→ Учебный процесс » ФГиГ » Кафедры » Геофизики » Основные учебные дисциплины » Электроразведка 
Геофизики
ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ В СГИ-УГИ-УГГГА*
*) По А.А.Редозубову, Екатеринбург, 2002 г.
В первые годы преподавание электроразведки и полевые опытные и производственные электроразведочные работы проводились на базе единой лаборатории геофизики, организованной П.К.Соболевским в 1927 г. Отдельная лаборатория электроразведки была создана, по-видимому, в середине 30-х годов, когда заведующим кафедрой геофизических методов стал ученик П.К.Соболевского В.Н.Головцын, известный электроразведчик, прошедший аспирантуру у одного из основоположников советской электроразведочной науки А.А.Петровского.
В предвоенные годы выполнявшиеся по заказам производственных организаций исследования проводились, в основном, методом изолиний. В.Н.Головцын начал активно заниматься методом сопротивлений, в первую очередь - вертикальным электрическим зондированием. Работавший в те годы на кафедре геофизики И.К.Овчинников проводил исследования также индуктивными методами электроразведки, в частности, методом интенсивности. В районе Турьинских рудников этим методом было открыто новое рудное тело. В своем большинстве работы были нацелены на совершенствование методики поисков колчеданных месторождений. Отрабатывалась методика работ методом изолиний на постоянном токе (до этого работы проводились на токе звуковой частоты, и результаты нередко сильно искажались индукционными эффектами). Было определено место вертикального электрического зондирования при поисках колчеданных месторождений. Проводились исследования и по применению электроразведки при решении других геологических задач. Так, применению электроразведки при изучении карста, т.е. решению инженерно-геологических задач, была посвящена кандидатская диссертация В.Н.Головцына.
В годы Великой Отечественной Войны сотрудниками кафедры геофизики (В.Н.Головцын, Л.И.Пискунов и др.) были проведены комплексные электроразведочные и магниторазведочные работы на Пышминско-Ключевском месторождении, сопровождавшиеся изучением физических свойств горных пород и руд. Результаты этих работ помогли лучше понять геологическое строение месторождения и способствовали открытию новых рудных тел. В это же время под руководством Г.П.Саковцева выполнялись электрические зондирования в Красноуфимском и Манчажском районах с целью поисков нефтеносных структур. Было выявлено несколько положительных структур, которые остались непроверенными, по-видимому, из-за того, что вопрос потерял прежнюю остроту в связи с открытием новых месторождений в Башкирии и разгромом немцев под Сталинградом.
В послевоенные годы основные усилия электроразведчиков горного института были направлены на совершенствование методики поисков и разведки колчеданных месторождений. В 1947 г. на Айвинском месторождении в Красноуральском районе проводились испытания предложенного главным инженером Баженовской экспедиции Н.И.Шаховым метода АИНС (метода автоматического исключения нормальной составляющей) и разработанного И.К.Овчинниковым, заведовавшим в это время кафедрой физики, метода компенсации. По инициативе и под руководством Г.П.Саковцева были начаты исследования вызванной поляризации в лабораторных условиях. В последующих 1948-1950 годах на ряде колчеданных месторождений Южного и Среднего Урала по договору с Союзным уральским геофизическим трестом (СУГТ) были проведены полевые исследования. Это были одни из первых, а возможно, и первые, полевые работы методом вызванной поляризации в Советском Союзе. В работах принимали участие работавшие в это время на кафедре геофизики инженеры Л.И.Пискунов и В.В.Бояринков.
Исследовательская группа Г.П.Саковцева (1949 г.).
Сидит инженер Л.И.Пискунов; стоят: зав. лабораторией Н.С.Шмелев, студент П.Г.Ахматов, инженер В.В.Бояринков, Г.П.Саковцев
Имевшаяся в это время электроразведочная аппаратура не позволяла выполнять такие измерения. Поэтому по разработанным Г.П.Саковцевым техническим условиям в СУГТ инженером Н.Т.Бородавко был сконструирован и изготовлен специальный ламповый вольтметр, который позволял наряду с обычными измерениями разности потенциалов на приемных электродах измерять поле вызванной поляризации через заданный промежуток времени после выключения тока в питающей линии.
Для измерения в десятки раз более слабого поля вызванной поляризации было необходимо вводить в землю токи большой силы, которые трудно получить от гальванических батарей. Поэтому возникла необходимость в создании мощной генераторной установки, которая и была изготовлена под руководством Г.П.Саковцева заведующим лабораторией электроразведки Г.Г.Аржаниковым на базе генератора постоянного тока, приводимого в действие от двигателя автомобиля. По существу это был прототип появившихся позднее электроразведочных станций.
К сожалению, как нередко бывает, эти работы опередили свое время и не были поняты современниками. Поскольку аномальные эффекты вызванной поляризации наблюдались не только над рудными телами, но и на значительных расстояниях на флангах этих тел, делался логичный вывод, что аномалии вызваны зонами вкрапленности сульфидов, а не телами массивных руд. Перед геофизиками же того времени ставилась задача поисков именно отдельных массивных рудных тел, вкрапленность же рассматривалась как мешающий фактор. Поэтому оппоненты утверждали, что метод вызванной поляризации не лучше, а даже хуже более простого и производительного метода изолиний, являвшегося в те годы основным при поисках колчеданных руд. Поэтому в 1950 г. работы по вызванной поляризации в горном институте были прекращены. Несколько позднее, в 1956 г., Ю.П.Булашевич, решив задачу о поляризующемся шаре, показал, что результаты проведенных Г.П.Саковцевым экспериментов не противоречат теории, поскольку эффект от массивного рудного тела в несколько раз меньше, чем эффект от ореола вкрапленников. Понадобилось целое десятилетие, чтобы к началу 60-х годов электроразведчики поняли, что именно через ореолы вкрапленников следует искать этим методом оруденение, в том числе и глубокозалегающее.
