nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2021-44-3-301-311nznistu-166Research ArticleРазведка и разработка месторождений полезных ископаемыхExploration and Development of Mineral DepositsПроявление сигнала вызванной поляризации на многоразносных установках в условиях акваторий с глубиной моря до 100 мInduced polarization signal manifestation in multi-spacing installations in offshore areas up to 100 m deepАгеенковЕ. В.AgeenkovE. V.

Агеенков Евгений Валерьевич, инженер

Новосибирск

Evgeniy V. Ageenkov, Engineer

Novosibirsk

AgeenkovEV@ipgg.sbras.ruСитниковА. А.SitnikovA. A.

Ситников Александр Анатольевич, генеральный директор

Иркутск

Aleksandr A. Sitnikov, CEO

Irkutsk

aas@dnme.ruВодневаЕ. Н.VodnevaE. N.

Воднева Елена Николаевна, ведущий инженер

Иркутск

Elena N. Vodneva, Leading Engineer

Irkutsk

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»РоссияSiberian Geophysical Research Production Company LLCRussian FederationЛимнологический институт СО РАНРоссияLimnological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202130102021443301311Copyright © Агеенков Е.В., Ситников А.А., Воднева Е.Н., 20212021Агеенков Е.В., Ситников А.А., Воднева Е.Н.Ageenkov E.V., Sitnikov A.A., Vodneva E.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/166

Цель данной работы заключалась в иллюстрации проявления сигнала вызванной поляризации в сигнале переходного процесса для многоразносных осевых электрических установок в зависимости от разноса и размеров источника на разных глубинах погружения установки для условий акватории с глубиной моря до 100 м. В ходе исследования использовалось решение прямой задачи неустановившегося электромагнитного поля для проводящих поляризующихся сред с описанием дисперсии удельного электрического сопротивления формулой Коула – Коула. Было проанализировано изменение сигнала переходного процесса ΔU(t), конечной разности сигнала переходного процесса Δ2U(t) и трансформанты P1(t) – отношения Δ2U(t) к ΔU(t) – в зависимости от размеров многоразносной установки. В ходе исследования использовались установки с длиной источника – горизонтальной заземленной электрической линии AB – от 50 до 500 м, а также длиной приемников – трехэлектродных электрических линий MON – от 50 до 500 м и расстоянием между центрами источника и приемника (разносом), кратным длине источника: (3/2)·AB, 2·AB, (5/2)·AB, 3·AB, (7/2)·AB, 4·AB, (9/2)·AB, 5·AB. Сравнивались сигналы от проводящей и проводящей поляризующейся модели. Многоразносная установка находилась внутри проводящей среды с проводящим поляризующимся основанием. Проводящая среда ассоциировалась с толщей морской воды в шельфовых областях с глубинами моря до 100 м. Проводящее поляризующееся основание представляло собой геологическую среду (землю), перекрытую слоем воды. Выполненные в результате проведенных работ 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 многоразносных установках на разных глубинах погружения. Таким образом, можно утверждать, что составляющие переходного процесса, связанные со становлением электромагнитного поля и с гальванически и индукционно вызванной поляризацией, по-разному проявляются на многоразносных установках разных размеров, погруженных на разную глубину. Вызванная поляризация для условий акваторий проявляется двояко, так как она связана и с гальваническим, и с вихревым током. Ранее при практических измерениях проявление индукционно вызванной поляризации рассматривалось как проявление помех, но этот сигнал моделируемый и его можно рассматривать как информацию о вызванной поляризации. Фактором, влияющим на характер проявления сигнала вызванной поляризации в сигнале переходного процесса, является высота установки над дном Δh и разнос r. Δh – это расстояние между установкой и дном моря (поляризующимся основанием модели); r – расстояние между центрами источника и измерителя (трехэлектродной измерительной линии). В зависимости от высоты установки и разноса сигнал вызванной поляризации в трансформанте P1(t) может проявляться в виде как восходящей ветви на поздних временах, так и нисходящей ветви, переходящей в отрицательные значения P1.

