Поляризации равномерно поляризованной

сферы в безграничной среде:

 

 

• Ui = g*r*cosӨ –потенциал внутри равномерно заряженного шара

• При r = a и постоянных p и g должны соблюдаться граничные условия:

• Ue - Ui = Е0*cosӨ

• -1/ρe*2p/a³*cos Ө = 1/ρi* g*cosӨ

Решая систему уравнений получим

p= Е0*а²*ρe / (ρe+2ρi)

g= -(E0/a)* +2ρi/ (ρe+2ρi), отсюда

Ue = Е0*а²*(ρe / (ρe+2ρi))*cosӨ /r²

Ui = -(E0/a)* (2ρi/(ρe+2ρi))*r*cosӨ

При ρi << ρe Uemax = Е0, Ui = 0 (проводящая сфера)

При ρi = ρe Ue = 1/3*Е0, Ui = 2/3*Е0(на границе)

При ρi >> ρe Ue = 0, Ui = Е0 (непроводящая сфера)

Теоретические кривые поля поляризованной сферы

 

Графическое выделение исследуемого поля ЕП, интерпретация графиков потенциала

Графическое выделение исследуемого поля ЕП

1 – рыхлые отложения; 2 – терригенно-сланцевая толща; 3 – вулканическая толща; 4 – тектоническое нарушение; 5 – рудный интервал; 6 – пиритовое образование; 7 – вкрапленность пирита; 8 - каверны

 

 

Интерпретация данных метода ЕП

График потенциала естественного поля надвертикально поляризованной сферой и способы определения параметров m и q

Для сферической залежи

 

где U_S -потенциал вертикально поляризованной сферы, a – ее радиус, ρ_e - удельное сопротивление среды, ρ_S- удельное сопротивление сферы, Е₀-максимальный скачок потенциала на поверхности сферы.

 

По параметрам m и q проводится количественная интерпретация графиков U_ЕП

*Для сферы: h = 0,65 q = 0,86 m

*Для горизонтального кругового цилиндра: h = 0,5 q = 0,6 m

*Для вертикального пласта: h = 0,4 q = 0,55 m

 

Применяемые конструкции скважинных электродов

Конструкции скважинных электродов для измерения естественного поля

Каломельный электрод сравнения.

1 – крышка корпуса; 2 – корпус электрода из оргстекла;

3 – резиновая пробка; 4 – стеклянная трубочка;

5 – желатина в КС1; 6 – медный проводник;

7 – ватные пробки; 8 – платиновая проволока;

9 – ртуть; 10 – паста каломеля

 

 

9.Вид аномалии естественного электрического поля на пегматитовых жилах

1 – четвертичные отложения; 2 – пегматитовые жилы; 3 – графики потенциала естественного поля

 

 

10. Скважинный вариант метода вызванной поляризации, методика, измеряемые параметры

Скважинный вариант метода вызванной поляризации

Основан на исследовании вторичных полей, создаваемых искусственно поляризованными горными породами и рудами.

Причина возникновения вызванной поляризации (ВП) та же, что и естественной поляризации (ЕП) – различные, недостаточно изученные, физико –химические процессы.

Процесс ЕП – самопроизвольный, стационарный.

Процесс ВП – принудительный, нестационарный.

 

 

Поляризуемость горных пород зависит от их пористости, влажности, концентрации

солей во внутрипоровой влаге, дисперсности составных частиц породы и др. факторов.

При отсутствии электронопроводящих минералов поляризуемость не превышает 1 – 2 %.

При наличии в породах включений электронопроводящих минералов поляризуемость зависит в основном от их содержания.

Схемы измерительных установок в скважинной электроразведке методом ВП

Вариант «скважина-поверхность»

или модификация «заряд ВП» Питающий и приемные электроды в одной скважине модификация

«комбинированное профилирование скважин ВП»,

«вертикальный профиль с заземлением на забое»

 

Вариант «поверхность –

скважина», или модификации

«вертикальный профиль» и

«азимутальная установка» Вариант «скважина - скважина»,

или модификация «электрической

корреляции»

11. Классификация скважинных вариантов (модификаций) метода ВП

12. Варианты (модификации) измерительных установок в скважинной электроразведке методом ВП

13. Вариант (модификация) «заряд ВП»

Вариант «скважина-поверхность» или модификация «заряд ВП»

Применяется преимущественно при предварительной разведке на основной площади и при детальной разведке на флангах месторождения для выявления в околоскважинном пространстве рудных объектов с аномально высокой поляризуемостью и для определения местоположения рудных объектов относительно скважины

 

14. Скважинные варианты (модификации) метода ВП «вертикальный профиль» и «азимутальная установка».