В 1950 г. И.К.Овчинниковым в содружестве с Баженовской геофизической экспедицией СУГТ были проведены опытные работы предложенным им методом компенсации на участке Калугинского месторождения. Эти работы показали большую глубинность метода компенсации по сравнению с методом изолиний. Вблизи известного оруденения была получена еще одна аномалия, проверка которой бурением привела к открытию нового рудного тела.
В 1951 г. началось сотрудничество электроразведчиков горного института с трестом "Уралцветметразведка", продолжавшееся до ликвидации треста во время реорганизации геологоразведочной службы при Н.С.Хрущеве. Научным руководителем работ был Г.П.Саковцев, а в 1951 г. - и И.К.Овчинников. Начальником партии до сентября 1952 г. был В.Н.Микшевич. Автор, будучи на преддипломной практике, выполнял обязанности прораба (старшего геофизика), а с сентября 1952 г. и начальника партии. В 1951 г. выполнялись работы методами изолиний и компенсации в Красноуральском районе. В результате этих исследований на неоднократно изучавшейся до этого площади была получена аномалия, проверка которой привела к открытию Северного месторождения.
В этом же году на Чернушинском месторождении и на выявленной аномалии были проведены успешные испытания предложенного Г.П.Саковцевым метода наложения полей, представляющего собой компенсационный метод в варианте электропрофилирования. Кроме того, автором были выполнены резистивиметрическик исследования по р. Айве от пос. Межень до истока. В результате была установлена аномалия в виде понижения удельного сопротивления воды в реке на участке пересечения ею фланга Северного месторождения (тогда еще не вскрытого скважинами). Менее четкое понижение сопротивления было выявлено в верховьях Меженского пруда. Причина его осталась невыясненной. Было установлено резкое, примерно в полтора раза, изменение удельного сопротивления воды в р. Айве возле устья р. Чернушки, свидетельствующее о стоке кислотных вод с Чернушинского месторождения. В последующие годы этими водами р. Айва была полностью отравлена, и ее долина превратилась в безжизненную пустыню.
Проведенные к этому времени работы методом компенсации убедительно показывали его большую глубинность по сравнению с методом изолиний. Но определенным недостатком метода была сложность выбора соотношения токов на электродах одинакового знака, от правильности которого зависела глубина исследования. В этом вопросе не было конкретных правил, были лишь общие принципы. Соотношение токов выбиралось, по существу, интуитивно, что требовало очень высокой квалификации исполнителя. Поэтому в производственных организациях метод компенсации не применялся, за исключением случаев, когда работами руководил сам автор метода И.К.Овчинников. Такие работы были проведены, в частности, в Карабашском районе, где была опробована методика ориентировки линейных электродов по простиранию пород в расчете на выявление таким образом рудных тел среди электропроводных сланцевых зон. В 1957 г. по методу компенсации И.К.Овчинниковым была защищена докторская диссертация.
Чтобы упростить методику работ и сделать ее доступной рядовому производственнику Г.П.Саковцевым была предложена упрощенная модификация, получившая название метода вертикального поля. В отличие от прототипа, в этой модификации третий электрод, имеющий знак, противоположный знаку двух линейных электродов одинаковой полярности, относится на "бесконечность", т.е. на достаточно большое расстояние, чтобы его влиянием можно было пренебречь. На одноименных электродах при этом токи устанавливаются одинаковыми. Результаты выполненного в лаборатории электроразведки большого объема моделирования показали, что хотя эта модификация по глубинности уступает методу компенсации, по сравнению с методом изолиний имеет существенно большую глубину исследования.
В 1952 г. были проведены работы методом вертикального поля на площади в несколько десятков квадратных километров в Красноуральском районе. Над всеми известными колчеданными месторождениями и рудопроявлениями в пределах этой площади были получены четкие аномалии. Были также выявлены аномалии на северном берегу р. Айвы и на северном фланге Чернушинского месторождения. При проверке бурением первой из них была вскрыта небольшая линза массивных руд, замыкающая Северное месторождение. Вторая аномалия оказалась связанной с интенсивным прожилково-вкрапленным пиритным оруденением. Хорошие результаты дал также метод наложения полей, которым производилась детализация аномалий метода вертикального поля.
Бригада метода вертикального поля (1952 г.)
В работах 1952 г. кроме перечисленных выше исполнителей активное участие принимал находившийся на преддипломной практике студент геофизического факультета С.А.Костромкин. После окончания института в декабре этого года он был направлен на работу в трест "Уралцветметразведка", где ему была поручена организация геофизической экспедиции, главным инженером которой он стал. Уже в следующем году геофизическая партия треста "Уралцветметразведка" проводила по разработанной в горном институте методике работы в районе г. Нижний Тагил. В результате этих работ, проводившихся под руководством С.А.Костромкина и В.А.Цыганкова, было открыто Ново-Горбуновское месторождение.
Партия горного института в этом году вела работы в Кировградском районе на полосе от ст. Тепловая до р. Накипени. По методу вертикального поля были получены четкие аномалии как на Шайтанском, так и на только что вскрытом первыми скважинами глубокозалегающем Ново-Шайтанском месторождениях. На этом участке впервые была применена предложенная автором методика векторной съемки по методу наложения полей. По данным этих методов было оконтурено Шайтанское рудное поле как с юга, где его граница была известна, так и с севера (на Ново-Шайтанском месторождении к этому времени скважинами было вскрыто только его южное рудное тело). По данным методов вертикального поля и наложения полей аномальная зона была прослежена в северном направлении. По признанию главного геолога Кировградской ГРП Ф.М.Поткина дальнейшая разведка проводилась полностью с учетом геофизических данных. В северной части изучавшейся площади была получена аномалия, при разбуривании которой было выявлено Северо-Юрьевское серноколчеданное месторождение.
