., Мальцев C.Х. Аппаратура, устройства и системы наблюдений для решения нефтегазопоисковых и инженерногеологических задач на акваториях электроразведочными методами ДНМЭ и НДЭМЗ // Приборы и системы разведочной геофизики. 2017. Т. 60. № 2. С. 42–49.Zhugan PP, Sitnikov AA, Ageenkov EV, Ivanov SA, Maltcev CKh. Equipment, devices and surveying systems to solve the problems of oil and gas exploration and engineering geology in water areas with application of DNME and NDEMS electrical prospecting methods. Pribory i sistemy razvedochnoi geofiziki = Devices and systems of Exploration Geophysics. 2017;60(2):42–49. (In Russ.)Агеенков Е.В., Ситников А.А., Пестерев И.Ю. Проявление разных типов вызванной поляризации в электромагнитных измерениях заземленной линией // Геофизика. 2018. № 2. С. 37–43.Ageenkov EV, Sitnikov AA, Pesterev IY. Display of induce polarization different types in electromagnetic measurements by the line. Geofizika = Russian Geophysics. 2018;2:37–43. (In Russ.)Агеенков Е.В., Ситников А.А., Пестрев И.Ю., Попков А.В. О проявлении процессов индукционного становления и вызванной поляризации при работе с осевой и симметричной электрическими установками // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 7. С. 976–991. https://doi.org/10.15372/GiG2019151Ageenkov EV, Sitnikov AA, Pestrev IYu, Popkov AV. On the display of the induction transient and induced polarization processes when using the axial and symmetrical electrical installations. Geologiya i geofizika. 2020;61(7):976–991. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/GiG2019151Агеенков Е.В., Ситников А.А., Пестрев И.Ю., Владимиров В.В. Электрическое поле на поверхности проводящей поляризующейся среды при использовании симметричных и экваториальных установок // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2019. № 2. С. 93–99.Ageenkov EV, Sitnikov AA, Pestrev IYu, Vladimirov VV. Electrical field on the surface of condactive polarizable mediem on venner and equatorial arrays. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya = Proceedings of Voronezh State University. Geology. 2019;2:93–99. (In Russ.)Агеенков Е.В., Ситников А.А., Пестерев И.Ю., Попков А.В., Воднева Е.Н. Переходный процесс на заземленных линиях над поляризующейся землей // Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. География. Геология. 2019. Т. 5. № 3. С. 288–305.Ageenkov EV, Sitnikov AA, Pesterev IYu, Popkov AV, Vodneva EN. Transient process on the grounded lines above the surface of the polarizable earth. Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta imeni V.I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. 2019;5(3):288–305. (In Russ.)Агеенков Е.В., Ситников А.А., Пестерев И.Ю., Попков А.В., Воднева Е.Н. Переходный процесс на заземленных линиях, помещенных в водный слой над поляризующейся землей // Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. География. Геология. 2019. Т. 5. № 2. С. 332–348.Ageenkov EV, Sitnikov AA, Pesterev IYu, Popkov AV, Vodneva EN. Transient process on electrical lines into water layer under conductive polarizable earth. Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta imeni V.I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. 2019;5(2):332–348. (In Russ.)Воднева Е.Н., Агеенков Е.В., Ситников А.А. Проявление низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств земли в измерениях переходного процесса на морских акваториях глубиной до 100 м // Науки о Земле и недропользование. 2019. Т. 42. № 4. С. 461–475. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2019-42-4-461-475Vodneva EN, Ageenkov EV, Sitnikov AA. Manifestation of the low-frequency dispersion of the earth electromagnetic properties in transient measurements for marine waters up to 100 m deep. Nauki o Zemle i nedropol'zovanie = Earth sciences and subsoil use. 2019;42(4):461–475. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2686-9993-2019-42-4-461-475Агеенков Е.В., Воднева Е.Н., Ситников А.А. Влияние продолжительности импульса и времени измерения переходного процесса на проявление низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств земли в измерениях на акваториях с глубиной до 100 м // Науки о Земле и недропользование. 2020. Т. 43. № 1. С. 49–58. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2020-43-1-49-58Ageenkov EV, Vodneva EN, Sitnikov AA. Influence of the pulse duration and transient measurement time on the display of the low-frequency dispersion of the earth’s electromagnetic properties for marine waters up to 100 m deep. Nauki o Zemle i nedropol'zovanie = Earth sciences and subsoil use. 2020;43(1):49–58. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2686-9993-2020-43-1-49-58

The authors declare that there are no conflicts of interest present.