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

Подставив значения Е х и Е2 в выражение (V.1), получим следу­ ющие расчетные формулы для рк:

т

Рис. 113. Теоретические графики профилирования трехточечными установками.

когда вся установка находится на поверхности среды с сопротивле­ нием р 2, можно получить из формулы (V.2), заменив в ней р х на р 2

График электропрофилирования установкой AMN над вертикаль­ ным контактом двух сред, рассчитанный по выражениям (Ѵ,2), (Ѵ.З) и (Ѵ.4), изображен на рис. 113, а.

181

Характерной особенностью этого графика является повышение или понижение (в зависимости от соотношения р х и р 2) значения кажущегося сопротивления при приближении измерительных за­ землений к контакту, резкий скачок кажущегося сопротивления в момент перехода измерительных заземлений через контакт, по­ стоянство сопротивления при тех положениях установки, в которых питающие и измерительные заземления находятся по разные стороны от контакта и, наконец, постепенное приближение рк к р 2 по мере удаления всей установки от контакта.

На рис. ИЗ, б и в сплошной линией изображены графики рк для случая профилирования установкой AMN над пластом большой мощности высокого и низкого сопротивлений. Характерной особен­ ностью графиков является асимметрия аномалии и наличие над пластом максимума (при р 2 > р х) или минимума (при р 2 <рг)-

На рис. ИЗ, г приведены аналогичные графики рк для случая профилирования над маломощным пластом высокого сопротивления. На этом графике непосредственно над пластом наблюдается четко выраженный максимум. Слева от пласта (при принятом на рисунке расположении заземлений) сравнительно узкий, а справа — широкий минимумы. Правый минимум соответствует таким положениям уста­ новки, при которых питающий и измерительные заземления оказы­ ваются по различную сторону от пласта (эффект экраниро­ вания).

Дополнительный максимум справа от пласта связан с тем, что после перехода питающего заземления через пласт последний «откло­ няет» ток, стекающий с этого электрода в сторону измерительных заземлений.

График рк, характерный для профилирования установкой AMN над тонким хорошо проводящим пластом, изображен на рис. 113, д. Непосредственно под пластом на этом графике имеется четкий мини­ мум, а справа от него — зона пониженных значений рк, отвечающая тем положениям установки, при которых питающий и измерительные заземления находятся по разную сторону от пласта (эффект экрани­ рования), либо питающий электрод расположен слева от пласта (близко от него).

Установка для комбинированного профилирования. Эта уста­ новка, как указывалось выше, представляет собой сочетание двух встречных трехточечных установок AMN и BMN. В соответствии с этим графики рк для комбинированного профилирования рассчи­ тывают по формулам для трехточечных установок.

Из рис. 113, а—д можно получить представление о характере графиков комбинированного профилирования.

Контакт сред с различным сопротивлением (рис. ИЗ, а) отме­ чается на одном из графиков рк постепенным спадом кажущегося сопротивления от значения рк = Ра Д° значения рк = р х, а на вто­ ром — небольшим повышением рк перед контактом, а затем быстрым его спадом непосредственно над контактом до значения р х. Совместное рассмотрение кривых позволяет определить положение контакта

182

более точно, чем по графикам рк для симметричной четырехточечной установки.

Графики комбинированного профилирования над мощным пла­ стом (рис. ИЗ, б) отличаются тем, что каждый из контактов пласта с вмещающими породами характеризуется теми особенностями кри­ вых, о которых говорилось выше. Таким образом, при совместном рассмотрении графиков удается определить не .только местоположе­ ние пласта, но и его мощность.

На теоретических кривых комбинированного профилирования над крутопадающим хорошо проводящим пластом (рис. 113, д) по обе стороны от пласта располагаются зоны пониженного значения рк, ширина которых равна примерно половине расстояния между пита­ ющими заземлениями А w.В . Непосредственно над проводящим пла­ стом наблюдается перекрестие кривых.

На теоретических графиках комбинированного профилирования над крутопадающим плохо проводящим пластом наблюдаются отчет­ ливые максимумы рк на обеих кривых над пластом (рис. ИЗ, г); по обе стороны от максимума на кривых имеются менее четко выра­ женные экстремумы, связанные с экранирующим влиянием пласта при приближении к нему питающих заземлений.

Симметричная установка AMNB. Для расчета графиков рк, полу­ чаемых симметричной установкой, может быть использовано правило наложения полей. Согласно этому правилу напряженность поля в центре приемной линии может рассматриваться как сумма напря­ женностей полей, создаваемых заземлениями А и В :

Поскольку токи, протекающие через оба заземления установки, равны, то

183

Кажущееся сопротивление, определяемое установкой AMNB, с учетом последнего выражения может быть рассчитано по следующей формуле:

В частном случае для симметричной установки

A AMN = Ä ’BMN = 2A AMNB!

Рг>?і

PUP,

Рис. 114. Теоретические графики профилирования симметричной установкой AMNB (р, = 1, р, = 7).

отсюда

Из выражения (V.5) следует, что графики профилирования сим­ метричной установкой AMNB могут быть получены простым осред­ нением графиков рк для трехточечной установки.