В этом же году по инициативе Г.П.Саковцева были проведены опытные работы по изучению анизотропии горных пород с целью картирования зон рассланцевания. Работы проводились путем прослеживания линии равного потенциала в поле точечного заземления. По эллиптичности изолинии определялся кажущийся коэффициент анизотропии lК, а по ориентировке большой оси - направление простирания сланцеватости. Был отработан профиль длиной более 3 км, проходивший по широтной просеке примерно в 2 км южнее Юрьевского месторождения. Непосредственными исполнителями этих исследований были студенты геофизического факультета Д.С.Вагшаль и А.П.Фисенко.
Повышенными значениями lК отметились как основная, так и восточная полосы кварц-хлорит-серицитовых сланцев. Однако такой способ картирования анизотропных пород хотя и давал хорошие результаты, был трудоемок. Поэтому в следующем году была сделана попытка решения этой задачи методом кругового профилирования. Полученные при этом результаты оказались не поддающимися интерпретации, что было списано на недостаточное качество измерений (работы также выполнялись студентами). Лишь спустя несколько лет стало ясно, что нарекания на качество работ были необоснованными, так как метод кругового профилирования неприменим для изучения анизотропии в условиях резко неоднородной среды.
Работы по методике горного института продолжались до конца 50-х годов, когда был ликвидирован трест "Уралцветметразведка" и его геофизическая экспедиция передана Уральскому геологическому управлению под названием Средне-Уральской (СУГРЭ). Каждый год в разных районах Урала работали несколько партий треста "Уралцветметразведка" и партия горного института. Работы выполнялись в тесном контакте, партия горного института на полевой период доукомплектовывалась работниками геофизической экспедиции. В большом количестве привлекались студенты геофизического факультета института и геофизического отделения Свердловского горно-металлургического техникума. Впоследствии многие выпускники техникума закончили геофизический факультет.
В 1955 г. объединенной партией под руководством автора и А.П.Чиркина было открыто Светлореченское (Ельничное) месторождение в Полевском районе. К юго-западу от вскрытого пробуренными по рекомендации геофизиков скважинами была получена еще одна четкая аномалия по методу вертикального поля. Для ее проверки были пробурены неглубокие скважины, которые, по заключению геологов, прошли по неизмененным породам. Через три года эта аномалия была подтверждена результатами метод погруженных электродов (о нем будет речь дальше) и вновь была дана рекомендация об ее проверке на большей глубине. Эта рекомендация не была реализована, и о ней забыли. Лишь спустя десятилетие В.А.Мадьяров, не знавший этих материалов, по геологическим соображениям пробурил здесь поисковые скважины и вскрыл на значительной глубине довольно мощное оруденение, которое не разведано до конца и по настоящее время.
В эти же годы партией "Уралцветметразведка" под руководством выпускника геофизического факультета А.М.Степанова методом вертикального поля было открыто Северо-Комсомольское месторождение, залегающее на глубине 200-250 м. Другой партией в Верхнеуральском районе также была получена отчетливая аномалия этим методом, но в связи с проходившей реорганизацией результаты не дошли до работавшей в этом районе ГРП, и она не была проверена. Через несколько лет О.М.Шаповаловым на этом месте была получена аномалия по методу вызванной поляризации, при проверке которой было открыто Александринское месторождение.
Применялся метод вертикального поля и в некоторых других регионах, в частности, на Рудном Алтае. По просьбе работавшего там геологоразведочного подразделения Минцветмета на преддипломную практику туда был направлен студент-дипломник геофизического факультета В.С.Титлинов (впоследствии известный электроразведчик, автор метода радиально-индукционного зондирования). Им были организованы работы по методу вертикального поля, которые и в тех условиях дали удовлетворительные результаты.
Можно также отметить, что в 1954 г. партией Опытно-методической экспедиции СУГТ (М.Н.Столпнер) были организованы работы с целью сравнения эффективности различных методов на недавно открытом Султановском месторождении, залегающем под мощным чехлом рыхлых отложений. В этих работах принимали участие и сотрудники геофизического факультета, в частности, И.К.Овчинников и автор. Проведенные исследования показали, что методами компенсации и вертикального поля открываются рудные тела, которые методами изолинии и комбинированного профилирования не фиксируются.
Несмотря на многочисленные примеры успешного применения компенсационных методов, в том числе на участках, до этого неоднократно перекрывавшихся другими методами и не давшими на них положительных результатов, после ликвидации треста "Уралцветметразведка" работы компенсационными методами были прекращены. Причиной было отрицательное отношение к этим методам руководителей геофизического отдела Уральского геологического управления (УТГУ), который стал курировать все геофизические работы на Урале. Немалую роль в этом сыграл и старейший электроразведчик Урала, заведующий лабораторией Уральского филиала АН СССР П.Ф.Родионов, имевший большое влияние на геофизиков УТГУ.
Кроме полевых исследований на геофизическом факультете в 50-е годы был выполнен довольно большой объем изучения физических свойств горных пород, прежде всего удельного электрического сопротивления. Для устранения влияния на результаты измерений высокого переходного сопротивления приемных электродов в четырехточечной установке применялся метод сравнения. Несколько позже И.И.Бреднев предложил использовать в качестве измерительного прибора электрометр от радиометра, обладающий практически бесконечным входным сопротивлением.
В это же время Г.П.Саковцевым был предложен принцип электролитического способа измерения удельного сопротивления образцов. Проведенные в лаборатории электроразведки исследования дали хорошие результаты. Но применение этого способа для массовых измерений затруднялось необходимостью придания образцу правильной шаровой формы. Позднее, уже в 80-х годах, аспирантом кафедры рудной геофизики А.А.Кашкаровым эта идея была реализована в более удобном для практических целей виде. Было предложено производить измерения в двух растворах, имеющих различающееся на несколько порядков сопротивление. Благодаря этому отпадала необходимость придания образцу правильной формы. Для измерений стали пригодны грубо-изометричные образцы, обработанные с помощью геологического молотка.