Вариант «поверхность – скважина», или модификации «вертикальный профиль» и «азимутальная установка»

 

 

15.Теоретические основы метода ВП

16.Преимущества варианта параллельного спуска приемных электродов М иN

Сущность метода КСПК

Контактный способ поляризационных кривых (КСПК) основан на последовательном возбуждении электрохимических реакций на границе электронопроводящих минералов с влагой горных пород и регистрации электрохимических процессов в виде поляризационных кривых. Поляризационные кривые представляют собой зависимость между током I, текущим через минералы, и контактной разностью потенциалов ∆p на границе минералов с влагой горных пород. Поляризационные кривые имеют ступенчатый вид. Каждая ступень отражает электрохимический процесс, протекающий на соответствующем минерале. Процессы характеризуются, с одной стороны, минералами, вступающими в реакцию, и минералами — продуктами реакций, с другой стороны, контактной разностью потенциалов, называемой потенциалом электрохимической реакции р_р и ее предельным током I _пр.

В зависимости от направления возбуждающего электрического тока различают: анодные окислительные и катодные восстановительные процессы. Первые происходят при стекании тока с электронно-проводящих минералов во вмещающую ионопроводящую среду; вторые — наоборот, при втекании тока ионной среды в минералы с электронной проводимостью.

Каждая из электрохимических реакций протекает при своем значении потенциала р_р, по которому определяют минерал, участвующий в реакции. Предельный ток реакции зависит от скорости увеличения его dI/dt во время измерений поляризационных кривых:

 

где β — коэффициент, учитывающий размеры объекта, текстуру руд и другие факторы. Пользуясь данной зависимостью, можно сопоставить предельную силу реакций для разной скорости записи поляризационных кривых и привести значения I _пр к стандартным условиям при скорости dl/dt=V мА/с:

где индекс «н» — для наблюденных значений, а индекс «ст» — для стандартных значений.

Предельный ток для одних и тех же условий скорости записи поляризационных кривыхсвязан с содержанием (С) минералов в рудном объекте и его общей внешней поверхностью (S) соотношениями

где I, II,..., N — индексы минералов.

Коэффициенты Km учитывают текстуру минеральных агрегатов, их геометрические особенности, природу электрохимических реакций, физико-химические условия протекания процессов и т. д. Значения Km более или менее близки друг к другу для разных минералов и сравнительно мало (обычно в пределах первых десятков процентов) различаются для тел разного состава, размеров, содержания минералов и т. д. Это позволяет для приближенной оценки параметров исследуемых тел пользоваться усредненными значениями Km. Усредненное значение Km катодных процессов равняется ~500 м²/А, Km анодных процессов составляет в обводненных условиях при рН воды менее 5 около 100 м²/А и в засушливых районах при рН воды выше 5 около 200 м²/А.

В контактном способе поляризационных кривых через скважину или горную выработку, пересекшие оруденение, к рудному объекту подключают один полюс внешнего источника тока, а второй полюс — к вспомогательному питающему электроду, расположенному во вмещающей среде. С изменением пропускаемого тока последовательно возбуждаются одна электрохимическая реакция за другой на разных минералах. Электрохимические процессы регистрируются в виде поляризационных кривых путем одновременной записи зависимости между протекающим током и разностью потенциалов на границе рудного объекта с вмещающей средой. Разность потенциалов измеряется с учетом падения напряжения во вмещающих породах и на других линейных элементах измерительной цепи с помощью электродов, один из которых установлен в оруденении в той же точке, к которой подключен полюс внешнего источника тока, или в любой другой точке рудного тела, а второй — во вмещающей среде в произвольном месте. Паление напряжения на линейных элементах цепи компенсируется с помощью генератора компенсации, связанного с питающей линией.

Геологическая эффективность. Метод КСПК предназначен для: определения минерального состава рудных тел; определения положения и линейных размеров рудных тел, содержания в них минералов (элементов) и их запасов; увязки рудных пересеченийв скважинах и горных выработках в одно или несколькорудных тел; оконтуривания оруденения в плане и обнаружениятел в пиритизированных зонах и графитистых породах, а также соседних рудных объектов.

