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

прием заключается в том, что при каждом положении измерительной установки перед измерением разности потенциалов между электро­ дами М и N в измерительную цепь подается разность потенциалов известной величины (так называемый градуировочный импульс). По отсчитанному на шкале прибора отклонению стрелки и вели­ чине градуировочного импульса можно определить цену деления шкалы прибора в милливольтах или других единицах. Принципиаль­ ная схема устройства для подачи в измерительную цепь градуировоч­ ного импульса изображена на рис. 31, б. Она представляет собой делитель напряжения, снимаемого с зажимов какого-либо источника постоянного тока.

Рис. 32. Принципиальная схема канала осциллографа для записи AU-

Описанный прием измерения разности потенциалов используется в э л е к т р о р а з в е д о ч н ы х о с ц и л л о г р а ф а х . Электроразведочный осциллограф представляет собой устройство, позво­ ляющее производить фотографическую регистрацию разности потенциалов между измерительными заземлениями и силы тока в пи­ тающей цепи. Поскольку указанные параметры должны регистриро­ ваться одновременно, в электроразведке используются многошлей­ фовые осциллографы, в которых два шлейфа предназначены для регистрации разности потенциалов в двух приемных линиях (что не­ обходимо при работе некоторыми методами), третий —для регистра­ ции силы тока в цепи питающих электродов, а четвертый — для записи на осциллограмме марок времени, необходимых при работе теми методами, в которых изучается изменение поля со временем (см. ниже). В некоторых типах осциллографов токовый канал отсут­ ствует.

Принципиальная схема канала осциллографа, предназначенного для записи АU, изображена на рис. 32.

Помимо магнитоэлектрического гальванометра G, в этом канале имеются реостат затухания (критического режима), позволяющий вводить гальванометр в режим критического затухания, обеспечи­ вающий возможность неискаженной записи AU\ двухступенчатый

61

компенсатор поляризации КП, характеризующийся тем, что знак ком­ пенсирующей разности меняется при переходе через нулевое положе­ ние реостата; градуировочное устройство ГУ схема которого сходна со схемой источника компенсирующей разности потенциалов в потен­ циометре ЭП-1, а такя?е переключатель чувствительности П, поз­ воляющий менять чувствительность всего канала по напряжению путем введения в цепь гальванометра шунтирующих и добавочных сопротивлений. Эти сопротивления подбираются таким образом, чтобы изменение чувствительности канала при помощи переключа­ теля не нарушало критического режима работы гальванометра.

Токовый канал осциллографа предназначен для регистрации падения напряжения на эталонном сопротивлении, включенном в цепь питающих электродов. В токовом канале отсутствуют компен­ сатор поляризации, реостат критического затухания и градуировоч­ ное устройство. Гальванометры в этом канале обладают низкой

чувствительностью.

Канал осциллографа, слуячащий для нанесения марок времени, включает в себя гальванометр низкой чувствительности, источник постоянного напряжения (элемент) и секундомер с контактным прерывателем, позволяющим разрывать цепь гальванометра через определенные интервалы времени (например, через 5 с).

В настоящее время в полевых электроразведочных партиях применяются осциллографы различных марок (ЭПО-5, ЭПО-7, ЭПО-7Б и др.). Они отличаются один от другого главным образом конструктивными данными — типом применяемых гальванометров, устройством регистрирующей части и др.

Источники тока

В качестве источников тока при электрической разведке методом сопротивлений применяются батареи сухих элементов или генера­

торы постоянного тока.

В том случае, когда по условиям работы токи в питающей линии не превышают нескольких амнер, в качестве источников питания используются батареи сухих элементов. В настоящее время вы­ пускаются специальные электроразведочные батареи двух типов: 29-ГРМЦ-13 и 69-ГРМЦ-6. Эти батареи собирают из сухих элемен­ тов типа Лекланше двух марок: 2G и КС. Отрицательным полюсом в элементах служит цинк, а положительным —- уголь. В качестве электролита применяется раствор хлористого аммония NH4C1, а в качестве деполяризатора — перекись марганца.

Элемент марки 2С размером 40 X 40 X 85 мм имеет следующие параметры: э. д. с. 1,5—1,6 В, внутреннее сопротивление в свежем состоянии 1 Ом, рабочий ток 0,5—0,6 А. Элемент марки КС отли­ чается от 2С большим размером (70 X 70 X 155 мм) и соответственно

большей емкостью.

