Методы и аппаратура электроразведки на переменном токе. Научное издание

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

Пионерам-разработчикам 
высокочастотных 
электромагнитных методов 
А.В. Вешеву, А.Д. Петровскому,
Г.Ф. Игнатьеву, В.Ф. Лебедеву 
посвящается

В.И. Иголкин, Г.Я. Шайдуров, О.А. Тронин, М.Ф. Хохлов

МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 
ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ 
НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Научное издание

Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РФ, 

доктора технических наук, профессора Г.Я. Шайдурова

Красноярск

СФУ
2016

УДК 550.837
ББК  26.324

М545

Р е ц е н з е н т ы:

Р.Е. Тойб, кандидат геолого-минералогических наук, генеральный 

директор АО «ГеоИнТех»;

В.М. Владимиров, доктор технических наук, профессор, заместитель 

председателя КНЦ СО РАН

М545
Методы и аппаратура электроразведки на переменном токе :

научное издание
/ В.И. Иголкин,
Г.Я. Шайдуров, О.А. Тронин, 

М.Ф. Хохлов. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 272 с.

ISBN 978-5-7638-3554-0

Изложены вопросы теории электромагнитного поля, приведено описание 

аппаратуры электромагнитных методов с использованием переменного гармонического тока в диапазоне частот 312,5–2250·103 Гц, рассмотрен принцип её
действия, технические и методические характеристики. Освещена технология 
работ с этой аппаратурой, рассмотрены вопросы обработки полученных материалов исследования аппаратурой электромагнитных методов, дано их геологическое истолкование с большим количеством примеров.

Предназначено для научных работников в области геофизики, геологии 

и гидрогеологии, горного дела, мерзлотоведения, мелиорации, а также может 
быть использовано аспирантами и студентами геофизического профиля и специалистами, профессионально занимающимися поисками и разведкой полезных ископаемых и изучением геологических условий для строительства, горнодобычных работ, водоснабжения, геокриологии и мелиорации, решением
вопросов экологии и археологии, в том числе в районах развития многолетней 
мерзлоты.

Электронный вариант издания см.:
УДК 550.837

http://catalog.sfu-kras.ru
ББК 26.324

ISBN 978-5-7638-3554-0
© Сибирский федеральный

университет, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ......................... 7
ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................................................................. 9
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................ 13

Глава 1
ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ 
В ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЕ....................................................................... 18
1.1. Электрофизика горных пород  верхней части разреза............................. 18

1.1.1. Вещественные и электрофизические характеристики  

горных пород .......................................................................................... 18

1.1.2. Электрофизические процессы в геологической среде...................................... 33

1.2. Распространение электромагнитного поля  в геологической среде. 

Геометрический аспект.............................................................................. 40

1.2.1. Ближняя и дальняя зоны.............................................................................. 40
1.2.2. Эллиптическая поляризация поля................................................................. 41
1.2.3. Электрические и магнитные числа................................................................ 47

1.3. Структура электромагнитного поля.......................................................... 48

1.3.1. Вертикальный магнитный диполь................................................................. 48
1.3.2. Длинный кабель.......................................................................................... 51
1.3.3. Поле заряда................................................................................................ 54

1.4. Характеристики электромагнитного поля  в геологической среде. 

Электромагнитный  коэффициент ЭМк.................................................... 57

Список использованной литературы к главе 1.............................................. 62

Глава 2
АППАРАТУРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ  
НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ ............................................................................ 65
2.1. Низкочастотная аппаратура КАН-ЭММ................................................... 68
2.2. Комплекс среднечастотной (КАС-ЭММ) и высокочастотной 

(КАВ-ЭММ) аппаратуры  электромагнитных методов............................ 70

2.3. Устройство и принцип работы  аппаратуры КАС-ЭММ ......................... 71

2.3.1. Передающее устройство .............................................................................. 71
2.3.2. Приемное устройство.................................................................................. 72