Благоприятные объекты для исследования методом КСПК — электронопроводящие руды, составляющие медные, медно-никелевые, медноколчеданные, полиметаллические, свинцово-цинковые, магнетитовые, пиролюзитовые, ареенопиритовые, кобальтовые и другие месторождения с массивной, полосчатой, прожилковой, петельчатой и подобными текстурами.

18.Схемы полевых установок КСПК в основном, увязочном, поисковом и поисково-увязочном вариантах

В настоящее время применяют четыре варианта КСПК: основной, увязочный, поисковый и поисково-увязочный. Каждый из вариантов отличается своей схемой установки (рис.1) для регистрации поляризационных кривых, которая состоит из питающей, приемной и компенсирующей цепей, атакже присоединенной к ним станции КСПК-1 или СПК.

В установке основного варианта КСПК (рис. 1, а) источник постоянного тока 6,с регулируемым внутренним сопротивлением, измеритель тока 5, сопротивление компенсации 4, скважинный питающий электрод 2, рудное тело 1 и вспомогательный питающий заземлитель 8 образуют питающую цепь. Скважинный питающий электрод 2, неполяризующийся приемный электрод 9 и измеритель потенциалов 7 составляют приемную цепь.

я

Рис. 1. Схемы полевых установок КСПК в основном (а), увязочном (б), поисковом (в) и поисково-увязочном (г) вариантах:

1 — рудное тело; 2 — скважинный питающий электрод; 2' — приемный электрод в увязочной скважине; 3 — основная скважина; 3'— увязочная скважина; 4 — сопротивления компенсации; 5 — измеритель тока; 6 — источник постоянного тока; 7 — измеритель потенциалов; 8 — вспомогательный питающий заземлитель; 9 — неполяризующиеся приемные электроды (9₁, 9₂,..., 9_N); 10 — узел гальванической разведки; 11 —переключатель

Сопротивление компенсации 4 и измеритель потенциалов 7 входят в цепь компенсации, которая позволяет измерять контактную разность потенциалов на границе оруденения без расположения приемных электродов непосредственно возле нее. Способ измерения потенциала основан на различии нелинейного изменения потенциала с возрастанием тока (поляризационная кривая) от линейных изменений прочих разностей потенциалов в пределах приемной цепи: во вмещающих породах, в проводах, внутри рудного тела и т. д. С сопротивления компенсации 4 снимают разность потенциалов δU_комп, которая также линейна относительно тока и с помощью которой на схеме сравнения в измерителе потенциалов 7 компенсируют поступающий сигнал из приемной линии. В увязочном варианте КСПК (рис. 1, б) питающий электрод 2 и приемный электрод 2' контактируют с рудным телом в разных точках. Между сопротивлением компенсации 4 и измерителем потенциалов 7 включается узел гальванической развязки 10, исключающий ответвление тока из питающей в приемную цепь.

В увязочном варианте КСПК съемку поляризационных кривых проводят два раза: сначала в основном варианте (см. рис. 1, а), а затем в увязочном (см. рис. 1, б). Если рудные пересечения в точках контакта электродов 2 и 2' принадлежат одному рудному телу,то снятые поляризационные кривые идентичны. Если электроды 2 и 2' размещены в разных рудных телах, то наблюдаемыеполяризационные кривые существенно отличаются друг от друга.

В схемеустановки в поисковом варианте (рис. 1, в) предусмотрена возможность подключения к входу измерителя потенциалов 7 нескольких приемных электродов 9₁, 9₂,..., 9_N с помощью переключателя 11. Электроды располагаются по одному или нескольким профилям, а также вдоль стволов скважин, находящихся рядом со скважиной 3ُ.

Для съемки поляризационных кривых при разном положении приемного электрода сравнения требуются разные сопротивления компенсации R_комп - 4 для исключения падения напряжения во вмещающих породах на участке между рудным телом и приемным электродом. Величина R_комп минимальна над рудным телом и максимальна в удалении от него. Кривая Якомп близка к обращенной кривойпотенциала заряженного тела, и для ее интерпретации применяют съемку о поисковом варианте.

КСПК можно проводить, используя дополнительный контактгальванической развозки 10 схемы увязочного варианта КСПК.

При расположении приемных электродов 9₁, 9₂,..., 9_N в районе соседнего электронопроводящего объекта на поляризационных кривых, относящихся к обследуемому телу, появляются дополнительные ступени, возникающие вследствие электрохимических реакций на минералах, из которых состоят рядом лежащие тела. В зависимости от положения электродов 9₁, 9₂,..., 9_N ступени меняют свою ориентацию и рельефность и наряду с минимумом R_комп указывают на расположение соседнего объекта. Путем анализа дополнительных ступеней можно определить минеральный состав тел, что составляет задачу бесконтактного способа поляризационных кривых (БСПК).