Первые испытания электролитического способа измерения удельного сопротивления образцов (1955 г.)
В середине 50-х годов Г.П.Саковцевым были предложены две модификации скважинной электроразведки, получившие названия методов погруженных электродов и вертикального градиента. Следует заметить, что в это время скважинный вариант дипольного индуктивного профилирования и радиоволновое просвечивание находились в стадии разработки. Скважины использовались только при наличии рудных подсечений для постановки метода заряженного тела и лишь в единичных случаях такие измерения выполнялись при заземлении в скважины, не встретившие оруденения, пересекшие только низкоомные рудовмещающие метасоматиты. На Урале к этому времени было известно достаточно случаев, когда скважина проходила в 10-20 м от рудного тела (или не добуривалась до него), а рудное тело открывалось только через несколько лет при повторном разбуривании этого участка. Так было, например, на Северо-Ольховском месторождении, где при первом опоисковании участка одна из скважин прошла всего в 9 м от рудного тела. На Комсомольском месторождении одна из скважин была остановлена, не дойдя до руды 15 м. При обсуждении вопроса о начале опытных работ методами скважинной электроразведки главный инженер треста "Уралцветметразведка" В.В.Щербаков заметил, что если геофизики смогут уверенно обнаруживать оруденение на расстоянии хотя бы 10-15 м от скважины, это будет большим прогрессом в геолого-поисковом деле.
После проведения ряда теоретических расчетов и моделирования в лабораторных условиях в 1957 г. были организованы полевые опытные работы на колчеданных месторождениях Южного и Среднего Урала. Непосредственным исполнителем полевых работ был автор. В них принимали также участие прикомандированные выпускники горно-металлургического техникума, в том числе С.С.Сысков, а также студент геофизического факультета В.В.Кормильцев. Первые эксперименты были поставлены на недавно открытом Северо-Комсомольском месторождении. Они показали, что метод погруженных электродов в том варианте, как он моделировался в лаборатории, недостаточно эффективен из-за сильного влияния вмещающей среды, прежде всего неоднородностей приповерхностного слоя. После ряда неудач автором была предложена методика, при которой одновременно с измерениями в поле погруженного электрода выполняются наблюдения в поле заземлений, расположенных на поверхности земли. Затем находится частное от деления полученных результатов, имеющее смысл кажущейся плотности тока. На графиках этой величины влияния приповерхностных неоднородностей значительно ослаблялись и на них отчетливо проявлялись глубокозалегающие рудные тела, находящиеся на расстоянии нескольких десятков метров от скважины. Положительные результаты были получены и на других объектах, в том числе на Ново-Бурибаевской залежи, глубина залегания которой сопоставима с ее размерами. Хорошие результаты были получены на Ново-Шайтанском месторождении на Среднем Урале. Полученные результаты показали, что кроме влияния неоднородностей приповерхностного слоя необходимо учитывать влияние самого слоя рыхлых отложений и влияние анизотропии пород, если она имеется. Для этого также были разработаны методические приемы.
Работы были продолжены в два следующих года на Светлореченском, Южно-Антипинском и Воленторском месторождениях и на ряде поисковых участков. В процессе этих работ дорабатывалась и совершенствовалась методика учета мешающих факторов. На всех известных рудных объектах были получены положительные результаты. На Светлореченском участке была подтверждена упоминавшаяся выше аномалия метода вертикального поля, где впоследствии было вскрыто скважинами оруденение. Ожновременно проводились исследования и методом вертикального градиента, для которого также были разработаны приемы учета мешающих факторов и обработки результатов. Работы методами погруженных электродов и вертикального градиента стали выполнять и некоторые партии СУГРЭ (С.А.Костромкин, И.М.Пильник и др.).
В это же время А.К.Козырин разрабатывает метод электрической корреляции, получивший широкое распространение. Им же предложен метод уравновешенной установки. Эти важные исследования здесь не рассматриваются, так как они заслуживают подробного описания в специальной статье, посвященной геофизическим методам исследования скважин. Несколько позднее работавший вместе с А.К.Козыриным В.М.Сапожников предложил способ определения мест разрыва рудных тел путем измерения градиента потенциала на поверхности земли в поле заземлений в рудные подсечения двух скважин. Эти исследования также имели важное значение в связи с разведкой месторождений, разбитых дайками плохо проводящих пород.
Описанные исследования обеспечили рост научной квалификации проводивших их сотрудников геофизического факультета. Методы вертикального поля и наложения полей вместе с теоретическим обоснованием методов погруженных электродов и вертикального градиента стали темой докторской диссертации Г.П.Саковцева. Основой кандидатской диссертации автора стали способы учета мешающих факторов на результаты методов погруженных электродов и вертикального градиента и применение этих методов при поисках колчеданных месторождений. По тематике геофизических исследований скважин защитили докторскую диссертацию А.К.Козырин и кандидатскую диссертацию В.М.Сапожников.
В 1960 г. кафедра рудной геофизики заключила договор на производство большого объема работ методами скважинной электроразведки на колчеданных месторождениях Башкирии с тогда еще Южно-Уральским (позже Башкирским - БТГУ) геологическим управлением. Для выполнения этих работ была организована объединенная геофизическая партия кафедры рудной геофизики и БТГУ под руководством Н.С.Лиханова и автора. Н.С.Лиханов взял на себя в основном административные функции, а автор выполнял обязанности старшего геофизика, осуществляя методическое руководство всеми работами. Исследования выполнялись на семи участках, разбросанных по всей территории восточной Башкирии от Учалинского до Бурибаевского рудных районов. В связи с недостатком специалистов среднего технического звена предварительно были проведены краткосрочные курсы, подготовившие необходимое количество операторов и вычислителей.