2.4. Подготовка аппаратуры к работе .............................................................. 74
2.5. Методические возможности разных комплексов аппаратуры ЭММ...... 75

2.5.1. Определение комплекса аппаратуры для выполнения 

электроразведочных методов ....................................................................... 75

2.5.2. Методические преимущества аппаратуры ЭММ............................................. 75

Оглавление

4

2.6. Погрешности наблюдений......................................................................... 79

2.6.1. Аппаратурные источники погрешностей ....................................................... 80
2.6.2. Методические погрешности......................................................................... 82

Список использованной литературы к главе 2.............................................. 86

Глава 3
МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ И МЕТОДИКА РАБОТ  
С АППАРАТУРОЙ ЭММ ............................................................................... 87
3.1. Классификация методов ............................................................................ 87
3.2. Физическая характеристика  электромагнитных методов....................... 89
3.3. Глубинность и разрешающая способность............................................... 92
3.4. Методика полевых работ ........................................................................... 96

3.4.1. Общие положения методики ЭММ ............................................................... 96
3.4.2. Методика работ с измерительными установками  различных 

электроразведочных методов ..................................................................... 104

3.4.2.1. Метод дипольного электромагнитного профилирования...............................104
3.4.2.2. Метод электромагнитного зондирования с вертикальным  

магнитным диполем.........................................................................................106

3.4.2.3. Метод бесконечно длинного кабеля ................................................................108
3.4.2.4. Метод незаземлённой петли.............................................................................112
3.4.2.5. Метод заряда.....................................................................................................113
3.4.2.6. Методы исследования в одиночных горных выработках  

(HyHy, АПД, ВПР)............................................................................................119

3.4.3. Методика работ в различных горнотехнических условиях............................. 119

3.4.3.1. Методика работ на поверхности ......................................................................120
3.4.3.2. Методика работ в условиях карьера, угольного разреза.................................122
3.4.3.3. Методика работ в подземных горных выработках..........................................123

Список использованной литературы к главе 3............................................ 127

Глава 4
ОБРАБОТКА ДАННЫХ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ  
ПОЛЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ......................................................................... 128
4.1. Обработка данных полевых измерений  составляющих 

магнитного поля....................................................................................... 128

4.2. Определение эффективных  электромагнитных параметров ................ 128
4.3. Определение геометрических параметров  геоэлектрического разреза 131

4.3.1. Интерпретация материалов метода ДЭМП................................................... 132
4.3.2. Интерпретация материалов метода ЭМЗ...................................................... 135

4.3.2.1. Вводные понятия интерпретации ЭМЗ............................................................136
4.3.2.2. Интерпретация кривых ЭМЗ  по трёхслойным палеткам ...............................138

4.3.3. Интерпретация материалов метода БДК ...................................................... 143
4.3.4. Интерпретация материалов метода НП........................................................ 144
4.3.5. Интерпретация материалов метода МЗЭП и МЗМП...................................... 145

4.3.5.1. Учёт нормального поля питающей цепи .........................................................145
4.3.5.2. Интерпретация результатов наземных исследований.....................................148

4.4. Определение физических параметров  геологического разреза............ 149

4.4.1. Влияние ε пород на величину эффективного сопротивления.......................... 149

Оглавление

5

4.4.2. Разделение фрагментов разреза на проводники и изоляторы.......................... 149

Список использованной литературы к главе 4............................................ 150

Глава 5
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ИСТОЛКОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ  
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ ....................................................... 151
5.1. Вопросы геологической интерпретации ................................................. 151
5.2. Петрофизические факторы формирования электромагнитного поля ... 154
5.3. Типы аномалий индуктивных методов по происхождению.................. 159
5.4. Основные аномалеобразующие геологические объекты....................... 160

