Вопрос №1 «электроразведка. Сущность, предпосылки (общие геолого-геофизические основы) применения. Классификация методов (по используемым полям, по месту применения и по области применения)»

СТАС

Вопрос №1 «Электроразведка. Сущность, предпосылки (общие геолого-геофизические основы) применения. Классификация методов (по используемым полям, по месту применения и по области применения)»

 

Электроразведка – это совокупность методов изучения строения земной коры и поисков ПИ основанных на изучение естественных и искусственно возбуждаемых электрических полей

Физической основой является зависимость электро-магнитных полей от той среды в которой распространяется это поле.

ГП и руды – отличаются по электрическим свойствам удельному электр. Сопротивлению, диэлектрической проницаемости, поляризуемости.

Зависит от литологического состава, их состояния и от геологических процессов, в которых они участвовали, поэтому любой геологический разрез можно представить как часть пространства занятыми средами с разными электрическими свойствами. Геоэлектричкий разрез – это разрез в котором литологические свойства заменены на электрические

 

Классификация

Вопрос№2 «Прямая и обратная задача электроразведки. Неоднозначность решения обратной задачи. Нормальные и аномальные поля»

Прямая задача – заключается в определение характера и структуры поля над известным заранее заданным геоэлектрическим разрезом. Решается либо теоретически, либо путем моделирования на плоских, объемных моделях либо на естественных объектах.
Обратная задача – заключается в определение геологического тело по известному или конкретному электрическому полю. (неоднозначна).
для уменьшения неоднозначности необходимо использовать дополнительную информацию как геофизическую, так и геологическую.
Неоднородность объясняется принципом эквивалентности.
Для этого созданы альбомы кривых (палетки), а также компьютерные программы.
НЕТ НОРМАЛЬНЫХ И АНОМАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ(((((

 

Вопрос №3 «Аппаратура и оборудование для электроразведки. Общая характеристика электроразведочного генераторно-измерительного канала. Источники питания, устройства для возбуждения поля в земле, измерители, общие требования к измерительным электроразведочным приборам. Переносная аппаратура. Электроразведочные станции. Аэроэлектроразведочные станции»

 

 

Вопрос №4 «Электрические (электромагнитные) свойства горных пород. Удельное электрическое сопротивление (УЭС). Определение, формула, единицы измерения»

К электрическим (электромагнитным) свойствам ГП относятся УЭС, электрохимическая активность, поляризуемость, магнитные и диэлектрические проницаемости …
УЭС ГП- характеризует способность ГП оказывать электрическое сопротивление току и является наиболее универсальным электромагнитным свойством…
l – длина проводника
S-площадь проводника

R – сопротивление определенного проводника зависящей от S и L

 

Вопрос №5 «Удельное электрическое сопротивление горных пород (осадочных, метаморфических, изверженных) и руд. Факторы, влияющие на величину УЭС. Анизотропия свойств»

 

Сопротивление зависит от целого ряда факторов.
Водонасыщение, степени минерализации вод, а так же от некоторых других факторов t, глубины залегания, степени метаморфизации и др.

Главнейший фактор сопротивления ГП является пористость и трещиноватость.
в меньшей степени от минерализации.
Структура и текстура пород влияет на УЭС за счет изменения коэф. Микроанизотропи

 

 

ВИТАЛЯ

Вопрос №8 «Теоретические основы метода сопротивлений. Основные законы теории поля постоянного тока в неполяризующихся средах. Закон Ома в обычной и дифференциальной формах. Закон Кирхгофа в дифференциальной форме. Уравнение Лапласа. Потенциал, напряженность, плотность тока электрического поля»

Вопрос №9 «Поле точечного, полусферического и стержневого заземлителей над однородным изотропным полупространством»

Поле точечного источника

Используя закон Ома в дифференциальной форме Е = r j и выражение для потенциала dU = - Edr; или dU= R*I, можно записать:

dU = - (Iρ/2π)*(dr/r²).

Отсюда потенциал точечного источника в точке М равен интегралу по r от ∞ до данной точки:

Uм = - ∫ (Iρ/2π)*(dr/r²) = Iρ/2π r или Uм = Iρ/2π r

ГОРДИН

11) Электропрофилирование (ЭП). Сущность и назначение. Типы установок профилирования (2-,3-,4-х точечные, симметричные, одноразносные, двухразносные, дипольные, срединного градиента), их отличие и применение

Электрическое профилирование или электропрофилирование (ЭП) - это такая модификация метода сопротивлений, при которой вдоль заданных профилей измеряется кажущееся сопротивление с помощью установок постоянного размера, а значит и постоянной глубинности.

При электропрофилировании используются переносная электроразведочная аппаратура и различные установки (рис. 20).

