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

§ 2. ПРОСЛЕЖИВАНИЕ ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ЛИНИЙ НАД ЗАРЯЖЕННЫМ ТЕЛОМ

Установка для прослеживания эквипотенциальных линий над заряженным телом состоит из питающей линии с источником тока и заземлениями, а также приемной или искательной цепи, включа­ ющей в себя щупы и индикатор нуля (рис. 119, а).

Конструкция заземления питающей цепи, расположенного непо­ средственно в заряжаемом теле, зависит от конкретных условий, в которых находится точка зарядки. В том случае, когда зарядку

\

'' в

производят в горных выработках и на дневной поверхности, для устройства заземлений рационально использовать обычные стержне­ вые электроды. Если горная порода или руда в точке зарядки на­ столько плотна, что забить в нее электроды не представляется воз­ можным, заземление осуществляют посредством войлока или пакли, пропитанных раствором какой-либо соли. При устройстве такого заземления на вертикальной стенке или кровле выработки его при­ жимают распорками. Для зарядки в скважинах используют сколь­ зящие электроды в виде пружинящих щеток, «фонарей», а в сухих скважинах — в виде кляпов из пакли, смоченной раствором соли.

Заземление в бесконечности относят на расстояние, в 10—15 раз превышающее линейные размеры площади, в пределах которой

из нескольких штыревых электродов по возможности во влажном месте. Место заземления во избежание несчастных случаев огра­ ждают флажками и снабжают предупредительной надписью.

191

Заземление в бесконечности соединяют с источником тока про­ водом ГПСМП, ГПСМПО или другой марки по возможности с малым сопротивлением. Чтобы снизить ошибки за счет утечек, питающую линию в пределах участка съемки устраивают из хорошего неизно­ шенного провода.

В качестве источников тока применяют генераторы из комплекта ИКС-50 или ИКС-600. Эквипотенциальные линии целесообразно прослеживать при помощи искательной цепи, состоящей из двух электродов и измерительного прибора из комплекта ИКС (рис. 119, а).

линии.

Признаком того, что оба щупа измерительной цепи находятся на одной изолинии, является отсутствие отклонений стрелки микро­ амперметра, включенного на выходе измерителя ИКС. После опре­ деления положения точки прослеживаемой изолинии на месте этой точки ставят колышек с указанием номера изолинии и точки. Затем рабочий переносит задний щуп в найденную точку, а оператор снова выдвигает передний щуп на длину искательной цепи, и описанные выше операции повторяют. На искривленных участках прослежива­ емых изолиний для более точного определения положения их шаг искательной цепи следует уменьшать.

Каждая искательная цепь обслуживается оператором и двумя рабочими, один из которых переносит задний щуп, а второй забивает и подносит колышки.

Одновременно на планшете может работать несколько искатель­ ных цепей, с каждой из которых прослеживаются изолинии на опре­ деленной части планшета.

Для перенесения найденных на местности точек изолиний на карту следует произвести топографическую съемку планшета. Мето­ дика топографической съемки может быть различной в зависимости от конкретных условий на участке съемки.

На карту изолиний наносят опорную сеть, геологические данные,

192

положение точки зарядки и подводящего провода, а также упрощен­

над заряженным телом обычно имеет качественный характер. В про­ цессе интерпретации определяются примерное положение изучаемого

г

Рис. 121. Карта эквипотенциальных линий над заряженным суль­ фидным телом, расположенным вблизи контакта сланцев с изве­ стняками.

Изолинии, снятые при зарядке через электрод: 1 — в точке А,, 2 — в точке А 2; 3 — известняки; 4 — сланцы; 5 — сульфидное тело; I —VIII — профили.

объекта и его форма без указания на глубину и элементы залегания. Наиболее ответственным в процессе интерпретации карты является выбор той эквипотенциальной линии, которая по форме прибли­ жается к проекции заряженного тела на дневную поверхность.