Научно-исследовательская партия кафедры рудной геофизики (60-е годы).
Сидят: инженер Р.С.Хавес, науч. рук. А.А.Редозубов, зав. лабораторией Н.Д.Теплых; полулежит справа зав. лабораторией Г.Г.Аржаников, справа от него Л.Г.Саковцева; стоит справа начальник партии С.С.Сысков. Остальные - студенты геофизического факультета
Часть исследований выполнялась на известных объектах с целью получения дополнительной информации о возможностях методов погруженных электродов и вертикального градиента в условиях колчеданных месторождений Башкирии и совершенствования отдельных элементов методики. Основной же объем выполнялся в производственных целях. В результате этих работ было открыто новое рудное тело на месторождении Таш Тау (Абей Саз). Наиболее же существенные результаты были получены на Майском участке. Здесь геологами была установлена железная шляпа. Поисковое бурение проводилось исходя из представления о юго-западном простирании рудной зоны. По методу погруженных электродов было получено несколько аномалий к юго-востоку от бурившихся скважин. В соответствии с этим, фронт буровых работ был развернут на 90°, и тогда скважинами были вскрыты рудные тела месторождения, получившего название Майского.
Кроме работ методами скважинной электроразведки партией выполнялись массовые измерения физических свойств керна скважин, пробуренных на месторождении Таш Тау (было изучено около 5000 образцов). Непосредственным исполнителем этих исследований был И.И.Бреднев. Основанием для них послужила выдвинутая в середине 50-х годов Г.В.Саковцевым гипотеза о существовании над месторождениями надрудных зон, отличающихся по удельному сопротивлению от аналогичных пород на удалении от оруденения по физическим свойствам, прежде всего, по удельному сопротивлению. К этой идее подтолкнули имевшиеся факты, когда электрические аномалии, прежде всего в компенсационных методах, наблюдались над рудными телами, залегающими на глубинах, теоретически для наземной электроразведки недостижимых. Отдельные подтверждения о существовании таких зон были получены ранее на Ново-Шайтанском и Южно-Антипинском месторождениях.
Для изучения вопроса о степени достоверности данных об удельном сопротивлении горных пород, полученных при измерениях на образцах, проводился электрокаротаж, в том числе БКЗ. Сопоставление результатов по 33 пластам показало, что в 26 случаях расхождение с БКЗ не превышало 30%. Это позволило сделать вывод о достаточной достоверности результатов измерения удельного сопротивления на образцах керна.
На геоэлектрическом разрезе, построенном по профилю, пересекающему южную часть месторождения и выходящему далеко за его пределы, над рудным телом отчетливо выявилась область пониженного удельного сопротивления, распространяющаяся до поверхности коренных пород. При этом электропроводная зона пересекала почти стометровую толщу пострудных крупнозернистых кварцевых порфиритов, не имеющих видимых следов каких-либо изменений. Как показали дальнейшие исследования, понижение удельного сопротивления связано с повышением пористости пород, а также с увеличением минерализации поровых вод. Зона пониженного удельного сопротивления, в пределах которой расположены все рудные тела месторождения, хорошо проявилась и на погоризонтных планах. В последующие годы аналогичные результаты были получены и на других колчеданных месторождениях Урала.
В этом же году были проведены первые исследования по проверке высказанной Г.П.Саковцевым идеи электрохимического метода. Предполагалось, что вблизи заземления, через которое пропускается электрический ток, должны концентрироваться ионы, повышенное содержание которых будет наблюдаться на участках с колчеданным оруденением. Основная ставка делалась на ион SO4", который всегда присутствует в окрестностях колчеданных рудных тел. Этими исследованиями занималась А.И.Соколова, защитившая впоследствии по этой тематике кандидатскую диссертацию. Было установлено, что над месторождением Таш Тау в пробах грунта, отобранных после пропускания электрического тока, действительно наблюдается повышенное содержание ионов по сравнению с контрольными пробами, отобранными в этих же точках до пропускания тока. На удалении от месторождения увеличение содержания ионов после пропускания тока было незначительным. При этих исследованиях месторождение отметилось более четко, чем при обычной металлометрической съемке по пробам грунта.
В зимний период дубликаты отобранных до пропускания тока проб были аналогичным способом исследованы в лаборатории. Оказалось, что после обработки током в них наблюдается такое же изменение концентрации ионов, как и в случае исследований непосредственно в поле. Из этого был сделан вывод, что концентрация ионов повышается главным образом не за счет их привноса к заземлению, а за счет освобождения из нерастворимых соединений под действием тока. Указанное обстоятельство породило сомнения в правомерности представления автора метода ЧИМ Ю.С.Рысса, что в этом методе ионы металлов привносятся со значительной глубины. На электрохимический способ поисков Г.П.Саковцеву, А.И.Соколовой и автору было выдано авторское свидетельство.
Успех работ методами скважинной электроразведки привел к тому, что уже в следующем году методы погруженных электродов и вертикального градиента вошли в практику геофизических отрядов всех геологоразведочных экспедиций БТГУ, занимающихся поисками и разведкой колчеданных месторождений. Кроме того, в Башкирской геофизической экспедиции (БГЭ) были организованы курсы повышения квалификации, на которых автор прочитал цикл лекций по этим методам и провел практические занятия на реальных объектах. Партия кафедры рудной геофизики горного института еще несколько лет продолжала вести работы по описанным выше направлениям в Учалинском и Бурибаевском рудных районах. Кроме того, по просьбе БТГУ автор ежегодно совершал объезд подразделений, ведущих работы по скважинной электроразведке с целью консультаций. В 1961 г. к работам партии кафедры рудной геофизики подключился С.С.Сысков, поступивший после демобилизации на геофизический факультет горного института.