The purpose of the work is to show the manifestation of an induced polarization signal in the transient electromagnetic signal for multi-spacing axial electrical installations depending on the spacing and sizes of the source at different depths of installation for the offshore conditions of sea depth of up to 100 m. The study uses the solution of the direct problem of a transient electromagnetic field for conducting polarizable media with a description of electrical resistivity dispersion by the Cole – Cole formula. Analysis is given to the change in the transient signal ΔU(t), final difference of the transient signal Δ2U(t) and transform P1(t) (ratio of Δ2U(t) to ΔU(t)) depending on multi-spacing installation size. The study involves installations with a source length (a source is a horizontal grounded electrical line AB) from 50 to 500 m, receiver length (receiver is represented by three-electrode electrical lines) from 50 to 500 m, and distance between the centers of the source and receiver (spacing) multiple of the source length: (3/2)·AB, 2·AB, (5/2)·AB, 3·AB, (7/2)·AB, 4·AB, (9/2)·AB, 5·AB. Comparison is given to the signals from conductive model and conductive polarizing model. A multi-spacing installation was placed inside a conductive medium with a conductive polarizing base. The conductive medium was associated with the layer of sea water in offshore areas with sea depths of up to 100 m. The conductive polarizing base was represented by a geological formation (ground) covered by a layer of water. Calculations performed as a result of conducted research works show the manifestation of various components of the transient process associated with electromagnetic field formation and manifestation of low-frequency dispersion of the electromagnetic properties of the earth caused by both galvanic and eddy currents. These components manifest themselves in different ways on multi-spacing installations at different depths. Therefore, it could be argued that the components of the transient process associated with the transient electromagnetic field, galvanically induced polarization and inductive induced polarization manifest themselves in different ways in multi-spaced installations of different sizes immersed at different depths. Induced polarization manifests itself in two ways for water area conditions as it is associated with both galvanic and eddy currents. Previously, when performing practical measurements, the manifestation of inductive induced polarization was considered as interference manifestation. But being simulated this signal can be considered as information about induced polarization. The factor influencing the manifestation character of induced polarization signal in the transient signal is the installation height above the bottom Δh and the spacing r. Δh is the distance between the installation and the seafloor, which is a polarizing base of the model. r is the distance between the centers of the source and the meter represented by a three-electrode measuring line. Depending on the installation height and spacing the induced polarization signal in the transform P1(t) can appear as an ascending branch at later times, as well as in the form of a descending branch that turns into negative values of P1.

 

