Метод естественного постоянного электрического поля (ЕП)

 

Метод ЕП основан на изучении окислительно-восстановительных, диффузионно-адсорбционных и фильтрационных процессов в земной коре. Они создают аномалии, которые могут быть зарегистрированы микровольтметром постоянного тока с высокоомным входом. Для производства работ используются специальные неполяризующиеся электроды, так как металлические из-за окисления в грунте создают значительную (до 1 В) электродную разность потенциалов. Полевые наблюдения состоят в измерениях потенциала (U_ЕП) или разности потенциалов (ΔU_ЕП) между измерительными электродами M и N (рис 46).

Рис. 46. Схема съемки потенциалов (А) и градиентов потенциала (Б) методом ЕП

Усовершенствование методики измерений ЕП заключается в помещении неполяризующихся электродов в тряпичные чехлы (мешочки), обильно смоченные водой, которая из пластиковых бутылок также заливается в лунки, заранее подготовленные на профиле. Таким простым и оригинальным способом («тряпичным фитилем») и осуществляется контакт неполяризующихся электродов с грунтом в период измерений, что существенно увеличивает производительность и повышает точность.

При длине профилей до 1 км целесообразно использовать способ измерения потенциала, а свыше 1 км – способ измерения градиента потенциала. Для выявления аномальных зон повышенной флюидопроницаемости вполне приемлем шаг измерений 10 м. При этом, работая по способу градиента (DU), через каждые 200 м необходимо производить контрольные (повторные) измерения DU для оценки накапливающейся погрешности и последующей ее ликвидации.

На рис. 47 показан типовой график ЕП над металлическим объектом (трубой водовода). Исследования методом ЕП также эффективны при изучении зон инфильтрации (отрицательные аномалии) и разгрузки (положительные аномалии) подземных вод.

 

 

Рис. 47. Форма графика ЕП

Над стальной трубой

 

Методы электроразведки на основе искусственного постоянного электрического поля

 

Методы электропрофилирования и электрозондированияна основе искусственного постоянного электрического поля получили название методов сопротивлений (КС). Все процессы рассматриваются в рамках стационарной модели. В основе лежит теория распределения в геологической среде постоянного электрического поля, когда f →0 и основную роль играют токи проводимости. Название методов связано с понятием кажущегося сопротивления ρ_к, которое отличается от истинного ρ_П в силу того, что во всех случаях изучаемый объект является частью гетерогенной (неоднородной) геологической среды и поэтому регистрируемые параметры поля являются интегральными показателями, в которых учитывается доля каждого из присутствующих в этой среде других объектов.

Для производства работ в электроразведке используются установки с гальваническим способом возбуждения и приема. Параметр ρ_к рассчитывается по формуле:

ρ_к=k*(∆U/I) (46),

где k - коэффициент электроразведочной установки, зависящий от геометрического расположения электродов, ∆U - разность потенциалов между электродами M и N, I - сила тока в цепи AB.

Сущность формулы (46) вытекает из закона Ома, согласно которому если в однородной среде, где ρ=const, возбуждается ток силой I и воздействует на элементарный объем, где dI - сила тока, dS - площадь грани, а dℓ - длина грани (рис. 48), то:

R = -dU/dI и R = ρ*(dℓ/ds) (47),

где R – сопротивление элементарного куба однородной среды.

Приравнивая правые части уравнений (47), получим:

-dU/dI =(di/ds)*ρ или ds/dI = -(1/ρ)*(dU/dl).

Так как ds/dI = j - плотность тока, а dU/dℓ = Е напряженность поля, следовательно:

j = -(1/ρ)*Е = σ_э*Е (48),

где σ_э = - 1/ρ - проводимость среды.

 

Рис. 48. Схема, поясняющая вывод

Закона Ома

В дифференциальной форме

 

 

Для гальванического заземлителя, который условно можно представить виде полусферы, плотность тока описывается формулами:

j = -(1/ρ)*(dU/dx) и j = I/(2π*x²) (49)

Опять, приравнивая правые части уравнений (49), имеем:

dU = (I*ρ/2π)*(1/x²)*dx.

После интегрирования:

∫dU = (I*ρ/2π) ∫-dx/x²,

получаем формулу для потенциала поля в точке, удаленной от источника на расстояние х:

U = (I*ρ/2π)*1/x (50)

Теперь остается рассмотреть роль коэффициента k при изучении показателя ρ_к типовой 4-х электродной электроразведочной установкой с произвольным расположением питающих (А,В) и измерительных (М,N) электродов (рис. 49).

 

Рис. 49. Типовая 4-х электродная