Наиболее значительным результатом работ по скважинной электроразведке в эти годы является выявление партией скважинной геофизики БГЭ аномалии в районе Маканского месторождения. При проведении бурения она оказалась связанной с рудным телом - 1-й залежью Октябрьского месторождения. Партией горного института было выявлено Южно-Мамбетовское прожилково-вкрапленное оруденение в Бурибаевском рудном районе.
В это же время автором был предложен вариант скважинной электроразведки, названный зондированием с погруженным электродом. Опытные работы в условиях Южного Урала дали положительные результаты. К сожалению, разработка этой методики осталась незавершенной, хотя она может оказаться эффективной при использовании и глубоких скважин, когда в методе погруженных электродов не удается добиться надежного учета влияния мешающих факторов.
В середине 60-х годов кафедра рудной геофизики возобновила сотрудничество со Средне-Уральской экспедицией (СУГРЭ). Проводились работы методами скважинной электроразведки в Кировградском и Полевском районах. Затем по предложению главного геолога Полевской ГРП Ф.М.Поткина работы были перенесены на Мариинский участок, расположенный к югу от г. Ревды вдоль западного контакта Ревдинского габбрового массива. Выполнялись исследования по изучению анизотропии горных пород с целью выявления и картирования зон рассланцевания, работы методом вызванной поляризации, а в имеющихся скважинах - методами скважинной электроразведки. В работах принимали участие студенты геофизического факультета В.А.Пуртов, В.В.Кузьмичев и др.
Как уже говорилось, первые работы по картированию анизотропных сред способом прослеживания изолиний потенциала в поле точечного заземления были проведены еще в 1953 г. Они дали хорошие результаты, но были слишком трудоемкими. Попытка использовать для этой цели предложенный еще в 30-х годах С.М.Шейкманом способ кругового профилирования в сложной геоэлектрической обстановке рудных районов Урала оказалась неудачной. В 1959 г. автором был предложен и испытан на профиле в районе Крылатовского золоторудного месторождения способ картирования анизотропных пород с помощью крестообразной установки. Оказалось, что, будучи в 5-6 раз более производительным по сравнению со способом прослеживания изолинии потенциала, он дает практически идентичные результаты и позволяет уверенно выделять зоны повышенной анизотропии, соответствующие рассланцеванию горных пород. Кроме того, он одновременно дает информацию о кажущемся сопротивлении для установки комбинированного профилирования. Одновременно выполнявшееся круговое профилирование дало практически не интерпретируемые результаты из-за сильного влияния неоднородностей среды по сопротивлению (контакты, неоднородности приповерхностного слоя и т.п.). Способ крестообразной установки и был применен в Ревдинском районе. При этом выяснилось, что зоны повышенной анизотропии имеют сложное строение с изменчивым простиранием сланцеватости. В таких условиях было предложено выполнять измерения с двумя скрещенными крестообразными установками. Такая методика позволила в каждой точке наблюдений определять как величину кажущегося коэффициента анизотропии, так и направление оси наибольшей электропроводности, то есть практически простирание сланцеватости. Безусловно, такая методика была менее производительной, но зато давала достоверные результаты и была более информативной. Через несколько лет исследовательской группой, работавшей в этом направлении (С.С.Сысков, П.Н.Коврижных, А.И.Минцев и др.) был предложен более технологичный вариант измерений, при котором для получения данных, аналогичных результатам измерений со скрещенными установками, реальный поворот установки не требовался, что повышало производительность труда почти в полтора раза. На это предложение было получено авторское свидетельство.
Способ картирования анизотропных пород при консультации автора начал применять С.А.Костромкин, руководивший партией, работавшей в Первоуральском районе. Затем к совместной работе с этой партией подключилась и группа исследователей кафедры рудной геофизики. Результаты этих работ выявили весьма сложное строение зон рассланцевания и позволили уточнить геологическую карту, так как давали информацию о структуре этих зон, которую практически невозможно получить другими способами. Было также установлено, что относительные повышения анизотропии по простиранию полосы сланцев, как правило, соответствуют участкам с повышенной сульфидной минерализацией.
В 1971 г. автором было высказано положение, что рудовмещающие породы обладают не одноосной, как полагалось ранее, а выраженной трехосной анизотропией. Это положение основывалось на том, что и на безрудных участках эпицентры зарядов часто смещаются относительно проекции заземления в скважине на поверхность земли не только вкрест, но и по простиранию пород. Очень показателен был пример, полученный на Мариинском участке. Здесь при заземлении в одной из скважин была получена аномалия по методу погруженных электродов. Пробуренная под эту аномалию скважина оказалась безрудной. При заземлении в эту скважину по методу погруженных электродов снова была получена аномалия, смещенная по простиранию пород в том же направлении и примерно на такое же расстояние. Наличие анизотропии в плоскости рассланцевания было подтверждено экспериментально при измерениях, выполненных в лаборатории электроразведки студентами геофизического факультета П.Н.Коврижных и В.А.Кирилловым на штуфах.
Расчеты показали, что наличие секущей системы трещин может вызвать лишь небольшую анизотропию в плоскости рассланцевания. Коэффициент анизотропии в плоскости рассланцевания lt возрастает, если в породе присутствуют вытянутые хорошо проводящие включения, например, прожилки и линзочки густых вкрапленников сульфидов, характерные для выклинок рудных тел. Принятие этой гипотезы приводило к выводу, что при объемном изучении анизотропии можно решать такие задачи, как выявление участков с проявлениями концентрации рудного вещества по повышению lt и реставрация путей движения гидротермальных растворов по ориентировке осей наибольшей электропроводности в пространстве.