шельфстановление полягальванически вызванная поляризацияиндукционно вызванная поляризацияпереходный процессмодель Коула – Коулааквальная геоэлектрикамногоразносная осевая электрическая установкаshelftransient electromagnetic (TEM) fieldgalvanically induced polarizationinductive induced polarizationtransientCole – Cole modelmarine geoelectricsmulti-spacing axial electrical installationРабота выполнена при поддержке Программы фундаментальных научных исследований № 0331-2019-0007The research is funded by the Fundamental Research program no. 0331-2019-0007ReferencesКонторович А. Э., Эпов М. И., Бурштейн Л. М., Каминский В. Д., Курчиков А. Р., Малышев Н. А. [и др.]. Геология, ресурсы углеводородов шельфов арктических морей России и перспективы их освоения // Геология и геофизика. 2010. Т. 51. № 1. С. 7–17.Kontorovich A. E., Epov M. I., Burshtein L. M., Kaminskii V. D., Kurchikov A. R., Malyshev N. A., et al. Geology and hydrocarbon resources of the continental shelf in Russian Arctic seas and the prospects of their development. Geologiya i geofizika. 2010;51(1):7-17. (In Russ.).Каминский В. Д., Супруненко О. И., Суслова В. В. Континентальный шельф российской Арктики: состояние изучения и освоения нефтегазовых ресурсов // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 8. С. 977–985.Kaminskii V. D., Suprunenko O. I., Suslova V. V. The continental shelf of the Russian Arctic region: the state of the art in the study and exploration of oil and gas resources. Geologiya i geofizika. 2011;52(8):977-985. (In Russ.).Уэйт Дж. Р. Геоэлектромагнетизм: пер. с англ. М.: Недра, 1987. 235 с.Wait J. R. Geo-electromagmetism. 1982. 235 p. (Russ. ed.: Geoelektromagnetizm. Moscow: Nedra; 1987. 235 p.).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 P. Yu., Mandel'baum M. M., Rykhlinskii N. I. 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 P. Yu., Mandel'baum M. M., Rykhlinskii N. I. Self-descriptiveness of differential methods of electrical survey in the exploration of polarizable media. Geofizika = Russian Geophysics. 1997;3:49-56. (In Russ.).Ageenkov E. V., Davydenko Yu. A., Fomitskii V. A. Influence of the off-axis position of the transmitter and receiver circuits on the results of differentially normalized electromagnetic sounding // Russian Geology and Geophysics. 2012. Vol. 53. Iss. 1. P. 116–121. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.12.009.Ageenkov E. V., Davydenko Yu. A., Fomitskii V. A. Influence of the off-axis position of the transmitter and receiver circuits on the results of differentially normalized electromagnetic sounding. Russian Geology and Geophysics. 2012;53(1):116-121. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.12.009.Богданов А. Г., Кобзарев Г. Ю., Делия С. В., Зеленцов В. В., Иванов С. А., Легейдо П. Ю. [и др.]. Опыт применения и геологические результаты работ дифференциальным нормированным методом электроразведки на российской акватории Каспийского моря // Геофизика. 2004. № 5. С. 38–41.Bogdanov A. G., Kobzarev G. Yu., Deliya S. V., Zelentsov V. V., Ivanov S. A., Legeido P. Yu., et al. Application experience and geological results of using the differential normalized method of electrical survey in the Russian aquatory of the Caspian Sea. Geofizika = Russian Geophysics. 2004;5:38-41. (In Russ.).Колесов В. В., Вовк В. С., Дзюбло А. Д., Кудрявцева Е. О. Разведка и обустройство месторождений в прибрежной зоне Обской губы // Газовая промышленность. 2008. № 12. С. 66–68.Kolesov V. V., Vovk V. S., Dzyublo A. D., Kudryavtseva E. O. Exploration and development of deposits in the Ob Bay coastal zone. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry. 2008;12:66-68. (In Russ.).Veeken P., Legeydo P., Pesterev I., Davidenko Y., Kudryavceva E., Ivanov S. Geoelectric modelling with separation between electromagnetic and induced polarization field components // First Break. 2009. Vol. 27. Iss. 12. P. 53–64. https://doi.org/10.3997/1365-2397.2009020.Veeken P., Legeydo P., Pesterev I., Davidenko Y., Kudryavceva E., Ivanov S. Geoelectric modelling with separation between electromagnetic and induced polarization field components. First Break. 