2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.25515/pmi.2017.4.397 pmi-11321 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11321 Геология Geology Petrophysical approach to electrical properties of loose soils Петрофизический подход к электрическим свойствам рыхлых грунтов Shevnin V. A. Шевнин В. А. Shevnin V. A. shevninvlad@yandex.ru Московский государственный университет (Москва, Россия) Moscow State University (Moscow, Russia) Kvon D. A. Квон Д. А. Kvon D. A. kvonchikc@rambler.ru Московский государственный университет (Москва, Россия) Moscow State University (Moscow, Russia) Ryzhov A. A. Рыжов А. А. Ryzhov A. A. ryjov@yandex.ru ВСЕГИНГЕО (Россия) VSEGINGEO (Russia) 24 08 2017 2017 226 397 404 21 03 2017 30 04 2017 24 08 2017 © 2017 В. А. Шевнин, Д. А. Квон, А. А. Рыжов © 2017 V. A. Shevnin, D. A. Kvon, A. A. Ryzhov 2017 В. А. Шевнин, Д. А. Квон, А. А. Рыжов V. A. Shevnin, D. A. Kvon, A. A. Ryzhov Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11321

Рассмотрена связь геоэлектрических параметров: сопротивления, поляризуемости и нормированной поляризуемости (ρ, η, Mn), – и поверхностной проводимости (SC или σ") грунтов в данных вертикального электрического зондирования с измерением вызванной поляризации (ВЭЗ-ВП), электропрофилирования с измерением вызванной поляризации (ЭП-ВП) и частотных характеристик с измерением вызванной поляризации (ЧХ-ВП). Показано, что поверхностная проводимость может быть определена как по данным спектральной ВП, так и по сопротивлениям грунта с помощью петрофизического подхода. При этом нормированная поляризуемость (Mn) равна поверхностной проводимости (SC). В свою очередь величина SC пропорциональна глинистости. Рост глинистости приводит к снижению гидравлической проводимости. Для истолкования результатов ЭП-ВП полезно изучать совместно графики трех параметров (ρ, η, Mn). В зоне аэрации неполная влажность заметно влияет на величины геоэлектрических параметров. Изучить влияние влажности помогает петрофизическое моделирование.

The paper focuses on the relation between geoelectrical characteristics of the soil: resistivity, polarizability and normalized polarizability (ρ, η, Mn) – and its superficial conductivity (SC or σ") using methods of vertical electrical sounding with induced polarization (VES-IP), electric profiling with induced polarization (EP-IP) and frequency characteristic (FC-IP). The authors demonstrate that superficial conductivity can be determined not only from spectral IP data, but also from soil resistivity obtained through petrophysical measurements. In this case normalized polarizability (Mn) is equal to superficial conductivity (SC). Superficial conductivity, in its turn, is proportionate to clay content of the soil. Increasing clayiness reduces hydraulic conductivity. It has been demonstrated that interpretation of EP-IP results benefits from combined study of the plots of three abovementioned parameters (ρ, η, Mn). In the aeration zone, incomplete humidity has a significant effect on geoelectrical parameters of the soil. Petrophysical modelling helps to investigate the impact of humidity.