Батарея 69-ГРМЦ-6 состоит из 48 элементов марки 2С и упако­ вана в деревянном ящике размером 155 X 306 X 396 мм. Масса

62

между измерительными электродами, ток в цепи питающих электро­ дов иногда должен достигать нескольких десятков ампер. Батареи сухих элементов такой ток создать не могут.

Вэлектроразведочных установках обычно применяют генераторы

спараллельным возбуждением. Генераторы этого типа допускают

регулировку развиваемого напряжения в широких пределах без ухудшения эксплуатационных характеристик генератора. Наиболее употребительны генераторы марок 1 ПН-145, ПН-100 и ПН-68 мощ­ ностью соответственно 16,5; 11,5 и 4,8 кВА и номинальным напря­ жением 460 В.

Вращение генераторов обычно осуществляется двигателями авто­ машин, на которых устанавливаются генераторы.

Электроразведочные станции

Электроразведочные станции, разработанные А. М. Алексеевым, Б. П. Ярышевым и другими, представляют собой комплект аппара­ туры и оборудования для электроразведочных исследований главным образом на постоянном токе. Эти станции широко применяются при глубинных структурных исследованиях и в настоящее время начинают использоваться в других видах электроразведочных работ.

Электроразведочная станция состоит из двух основных узлов: измерительной лаборатории и генераторной группы. Эти узлы смон­ тированы на двух отдельных автомашинах, причем для увеличения подвижности измерительная лаборатория устанавливается на ма­ шине, с повышенной проходимостью (ГАЗ-66, ПАЗ-65-1Е).

Измерительная лаборатория (рис. 34, а). Основными узлами измерительной лаборатории являются электроразведочный осцилло­ граф ЭПО, усилители постоянного (и медленно меняющегося) на­ пряжения ЭЛУ, входная панель ВП, панель управления ПУ с ком­ мутирующим устройством, позволяющим подключать измеритель­ ные линии М г, Ny и М г, N 2, через измерительную панель осцилло­ графа ИПО либо прямо к регистрирующему каналу осциллографа, либо через усилитель ЭЛУ.

Усилители дают возможность регистрировать слабые сигналы, что весьма важно при измерении кажущегося сопротивления с очень большими установками, при исследовании естественных электро­ магнитных полей земли, а также при использовании некоторых других методов электроразведки, в которых исследуются медленно меняющиеся нестационарные поля.

Помимо перечисленных блоков, в измерительной лаборатории имеется узел связи — приемно-передающая коротковолновая радио­ станция PC, обеспечивающая двухстороннюю радиосвязь между

1 Генераторы этих марок имеют обмотки последовательного и параллель­ ного возбуждения, однако обмотки последовательного возбуждения не исполь­ зуются.

64

полевой лабораторией и генераторной группой, а также телевключа­ тель ТВ. Телевключатель предназначен для синхронной записи марок времени на осциллограммах измерительной лаборатории и генераторной группы или на осциллограммах двух измерительных лабораторий при некоторых методах полевых исследований. Теле­ включатель, работающий в режиме передачи, представляет собой устройство, модулирующее несущую частоту приемно-передающей радиостанции сигналами звуковой частоты. Длительность этих сигналов задается либо контактным хронометром, имеющимся в осцил­

автомашины через коробку отбора мощности. При помощи коммути­ рующих устройств, сосредоточенных на пульте управления ПУ станции, генераторы можно подключать к питающей линии парал­ лельно или последовательно, а также выключать один из них. Это позволяет оператору выбрать режим работы станции, оптималь­ ный при данном размере установки, условиях заземлений и др. Измерительные приборы, размещенные на пульте управления, по­ зволяют контролировать напряжение и ток каждого генератора, суммарные ток и напряжение в цепи питающих заземлений. Регули­ ровка напряжения осуществляется изменением как сопротивления

в цепи обмоток возбуждения, так и числа оборотов двигателя авто­ машины. При работе с установками небольших размеров в ка­ честве источников тока могут быть использованы батареи Б марки 69-ГРМЦ-6, комплект которых имеется в станции.

Подключение генераторов или батарей к питающим заземлениям осуществляется при помощи мощных электромагнитных включателей контакторов К, управляющие обмотки которых питаются аккумуля­ торами Ак через включатель П.

Вцепь питающих заземлений включены эталонные сопротивле­ ния Яэ, падение напряжения на которых регистрируется токовым каналом осциллографа Ос, входящего в комплект генераторной группы.

Вслучае необходимости чувствительные каналы этого осцил­ лографа могут быть применены для регистрации разности потен­

циалов в измерительных линиях электроразведочных устано­ вок. Таким образом, генераторная группа в некоторых условиях может быть использована одновременно и как измерительная лабо­ ратория.

