Дипольное электрическое профилирование (ДЭП).

При дипольном профилиро­вании источниками поля являются электрические диполи. Уста­новка для дипольного профилирования состоит из питающих и из­мерительных диполей. Среди многочисленных дипольных установок для дипольного профилирования применяют главным образом осе­вые (односторонние или двухсторонние) и реже — параллельные установки. Наиболее простая — дипольно-осевая установка со­стоит из питающего АВ и измерительного MN диполей. Под раз­носом такой установки принято понимать расстояние между цен­трами диполей. За точку записи при работе с такой установкой обычно принимают центр измерительного диполя. Более полную информацию о характере геоэлектрического раз­реза можно получить путем профилирования с дипольно-осевой установкой с двумя разносами, отличающейся тем, что в ней имеются два измерительных диполя, находящихся на различных расстояниях от питающего. Это дает возможность в процессе про­филирования судить об изменении характера геоэлектрического разреза с глубиной.

Двухсторонняя дипольно-осевая установка характеризуется тем, что в ней имеются два питающих диполя — АВ и А'В', расположенных по обе стороны от измери­тельного диполя MN. При каждом положении такой установки на профиле величину р_к измеряют дважды — установками ABMNи A'B'MN. В качестве точки записи в такой установке обычно при­нимают центр измерительного диполя. Профилирование параллельной дипольной установкой обычно применяют для площадных исследований с целью геологического картирования.

Преимущество дипольного профилирования по сравнению с про­филированием в поле точечных источников — большая дифференцированность графиков р_к, т. е. большая амплитуда аномалий р_кнад локальными объектами. Существенный недостаток — большой уровень помех, обусловленный влиянием поверхностных неоднородностей, а также непостоянством сопротивления вмещающих пород.

5) Круговое профилирование.

Под круговым профилированием по­нимают изучение зависимости р_к от азимута, в котором распола­гаются питающие и измерительные линии установки при ее не­подвижном центре (либо центре измерительного диполя при про­филировании несимметричными установками). Круговое профилирование симметричной установкой применяют для изучения электрически анизотропных пород — трещиноватых известняков, сланцев и других — в том случае, когда необходимо определить простирание этих пород, господствующее направление и степень трещиноватости пород. Электрическое поле точечных источников в анизотропных сре­дах существенно зависит от ориенти­ровки измерительной установки относительно главных осей ани­зотропии, поэтому кажущееся сопротивление будет зависеть от ориентировки установки для измерения р_к относительно простира­ния анизотропных пород. При круговом профилировании симметричной установкой AMNBпитающие и измерительные электроды перемещают вокруг центра измерительного диполя и при каж­дом положении установки на профиле определяют значение р_к. Результаты наблюдений изображают в виде полярной диаграммы р_к. Круговое профилирование несимметричными установками про­водят при детальном геологическом картировании для определения направления и оценки углов падения пластов. Степень асимметрии диаграммы характеризует угол падения пласта.

 

17. Методы ВЭЗ, ДЭЗ и ТЗ. Вертикальное электрическое зондирование было предложено французским профессором К.Шлюмберже. ВЭЗ широкао применяется при геологоразведочных и изыскательских работах. На пов-ти земли собирается установка, состоящая из двух питающих электродов А и В и двух измерительных(приемных)электродов М и N, расположенных симметрично относительно центра. Через А и В от батареи или генератора в землю поступает эл.ток силой I, а между М и N с помощью прибора измеряют разность потенциалов. Сделав первый замер, увеличивают разнос АВ примерно на 20% и повторяют измерения. На одной стоянке прибора выполняют 20-25 измерений. Максимальные разносы выбирают исходя из заданной глубины исследования, используют формулу: (Zэф)max=0.1АВ. (Симметричная четырехэлектродная установка Венера)

(Симметричная четырехэлектродная установка Шлюмберже)

(Трехэлектродная установка)

(Установка для дипольного электрического зондирования). Рассчитывают удельное сопротивление pk=k*(UMN/IAB). Интерпретация полученных данных проводится на основании зависимости ρ_k(AB/2).

