Исследования, проводимые в лаборатории

Лаборатория выполняет исследования по теме: Разработка вопросов теории и методики геоэлектрических способов поиска рудных месторождений и диагностики техногенного загрязнения геологической среды.

Теоретически обоснована, аппаратурно и методически обеспечена система электромагнитных зондирований с индукционным возбуждением электромагнитного поля, включающая технологии частотных и геометрических исследований.

Для интерпретации экспериментальных данных разработан наиболее полный из известных в настоящее время и построенный по единой алгоритмической схеме пакет программ EMPAK (более 30 программ) для анализа и автоматической обработки данных электромагнитного профилирования и зондирования в дистанционном и частотном вариантах. Пакет ЕМРАК позволяет решать прямые и обратные задачи геоэлектрики для электромагнитных полей кондуктивного и индуктивного типов, с использованием стационарных и гармонических полей и при их комплексировании. Результаты работ представляются в виде таблиц, графиков, карт и разрезов.

Совместно с производственными организациями новые методики успешно применены при обследовании рудоперспективных площадей на глубину до одного километра. Эти работы способствовали открытию Тарнъерского (Северный Урал), изучению глубокозалегающих залежей Подольского, Юбилейного (Южный Урал) и других медноколчеданных месторождений.

Создана и экспериментально опробована двухпетлевая установка для вертикального индукционного зондирования. Показано, что по частотной зависимости кажущегося сопротивления, вычисленного по реальной составляющей магнитного поля, можно выделить в разрезе слои с пониженным электросопротивлением. Теоретически установлено, что применение двухпетлевой установки дает возможность: однозначно определять геоэлектрические параметры разреза; находить положение оси анизотропии среды.

По изучению закономерностей распространения в геологической среде техногенных электромагнитных полей промышленной частоты разработана ме-тодика объемного геоэлектрического картирования с использованием этих полей. По результатам работ в районе Сафьяновского месторождения (Свердловская обл.) было выявлено несколько аномальных зон, оценена глубина залегания проводящих объектов (более 300 м). Тремя разведочными скважинами, пройденными на аномалиях, установлено наличие сульфидного оруденения под трехсотметровой толщей перекрывающих серпентинитов.

Теоретически исследованы особенности переходных характеристик электромагнитного поля в поляризующихся средах. Показано, что влияние поляризуемости пород качественно меняет характер становления поля: измеряемая ЭДС с течением времени меняет знак, становится немонотонной. Амплитуда экстремума в области отрицательных значений ЭДС зависит от поляризационных свойств среды. Эти исследования позволили объяснить многочисленные экспериментальные неклассические переходные характеристики становления поля (ранее браковавшиеся). В настоящее время эта идеология развивается и широко используется при интерпретации результатов метода переходных процессов.

На основе математической обработки данных о гидрохимических характеристиках вод наиболее загрязненных рек Среднего Урала установлены устойчивые корреляционные связи между общей минерализацией и суммарным содержанием тяжелых металлов (в единицах предельно допустимых концентраций). Этот результат позволил использовать изучение электропроводности воды (метод резистивиметрии).для оценки суммарной концентрации тяжелых металлов, так как электропроводность пропорциональна общей минерализации. Натурное опробование резистивиметрического метода осуществлено на р. Чусовой (Свердловская обл). Режимные наблюдения, выполнявшиеся в течение не-скольких месяцев и сопровождавшиеся отбором проб воды и химическим их анализом. показали эффективность изучения электропроводности воды для оценки суммарной концентрации тяжелых металлов. Резистивиметрический контроль осуществляется непрерывно в автоматическом режиме, что позволяет отслеживать все изменения экологического качества воды, в том числе и вызванные залповыми сбросами в реки неочищенных промстоков.

Выполнены теоретические оценки и физическое моделирование особенностей распределения электрического поля токов растекания локального источника для обоснования методики установления связи зон повышенной элек-тропроводности в верхней части разреза с загрязнением подземных вод промышленными стоками, мигрирующими из накопителей промышленных отходов. Показано, что поставленная задача эффективно решается путем определения по площади направлений большой оси полярных диаграмм электрического поля. При наличии гидрологической связи зоны повышенной проводимости в геологической среде с промышленными стоками, хранящимися в накопителе отходов, направления больших осей полярных диаграмм имеют ориентировку близкую к простиранию проводящей структуры. Если же участки пониженного электросопротивления имеют естественную геологическую природу и не приурочены к химическому загрязнению подземных вод, то большие оси полярных диаграмм направлены на источник возбуждения электрического поля. Методика успешно опробована в районах размещения накопителей промстоков на Урале и в Казахстане.

Теоретически и экспериментально обоснована комплексная геоэлектрическая система контроля и прогнозирования химического загрязнения геологической среды, вызванного обогащением подземных вод токсичными промышленными стоками из-за фильтрации их в среду из накопителей жидких отходов производства. Комплексная методика предусматривает получение информации как о статическом, так и о динамическом (на основе геоэлектрического мониторинга) экогеологическом состоянии обследуемой территории. Использование методики позволяет:

– обнаружить местоположение очагов просачивания жидких токсичных отходов сквозь дамбы, ограждающие хранилища, в окружающую среду;

– локализовать на территории, примыкающей к накопителям, участки загрязнения минерализованными стоками подземных вод, изучая их распространение по площади и глубине;

– прогнозировать на основе геоэлектрического мониторинга, распространение ореола загрязнения в геологической среде.

Указанные задачи решались в районах размещения накопителей промстоков в Свердловской и Челябинской областях, на Дальнем Востоке и в Казахстане. Большинство выявленных аномалий заверены скважинами и горными работами, подтвердившими геофизические данные.

Разработана геоэлектрическая методика изучения строения и контроля состояния крупных инженерных объектов: грунтовых гидротехнических сооружений и насыпных автодорог. Методика успешно применена при обследовании плотин Теченского каскада водоемов (Челябинская обл.) и строящейся автодороги Екатеринбург-Тюмень (Свердловская обл.)

В ближайшие годы планируется выполнять исследования по следующим направлениям:

– совершенствование вопросов методики и способов интерпретации результатов исследований в вариантах геометрических и частотных зондирований с применением возбуждающего вертикального магнитного диполя и соосной двухпетлевой установки для решения рудопоисковых задач;

– продолжение исследований по отработке теоретических и методических вопросов изучения техногенного загрязнения геологической сре-ды с обращением основного внимания на развитие методов электропрофилирования и зондирования с дифференциальной кондуктивной установкой, а также контроля динамики смещения фронта ореола загрязнения по изучению электрического поля токов растекания;

– накопление экспериментального материала по геоэлектрическому мониторингу грунтовых гидротехнических сооружений.