книги из ГПНТБ / Якубовский, Ю. В. Электроразведка учебник

чипы Дрк вычисляют как отношение разности значений рк обеих кривых к их сумме при том действующем расстоянии гл, на кото­ ром кривые ДЗ отражают поведение опорного горизонта:

Дрк г-; (рі— Рк)/(Рк + Рк).

Рис. 82. Разрез кажущихся сопротивлений но данным двухсторонних ДЭЗ.

1 — центры ДЭЗ; 2 — точки записи рк; 3 — изоомы.

Величины Дрк откладывают в виде стрелки в некотором масштабе от центра ДЗ вдоль его оси; при Арк <( 0 стрелку направляют в сто­ рону плюсовой кривой (плюсовых разносов), при Арк> 0 — в сторону

141

минусовой кривой. При такой ориентировке величин Дрк их направление соответствует погружению кровли опорного гори­ зонта. Пример такой карты представлен на рис. 83.

Количественная интерпретация осредненных кривых двухсто­ ронних ДЭЗ и ДАЗ проводится по палеткам, рассчитанным для уста­ новки AMNB. Для интерпретации кривых ДОЗ служит альбом спе­ циальных палеток кривых осевых зондирований. Двухслойная палетка из этого альбома изображена на рис. 84. Приемы пользова­ ния этими палетками не отличаются от способов пользования палет-

142

Замеры на обнажениях и в горных выработках. Если на естествен­ ном или искусственном обнажении какой-либо горной породы рас­ положить четырехточечную установку AMNB, разносы которой будут малы по сравнению с размерами обнажения, то кажущееся сопротивление, измеренное такой установкой, будет близко к истин­ ному сопротивлению породы. При этом степень приближения будет тем больше, чем дальше от установки расположены другие породы, слагающие разрез данного участка, и чем меньше изменены породы на обнажении в результате процессов выветривания или операций, связанных с проходкой горных выработок.

Для производства параметрических измерений на обнажении выбирают относительно ровную площадку, а в случае необходи­ мости — ее выравнивают и расчищают.

При измерениях в горных выработках установку размещают На одной из стенок выработки, причем во избежание влияния осталь­

мендуется центр установки располагать в средней части стенки; разносы питающих электродов должны быть пе больше трети наи­ меньшего линейного размера стенки (например, высоты выработки при работе на боковой стенке или ширины ее при работе на кровле).

Измерения проводят обычно симметричной установкой AMNB с разносами питающих электродов от первых десятков сантиметров до первых метров, а иногда установками AMN или AM.

Для параметрических замеров используют железные или медные штыревые электроды диаметром 2—3 мм при длине заземленной части 1—2 см. Поляризация измерительных электродов при столь малых их размерах не представляет существенной помехи и легко компенсируется даже при железных электродах.

Схему установки несколько усложняют по сравнению с обычной установкой для измерения кажущегося сопротивления. Усложнения вызваны тем, что при использовании установок малых размеров приходится вести измерения при малой силе тока в цепи питающих заземлений, так как в противном случае разность потенциалов между приемными заземлениями превысила бы пределы, допускаемые измерительными приборами. Для уменьшения силы тока в пита­ ющую цепь включают добавочное сопротивление в несколько тысяч ом. Но измерение малых токов при помощи эталонных сопро­ тивлений, имеющихся в приборах, затруднительно. Чтобы пре­ одолеть это затруднение, приходится применять наружные эталонные сопротивления в несколько ом. Добавочное и эталонные сопроти­ вления подбирают в процессе параметрических замеров такими, чтобы AU и / измерялись точнее.

Параметрические зондирования. Если провести зондирование около буровой скважины или шурфа, т. е. в точке с известным геоло­ гическим разрезом, то, определив при помощи альбома палеток по кривой зондирования S или Т, можно вычислить, зная мощности

144

отдельных горизонтов, их удельное сопротивление, пользуясь сле­ дующими соотношениями:

Для учета влияния азимута разноса на величину кажущегося сопротивления параметрические зондирования обычно выполняют как крестовые, т. е. в двух взаимно перпендикулярных направ­ лениях.

Электрический каротаж скважин. Удельное сопротивление горных пород в скважине можно определить, опустив в скважину на какуюлибо глубину обычную трехили четырехточечную установку для измерения кажущегося сопротивления и измерив на поверхности земли AU та I.

При соответствующем подборе размеров установки влияние бурового раствора, заполняющего скважину, а также пластов,

к а ж у щ е г о с я с о п р о т и в л е н и я .

Определение удельного сопротивления горных пород на образцах. Проводится обычно в лабораторных условиях. При отборе образцов необходимо стремиться к тому, чтобы они в возможно большей сте­ пени отражали типичное состояние породы (руды) в реальных усло­ виях ее залегания. Для этого необходимо отбирать однородные образцы, не подвергшиеся процессам выветривания, разрушения или других вторичных изменений. Следует также сохранить при­ родное состояние породы, в первую очередь, ее влажность и струк­ туру. Для этого образцы, завернутые в марлю, парафинируют и пред­ охраняют от механических воздействий при транспортировке в лабо­ раторию.