Для синхронизации марок времени и операторской связи между полевой лабораторией и генераторной группой в комплект по­ следней включены радиостанция PC и телевключатель ТВ. Пита­ ющие и приемные линии при работе подключаются к входной

устанавливаются недалеко друг от друга и соединяются многожиль­ ным кабелем, содержащим провода для переключения питания упра­ вляющих обмоток контакторов, а также для телефонной связи между лабораторией и генераторной группой.

Преимущества электроразведочных станций перед установкой

спотенциометром или автокомпенсатором и батареями заключаются

ввозможности:

1)использования мощных источников тока, что, в свою очередь, позволяет увеличить размеры электроразведочных установок и соответственно глубинность исследований;

2) полного отделения питающей цепи от приемной (запись АU и I на отдельных осциллографах); при работе с дипольными уста­ новками указанное обстоятельство позволяет, как это будет пока­ зано ниже, значительно уменьшить количество проводов, а тем самым сократить потери мощности в них;

3) одновременной записи разности потенциалов в двух измери­ тельных цепях.

Существенным преимуществом станций является также то, что осциллографическая запись измеряемых величин характеризуется большей объективностью по сравнению с компенсационным спосо­ бом измерений.

66

Применение низкочастотной аппаратуры при работе методами постоянного поля

Характер низкочастотного переменного электромагнитного поля

вземле существенно зависит от безразмерного параметра (см. гл. IX);

р= 2,81 ѴЦрг,

где р — сопротивление среды; / — частота поля; г — расстояние между источником поля и точкой наблюдения.

Из теории переменных электромагнитных полей известно, что при р 0 переменное электромагнитное поле, созданное в земле при помощи двух заземлений, не отличается от постоянного поля. Это обстоятельство служит основанием для применения низкочастот­ ных полей при работе методом сопротивлений и некоторыми другими методами, теория которых, а также приемы интерпретации резуль­ татов полевых наблюдений строятся в предположении, что изучае­ мое поле постоянно.

Применение переменного тока технически и экономически выгод но по следующим соображениям.

1.Измерительная аппаратура, работающая на переменном токе, отличается высокой помехоустойчивостью. Постоянные поля-помехи, связанные с поляризацией измерительных электродов, действием естественных полей, а также с утечками тока из промышленных установок, питаемых постоянным током, не влияют на показания прибора, измеряющего переменное напряжение. Влияние перемен­ ных полей с частотой, не совпадающей с собственной частотой аппа­ ратуры, может быть резко уменьшено посредством электрических фильтров в измерительном канале.

2.Высокая помехозащищенность измерительного устройства поз­

воляет использовать в нем усилители с большим коэффициентом усиления, что обусловливает существенное снижение мощности источ­ ников тока в цепи питающих заземлений и, таким образом, снижение стоимости работ.

Однако при применении переменного тока низкой частоты сле­ дует помнить, что размеры установок (расстояние между питающими

иизмерительными заземлениями) не должны превышать 0,5—1,0 км.

Впротивном случае различия между постоянными и переменными

полями становятся недопустимо большими.

В настоящее время приборостроительная промышленность се­ рийно изготавливает комплект аппаратуры для работы с низкочастот­

устройство и измерительные приборы (микровольтметры). Источником тока в комплекте аппаратуры ИКС служит транзи­

сторный генератор, преобразующий постоянное напряжение батарей или бензоэлектрического агрегата в переменное, прямоугольно­ импульсное, меняющееся с частотой 22,5 Гц. В зависимости от типа

и размеров электроразведочиых установок применяется генератор мощностью 1 Вт (комплект ИКС-1), 50 Вт (ИКС-50) и 600 Вт (ИКС-600).

Выходной ток генератора стабилизирован таким образом, что сила его отклоняется от номинального значения не более чем на 1%.

Разность потенциалов между приемными заземлениями изме­ ряется при помощи микровольтметра, в котором используется компарационный способ измерения (способ сравнения). Скелетная схема микровольтметра ИКС-1 изображена на рис. 35. Измеряемый сигнал AU подается на калиброванный ступенчатый делитель напряжения Д и затем через переключатель П на вход усилителя У, снабженного

м

N

Рис. 35. Скелетная схема микровольтметра ИКС-І.

на выходе стрелочным индикатором. Показания этого индикатора соответствуют величине KAUJa; здесь К — коэффициент усиления; а — коэффициент деления делителя Д.