5.4.1. Рудные тела.............................................................................................. 160
5.4.2. Залежи нерудных полезных ископаемых ..................................................... 163
5.4.3. Тектонические нарушения ......................................................................... 165
5.4.4. Карстовые и трещинные зоны .................................................................... 166
5.4.5. Зоны обводнения ...................................................................................... 166
5.4.6. Зоны повышенной засолённости................................................................. 167
5.4.7. Островная мерзлота и талики ..................................................................... 168
5.4.8. Техногенные объекты................................................................................ 169
5.4.9. Формы дневного рельефа.......................................................................... 170

5.5. Морфология аномалеобразующих объектов .......................................... 171
5.6. Неоднородность геологической среды ................................................... 172
5.7. Геоэлектрические модели среды............................................................. 172

Список использованной литературы к главе 5............................................ 175

Глава 6
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ  
ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТУРЫ ЭММ ..................................................... 177
6.1.`Решение задач геологического картирования......................................... 177

6.1.1. Геологическое картирование на участке Угдыри  в Восточном Забайкалье... 178
6.1.2. Геологическое картирование на Кувайском участке Восточного Саяна........... 180
6.1.3. Картирование интрузивных тел  на золоторудном месторождении «Штоки» 

Магаданской области ................................................................................ 182

6.1.4. Картирование рыхлых отложений при поисках перспективных участков 

на золото. Дюбкошский массив (Енисейский кряж) ...................................... 183

6.2. Решение поисково-разведочных задач.................................................... 185

6.2.1. Поисково-разведочные работы на металлические  полезные ископаемые........ 186

6.2.1.1. Поисково-разведочные работы на золото........................................................186
6.2.1.2. Поисково-разведочные работы на полиметаллы.............................................197
6.2.1.3. Поисково-разведочные работы на хромиты....................................................199

6.2.2. Поисково-разведочные работы на неметаллические полезные ископаемые...... 200

6.2.2.1. Поисково-разведочные задачи на алмазы........................................................200
6.2.2.2. Поисково-разведочные работы на углеводороды............................................203

6.3. Решение задач действующих объектов горнодобывающей 

промышленности...................................................................................... 205

6.3.1. Решение задач дражных полигонов............................................................. 206

Оглавление

6

6.3.1.1. Картирование островной мерзлоты и таликов ................................................207
6.3.1.2. Картирование подошвы плотика на месторождении  россыпного золота р. 

Тюхтерек в Хакасии.........................................................................................210

6.3.2. Решение задач в карьерах твёрдых полезных ископаемых............................. 211

6.3.2.1. Оконтуривание рудных тел в карьере  меднорудного месторождения 

Саяк в Казахстане (ДЭМП)..............................................................................212

6.3.2.2. Решение вопросов технологического картирования  

в карьерах железорудных месторождений......................................................213

6.3.2.3. Картирование низкоомных зон ослабленных пород  

в карьере Мазульского месторождения (ДЭМП)............................................214

6.3.2.4. Картирование даек на Кайерканском угольном месторождении 

(ДЭМП, метод индукции)................................................................................216

6.3.2.5. Картирование элементов тектоники и качества сырья  

в Саяно-Партизанском угольном разрезе........................................................216

6.3.3. Решение задач в подземных выработках...................................................... 221

6.3.3.1. Обнаружение рудных тел из подземных горных выработок  

Норильского ГМК (ДЭМП) .............................................................................221

6.3.3.2. Обнаружение рудных тел между подземными выработками  

Глафиринского медного месторождения........................................................222

6.3.3.3. Увязка рудных подсечений по скважинам подземного бурения 

на Белоусовском  полиметаллическом месторождении в Рудном Алтае  
методом электрической корреляции ...............................................................224

6.3.3.4. Выявление рудных тел в около- и междувыработочном пространстве 

в Рудном Алтае методами ДЭМП, АПД и РВП..............................................226

6.3.3.5. Обнаружение золотосульфидных тел из подземной выработки  

и определение характера их залегания (АПД) в Артёмовском руднике 
(Восточный Саян).............................................................................................229