Размер образца должен быть достаточно велик для того, чтобы мелкие неоднородные включения (гальки, желваки, прожилки и др.) заметным образом не сказывались на результатах измерений. За­ меры следует стремиться проводить на возможно большем числе образцов, и затем строить по ним вариационные кривые.

Применяется несколько способов измерения удельного сопроти­ вления на образцах. Из них наиболее простым является способ, основанный на применении четырехточечной установки.

На плоском участке поверхности образца располагают четырех­ точечную установку AMNB. Электроды изготовляют следующим образом: в нужных местах на поверхность образца наносят капли студня, изготовленного из агар-агара или желатины и сваренного на растворе медного купороса. В эти капли погружают концы

медных проводников, идущих к источнику тока и измерительным приборам. Диаметр капель не должен превышать 0,1—0,2 расстояния между соседними электродами. Линейные размеры образца должны

ляется в основном растворами, содержащимися в порах и трещинах, поэтому знание удельного сопротивления этих растворов представ­ ляет для электроразведчика несомненный интерес.

Для определения удельного сопротивления раствора в лабора­ торных условиях применяют лабораторные резистивиметры.

Лабораторный резистивиметр представляет собой сосуд из мате­ риала, не проводящего электрический ток, в стенки которого вмон­ тированы четыре электрода (рис. 85). Исследуемый раствор наливают в сосуд, затем через электроды А и В пропускают ток силой / и между электродами М жN измеряют разность потенциалов АU. Удельное сопротивление раствора вычисляют по формуле

р = KAU jI.

Коэффициент К зависит от расстояния между электродами, их формы, а также формы стенок сосуда. Практически этот коэффициент находят путем градуировки резистивиметра раствором, удельное сопротивление р 0 которого известно заранее. В качестве калибро­ вочного раствора обычно используют раствор поваренной соли известной концентрации.

Во избежание поляризации электродов измерения АU и I про­ водят на переменном токе. Для этого удобно применять аппаратуру ИКС.

146

§ 5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ВЭЗ

Основные условия, определяющие возможность применения ме­ тода ВЭЗ, заключаются в следующем.

1.Породы, слагающие изучаемый разрез, должны различаться по удельному сопротивлению. Иными словами, геологические гра­ ницы, интересующие исследователей, должны являться одновременно границами раздела пород с различным удельным сопротивлением. При поисках и разведке складчатых структур желательно, чтобы в раз­ резе изучаемой площади имелся опорный электрический горизонт.

2.Границы, отделяющие породы с различным удельным сопро­ тивлением, должны иметь углы падения не выше 15—20°. При таких углах падения ошибки в определении мощностей при помощи пале­ ток, рассчитанных для горизонтального залегания слоев, незначи­ тельны. При больших углах падения использование палеток для горизонтальных слоев недопустимо. Для дипольных установок этот предел понижается до 2—8°. Имеющийся же палеточный мате­ риал для наклонных слоев еще ограничен.

3.Рельеф дневной поверхности не должен быть пересеченным, так как палетки теоретических кривых рассчитаны в предположении, что поверхность раздела земля — воздух плоская. Неровности рельефа этой поверхности оказывают искажающее влияние на кри­ вые ВЭЗ. Методика количественного учета влияния рельефа дневной поверхности до настоящего времени недостаточно разработана. Существуют лишь способы уменьшения этого влияния. Таким спо­ собом является правильный выбор направления разносов установки. Так, если зондирование выполняется в долине, то борта долины меньше всего влияют на результаты зондирования в случае, когда разносы направлены вдоль ее оси. При зондировании на хребте раз­ носы следует направлять также вдоль хребта.

4.Число электрических горизонтов в разрезе не должно пре­ вышать пяти-шести. В противном случае количественная интерпре­ тация кривых ВЭЗ весьма усложняется и становится ненадежной.

5.Глубинность метода ВЭЗ ограничивается первыми кило­ метрами. Изучение разрезов на большую глубину затруднительно, так как в этом случае приходится увеличивать разносы питающих электродов до нескольких десятков километров. Однако на таких расстояниях горизонты, слагающие геологический разрез, вследствие изменения фациального состава меняют свое сопротивление. Это обусловливает искажение формы кривых ВЭЗ, причем искажения не поддаются количественному учету. Меняется сопротивление пород

иза счет глубинных факторов. К тому же с увеличением глубины исследования возрастает многослойность кривых. Разработка мето­ дики выполнения и интерпретации глубинных ВЭЗ — одна из пер­ спективных задач электроразведки.

Метод ВЭЗ применяется при региональных структурных иссле­ дованиях. При этом более благоприятными для постановки метода ВЭЗ являются пологие платформенные структуры.

В областях мощного осадконакоплепия (в предгорных и межгор­ ных впадинах) структуры имеют более крутые углы падения на крыльях, что затрудняет применение метода ВЭЗ.

Структурная карта, построенная по данным ВЭЗ по кровле высокоомного опорного электрического горизонта, представленного известняками карбона, изображена на рис. 79.