Из теории электромагнитных полей известно, что нормальная компонента вектора плотности тока не терпит разрыва на границе двух сред с различным удельным сопротивлением, а следовательно, и на границе заряженного тела с вмещающими породами. Физически это означает, что весь ток, направленный перпендикулярно к поверх­ ности раздела, поступает в окружающую среду. Поскольку удельное сопротивление заряженного тела меньше удельного сопротивления вмещающих пород и напряженность электрического поля согласно закону Ома Е = p j, то непосредственно у границы заряженного тела с вмещающими породами напряженность поля резко возрастает.

На карте изолиний это проявляется в том, что у краев заряженного тела происходит сгущение эквипотенциальных линий. Для тел, вытянутых в каком-либо направлении, сгущение линий особенно резко проявляется у концов изучаемого объекта. Следует иметь в виду, что зона сгущения изолиний несколько смещена относи­ тельно контура тела (во внешнюю сторону), причем это смещение тем больше, чем глубже залегает тело.

На рис. 121 хорошо видна еще одна особенность карты изолиний над заряженным телом. Вблизи точки зарядки эквипотенциальные линии приближаются по форме к окружности, т. е. хорошо проводя­ щее тело в этой области мало сказывается на форме изолиний. Вслед­ ствие этого вблизи точки зарядки по карте изолиний трудно судить о форме заряженного тела. Для того чтобы учесть влияние положения точки зарядки на характер карты изолиний, рекомендуется, если это возможно, проводить повторные съемки при различном положении точки зарядки. Системы изолиний желательно совмещать на одной карте (рис. 121).

§ 3. ИЗМЕРЕНИЕ ГРАДИЕНТОВ ПОТЕНЦИАЛА НАД ЗАРЯЖЕННЫМ ТЕЛОМ

При зарядке крутопадающих хорошо проводящих тел постоянным током электрическое поле исследуют путем измерения градиентов потенциала вдоль профилей, расположенных на дневной поверхности вкрест предполагаемого простирания изучаемого объекта. Прин­ ципиальная схема установки для подобных измерений изображена на рис. 119, б. Установка включает в себя питающую и приемную линии, а также прибор для измерения силы тока в цепи питающих заземлений и разности потенциалов между приемными заземле­ ниями. В качестве измерительного прибора служит автокомпенсатор либо потенциометр.

Монтажная схема установки показана на рис. 122.

Питающая линия состоит из двух заземлений А и В , соединя­ ющих их проводов, источника тока и включателя. Одно заземление располагают в прослеживаемом теле, а второе — относят в бес­ конечность. В качестве источников тока обычно применяют батареи 29-ГРМЦ-13 или 69-ГРМЦ-6. Сила тока в питающей цепи должна быть такой, чтобы обеспечивалось надежное измерение разности потенциалов между приемными заземлениями в пределах всей иссле­ дуемой площади. Число батарей, необходимое для исследования, рассчитывается так же, как для установки в методе сопротивлений (см. гл. III).

Включатель тока вводят в разрыв питающей линии при помощи двойного провода, длину которого берут достаточной для того, чтобы прибор без перемещения всей питающей линии можно было устана­ вливать на любом профиле в пределах исследуемой площади. .Один конец провода подключают к электроду, помещенному в тело, дру­ гой — к катушке с проводом, идущим к заземлению в бесконечности.

194

Приемная цепь состоит из двух заземлений М и N и проводов, соединяющих эти заземления с измерительным прибором. Длина проводов приемной цепи должна быть такой, чтобы при одном поло­ жении прибора можно было произвести измерения по крайней мере на одном-двух профилях.

Полярность всех соединений должна быть строго выдержана. Ошибка в полярности включения влечет за собой ошибку в знаке измеряемой разности потенциалов.

Полевые работы начинают с подготовки на исследуемой площади сети профилей. Для этого по предполагаемому простиранию про­ слеживаемого тела задают базисный профиль, проходящий непо-

Рис. 122. Монтажная схема установки для работы методом заряда на постоянном токе с ЭСК.

средственно над точкой зарядки. Перпендикулярно к этому профилю через 20—40 м прокладывают поперечные профили, на которых пикетами отмечают точки стояния измерительных заземле­ ний. Расстояние между пикетами и длина профилей зависят от глу­ бины залегания верхней кромки заряженного тела и подбираются с таким расчетом, чтобы на графиках градиентов потенциалов доста­ точно четко отмечались экстремумы, а также точки пересечения графиков с осью расстояний.