6.4. Решение задач инженерной геологии,  гидрогеологии и мелиорации.. 230

6.4.1. Общие сведения, цели и возможности задач  инженерной геологии, 

гидрогеологии и мелиорации...................................................................... 230

6.4.2. Инженерно-геофизические работы.............................................................. 234

6.4.2.1. Исследование тектоники в зоне строительства  

Мотыгинского гидроузла на реке Ангаре (ДЭМП, БДК)...............................234

6.4.2.2. Изыскания в Имеретинской низменности для её инженерной защиты 

от процессов подтопления и абразии (ДЭМП, БДК)......................................236

6.4.2.3. Инженерные изыскания на участке строительства гидроузла  водоснабжения 

Амазарского целлюлозного завода в Читинской области..............................240

6.4.2.4. Картирование таликовой зоны  на хвостохранилище Мирнинского ГОКа ...244
6.4.2.5. Выделение и картирование подруслового талика  в долинах ручьев 

на участке Среднекан Магаданской области ..................................................244

6.4.2.6. Картирование зон тектонических нарушений  

в высокогорной части Саяно-Шушенского заповедника ...............................245

6.4.3. Решение задач гидрогеологии и мелиорации................................................ 246

Список использованной литературы к главе 6............................................ 251

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................ 253

Приложение 1................................................................................................ 255
Приложение 2................................................................................................ 259
Приложение 3................................................................................................ 260
Приложение 4................................................................................................ 267

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 
И СОКРАЩЕНИЙ

z
z
H
–
вертикальная магнитная составляющая поля вертикального магнитного диполя

z
r
H
–
горизонтальная магнитная составляющая поля вертикального магнитного диполя

z
E
–
горизонтальная электрическая составляющая поля вертикального 
магнитного диполя, ориентированная перпендикулярно линии передатчик – приёмник


–
относительная погрешность измерений


–
электрическая проводимость


–
электрический потенциал

k
–
кажущееся (интегрированное) сопротивление

U –
падение напряжения

эф
–
эффективное сопротивление

f
–
частота

k
–
волновое число

Kп
–
коэффициент пористости 

Kф
–
коэффициент фильтрации

r
–
разнос установки (расстояние между передающим и приёмным диполями)

U
–
электрическое напряжение

Р
–
электромагнитный параметр среды

Ргр
–
гранулометрический параметр грунта

Рп
–
электрический параметр пористости

АПД
– амплитудно-полярная диаграмма, 88

БДК
– бесконечно длинный кабель, 88

ВВМД
– высокочастотный вертикальный магнитный диполь

ВМД
– вертикальный магнитный диполь, 44

ВП
– вызванная поляризация (метод), 15

ВЧ
– высокая частота

ВЭЗ
– вертикальное электрическое зондирование, 88

ГНЧ
– генератор низкой частоты, 69

ГРЛ
– георадиолокация, 234

ГСС
– горизонтально слоистая среда, 172

Список условных обозначений и сокращений 

8

ДВ
– длинноволновый, 29

ДИП
– дипольное индуктивное профилирование, 85

ДН
– диаграмма направленности, 82

ДФ
– двухфазная среда, 21

ДЭМЗ
– дистанционное электромагнитное зондирование, 88

ДЭМП
– дипольное электромагнитное профилирование (метод), 98

ЖКИ
– жидкокристаллический индикатор, 73

КВ
– коротковолновый, 29

кз
– крупнозем 

мз
– мелкозем

МЗ
– магнитный заряд, 88

МЗМП
– магнитный заряд магнитного поля, 88

МЗЭП
– магнитный заряд электрического поля, 88

МИД
– магнитные индукционные датчики, 113

МЭК
– метод электрической корреляции, 224

НП
– незаземленная петля, 88

НЧ
– низкая частота

ПГС
– песчано-гравийная смесь

РВМ
– радиоволновые методы, 62

РВП
– радиоволновое просвечивание, 88

СВ
– средневолновый, 29

СГ
– средний градиент, 48

СДВ
– сверхдлинноволновый, 29

СЭП
– симметричное электропрофилирование, 88

ТЗ
– точечное зондирование (методика)