 

Рис. 20. План расположения питающих (А и В) и приемных (М и N) электродов в разных установках метода сопротивлений: а - четырехэлектродной, б - срединного градиента, в - симметричной четырехэлектродной, г - трехэлектродной, д - двухэлектродной, е - дипольной радиальной, ж - дипольной азимутальной.

 

· трехэлектродные с двумя встречными установками АМN, С в и МNВ, С в , где С - общий питающий электрод, удаленный в бесконечность, т.е. на расстояния в 5 - 10 раз больше АВ (такое ЭП называется комбинированным);

· срединного градиента, когда приемная линия перемещается в средней трети АВ;

· дипольные и др.

Помимо них существуют ещё специальные установки (рис. 22).

Рис. 22. Специальные электродные конфигурации.

Иногда ЭП выполняется на двух-трех разносах АВ, отличающихся примерно в 3 раза по длине.

При электропрофилировании любой установкой профили прокладываются вкрест предполагаемого простирания структур или искомых объектов. Шаг установки берется обычно равным МN и несколько меньшим ожидаемой ширины разведываемых геологических объектов.

В результате электропрофилирования строятся графики, карты графиков, а также карты КС для каждого разноса питающих электродов. Глубинность ЭП не превышают 500 м. Метод ЭП широко применяeтся при геологическом, инженерно-геологическом, мерзлотно-гляциологическом, экологическом картировании, поисках твердых полезных ископаемых.

ДЫБОВ

26.Задачи, решаемые электрическим зондированием.

Электрическое зондирование (ЭЗ) является методом сопротивлений на постоянном или низкочастотном токе.

Применяется при исследовании горизонтально- или пологопадающих неоднородных сред (до 60⁰)

ЭЗ можно решить 2 задачи: прямую и обратную.

Решение прямой задачи – это переход от разреза представленного (аппроксимированного) некоторой моделью к кривой зондирования. Выполняется с помощью специальных компьютерных программ и производится быстро и точно. С математической точки зрения, выполняемые расчеты не представляют особой сложности. Время расчет одной кривой на современном компьютере - значительно менее секунды. Прямая задача решена для некоторых простых моделей сред: 1. Однородное изотропное пространство (пр) или полупространство (по/пр) с одинаковыми электромагнитными (э/м) свойствами; 2. Анизотропное пр или по/пр с э/м свойствами отличающимися вдоль и вкрест слоистости пород

Решение обратной задачи – обратная процедура, т.е. переход от кривой зондирования к соответствующей ей модели разреза. Решение обратной задачи значительно труднее прямой задачи. С математической точки зрения говорят о неустойчивости и неоднозначности обратной задачи, что и определяет возникающие сложности при выполнении расчетов. Существует много способов решения обратных задач. Один из них – метод подбора:

Метод подбора – способ поиска модели строения разреза, подходящей для имеющейся кривой зондирования, когда выбор модели осуществляют путем подбора нужного варианта. (*выполняли на одной из лаб) можно сделать в IPI2WIN.

 

 

27.Метод заряженного тела (МЗТ), рудный и гидрогеологический варианты, их сущность, методика проведения полевых работ, интерпретация материалов и область применения.

МЗТ принадлежит к методу сопротивлений. Эта модификация основана на том, что интенсивность аномалий поля точечного источника, возникающих в электрически неоднородных средах, возрастает с приближением источника к поверхностям раздела. Источники поля здесь помещаются в буровые скважины или горные выработки, максимально приближенные к объекту исследования, размеры которого и положение в пространстве необходимо определить. Предполагается, что проводимость горных пород или руд, слагающих этот объект, существенно больше проводимости вмещающей среды.

Вследствие высокой электропроводности падение потенциала внутри тела оказывается пренебрежимо мало по сравнению с вмещающей его средой, т.е. в первом приближении можно считать одинаковыми потенциалы всех точек заряженного тела, в том числе и его поверхности. Форма эквипотенциальных поверхностей в непосредственной близости от заряженного тела близка к форме тела.

сверху разрез, снизу план. В скважине электрод А, слева электрод B удаленный на бесконечность.

Максимум кривулек потенциала будет над центром тела. Размеры и положение геологического объекта определяют масштаб, в котором выполняются полевые работы.

Методика полевых работ.

Существует 3 способа полевых работ МЗТ:

1)Прослеживание эквипотенциальных линий над заряженным телом.

Установка состоит из питающей линии AB ∞ с источником тока и заземлениями, а также искательной цепи, включающей в себя щупы и индикаторы нуля ИН.

Заземление в бесконечности (B) относят на расстояние, в 10-15раз превышающее линейные размеры площади, в пределах которой исследуют эл поле заряда.