Эти положения были подтверждены результатами определений параметров трехосной анизотропии горных пород на Чусовском рудном поле, выполненных С.С.Сысковым. По этим данным было установлено повышение lt над погруженной частью известного рудного тела и такое же повышение в нескольких сотнях метров от него. При детальных исследованиях методами скважинной электроразведки здесь была выявлена локальная аномалия. Несмотря на высокую плотность уже имевшихся скважин, здесь была задана скважина, бурение которой привело к открытию Южно-Чусовского оруденения. Кроме того, ориентировка осей наибольшей электропроводности в пространстве свидетельствовала о том, что источник флюидов должен находиться севернее месторождения, тогда как по имеющимся геологическим данным его полагали находящимся на юге. Последующее бурение глубоких скважин подтвердило вывод, сделанный по результатам изучения трехосной анизотропии.
Из результатов исследований вытекал также вывод, что Чусовское месторождение и расположенное в 7 км севернее его Поварненское рудопроявление являются ветвями единого рудного поля. Отсюда следует вероятная перспективность средней части этого интервала рудовмещающей полосы, так как здесь под экраном порфиритов могут располагаться и другие, неизвестные ветви рудного поля. По этой тематике С.С.Сысковым была защищена кандидатская диссертация.
В начале 70-х годов была организована проблемная лаборатория поисков и разведки глубокозалегающих рудных месторождений. Лаборатория была организована по инициативе Г.П.Саковцева, который до последних дней своих был ее научным руководителем. Заведующим лабораторией стал В.А.Серков. Проблемная лаборатория объединила разрозненные небольшие группы исследователей и расширила возможности проведения научно-исследовательских работ благодаря стабильному бюджетному финансированию. В работе лаборатории принимала участие и группа геологов под руководством П.А.Шехтмана.
В группу геофизиков, работавших по тематике проблемной лаборатории, кроме упоминавшихся выше исследователей вошли В.М.Сапожников, М.С.Шумаков, В.В.Миронов, П.Н.Коврижных, В.Е.Петряев и др. Увеличился объем и расширилась география выполнявшихся работ. Были организованы исследования по скважинной геофизике и петрофизическому изучению полиметаллических месторождений на Рудном Алтае и в Узбекистане (В.М.Сапожников, В.А.Серков, В.Е.Петряев и др.).
На Урале кроме продолжавшегося сотрудничества с СУГРЭ завязались тесные связи с Тагильской ГРЭ и с вновь организованным трестом "Уралцветметразведка". Впоследствии одним из основных руководителей геофизической службы треста "Уралцветметразведка" стал В.В.Миронов. По договорам и в содружестве с этими организациями в течение ряда лет проводились работы в Красноуральском, Нижне-Тагильском и Карабашском рудных районах. Основными исполнителями этих работ, кроме С.С.Сыскова и автора, были В.А.Серков, В.В.Миронов и П.Н.Коврижных.
В Красноуральском районе испытывалась предложенная Г.П.Саковцевым методика поисков рудных полей с большими (десятка квадратных километров) планшетов метода изолиний. При проведении опытных работ на Калугинском участке были получены хорошие результаты - месторождение в целом, а не отдельные рудные тела, выделилось отчетливой аномалией. Совместно с геофизической партией Тагильской ГРЭ были сняты еще два планшета в Красноуральском и Нижне-Тагильском районах. На них отметились все известные месторождения и рудопроявления и было получено еще несколько аномалий, которые остались не изученными и не проверенными до настоящего времени. Геофизической партией Тагильской ГРЭ (В.Е.Каплан, Б.Н.Курушин и др.) по аналогичной методике было открыто Кудряво-Каменское месторождение на Южно-Кабанском участке. Аналогом этой методики является и получившая достаточно широкое распространение съемка больших планшетов метода заряда.
Одновременно продолжались работы по картированию анизотропных пород в районе деятельности Тагильской ГРЭ и в Карабашском районе. Такие работы продолжала проводить и партия СУГРЭ под руководством С.А.Костромкина в Полевском районе. Эти работы оказывали помощь в уточнении геологических карт и выявлении участков, потенциально перспективных на оруденение. Всего этим методом на Среднем Урале было изучено несколько сот квадратных километров.
Методику картирования анизотропных пород, главным образом, при работах на золото, стали применять в Башкирской геофизической экспедиции (А.П.Калташов и др.). В освоении методики им оказывал помощь автор, выезжавший на место проведения работ и принимавший участие в интерпретации результатов. Под методическим руководством С.С.Сыскова такие же работы, давшие положительные результаты, были проведены на ряде участков предприятием "Уралкварцсамоцветы" при поисках пьезокварца.
Исследования по изучению анизотропии рудовмещающих пород, разработке методики больших планшетов и изучению геоэлектрических ореолов месторождений легли в основу докторской диссертации автора, посвященной применению электроразведки при поисках колчеданных рудных полей.
В.А.Серковым в этот период разрабатывался усовершенствованный метод изолиний, идея которого была предложена Г.П.Саковцевым. В этом методе электрическое поле возбуждается комбинацией точечного заземления в скважине и линейного электрода на поверхности земли. Метод обладает значительной глубиной исследования и в нем более уверенно удается выполнить классификацию аномалий. Кроме опытных работ этим методом в содружестве с партией СУГРЭ (С.А.Костромкин) выполнялись и наблюдения в производственных целях. Эти исследования послужили основой кандидатской диссертации В.А.Серкова. Одновременно В.А.Серков занимается разработкой компьютерных методов обработки и интерпретации результатов электроразведки. В частности, им была разработана программа для выделения номальной составляющей электрического поля в методах изолиний и заряда. В связи с петрофизическими исследованиями им разработан удобный пакет программ для статистической обработки результатов определения физических свойств, пригодный как для обработки результатов измерений на образцах, так и для обработки данных каротажа. Для декомпозиции полимодальных распределений в пакете использован предложенный С.С.Сысковым способ выделения частных нормальных распределений.