УКВ
– ультракоротковолновый, 29

УПТ
– усилительно-преобразовательный тракт, 83

УЭС
– удельное электрическое сопротивление, 20

ЧДЭМЗ – частотно-дистанционное электромагнитное зондирование, 88
ЭМВ
– электромагнитная волна, 42

ЭМЗ
– электромагнитное зондирование, 88

ЭМК
– электромагнитная корреляция, 88

ЭМК
– электромагнитный коэффициент, 58

ЭММ
– электромагнитные методы, 9

ЭМП
– электромагнитное поле, 22

ЭМПР
– электромагнитное просвечивание, 88

ЭМС
– электромагнитный сигнал

ЭМЧ
– электрические и магнитные числа, 48

ЯМР
– ядерно-магнитный резонанс (метод)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемая книга представляет собой руководство по методике 

и технике работ с аппаратурой электромагнитных методов (ЭММ), выпускаемой 
ООО «Ар Ди Сайнс» совместно с Сибирским федеральным университетом.

Разработка аппаратуры ЭММ и методики работ с ней имеют большую 

предысторию, начало которой положили учёные Ленинграда и Москвы в середине ХХ в. 

Электромагнитными методами изучения геологической среды с приме
нением переменного гармонического тока занимались многие исследователи 
ХХ века. Впервые определение удельного сопротивления однородного полупространства с помощью аппаратуры метода индукции было выполнено 
Д.С. Шерманом (1932 г.) и И.Г. Михайловым (1936 г.) по методике наклонной рамки. Позднее эта методика для определения удельного сопротивления 
пород разрабатывалась А.Г. Тарховым (1954 г.), но из-за трудоёмкости процесса наблюдения она очень редко применялась на практике.

С начала 1960-х годов развивались другие модификации электромаг
нитного профилирования, в которых результаты наблюдений представлялись 
в виде эффективного сопротивления. В первый период развития этого направления была разработана аппаратура «Земля-2», а в последующие годы 
ФАГР, ДЭМП, АЭММ, ЭПП-1, ПЭМК-1 и др. (Б.Л. Бери, Е.М. Ершов, 
Г.Ф. Игнатьев, В.Х. Захаров, А.В. Куликов, Л.Я. Мизюк, В.И. Пятницкий, 
В.А. Ряполова, Б.Г. Сапожников, Б.С. Светов, А.Г. Тархов, С.М. Шейнманн, 
Е.А. Шемякин и др.). Развитию теоретических основ электромагнитного 
профилирования в значительной мере способствовали разработки Л.Б. Гасаненко, Г.В. Молочнова и др. В Ленинградском государственном университете (ЛГУ) под руководством А.В. Вешева разработана теория электромагнитных методов и выпущены учебники по электропрофилированию (1965 
и 1980 гг.), в Ленинградской горном институте (ЛГИ) В.Х. Захаровым выпущен учебник по электроразведке методом дипольного индуктивного профилирования (1975 г.) с большим количеством примеров применения этого метода. Эта тема была отражена и во многих других учебниках, методических 
руководствах и инструкциях того времени.

Конструкторскими бюро и предприятиями г. Красноярска в этот пери
од, начиная с 1960-х годов, разрабатывалась (с участием ленинградских геофизиков) и выпускалась мелкими сериями аппаратура амплитудно-фазовых измерений, которая с успехом использовалась как научно-исследовательскими, так 
и производственными организациями страны.

