Установка для съемки срединных градиентов

1 2 3

При этой установке питающие электроды А и В разносятся на большое расстояние,

а измерительные электроды MN перемещаются в пределах средней трети расстояния

между А и В (рис.4в). Точка измерения относится к середине MN.

Приведенные выше установки обладают следующими достоинствами и недостат-

ками:

Дипольная установка позволяет получать более дифференцированные графики r_k_,

чем при других установках, благодаря чему можно более уверенно обнаруживать иско-

мые геологические объекты (рис. 5а), но и влияние поверхностных неоднородностей

будет наибольшим.

Установка для съемки срединных градиентов, напротив, будет наименее чувстви-

тельна к поверхностным неоднородностям, особенно если они находятся в первой или

последней трети разноса AB (рис.5б).

Четырехэлектродная симметричная установка по перечисленным свойствам зани-

мает промежуточное положение между первыми двумя типами установок.

Задачи, решаемые электропрофилированием, самые разнообразные, от карти-рования крутопадающих плохо проводящих образований (например кварцевых жил и

пластов угля) при небольшой мощности покровных отложений, до картирования отно-

сительно глубоко залегающего фундамента.

В связи с этим необходимо рассмотреть вопрос глубинности электроразведки на постоянном токе.

Считается, что при современном уровне аппаратуры и благоприятных геологичес-

ких условиях (целевой объект перекрыт однородными проводящими ток образованиями)

глубинность электроразведки составляет примерно 1/3 разноса АВ, или 1/3 расстояния

между центрами AB и MN в случае дипольной установки. При осложняющих условиях

(например – неоднородностях покровных отложений) глубинность снижается, а при наличии непроводящих электрический ток пластов глубинность ограничена глубиной

залегания кровли этих пластов. Последнее является главным ограничением электрораз-

ведки на постоянном токе.

На выбор тех или иных установок электропрофилирования влияют, кроме чисто гео-

логических условий, и условия «географические», такие как пересеченность местности,

залесенность, наличие дорог и т.п.. Например, в степной зоне при наличии дорог легко

применять более производительные установки для съемки срединных градиентов, но там,

где невозможно использовать автотранспорт, перетаскивать километровые отрезки кабе-ля для питания АВ,которые весят сотни килограмм, будет проблематично.

Представление результатов электропрофилирования осуществляют в виде графиков

кажущегося сопротивления вдоль профиля (рис.5б), или в форме графиков и дополни-тельно в виде карты изоомм, если измерения проводились на нескольких параллельных профилях, т.е. по форме планшета (рис.5в).

1.4. Электрическое зондирование.

Для зондирования чаще всего используют симметричные четырехэлектродные

установки, и в этом случае метод называют ВЭЗ (вертикальное электрическое зондиро-

вание), либо дипольные установки ДЭЗ.

Рассмотрим сущность зондирования, на примере с четырехэлектродной установкой.

Допустим, геологический разрез в точке записи, представляет собой два горизон-тально залегающих пласта. Верхний пласт мощностью h имеет сопротивление Rомм, а нижний пласт бесконечно большой мощности имеет сопротивление 5Rомм (рис.6а).

Как выше было сказано, глубинность электроразведки зависит от величины разноса

питающих электродов АВ. Этот эффект и используется при зондировании. Центр MN постоянно стоит на пикете, а АВ после каждого замера увеличивается. Что в итоге по-

лучается?

До тех пор, пока ток протекает в основном по верхнему пласту, измеренное сопро-

тивление будет истинным сопротивлением этого пласта. Когда же с увеличением разноса

АВ электическое поле начнет захватывать и зону второго пласта, измеренное сопроти-вление начнет расти и становится кажущимся (поскольку отражает влияние обоих пла-стов). Таким образом получают, так называемую, двухслойную кривую ВЭЗ. При этом,

истинное сопротивление верхнего пласта получается непосредственно, а сопротивление

нижнего пласта вычисляется из данных кажущегося сопротивления. Чтобы такое вычис-

ление было возможным, заранее проиводятся расчеты, то есть решается прямая задача

геофизики. Результаты расчетов отражаются в специальных графиках – палетках

(рис. 6б). Наложив измеренную кривую на расчетную (палеточную) для двух пластов можно получить сопротивление и глубину кровли второго пласта т.е. решить обратную задачу геофизики.

Подобным же образом производятся ВЭЗ для трех, четырех (максимум пяти пластов).