Для формирования опорного сигнала служит специальный гене­ ратор Г, выходной ток которого / вых стабилизирован и равен 1 мА. Генератор нагружен на ступенчато и плавно меняющиеся сопроти­

Величина опорного сигнала выбирается такой, чтобы стрелочный индикатор на выходе усилителя установился в том же положении, что и при подаче на его вход сигнала AU/a. В этом случае

К АU/а = К [(Яр + Ят) • 1] мВ;

тогда

ДЕГ = <х[(Яр + Я т) - 1] м В ,

откуда следует, что нестабильность коэффициента усиления усили­ теля не оказывает влияния на результаты измерения и надежность

68

их зависит только от стабильности опорного генератора, точности делителя и подбора величин сопротивлений R^ и R .

В том случае, когда ток питающего генератора, используемого в комплекте ИКС, стабилизирован на величине 1 сА, чтобы изме­ рить отношение Д///, входящее в выражение для рк, достаточно измеренный сигнал разделить на 10. Для этого делитель Д снабжен дополнительной шкалой, оцифрованной непосредственно в омах. Питание измерителя осуществляется от батареи Б через блок пита­ ния БП.

Провода

Применяемые при электрической разведке провода должны > обладать высоким качеством электрической изоляции и большой механической прочностью. Эти требования определяются теми условиями, в которых производятся работы. При полевых работах провода обычно располагают непосредственно на поверхности земли, где они подвергаются действию атмосферных осадков, влаги, скапли­ вающейся на растительности, почвенных вод и т. д.

В этих условиях провода с плохой изоляцией создают возмож­

с одной точки на другую, разматывают и наматывают на катушки. При этом металлическая жила провода испытывает большие разрыв­ ные усилия и в случае недостаточной механической прочности часто рвется; изоляция провода вследствие трения о поверхность земли, деревьев, камни и т. п. подвергается усиленному износу и теряет свои изолирующие свойства.

Провода должны также обладать малым электрическим сопроти­ влением, чтобы падение напряжения в них было минимальным. Это особенно необходимо соблюдать при работе с большими уста­ новками, так как в данном случае (в отличие от установок малых размеров) значительная часть общего сопротивления питающей цепи приходится на провода, а не на заземления. При большом сопротивлении проводов для создания в земле токов достаточной силы пришлось бы значительйо увеличивать напряжение батарей или генераторов, что онасно с точки зрения поражения обслужива­ ющего персонала током. Это приводит к расходу энергии, а также увеличению возможности возникновения утечек.

В настоящее время при полевых исследованиях в зависимости от модификаций электрических методов разведки и установок (раз­ меры от нескольких метров до нескольких десятков километров) применяются провода различных марок.

В табл. 2 приведены характеристики проводов, наиболее часто применяемых при электроразведочных работах.

Для продления срока службы проводов необходимо оберегать от повреждений как изоляцию, так и металлические жилы проводов. С этой целью надо соблюдать следующие правила.

69

1. Хранить и перевозить все провода (за исключением новых

не более 50—100 м. При перемотке заводских бухт на катушки следить за тем, чтобы провода не закручивались, для чего применять специальные смоточные станки.

2.Хранить провода и катушки в сухом месте, закрытом от дождя

исолнца. В склад на хранение сдавать провода только в сухом и очищенном от грязи виде. На каждой катушке должна быть бирка

с указанием количества метров провода, а также его назначения.

3.Не наматывать на одну катушку одновременно два куска провода и более. Нельзя также связывать или скручивать провода двух линий и более в один кабель.

4.Не сматывать провода на катушки в мокром состоянии. Если это пришлось сделать, то при возвращении на базу необходимо просушить провод, размотав его с катушек.

5.При размотке провода не бросать его на землю в беспорядке,

апри перетягивании или смотке не допускать образования петель (закруток), являющихся причиной быстрой порчи на этих местах

'оплетки и обрыва металлической жилы.

6.При работе в залесенной или каменистой местности следить за тем, чтобы провод не цеплялся за пни, корни, кусты, не терся об острые камни.

7.При пересечении дорог не допускать переезда проводов теле­

гами, тракторами, автомашинами. Для пропуска транспорта нужно поднимать провод вверх или подвешивать на шестах. При пересече­ нии железнодорожного полотна пропускать провод под рельсами.

8. При разматывании, сматывании и перетаскивании проводов не допускать большой перегрузки. Нагрузку на длинные линии надо распределять равномерно. Рабочие, тянущие провода, должны находиться друг от друга на расстоянии 200—300 м. Для провода ГПМП допускается перетягивание интервалами до 500 м.

70