Начало разработки было положено главным конструктором конструк
торского бюро (КБ) радиотехнического завода Г.Ф. Игнатьевым. Идея ис

Предисловие

10

пользования разрабатываемой аппаратуры для целей геологоразведки возникла в процессе её полевого опробования при радионавигации, когда исследователями было замечено существенное влияние горных пород верхних 
слоёв Земли на характер распространения электромагнитного поля.

В 1960-х годах для полевой геофизики в ПТП «Краспромавтоматика»

(г. Красноярск: Г.Ф. Игнатьев, И.П. Розманов, В.И. Юзов) была разработана 
и выпущена аппаратура типа ФАГР, ДЭМП, АЭММ.

В последующий полувековой период красноярскими организациями:

трест (позже НПО) «Сибцветметавтоматика» (В.Ф. Лебедев, И.П. Розманов, 
Б.И. Шумов, В.А. Щепанский, Н.К. Стрелов, А.М. Труфанов, О.А. Тронин,
В.Р. Шефер, М.Ф. Хохлов. В.В. Сидоров, В.И. Иголкин, В.А. Князев, 
Б.С. Буц) и ЦКБ «Геофизика» (Г.Ф. Игнатьев, Г.Я. Шайдуров, В.И. Лихачёв),
проводились разработка и выпуск различных модификаций аппаратуры 
ЭММ (комплексной шахтно-скважинной аппаратуры АЭММ-3С; аппаратуры 
низкочастотного диапазона «Лазурит»; высокочастотной аппаратуры электромагнитного зондирования на дражных полигонах ВЭМЗ; средне-СЭМЗ 
и высокочастотной аппаратуры АЭММ-ВЧ; универсальной аппаратуры «Малахит»; аппаратуры наведения аварийных скважин АПС-1; аппаратуры электромагнитных методов с непрерывной обработкой и регистрацией данных 
в движении – АЭММ-НОРД), разработка методики работ с перечисленными 
модификациями аппаратуры и их внедрение в производство главным образом 
на рудниках цветной металлургии, а в последнее время – в предприятиях, обслуживающих золотодобывающие фирмы.

Создание аппаратуры выполнялось при тесном взаимодействии с ве
дущими институтами страны, специалисты которых участвовали в подготовке технических требований и методических материалов к разрабатываемой 
аппаратуре, активно участвовали в испытаниях и внедрении аппаратуры. Постоянное тесное сотрудничество осуществлялось с ЛГУ (А.В
Вешев, 

В.Г. Ивочкин,), ВИРГом НПО «Рудгеофизика» (А.П. Савицкий, М.Н. Егоров, 
В.С. Соловьёв, Г.В. Редько, В.М. Студенков, И.Б. Хургин,), ЛГИ (В.Х. Захаров), 
ЦНИГРИ (В.И. Векслер, Ю.Б. Поддерегин, С.О. Перекалин, А.Д. Петровский), 
ИГ УНЦ АН СССР (Ю.М. Гуревич, В.В. Кормильцев, В.С. Титлинов).

Большой вклад во внедрение этой аппаратуры внесли специалисты Но
рильского ГМК (Н.П. Семёнов, Н.И. Чередничок), объединения «Северовостокзолото»
(А.П. Крайнов, Б.С. Дюрягин, В. Симуков, В.П. Петухов, 

В.С. Трегубов, В. Смирнов), ПО «Якутзолото» (М.Т. Панарин, А.С. Колеватов, 
В. Юрков), треста «Забайкалцветметразведка» (В.В. Локотко). Аппаратура успешно применялась на дражных полигонах Северо-Енисейского и Ангарского 
рудников комбината «Енисейзолото» (В.И. Иголкин, Б.Е. Столбунов).

В 1970-х годах лабораторией Г.Ф. Игнатьева, преобразованной в само
стоятельное предприятие ЦКБ «Геофизика», разработана аппаратура ФАГР-10
и ДЭМП-СЧ.

В середине 1960-х годов под руководством В.И. Юзова (Красноярский 

политехнический институт) совместно с институтом ВИРГ (А.П. Савицкий)