2009;27(12):53-64. https://doi.org/10.3997/1365-2397.2009020.Veeken P., Legeydo P., Davidenko Y., Kudryavceva E., Ivanov S., Chuvaev A. Benefits of the induced polarization geoelectric method to hydrocarbon exploration // Geophysics. 2009. Vol. 74. Iss. 2. P. 47–59. https://doi.org/10.1190/1.3076607.Veeken P., Legeydo P., Davidenko Y., Kudryavceva E., Ivanov S., Chuvaev A. Benefits of the induced polarization geoelectric method to hydrocarbon exploration. Geophysics. 2009;74(2):47-59. https://doi.org/10.1190/1.3076607.Марков С. Ю., Горбачев С. В., Иванов С. А., Мятчин О. М., Нурмухамедов Т. В., Смилевец Н. П. [и др.]. Повышение надежности прогноза углеводородов на шельфе Печорского моря по результатам переинтерпретации электроразведочных работ в комплексе с сейсморазведочными данными // Геофизика. 2021. № 3. С. 25–33.Markov S. Yu., Gorbachev S. V., Ivanov S. A., Myatchin O. M., Nurmukhamedov T. V., Smilevets N. P., et al. Improving the reliability of the forecast of hydrocarbons on the Pechora Sea shelf based on the results of reinterpretation of electrical exploration works in combination with seismic data. Geofizika = Russian Geophysics. 2021;3:25- 33. (In Russ.).Ситников А. А., Агеенков Е. В., Иванов С. А., Жуган П. П., Мальцев С. Х. Аппаратура, устройства и системы наблюдений для решения нефтегазопоисковых и инженерно-геологических задач на акваториях электроразведочными методами ДНМЭ и НДЭМЗ // Приборы и системы разведочной геофизики. 2017. Т. 60. № 2. С. 42–49.Sitnikov A. A., Ageenkov E. V., Ivanov S. A., Zhugan P. P., Mal'tsev S. Kh. 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. 2017;60(2):42-49. (In Russ.).Ageenkov E. V., Sitnikov A. A., Pesterev I. Yu., Popkov A. V. Manifestation of induction and induced polarization in the case of axial and symmetrical electrical arrays // Russian Geology and Geophysics. 2020. Vol. 61. № 7. P. 795–808. https://doi.org/10.15372/RGG2019151.Ageenkov E. V., Sitnikov A. A., Pesterev I. Yu., Popkov A. V. Manifestation of induction and induced polarization in the case of axial and symmetrical electrical arrays. Russian Geology and Geophysics. 2020;61(7):795- 808. https://doi.org/10.15372/RGG2019151.Моисеев В. С. Метод вызванной поляризации при поисках нефтеперспективных площадей. Новосибирск: Наука, 2002. 136 с.Moiseev V. S. Induced polarization method for oilbearing areas prospecting. Novosibirsk: Nauka; 2002. 136 p. (In Russ.).Kozhevnikov N. O. Fast-decaying inductive IP in frozen ground // Russian Geology and Geophysics. 2012. Vol. 53. Iss. 4. P. 406–415. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.02.013.Kozhevnikov N. O. Fast-decaying inductive IP in frozen ground. Russian Geology and Geophysics. 2012; 53(4):406-415. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.02.013.Kamenetsky F. M., Trigubovich G. M., Chernyshev A. V. Three lectures on geological medium induced polarization. Munich: Vela Verlag, 2014. 58 p.Kamenetsky F. M., Trigubovich G. M., Chernyshev A. V. Three lectures on geological medium induced polarization. Munich: Vela Verlag; 2014. 58 p.Lee T. Transient electromagnetic response of a polarizable ground // Geophysics. 1981. Vol. 46. Iss. 7. P. 1037–1041. https://doi.org/10.1190/1.1441241.Lee T. Transient electromagnetic response of a polarizable ground. Geophysics. 1981;46(7):1037-1041. https://doi.org/10.1190/1.1441241.Pelton W. H., Ward S. H., Hallof P. G., Sill W. R., Nelson P. H. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multi-frequency IP // Geophysics. 1978. Vol. 43. Iss. 3. P. 588–609. https://doi.org/10.1190/1.1440839.Pelton W. H., Ward S. H., Hallof P. G., Sill W. R., Nelson P. H. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multi-frequency IP. Geophysics. 1978;43(3):588-609. https://doi.org/10.1190/1.1440839.Губатенко В. П. Эффект Максвелла – Вагнера в электроразведке // Физика Земли. 1991. № 4. С. 88–98.Gubatenko V. P. Maxwell – Wagner effect in electrical prospecting. Fizika Zemli. 1991;4:88-98. (In Russ.).Петров А. А. Возможности метода становления электрического поля при поисках углеводородов в шельфовых зонах // Геофизика. 2000. № 5. С. 21–26.Petrov A. A. Potential of the electrical transient method in hydrocarbon prospecting in the shelf zones. Geofizika = Russian Geophysics. 2000;5:21-26. (In Russ.)

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