Дипольное электрическое зондирование.(геофизик профессор Альпин). Измерительная линия MNвынесена за пределы питающего диполя АВ и может быть ориентирована как угодно относительно него. Типы дипольных установок:азимутальная, радиальная,экваториальная,осевая,параллельная и перпендикулярная. Более экономичны и чаще используемые-азимутальная,экваториальная,осевая. Зондирование выполняют чаще по двухсторонней схеме. Питающий диполь в центре,а два приемных диполя в разных сторонах от него. По мере удаления от питающего диполя разность потенциалов падает ниже допустимого предела, в этом случае увеличивают размеры питающего диполя. Эффективная глубина зондирования определяется величиной разноса и длиной питающего диполя АВ. При выполнении дипольного зондирования с малыми разносами применяют переносную малогабаритную аппаратуру, которая содержит один генератор и три измерителя. Для глубинных исследований используют электроразведочные станции. Середина расстояний между центрами диполей-точка записи-результат зондирования. Кажущееся сопротивление pk=k*U/I. k-коэф.дипольной установки. Для азимутальной: k=(2пr³a)/(AB*MN*sinȹ). Для экваториальной: k=(2пr³b)/(AB*MN). Для осевой: k=(пr³c)/(AB*MN). a,b,c-дополнительные коэф.,учитывающие недипольность установки.

Магнитотеллурическое зондирование- одна из модификаций частотного зондирования, основанная на изучении вариацийестественного электромагнитного поля Земли в широком диапазоне периодов. Сущность МТЗ заключается в одновременной регистрации компонентов магнитотеллурического поля на пов-ти земли и последующем спектральном анализе результатов измерений. Предложил советский учёный Тихонов. Отличительной особенностью данной методики яв-ся отсутствие генераторного устройства. Поле возбуждается под действием природных факторов. Главная задача-организация синхронных наблюдений компонентов поля пов-ти земли. Измерительная установка нах-ся на пов-ти земли,состоит из двух взаимно перпендикулярных датчиков эл.поля- приемных линий M1N1, M2N2 и трёх магнитометров-вариометров Hx,Hy,Hz. Длина приемных линий=200-500м. направление приемных линий и расположение магнитометров выбирают строго в соответствии с основными элементами залегания ГП и тектоникой района. Одну из измерительных линий вытягивают вдоль простирания пород для изучения продольной составляющей электрического поля,другую-вкрест простирания для изучения поперечной составляющей. МТЗ применяют при структурных исследованиях в глубоких осадочных бассейнах,где мощность морских отложений составляет 3-10км,а также для региональных исследований и изучения электропроводности глубоких частей ЗК и верхней мантии.

 

18.Метод заряженного тела и его модификации. К наиболее известным вариантам скважинной электроразведки,основанным на изучении поля погруженных электродов,относятся метод заряда и его модификации. Сущность метода- в рудное тело,пересеченное скважиной,помещают один из электродов питающей цепи. Другой электрод относят на большое расстояние,чтобы его полем можно было пренебречь. После включения тока тело само становится источником поля. Для определения пространственного положения залежи составляют разрезы, на которых вычерчивают изолинии потенциала в вертик.плоск-ти. При изучении вытянутых тел часто используют съемку градиентов потенциала по профилям,секущим тело вкрест простирания.Выбор варианта и методики наблюдения диктуется конкретной обстановкой и наличием скважин. В гидрогеологии МЗТ применят для определения направления и скорости подземных вод по одной скважине. С этой целью в скважину опускают на кабеле узкие мешки с солью и один из электродов питающей цепи. Жругой электрод относят в бесконечность. Под действием потока р-р соли будет вымываться из скважины и и около нее обр-ся заряженная зона электролита,вытянутая в сторону течения вод.