Значения R_комп различны для разных реакций. Различия обусловлены неодинаковой реагирующей поверхностью оруденения, которая меняется во время съемки поляризационной кривой при последовательном присоединении реакций на первом, втором и других минералах. При изменении реагирующей поверхности меняются условия компенсации для каждого процесса. Эти изменения зависят от распределения минералов внутри рудных тел. Размещение минералов фиксируется положением минимумов и другими особенностями кривых ^комп для каждого из процессов. Поляризационные кривые для нескольких приемных электродов записываются одновременно.

Установка (рис. 1, г) объединяет поисковый и увязочный варианты и характеризуется тем, что питающий и приемные электроды внутри тела разобщены, а наблюдения ведутся при нескольких приемных электродах 9₁, 9₂,..., 9_N.. Наблюдения в поисково-увязочном варианте играют особую роль при исследовании заметно неэквипотенциальныхруд.

После размещения станции на местности в исследуемую скважину на кабеле опускают снаряд КСПК на глубину, превышающую место контакта. Устанавливают вспомогательное питающее заземление и от него протягивают провод к месту расположения станции. Соединяют между собой аппаратурную, энергетическую и лебедочную группы. Выбирают место и устанавливают электрод сравнения, который присоединяют к измерительной аппаратуре. Выключают агрегаты энергетической группы. Отыскивают место контакта с рудой, осуществляют контакт и кабель закрепляют на лебедке для длительной работы.

Наблюдения начинают с катодной поляризации. Подбирают нужное сопротивление компенсации, а также скорость съемки поляризационных кривых. Последовательно изменяя сопротивление компенсации, снимают серию кривых с выделением каждой реакции. Закончив исследования при катодной поляризации, снимают аналогичную серию при анодной поляризации. Во время измерений определяют потенциалы и значения предельного тока для каждой реакции отдельно. По полученным данным устанавливают минеральный состав, величину поверхности и другие характеристики обследуемого рудного тела.

При съемке поляризационных кривых в увязочном варианте КСПК помимо перечисленных операций отыскивают места контактов и опускают дополнительные электроды в скважины, где имеются рудные подсечения, предназначенные для увязки с подсечением, в котором установлен основной контакт. При съемке кривых в поисковом и поисково-увязочном вариантах КСПК, кроме операций, проводимых в основном варианте, устанавливают несколько электродов сравнения по заранее проложенным профилям или вдоль стволов соседних скважин.

При обследовании каждого рудного пересечения наблюдения КСПК заканчиваются после полной дешифровки всех мешающих воздействий и при получении воспроизводимых кривых с удовлетворительной регистрацией отдельных процессов. Воспроизводимость значений потенциалов при повторных наблюдениях ±(0,05—0,1) В; предельный ток реакции не более 20%.

Важнейшие показатели качества поляризационных наблюдений — идентичность минерального состава и соответствие предельных токов для каждого из минералов, установленных при регистрации катодных и анодных реакций (независимый контроль).

 

Сущность метода ЧИМ

Метод частичного извлечения металлов (ЧИМ) основан на растворении минералов горных пород и руд под действием электрического тока, перемещении (миграции) растворенных заряженных компонентов в поле тока и накоплении извлекаемых элементов в местах присоединения к горным породам внешних источников тока, а также в некоторых других участках вмещающей среды (точках наблюдений). Возникшие в результате растворения твердой фазы ионы металлов перемещаются в соответствии со знаками их зарядов к внешним источникам поля.

Методом ЧИМ решаются задачи определения положения руд вдоль оси скважин, элементного состава руд, содержания элементов в рудах, пересеченных скважинами.

Объекты изучения методом ЧИМ — медные, медно-никелевые, полиметаллические, золото-, оловорудные и другие рудные тела и месторождения.

Для обследования околоскважинного пространства метод ЧИМ целесообразно применять при детальных поисках глубокозалегающих месторождений и оценке рудопроявлений, каротаж ЧИМ — при поисках и разведке месторождений в условиях кавернозных скважин и неудовлетворительного выхода керна. Наблюдения методом ЧИМ проводят либо по всему стволу скважины, либо в пределах выделенных стандартным каротажем перспективных зон для установления вещественного состава и содержания полезных компонентов. Длина профиля, а также обследуемый интервал скважины зависят от количества включенных элементоприемников и расстояния между ними.