Кривые ВЭЗ для трех пластов приведены на рис.6в. В каждом случае получают сопротив-

ление для N пластов и мощность N-1 пластов (для самого нижнего пласта определяется

только глубина его кровли).

Дипольное зондирование технически удобнее, так как при исследовании больших

глубин требует меньшей длины проводов, но более чувствительно к поверхностным

неоднородностям.

Рассмотренные выше методы профилирования и зондирования часто объединяют

в группу методов сопротивления на постоянном токе, поскольку общим для них явля-ется измеряемый параметр – кажущееся сопротивление горных пород.

1.5. Аппаратура и оборудование электроразведки на постоянном токе.

В минимальный перечень оборудования входят электроды, провода, источники

питания. Аппаратура в простейшем случае переносная, состоящая из одного электрон-ного пульта, измеряющего ток в цепи AB и разность потенциалов между M и N.

Провода специальные электроразведочные с прочной изоляцией, многожильные

(с медными и стальными жилами, чтобы обеспечить и электропроводность и возможность

перетаскивать их по профилю без риска обрыва).

Электроды – чаще всего стальные заостренные штыри длиной около 0.7м и диаметром

1.5-2.0см.

Но вот электронная аппаратура – специальная электроразведочная, которая имеет специфические особенности.

Во первых, горные породы даже на поверхности могут иметь достаточно высокое

сопротивление, поэтому, чтобы избежать искажений поля, электроника пульта должна

обладать высоким входным сопротивлением, порядка Мом.

Во-вторых, стальные электроды приемной цепи MN поляризуются, то есть при заби-вании во влажную землю на их контактной поверхности образуется двойной электри-ческий слой, дающий на входе пульта разность потенциалов до нескольких десятков милливольт (еще до включения тока в цепи АВ). Поэтому электронная схема аппарату-

ры производит автоматическую компенсацию э.д.с. поляризации, а затем при включении тока в цепи АВ позволяет измерять его величину и разность потенциалов между M и N.

Следует отметить, что существуют, так называемые «неполяризующиеся» электро-ды, но их применяют обычно в тех методах электроразведки (их рассмотрим ниже), где

невозможно компенсировать э.д.с. поляризации электродов с помощью аппаратуры.

При проведении электроразведки на небольшую глубину (до первых десятков метров) источником тока могут служить сухие батареи, либо аккумуляторы.

Для проведения более глубинных исследований используются генгруппы, а вместо

переносной измерительной аппаратуры измерительные - станции, смонтированные на автомобилях*.

1.6. Метод заряда (заряженного тела).

Метод заряженного тела в сущности основан на различии сопротивлений искомого

объекта и вмещающей среды, но его обычно не относят к группе методов сопротивлений, поскольку (как увидим ниже) в этом методе не обязательно вычислять кажущиеся сопро-

тивления, а можно просто измерять потенциал в точках (пикетах) профилей.

Наиболее часто применяют данный метод для оконтуривания рудных тел, электропро-водность которых много лучше, чем у вмещающих пород. В этом случае питающий электрод А заземляют в это рудное тело, а электрод В выносят далеко за пределы предпо-лагаемой границы этого тела. Измеряют по профилям градиент разности потенциалов. Ввиду высокой проводимости рудного тела его поверхность эквипотенциальна, а за пределами тела поле быстро затухает. Поэтому над границами тела будут наблюдаться экстремумы градиента потенциала (рис.7а).

Еще одно распространенное применение метода заряда имеет место при решении

задач гидрогеологии. Допустим требуется определить скорость и направление течения

воды в подземном пласте. Для решения этой задачи вскрывают данный пласт бурением

и заземляют в него электрод А с использованием растворимой в воде соли. Измеряя на

поверхности распределение потенциалов во времени, получают необходимые данные по

направлению и скорости растекания соленой воды (рис.7б).

1.7. Метод естественной (самопроизвольной) поляризации.

Метод самопроизвольной поляризации (часто обозначают сокращенно СП или ПС)

прост в реализации измерений, хотя имеет непростую физико-химическую основу.

При оконтуривании рудных тел (чаще всего сульфидов и окислов металлов) используют следующий фактор. В верхней части рудного тела, расположенной выше

уровня грунтовых вод в зоне окисления на границе тела с вмещающей средой скапли-ваются отрицательные заряды, а в зоне восстановления (ниже уровня грунтовых вод) – положительные заряды. Таким образом, вокруг рудного тела создается электрическое поле (рис.8а), которое может составлять относительно «бесконечности» потенциалы

порядка от десятков милливольт до единиц вольт**. Требования к измерительной аппаратуре с одной стороны упрощаются, поскольку нет необходимости в питающей

цепи АВ и измерении тока, а с другой стороны, обязательны «неполяризующиеся» электроды в цепи MN, поскольку в противном случае эдс поляризации электродов скла-

дываются с разностью потенциалов СП и нет возможности их разделить. Неполяризу- ющийся электрод представлен на рис.8б.