 

19. Метод ЕП. Метод естественного электрического поля (ЕЭП) основан на изучении постоянных естественных электрических полей локаль­ного характера. Естественное электрическое поле изучают, измеряя его потен­циал или градиент потенциала на поверхности земли, в скважинах и горных выработках. В качестве измерительного прибора при съемках естественного поля применяют автокомпенсаторы в качестве заземления ис­пользуют неполяризующиеся электроды, которые специальным образом готовятся к работе так, чтобы их собственная поля­ризация (∆ U = е_м — e_N) была стабильна и не превышала 1—2 мВ. Съемки естественного поля носят обычно площадной характер. Исследуемую площадь покрывают сетью профилей, вдоль которых измеряют поле. Расстояния между профилями и точками наблюде­ния зависят от предполагаемых размеров, формы и глубины зале­гания искомых объектов и определяют масштаб съемки.

Способ потенциалов. Потенциал всех точек исследуемого профиля измеряют относительно одной точки, принятой за исходную. Обычно в качестве такой точки выбирают точку О на магистрали, где устанавливают не­подвижный электрод N (рис. 1, а) Второй электрод М последо­вательно перемещают во все точки профиля (i), измеряя разность потенциалов измерения начинают и за­канчивают на опорной точке О Контрольные измерения на каждой 10 точке. В труднопроходимой местности катушку (К) с тонким проводом приемной линии лучше переносить по профилю вместе с измерительным прибором (П) и электродом М (рис. 1, б). В остальных случаях катушку обычно устанавливают у прибора и электрода N (рис. 1, в). Уве­личить производительность съемки можно применяя две приемные линии

 

 

В сухую погоду место заземления электродов смачивают водой.

Способ градиентов потенциала. В процессе полевых работ измеряют разность потенциалов между соседними точками профиля:

∆U10, ∆U21,∆U32 и т.д. По измеренным разностям потенциалов подсчитывают потенциалы всех точек исследуемой площади. Схема установки (рис. 2)

Измерительный прибор устанавливают вблизи одного из электродов Это позволяет с од­ной стоянки прибора измерять разность потенциалов между двумя парами точек профиля

Наблюдения выполняют по системам профилей, образующим замкнутые ходы Это дает возможность оценить и учесть при обра­ботке погрешности наблюдений Замкнутые ходы удобно состав­лять из двух соседних профилей или их половин Рекомендуется все наблюдения по замкнутому ходу выполнять в течение одного рабочего дня

Для уменьшения влияния поляризации электродов рядовая съемка выполняется с перестановкой электродов через пикет, т е. «шагом циркуля»

 

20. Причины возникновения естественных полей.

Происхождение еп может быть связано с физико-химическими процессами, в которых участвуют некоторые геологические образования, а также с электрокинетическими явлениями в многофазных средах, каковыми являются горные по­роды.

Электро­химические процессы

Возникают вокруг природных электрон­ных проводников (рудных залежей), окру­женных ионопроводящими влагонасыщенными горными породами. Электрохимическая активность (pH, Eh) природных растворов ме­няется с глубиной,

Под действием вод, богатых кислородом и углекислотой, верхняя часть рудной залежи окисляется. При этом сульфиды превращаются в сульфаты и серную кислоту, а на границе руда — порода возникает двойной электрический слой. В нижней части рудного тела в зоне восстановления, наоборот, происходит присоеди­нение электронов ионами металлов, и на границе с рудным телом наблюдается скачок потенциала обратного знака (по сравнению с верхней частью тела). Таким образом, сульфидное рудное тело становится по существу природным гальваническим элементом с катодом в верхней части тела и анодом в нижней. Этот элемент, будучи замкнутым через вмещающие породы, создает в них ток и электрическое поле на поверхности земли, по которому можно обнаружить рудное тело. В районах с горным рельефом большую роль в процессе деполяризации может играть денудация.

Фильтрационные процессы природных электролитов в трещинах и капиллярах горных пород. Из-за адсорбции отрицатель­ных ионов (анионов) раствора на стенках капилляров образуется двойной электрический слой. Внутри капилляра остаются свобод­ные диффузно распределенные положительные ионы (катионы), которые подхватываются движущимся раствором и накапливаются у выхода из капилляра. Таким образом, в ка­пилляре электрические заряды не перемещаются, но действует поле, напряженность которого определяется выражением

где ᶓ— диэлектрическая постоянная жидкости, заполняющей ка­пилляр; р — удельное сопротивление этой жидкости; £ — разность потенциалов между подвижной и неподвижной обкладками двой­ного слоя; v — средняя скорость движения жидко­сти; г0 — радиус неподвижной части двойного слоя.