Метод заряженного тела

Метод заряда (или заряженного тела - МЗТ) обычно применяется в двух вариантах – рудном и гидрогеологическом.

В рудном варианте метод используется при поисках и разведке месторождений хорошо проводящих руд (сульфидных, магнетитовых), а также месторождений графита, антрацита, для прослеживания отдельных рудных тел. С его помощью можно изучать проводящие тектонические зоны, зоны рассланцевания или гидротермального изменения пород, которые могут контролировать месторождения различных полезных ископаемых.

Метод заряда в производственной практике применяется, кроме того, для выделение аномалий от незаряженных проводников.

Работы методом заряда в зависимости от взаимного расположения питающих и измерительных электродов могут проводиться в наземном варианте (наблюдения на поверхности земли) и подземных вариантах (скважинные и шахтные) при корреляции рудных подсечений по буровым скважинам.

Для прослеживания рудного тела необходимо, чтобы это тело было вскрыто хотя бы в одной точке (скважиной или канавой). В этом случае с помощью МЗТ можно быстро установить его примерный контур и простирание. При этом глубина залегания исследуемого тела должна быть не более 500 м.

Физическая сущность МЗТ в рудном варианте заключается в следующем. Один электрод питающей цепи заземляют в рудное тело в месте его вскрытия, а другой электрод (В) заземляют на «бесконечности», т.е. относят на возможно большее расстояние, до 1 – 1,5 км.

Через питающие электроды с помощью специальных источников пропускают постоянный или переменный низкочастотный ток (рис.1б). После этого исследуют распределения эквипотенциальных линий вблизи первого электрода, которые по своей форме будут подобны контуру тела и будут отображать его простирание (рис. 2)

Для этого с помощью приемных электродов (МN), заземленных на поверхности, измеряют разность потенциалов (V или ∆V) в приемной линии, используя ту же аппаратуру, что и в методе сопротивлений (АНЧ-3, ЭРА-В знак, и др.).

Если рудный объект обладает повышенной электропроводностью (пониженным сопротивлением) по сравнению с вмещающими породами, например, сульфидная рудная залежь, то при заземлении в этой залежи питающего электрода (А) саму залежь можно рассматривать как токовый электрод. И в первом приближении потенциалы всех точек поверхности залежи можно считать одинаковыми и малыми по сравнению с окружающей средой. То есть в непосредственной близости от заряженного тела форма эквипотенциальных поверхностей будет повторять форму этого тела, а на контакте с вмещающими породами будет наблюдаться резкое падение потенциала V (рис.1в, а).

Рис. 1. Электрическое поле вокруг заряженного хорошо проводящего тела.
а – график градиента потенциала вдоль профиля, проходящего над заряженным телом; б– токовые и эквипотенциальные линии в окрестности заряженного тела; в – эквипотенциальные линии на дневной поверхности; 1 – токовые линии; 2 – эквипотенциальные линии; 3 – точка зарядки.

 

По мере удаления от залежи (заряженного тела) форма эквипотенциальных поверхностей теряет сходство с формой объекта и определяется характером электрических свойств вмещающих пород. Если вмещающая среда однородна в электрическом отношении, то с удалением от рудного тела эквипотенциальные поверхности все более приближаются к сферическим (рис.1в).

Указанные выше особенности поля обусловили применение двух способов изучения электрического поля над заряженным телом:

-съемка эквипотенциальных линий над заряженным телом (обычно при разведке изометричных объектов);

-съемка градиентов потенциала (или потенциала) вдоль системы профилей, расположенных над заряженным телом (обычно при разведке вытянутых, крутопадающих жил и пластов).

В наземном варианте работы МЗТ проводят обычно в масштабах 1:2000 - 1:5000 по сети соответственно 20 * (5-10) и 50 * (10-20) метров. При необходимости детализации сеть сгущают.

 

Рис. 2. Схема измерительной установки по методу заряженного тела.

 

Варианты (модификации) скважинной электроразведки постоянным током

* Вариант «скважина-поверхность» скважинах

или способ «погруженного электрода»

* То же, оба питающих электрода в скважинах

 

 

*Вариант «поверхность –

скважина», или способ

«вертикального градиента»

 

 

* Вариант «скважина - скважина»,

или способ «корреляции»,

«просвечивания на постоянном

токе»

 

 

 

* То же, оба питающих электрода

в одной скважине, или способ

«дипольной электрической

корреляции»