Другой распространенный вариант использования метода СП состоит в разделении

пластов глины и песчаника в скважине. Этот метод основан на том, что в результате

сложных физико-химических процессов на поверхности глины, граничащей с водной

промывочной жидкостью (то есть на стенке скважины) скапливаются положительные

заряды, на на границе песчаника – отрицательные. Эта разность потенциалов состав-

ляет около 100мВ. Заземляя электрод N на поверхности, а электрод М в скважинном сна-

ряде получают диаграмму СП в функции глубины (рис.9). Требования к «неполяризу-

ющемуся» электроду здесь упрощаются, поскольку в скважине он постоянно в одинако-

вых условиях. Электрод чаще всего выполнен из свинцовой проволоки, несколько витков

которой свиты вокруг «косы», либо корпуса прибора.

1.8. Метод вызванной поляризации.

В отличие от естественной поляризации, вызванная поляризация обязана электро-химическим процессам, протекающим под воздействием тока в цепи: электрод А –

горная порода – электрод В. Особенно ярко вызванная поляризация (ВП) проявляется

на границах пород с ионной и электронной проводимостью в виде двойного электри-ческого слоя (рис.10). При этом полярность зарядов в этом слое такова, что его эдс на поверхности дает «добавку» к разности потенциалов на электродах MN за счет электри-ческого сопротивления горных пород, то есть на электродах MN вместо dUкс (разности

потенциалов за счет кажущегося сопротивления) будет наблюдаться dUкс+dUвп. Но в

отличие от достаточно быстрой реакции dUкс на включение и выключение тока в цепи

АВ, dUвп медленно нарастает при включении тока и медленно спадает после выключе-

ния (рис.11). Эффект ВП очень напоминает электрическую цепь с конденсатором – медленная зарядка и медленная разрядка по экспоненциальному закону.

Поляризуемость пород оценивают параметром «Ита ВП» h=(dUвп/dUкс)х100%

*Поскольку ассортимент аппаратуры, поставляемой различными фирмами, достаточно разнообразен,

целесообразно в пределах данного курса знакомиться с аппаратурой в Интернете.

** Есть сведения, что максимальный потенциал (+2.7В) наблюдался над марганцевыми рудами

Западного Прибайкалья.

Если среда неоднородна, то по аналогии с методами сопротивления будем получать

кажущиеся значения вызванной поляризации hк. Часто, чтобы упростить оценку

экспоненты ВП берут одно ее значение, измеренное через 0.5 секунды после выклю-

чения тока, то есть h=dUвп(0.5)/dUкс, %. Диапазон наблюденных значений поляри-зуемости пород представлен в таблице 1.

Таблица 1.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Порода, руда Поляризуемость

h=(dUвп0.5/dUкс),%

Осадочные породы 0.1 – 2.0

Магматические породы 0.2 – 2.5

Графитизированные сланцы 0.25 – 48.0

Углистые известняки 0.24 – 50.0

Скарны 0.48 – 22.0

Медноколчеданные вкрапленные руды 8.0 - 52.0

Медноколчеданные сплошные руды 22.0 - 58.0

Полиметаллические вкрапленные руды 8.0 - 52.0

Полиметаллические сплошные руды 22.0 – 58.0

Окисленные руды 0.22 - 1.8

Из данных приведенных в таблице можно сделать следующие выводы:

- Метод ВП наиболее перспективен для поиска вкрапленных руд, поскольку они не выде-

ляются по кажущемуся сопротивлению на фоне вмещающих пород;

- Метод ВП может быть успешно применен при разведке пород, содержащих углистый

материал или графит;

- Осадочные и магматические породы служат фоном и в основном не создают помех для

реализации метода ВП;

- В процессе окисления руд эффект ВП практически исчезает.

Аппаратура ВП на постоянном токе* достаточно проста и сходна с аппаратурой для измерений кажущихся сопротивлений, но желательно применение неполяризующихся электродов.

· Описанный метод достаточно условно отнесен к методу постоянного тока, поскольку для регистрации

эффекта обязательны выключения тока, то есть по сути наблюдается некий переходный процесс

после устранения первичного поля.

ВОПРОСЫ.