Горизонты гипсов и ангидритов, если они залегают в верхних частях разреза и не участвуют в строении изучаемой структуры, экранируют электрическое поле, не пропускают электрический ток на большую глубину и, таким образом, делают невозможным исполь­ зование метода ВЭЗ для изучения глубинных структур. С такой об­ становкой можно встретиться в восточных районах Русской плат­ формы. В таких случаях применяют другие методы глубинной элек­ троразведки — магнитотеллурическое зондирование МТЗ, частотное зондирование 43, зондирование становлением поля ЗС.

Другая задача, решаемая методом вертикальных зондирований — картирование рельефа метаморфических и изверженных пород склад­ чатого основания платформы, перекрытых более молодыми, слабо дислоцированными и относительно хорошо проводящими породами. Решение этой задачи возможно главным образом на тех участках платформы, в пределах которых складчатое основание залегает на глубине, не превышающей первых сотен метров.

При поисках и разведке месторождений каменного угля метод ВЭЗ находит применение как один из способов изучения структуры каменноугольных бассейнов. Поскольку угленосные свиты пред­ ставлены в основном песчано-глинистыми образованиями, отлича­ ющимися пониженным сопротивлением, метод ВЭЗ может быть использован для изучения рельефа пород, служащих ложем угле­ носной свиты. Иногда метод ВЭЗ используют с целью определения мощности пород, залегающих над угленосной свитой. Это удается в тех случаях, когда сопротивление покрывающих пород в доста­ точной степени отличается от сопротивления угленосных пород.

Геоэлектрический разрез по кровле угленосных отложений кар­ бона, построенный по данным вертикальных зондирований для одного из участков Подмосковного бассейна, приведен на рис. 78.

Метод ВЭЗ применяют и при изучении погребенных и современ­ ных речных долин в связи с поисками россыпных месторождений. Основной предпосылкой для использования в данном случае метода ВЭЗ является то, что породы коренного ложа долины обычно отли­ чаются от рыхлой и соответственно этому низкоомной толщи аллю­ виально-делювиальных отложений повышенным сопротивлением. При помощи ВЭЗ изучают рельеф коренных пород, а также расчле­ няют рыхлые отложения.

Затрудняет интерпретацию кривых ВЭЗ при изучении погребен­ ных речных долин наличие древней коры выветривания коренных пород. Удельное сопротивление пород коры выветривания обычно занимает промежуточное положение между удельным сопротивле­ нием рыхлых и коренных отложений и меняется с глубиной по мере

143

изменения степени выветрелости пород. При наличии этого гори­ зонта резко снижается точность интерпретации.

Метод ВЭЗ используется и при геологическом картировании, особенно в закрытых районах. В условиях платформ и предгорных прогибов он применяется при изучении тектонического строения осадочных отложений; в районах же со сложной тектоникой при помощи зондирования можно решать только отдельные, более частные задачи — определять мощность четвертичных отложений, изучать глубину залегания и рельеф коренных пород и т. п. Нали­ чие мощных отложений древней коры выветривания, как это наблю­ дается, например, в Центральном Казахстане, также существенно затрудняет интерпретацию кривых ВЭЗ.

Метод ВЭЗ применяют для изучения внутреннего строения от­ дельных крупных структур, таких как, например, мезозойские депрессии Забайкалья, для прослеживания подземных продолжений отдельных интрузий (при пологом залегании их кровли) и т. п. Используется метод и при поисках рудных месторождений. Так, например, посредством вертикальных разрезов кажущегося сопро­ тивления, построенных по данным ВЭЗ, удается выявлять зоны, перспективные для обнаружения медноколчеданных и полиметал­ лических руд на Южном Урале, Забайкалье, при условии, если руд­ ные тела приурочены к достаточно мощным и относительно однород­ ным комплексам вмещающих пород. Рудные тела на таких разрезах при достаточно больших их размерах выделяются локальными зонами пониженных сопротивлений.

При поисках месторождений бокситов методом ВЭЗ картируются зоны с повышенной мощностью погребенной коры выветривания, с которыми генетически могут бытъ связаны промышленные ско­ пления бокситовых руд.

При инженерно-геологических исследованиях метод ВЭЗ при­ меняют как дешевый и быстрый способ картирования рельефа пород, служащих основанием для инженерных сооружений. В связи с боль­ шой детальностью инженерно-геологических исследований точки ВЭЗ обычно располагают по сгущенной сети, однако не имеет смысла расстояние между этими точками братъ меньше средней глубины до опорного горизонта на исследуемой площади.

Изучение оснований под инженерные сооружения может про­ водиться также на площадях, занятых поверхностными водоемами (в руслах рек, на озерах и в прибрежной части морей). В этом случае электроды помещают на поверхности водоема, а слой воды рассматри­ вают как добавочный электрический горизонт. Эти работы удобно проводить зимой со льда, прорубая для электродов лунки во льду.

Попутно с картированием рельефа коренных пород при помощи метода ВЭЗ изучают трещиноватость и закарстованность пород. Здесь широко применяется методика круговых зондирований.

Метод ВЭЗ может быть также использован и при изучении ополз­ ней для картирования зеркал скольжения и для определения мощ­ ности смещенных масс.

149