На рис. 114, а — в изображены графикирк для установки AMNB, рассчитанные для вертикального контакта и крутопадающего пласта большой и малой мощности. На этих графиках контакт в целом отражается ступенчатым изменением рк, причем график осложняется дополнительными экстремумами и точками излома, связанными с переходом питающих и приемных заземлений через контакт. Пласт большой мощности на графиках рк отражается максимумом (или минимумом) также осложненной формы. Маломощный пласт высо­ кого сопротивления четко выделяется максимумом на графике рк.

184

Г л а в а VI

МЕТОД ЗАРЯДА

§ 1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

При разведке месторождений полезных ископаемых и при геолого­ структурных исследованиях часто ставится задача прослеживания и оконтуривания геологических образований, вскрытых горными выработками, скважинами или в результате эрозии в одной или нескольких точках. Если эти образования сложены горными поро­ дами или рудами, электрическое сопротивление которых значительно меньше сопротивления вмещающих пород, сформулированная задача может быть решена м е т о д о м з а р я д а 1.

Сущность метода заряда заключается в том, что один из полюсов источника электрического тока заземляют непосредственно в про­ слеживаемом теле, а второй — за пределами исследуемой площади, на расстоянии, достаточно большом, чтобы влиянием его поля можно было пренебречь. Электрическое и реже магнитное поле заряженного таким образом тела исследуют на дневной поверхности тем или иным способом. По характеру распределения этого поля делают заключе­ ние о размерах, форме и положении разведываемого тела.

На рис. 116 показано положение токовых и эквипотенциальных линий вокруг заряженного тела, имеющего неправильную, но в об­ щем изомерную форму. Если заряженное тело обладает значительно большей проводимостью, чем вмещающие породы, можно пренебречь падением потенциала внутри тела и принять его за эквипотенциаль­ ный проводник. В этом случае поверхность тела будет являться эквипотенциальной, а эквипотенциальные поверхности в окружа­ ющей среде вблизи заряженного тела повторяют его форму, причем тем точнее, чем больше различие между проводимостью тела и вме­ щающих пород.

По мере удаления от заряженного тела форма эквипотенциальных поверхностей теряет сходство с формой заряженного тела и зависит

1 Иногда этот метод называют м е т о д о м з а р я ж е н н о г о т е л а .

187

от электрического строения вмещающих пород. В случае однородной и изотропной вмещающей среды эквипотенциальные поверхности на большом расстоянии от тела приближаются по форме к сферам. Когда изучаемое тело залегает на небольшой по сравнению с его размерами глубине, некоторые из эквипотенциальных линий на дневной поверхности по форме близки к проекции заряженного тела на эту поверхность (рис. 116). Отсюда следует, что по резуль­ татам съемки эквипотенциальных линий на дневной поверхности

хорошей проводимости тела падение потенциала в нем в направлении продольной оси будет значительным. Вследствие этого эквипотенци­ альные линии уже не будут повторять форму тела; они лишь ока­

проекции головы рудной залежи на дневную поверхность. Действительно, в каждом поперечном сечении тела ток расте­

кается в обе стороны от него (рис. 117). Соответственно этому падение потенциала также будет происходить по обе стороны от тела. Таким образом, если проследить на дневной поверхности линию, по обе стороны от которой направление тока противоположно или, иначе говоря, при пересечении которой меняется знак градиента потен­ циала, то тем самым будет определено положение оси проекции заряженного тела на дневную поверхность.

188

На рис. 117 изображены графики потенциала и градиента потен­ циала вдоль профиля, перпендикулярного к простиранию тела.

быть ориентировочно опре­

горизонтальной составляющих магнитного поля вдоль профиля,

189

тела, напряженность магнитного поля Н согласно закону Био — Савара определится следующим образом:

Н = 0,2//г,

где I — сила тока; г — радиус-вектор, проведенный из точки С в точку М.

Найдем выражения для компонент вектора Н по осям х и z, т. е.

Нх и Нг.

Нх = Н cos ß, Hz = Н sin ß.

Учитывая, что

cosß = A/r и sinß==x/z,

выражение для компонент вектора Н можем записать в следующем виде:

На графике Нх имеется один максимум, расположенный непосред­ ственно над линейным проводником, т. е. при х = 0, а на графике Hz — максимум и минимум по обе стороны от этого проводника.

Если в выражении для Нх принять х — 0, то

Нх шах — 0 ,2 1/h.

Найдем координаты хт точек, в которых горизонтальная соста­ вляющая равна половине ее максимального значения:

отсюда

h.

Можно также показать, что на графиках Нг точки с максималь­ ным и минимальным значениями горизонтальной составляющей также будут отстоять от начала координат на расстоянии, равном h,

заряженным телом могут быть использованы для определения его планового положения и оценки глубины залегания верхней кромки.

В настоящее время применяют три способа изучения электро­ магнитного поля над заряженным телом.

Первый способ заключается в съемке эквипотенциальных линий над заряженным телом; он находит применение главным образом при разведке тел изомерной формы. При работе вторым способом измеряют градиент потенциала вдоль профилей, проходящих над заряженным телом. Этот способ используют главным образом для разведки вытянутых, крутопадающих тел жильного и пластового типов. Реже применяют измерение горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля.

•190