Следующая операция состоит в подготовке питающей линии. Ее размеры выбираются такими же, как и при прослеживании экви­ потенциальных линий.

Исследование электрического поля над заряженным телом за­ ключается в измерении градиентов потенциала на дневной поверх­ ности. С этой целью измерительные электроды заземляют на двух соседних пикетах профиля и измеряют между ними разность потен­ циалов. Если заземление М расположено впереди по ходу профиля относительно заземления N, измеренной разности потенциалов при­ писывают тот знак, на который указывает переключатель поляр­ ности прибора. В противном случае измеренную разность потен­ циалов записывают в журнал с обратным знаком.

195

Вслед за измерением АН измеряют силу тока в питающей цепи, причем этой величине приписывают положительный знак, так как при указанной выше полярности соединений положительный полюс батереи заземлен в заряженном теле. Нужно следить за тем, чтобы при перерывах в работе не была изменена полярность подключения

интервал, и в такой последовательности проводят наблюдения на каждом профиле. Если в процессе наблюдений сила тока остается постоянной, измерять ее можно лишь на каждой пятой или десятой точке профиля.

По измеренным силе тока и разности потенциалов вычисляют среднее значение градиента потенциала на каждом интервале точек наблюдения:

Ди 1

1 r MN ’

где г N — расстояние между точками наблюдений.

Результаты измерений и вычислений записывают в журнал.

Ж урн ал для зап и си наблю дений методом заряда на постоянном токе

Контроль за точностью съемки градиентов потенциала осуще­ ствляют путем повторных измерений на отдельных профилях. Сред­ няя относительная погрешность повторных измерений же должна превышать 5%; при этом не учитываются погрешности замеров, которые меньше 0,5 мВ.

Для учета влияния положения точки зарядки на получаемые результаты, а также для установления электрической и геологи­ ческой связи между телами, вскрытыми в различных горных выра­ ботках, рекомендуется съемку градиентов на исследуемой площади выполнять повторно при измененном положении точки зарядки.

196

В поле непосредственно после проведения измерений строят график зависимости градиента потенциала от положения точки изме­

Для того чтобы построить карту графиков градиента потенциала, на план в определенном масштабе наносят профили, вдоль которых были проведены наблюдения, и на этих профилях строят графики градиентов потенциала (рис. 124). Вертикальный мас­ штаб на графиках выбирают, руководствуясь возможной на­ глядностью графиков и стре­ мясь к тому, чтобы кривые на соседних профилях не пересека­ лись, так как это делает карту трудночитаемой. В связи с этим

филя от профиля, проходящего

Рис. 124. Карта графиков градиента по­ тенциала над заряженным телом.

197

через точку зарядки. Множитель R компенсирует убывание гради­ ента потенциала с удалением от точки зарядки. На карту наносят также положение точки зарядки и подводящих проводов, геологи­ ческие данные, а также упрощенную ситуацию. Карта графиков является основным материалом при истолковании результатов поле­ вых наблюдений.

Основная задача, которую приходится решать при интерпретации результатов полевых наблюдений, состоит в определении положения оси выхода заряженного тела под покровные отложения. При этом руководствуются тем, что градиент потенциала над заряженным •телом меняет свой знак. Таким образом, линия, соединяющая на плане точки перехода градиента через нуль, является проекцией

оси выхода заряженного тела под наносы (на дневную по­ верхность). При этом сле­ дует иметь в виду, что гра­ фики градиента потенциала над точечным источником тока, помещенным на глу­ бине h под дневной поверх­ ностью в однородной среде, по внешнему виду очень сходны с такими же графи­ ками над заряженным телом

(рис. 125). Основное отличие заключается в том, что в однородной среде расстояние между точками на профилях с максимальным и ми­ нимальным значениями градиента потенциала с удалением от точки зарядки быстро возрастает. Можно показать, что в случае, когда точечный источник тока расположен на глубине h под поверхностью однородной среды, точки, в которых градиент потенциала обладает максимальным и минимальным значениями, располагаются на гипер-

V2

болах с полуосями —г—h и h. Угловые коэффициенты асимптот гиперболы не зависят от глубины точки зарядки и сопротивления

среды и равняются 2/2.