Разработкой способов выделения аномальной компоненты поля в методе заряда и способов использования этого метода не только для поисков локальных объектов, но и для решения задач геологического картирования, занимался также В.М.Сапожников. Им же разработана методика статистической обработки результатов электрокаротажа с целью дифференциации рудовмещающих пород по степени их изменения и последующего построения геоэлектрических разрезов. Совместно с А.Г.Шевченко им решен ряд задач электроразведки градиентных сред. На основе этих исследований В.М.Сапожниковым была подготовлена и защищена докторская диссертация, а А.Г.Шевченко - кандидатская.
Вопросами интерпретации результатов метода заряда несколько раньше занимался также Ю.В.Голиков, защитивший по этой тематике кандидатскую диссертацию. Затем он занялся разработкой методики и аппаратуры для изучения становления поля в методе заряда. Он продолжает эти исследования и в настоящее время.
Совместно с В.Е.Петряевым В.М.Сапожниковым были начаты исследования по интерпретации результатов метода вызванной поляризации в варианте заряда. В дальнейшем эти исследования развивались В.Е.Петряевым и составили важную часть его кандидатской диссертации.
Реализуя выдвинутую Г.П.Саковцевым идею В.А.Серков и М.С.Шумаков проводили исследования по разработке токового варианта метода вызванной поляризации. Этот способ оказался эффективным для исследования скважин, в том числе в пределах хорошо проводящих рудных интервалов, где измерение вызванной поляризации по обычной методике затруднительно. Методика и разработанная для нее аппаратура применяются в Уральской геофизической экспедиции, а М.С.Шумаков защитил по этой теме кандидатскую диссертацию.
В конце 70-х годов автором была высказана идея, что рудовмещающие породы должны обладать анизотропией поляризуемости и что изучение этого параметра может быть использовано для классификации аномалий метода вызванной поляризации. Расчеты показали, что в зависимости от того, к более проводящим или к менее проводящим компонентам породы преимущественно приурочен поляризующийся материал, изменяется тип поляризуемости (соотношение между продольной и поперечной поляризуемостями). Это и предлагалось использовать для выделения участков, на которых проявились процессы концентрации рудного вещества. Этими исследования под руководством автора занимался П.Н.Коврижных, позднее к ним подключился С.С.Сысков. Была отработана методика полевых измерений анизотропии поляризуемости и обработки полученных результатов.
Опытные работы, проведенные на ряде колчеданных месторождений Среднего Урала показали, что во всех случаях участки развития оруденения отчетливо фиксируются по типу анизотропии, характерному для случая, когда поляризующийся материал приурочен к более проводящим компонентам породы. По результатам обычной съемки по методу вызванной поляризации установить положение оруденения в пределах обширных зон повышенных значений кажущейся поляризуемости удается далеко не всегда. Такие результаты были получены, в частности, на Ново-Шайтанском и Северо-Ольховском месторождениях. Над оруденением на этих участках наблюдаются относительно небольшие значения кажущейся поляризуемости, а интенсивные аномалии смещены относительно рудных тел. По типу анизотропии поляризуемости положение оруденения уверенно определяется.
Результаты исследований по изучению анизотропии рудовмещающих пород легли в основу кандидатской диссертации П.Н.Коврижных.
В конце 80-х годов по тематике проблемной лаборатории были начаты работы на Чусовском рудном поле под руководством В.А.Серкова, В.Е.Петряева и автора. В работах принимало участие большое количество студентов геофизического факультета. В процессе этих исследований проведенные ранее в пределах самого месторождения работы были продолжены на север до Поварненского рудопроявления, а также на небольшое расстояние к югу. Вдоль всей полосы анизотропных пород были выполнены исследования по изучению анизотропии поляризуемости. Полученные результаты позволили построить объемную геоэлектрическую модель месторождения. На ней по типу анизотропии поляризуемости хорошо выделяется как собственно Чусовское месторождение, так и Южно-Чусовское оруденение. Наиболее же интенсивные аномалии по методу вызванной поляризации, расположенные за пределами оруденения, характеризуются "безрудным" типом анизотропии поляризуемости.
В лаборатории электроразведки (80-е годы). У доски С.С.Сысков
Интересный участок был установлен между Чусовским месторождением и Поварненским рудопроявлением. К сожалению, из-за резкого уменьшения финансирования в начале 90-х годов работы не были завершены и по ним даже не был написан отчет.
В 90-х годах выполнялись лишь небольшие исследования по отдельным вопросам, не требующие значительных финансовых затрат. Так, С.С.Сысковым разрабатывается методика учета влияния рыхлых отложений на результаты метода вызванной поляризации. Им же проводятся исследования по изучению пористости плотных пород. В.А.Серков продолжает работу над компьютерными меиодиками обработки и интерпретации результатов наблюдений. В.Е.Петряевым и автором в рамках ФЦП "Интеграция" выполнялись исследования на хромитовом рудопроявлении. Были получены интересные результаты, в том числе по данным изучения анизотропии пород участок рудопроявления оказался приуроченным к своеобразной структуре. Следует заметить, что во всех этих исследованиях, как и в прошлые годы, активное участие принимают студенты.
По результатам исследований электроразведчиками горного института единолично или в соавторстве с работниками других организаций опубликовано около десятка монографий и несколько сотен научных статей. В том числе, ими написаны некоторые разделы справочника геофизика и инструкции по электроразведке.
Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении курса лекций по электроразведке и при проведении лабораторных и практических занятий, при курсовом и дипломном проектировании. По большей части курса электроразведки автором издан расширенный конспект лекций. С.С.Сысковым, М.С.Шумаковым, В.А.Серковым и автором издано более десятка методических пособий. В.А.Серковым и В.Е.Петряевым составлен ряд программ, которые используются при проведении практических занятий, при курсовом и дипломном проектировании. Эти программы могут использоваться не только в учебном процессе, но и в производственных целях.