 Ключевые слова рыхлый грунт электрическое сопротивление поляризуемость петрофизические свойства грунтов глинистость поверхностная проводимость коэффициент фильтрации Keywords loose soil electrical resistivity polarizability petrophysical soil properties clay content superficial conductivity filtration coefficient Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. 2-e изд, переpaб. и доп. M.: Энергия, 1978. 480 с. Lykov A.B. Heat-Mass Exchange: Spravochnik. 2-e izd, perepab. i dop. Мoscow: Energiya, 1978, p. 480 (in Russian). Матвеев B.C. Геофизическое обеспечение региональных гидрогеологических, инженерно-геологических, геокриологи-ческих и геоэкологических исследований / B.C.Матвеев, А.А.Рыжов // Разведка и охрана недр. 2006. № 2. С. 50-57. Matveev B.C., Ryzhov A.A. Geophysical Support of Regional Hydrogeological, Engineering-Geological, Geocryological and Geoecological Studies. Razvedka i okhrana nedr. 2006. N 2, p. 50-57 (in Russian). Модин И.Н. Обработка данных ВП для выделения и оценки перспектив слабых аномалий поляризуемости / И.Н.Модин, В.А.Шевнин // Прикладная геофизика. 1985. Вып. 113. С. 33-42. Modin I.N., Shevnin V.A. Processing of IP Data for Selection and Estimation of Weak Chargeability Anomalies' Perspectives. Prikladnaya geofizika. 1985. Iss. 113, p. 33-42 (in Russian). Рыжов А.А. О повышенной поляризуемости песка, вызванной влажностью / А.А.Рыжов, В.А.Шевнин // Геофизика. 2014. № 6. С. 30-38. Ryzhov A.A., Shevnin V.A. About Heightened Polarizability of Sandy Soil Caused by Its Humidity. Geofizika. 2014. N 6, p. 30-38 (in Russian). Рыжов А.А. Петрофизический подход к данным малоглубинной электроразведки / А.А.Рыжов, В.А.Шевнин, Д.А.Квон // Инженерная, угольная и рудная геофизика – 2015: Материалы конференции. М.: Межрегиональная общественная организация Евро-Азиатское геофизическое общество, 2015. С. 26-30. Ryzhov A.A., Shevnin V.A., Kvon D.A. Petrophysical Approach to Near Surface Electrical Prospecting Data. Inzhenernaya, ugol'naya i rudnaya geofizika – 2015: Materialy konferentsii. Мoscow: Mezhregional'naya obshchestvennaya organizatsiya Evro-Aziatskoe geofizicheskoe obshchestvo, 2015, p. 26-30 (in Russian). Рыжов А.А. Расчет удельной электропроводности песчано-глинистых пород и использование функциональных за-висимостей при решении гидрогеологических задач / А.А.Рыжов, А.Д.Судоплатов // Научно-технические достижения и передовой опыт в области геологии и разведки недр: Науч.-техн. информ. сб. М.: ВИЭМС, 1990. С. 27-41. Ryzhov A.A., Sudoplatov A.D. The Calculation of Specific Electrical Conductivity for Sandy-Clayed Soils and the Usage of Functional Cross-Plots for the Decision of Hydrogeological Problems. Nauchno-tekhnicheskie dostizheniya i peredovoi opyt v oblasti geologii i razvedki nedr: Nauch.-tekhn. inform. sb. Мoscow: VIEMS, 1990, р. 27-41 (in Russian). Шарапанов Н.Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель / Н.Н.Шарапанов, Г.Я.Черняк, В.А.Барон. М.: Недра, 1974. 178 с. Sharapanov N.N., Chernyak G.Ya., Baron V.A. Field Technology of Geophysical Methods for Hydrogeological Survey with the Purpose of Land Improvement. Мoscow: Nedra, 1974, р. 178 (in Russian). Шевнин В.А. Лабораторные измерения сопротивления и параметров вызванной поляризации рыхлых грунтов для определения литологического строения разреза / В.А.Шевнин, А.А.Бобачев, К.И.Баранчук // Инженерные изыскания. 2014. № 09-10. С. 53-58. Shevnin V.A., Bobachev A.A., Baranchuk K.I. Laboratory Measurements of Resistivity and Induced Polarization Parameters of Loose Soil Samples for Estimation Soil Lithology. Inzhenernye izyskaniya. 2014. N 09-10, p. 53-58 (in Russian). Borner F.D. Evaluation of transport and storage properties in the soil and groundwater zone from induced polarization measurements / F.D.Borner, R.Schopper, A.Weller // Geophysical Prospecting. 1996. 44. 583-601. Borner F.D. Evaluation of transport and storage properties in the soil and groundwater zone from induced polarization measurements / F.D.Borner, R.Schopper, A.Weller // Geophysical Prospecting. 1996. 44. 583-601. Clavier C. Theoretical and Experimental Bases for the Dual-Water Model for Interpretation of Shaly Sands / C.Clavier, G.Coates, J.Dumanoir // Journal SPE. 1984 April. P. 153-168. Clavier C. Theoretical and Experimental Bases for the Dual-Water Model for Interpretation of Shaly Sands / C.Clavier, G.Coates, J.Dumanoir // Journal SPE. 1984 April. P. 153-168. Estimation of soil superficial conductivity in a zone of mature oil contamination using DC resistivity / V.Shevnin, O.Delgado-Rodríguez, A.Mousatov, A.Ryjov // SAGEEP-2006, Seattle. P. 1514-1523. Estimation of soil superficial conductivity in a zone of mature oil contamination using DC resistivity / V.Shevnin, O.Delgado-Rodríguez, A.Mousatov, A.Ryjov // SAGEEP-2006, Seattle. P. 1514-1523. Slater L.D. Controls on induced polarization in sandy unconsolidated sediments and application to aquifer characterization / L.D.Slater, D.R.Glaser // Geophysics. 2003. Vol. 68. N 5 (September-October). P. 1547-1558. Slater L.D. Controls on induced polarization in sandy unconsolidated sediments and application to aquifer characterization / L.D.Slater, D.R.Glaser // Geophysics. 2003. Vol. 68. N 5 (September-October). P. 1547-1558. Slater L. Near Surface Electrical Characterization of Hydraulic Conductivity: From Petrophysical Properties to Aquifer Geometries – A Review // Surv. Geophys. 2007. 28:169-197. Slater L. Near Surface Electrical Characterization of Hydraulic Conductivity: From Petrophysical Properties to Aquifer Geometries – A Review // Surv. Geophys. 2007. 28:169-197. Vinegar H.J. Induced polarization of shaly sands / H.J.Vinegar, M.H.Waxman // Geophysics. 1984. 49. 1267-1287. Vinegar H.J. Induced polarization of shaly sands / H.J.Vinegar, M.H.Waxman // Geophysics. 1984. 49. 1267-1287. Weller A. On the relationship between induced polarization and surface conductivity: Implications for petrophysical inter-pretation of electrical measurements / A.Weller, L.Slater, S.Nordsiek // Geophysics. 2013. Vol. 78. N 5 (September-October). P. D315-D325. Weller A. On the relationship between induced polarization and surface conductivity: Implications for petrophysical inter-pretation of electrical measurements / A.Weller, L.Slater, S.Nordsiek // Geophysics. 2013. Vol. 78. N 5 (September-October). P. D315-D325.