На графиках, полученных над заряженным телом, расстояние между точками с максимальным и минимальным значениями потен­ циала зависит только от глубины верхней кромки тела, и, если эта глубина мало меняется, линии, соединяющие эти точки, парал­ лельны друг другу и проекции выхода заряженного тела под покров­ ные отложения.

Если работы методом заряда выполняются на участке со сложным геоэлектрическим разрезом, графики градиента потенциала весьма осложняются и экстремумы на них выделить трудно. Наиболее надежно выделяются на графиках в данном случае точки перехода градиента потенциала через нуль. Для того чтобы иметь возможность до положению этих точек судить о наличии хорошо проводящего тела и определить его положение, рекомендуется выполнять допол-

198

нителыше измерения по нескольким профилям, ориентированным под углом 60—70° к базисному профилю и соответственно к пред­ полагаемому простиранию рудного тела (рис. 126). Если хорошо проводящее тело отсутствует, точки с нулевым значением градиента потенциала на таких профилях будут располагаться на прямой, проходящей через точку зарядки перпендикулярно к съемочным профилям. При наличии хорошо проводящего тела эти точки будут находиться над осью проводящего тела, и в общем случае соединя­ ющая их линия пространственно не будет связана с направлением профилей.

Для определения положения концов вытяну­ того хорошо проводящего тела рекомендуется выполнять съемку градиентов потенциала вдоль профилей, проходящих через точки с нулевым зна­ чением градиента потенциала, т. е. вдоль наме­ ченной оси заряженного тела. Как показано выше, у концов заряя^енного тела на графиках гради­ ента потенциала наблюдаются экстремумы. Эти экстремумы несколько смещены относительно кон­ цов тела на расстояние тем большее, чем глубже располагается тело. С целью более точного опре­ деления положения концов заряженного тела разработаны способы, учитывающие это смещение.

Для приближенной оценки глубины залегания заряженного тела используют параметр т, равный проекции на ось расстояний отрезка касательной

с параметром т следующим приближенным соотношениям:

h ^ 2,6т.

Для тел, которые могут быть уподоблены горизонтальному ци­ линдру с изометрическим сечением,

h я» 2,25т.

Для пластообразных залежей глубина до верхней кромки

h*=» 2,3т1’3.

§4. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НАД ЗАРЯЖЕННЫМ ТЕЛОМ

При измерении магнитного поля над заряженным телом зарядку тела осуществляют низкочастотным переменным током, а само изме­ рение поля выполняют при помощи приемной индукционной рамки и микровольтметра.

199

Полевые измерения можно выполнять при помощи комплекта аппаратуры ИКС, снабженного магнито-индукциопным датчиком (МИД) (см. рис. 119, в). С этой же целью можно применять микро­ вольтметр ИМА (измеритель магнитной амплитуды), а также много­ частотный генератор, предназначенные для работы низкочастотными индуктивными методами. Более детально эта аппаратура описана в гл. XIII. Магнитное ноле измеряют вдоль профилей, ориентирован­ ных вкрест предполагаемого простирания заряженного тела. В каждой точке профиля измеряют вертикальную составляющую магнитного ноля, горизонтальную составляющую вдоль профиля, а также угол наклона вектора Н к горизонтальной плоскости.

во вмещающих породах, а также в проводах, при помощи которых производится зарядка изучаемого объекта. В связи с этим поло­ жение подводящих проводов фиксируют и в процессе обработки в результаты полевых наблюдений вводят поправки, учитывающие магнитное поле подводящих проводов.

Результаты полевых наблюдений изображают в виде графиков и карт графиков горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля. По этим графикам в соответствии со сведениями, приведенными в § 1 настоящей главы, определяют плановое поло­ жение заряженного тела и оценивают глубину его залегания.

§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Метод заряда может быть применен при гидрогеологических исследованиях для определения направления и скорости движения

солевой ореол вследствие высокой минерализации обладает хорошей

200