Диффузионные процессы

имеют место на контактах растворов с различной минерализацией, когда из-за разности осмо­тического давления и из-за различной подвижности анионов и ка­тионов при диффузии на границе растворов образуется двойной электрический слой. Наличие в породах тонкопленочных перегородок из глинистых частиц (мембран), сильно адсорбирующих анионы, может значительно усиливать процесс диффузии и даже менять знак ЭДС

Поле, уравновешивающее диффузию, может быть найдено на основе соответствующих уравнений электрохимии для ЭДС диффузии:

где u_k и u_a — подвижность катионов и анионов; п — их валент­ность; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К; F — число Фарадея; С_г и С₂ — концентрации растворов.

МЕТОД ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

(ВП)— метод электроразведки, основанный на изучении вторичных электрических полей в Земле, происхождение которых связано с электрохим. и электрокинетическими процессами, протекающими под действием вводимого электрического тока на границе твердой и жидкой фаз в г. п. и рудах. Большая роль в разработке и внедрении метода принадлежит советским ученым. Наблюдаются 2 механизма возникновения ВП: 1) вследствие электрохим. процессов, возникающих в г. п. при наличии зерен электронопроводящих м-лов; 2) в результате электрокинетических процессов, происходящих на границе породообразующих м-лов и водных растворов, насыщающих среду. Для возбуждения ВП в г. п. посылаются импульсы постоянного тока, а в промежутках между импульсами измеряется величина ВП. Возможно также использование переменного тока. Электрический ток вводится в землю с помощью двух питающих электродов, расположенных друг от Друга на некотором расстоянии. Для измерения величины ВП между питающими электродами устанавливается пара измерительных неполяризующихся электродов, подсоединенных к регистрирующему прибору и передвигаемых по профилю. Продолжительность импульсов может быть разл., но обычно не превышает нескольких минут; сила питающего тока также разл. и может достигать 15 — 20 А и более. В процессе работ измеряется сила тока в питающей цепи (I) и разность потенциалов между измерительными электродами во время прохождения тока через землю (Δ и) и после его выключения (Δ и _вп). Вычисляются кажущиеся поляризуемость и сопротивление ρ_к г. п. Измерения делают по прямолинейным маршрутам, задаваемым вкрест простирания ожидаемых рудных тел. По полученным данным строят графики изменения η_к и ρ_к вдоль маршрутов. Интерпретация материалов сводится к выделению аномально высоких значений η_к и установлению их геол. природы. Метод эффективен при поисках сульфидных, магнетитовых и др. руд, содер. электронопроводящие м-лы, особенно вкрапленные, способные вызвать наиболее интенсивные аномалии. Хорошие результаты с применением метода ВП были получены при поисках медноколчеданных м-иий на Урале, полиметаллов в Казахстане, медных м-ний на Кавказе и

Ср. Азии и в др. регионах. Глубинность метода составляет десятки, реже 100 м и более. Значительные помехи создаются блуждающими токами, возбуждаемыми промышленными электрическими установками, расположенными вблизи участка работ, и естественными нестационарными электрическими токами. Для производства работ методом ВП используются электроразведочные станции ВПС-63, ВПП-67 и др., которые размещаются на автомашине. Станция состоит из генератора постоянного тока и измерительной лаборатории. Запись измеряемой величины ВП осуществляется на фотобумаге с помощью осциллографа или визуально. В комплект станции входит ряд вспомогательных приборов и устройств для связи между генераторной гр. и измерительной лабораторией, включения тока и т. п. Создана и успешно внедряется аппаратура и методика работ для скважинного варианта ВП, который предназначен для поисков глубоко залегающих рудных тел. М. Г. Илаев

измерение ВП