 

Задний щуп N устанавливают в начальной точке изолинии, а передний M выносят вперед на длину искательной цепи в предполагаемом направлении изолинии. Меняя положение переднего, находят точку расположенную на одной изолинии с N. Признак этого – отсутствие отклонения стрелки гальванометра в течении токового импульса или минимальное показание стрелочного прибора в измерителе АНЧ-3 или ИКС при достаточно большом коэффициенте усиления. Точку закрепляют пикетом, на ее место переносят щуп N и повторяют процедуру.

Начальные точки изолиний располагают вдоль профиля проходящего над точкой зарядки. Расстояние между ними берут либо одинаковое, либо такое, чтобы ΔU между изолиниями выдерживалось.

2)Измерение потенциала и градиента потенциала над заряженным телом (МЗЭП)

Линия на которой M и N – это профиль

Схема установки. Включает в себя питающую линию АВ с источником тока, измерительную линию MN, а также прибор для измерения тока в пит линии и ΔU в приемной. В качестве измерителя м.б. применен автокомпенсатор АЭ-72. Если высокий уровень промышленных помех, то лучше АНЧ-3 или ИКС.

Над ЗТ поп предполагаемому простиранию разбивают базисный профиль, а перпендикулярно ему систему рядовых профилей. Расстояние между нимм берут такое, чтоб на картах все было хорошо =).

При измерении потенциала одно из измерительных заземлений оставляют неподвижным на начальной или базисной точке профиля, а другое последовательно помещают во все точки профиля. Т.е. измеряют потенциал во всех точках относительно одной.

При измерении градиента – перемещаются оба измерительных электрода и определяют ΔU между соседними точками.

Помимо ΔU измеряют ток зарядки. В связи с тем, что обычно в прослеживаемом теле заземляется положительный полюс источника тока, измеренному значению тока приписывают положительный знак.

По измеренным ΔU и току вычисляют значение потенциала всех точек съемочной сети или профиля, отнесенное к току в питающей цепи U/I, или среднее значение градиента потенциала на каждом интервале между соседними точками профиля ΔU/(Ir_MN).

Результаты изображаются в виде карт графиков потенциала или градиента потенциала.

3)Измерения элементов магнитного поля над заряженным телом (МЗМП)

 

Схема установки. Для облегчения измерения магнитного поля (м/п) зарядку осуществляют переменным током низкой частоты, чтобы в пределах исследуемой площади переменно э/м/п практически совпадало по мгновенным значениям с постоянным полем. Если сопротивление пород высокое, то можно поднимать частоту до сотен герц.

Кароч, токи которые мы посылаем создают м/п, она нам не нужно, не несет оно геологической информации, поэтому эти данные надо исключить. С этой точки зрения выгодно разместить пит электроды в одной и той же вертикальной скважине в рудном подсечении (электрод А) и у устья скважины или на ее забое (В). При таком расположении нормальное поле на поверхности земли равно нулю, а в случе наклонной скважины значительно ослаблено. Если В на поверхности и на бесконечности, провода пит линии следует устанавливать прямолинейно под углом 30-50⁰ к предполагаемому простиранию тела. Это обеспечивает спокойный фон и большую точность исключения первичного поля.

На каждой точке измеряют амплитуды трех ортогональных компонент м/п. (горизонтальная вдоль профиля, вкрест профиля и вертикальная).

По результатам строят графики измеряемых компонент поля и карты изолиний амплитуд этих компонент.

Интерпретация

Заключение о форме и положении делается на основании анализа карт, графиков и карт графиков. Иногда исключают нормальное поле и анализируют аномальную компоненту поля.

В большинстве случаев интерпрет. носит качественный или оценочный характер.

При детальных работах над отдельными рудными залежами последние могут быть аппроксимированы идеально провододящими телами простой формы. Тогда можно использовать простейшие приемы:

1.Сферический проводник.

U=ρI/(2π )

Ex=-dU/dx=ρIx/[2π (x²+h²)^3/2], глубину h можно оценить примерно по графику: Отрезаем пик графика, который выше величины U=0.71U_max. Ширина этого отрезанного пика =2h

График простой как волна.

Найти h можно и из выражения

h 2.6m, m=(dU/dx)_max/α, α=-ρI/(2πh³)

2.Горизонтальный проводник

Эквипотенциальные линии на поверхности земли близки к эллипсам с большой осью совпадающей с осью y. Чем больше глубина, тем больше они похожи на круги.

H 2.25m m и α такие же как выше.

3. вертикальная пластина

Эквипотенциальные линии на поверхности – семейство замкнутых кривых, близких по форме к софокусным эллипсам, фокусы которых располагаются близко к концам заряженного тела. При h примерно равной длине залежи по простиранию – круглые эквипотенциальные линии.

Гидрогелогический вариант (выше был рудный) На лабе делали

МЗТ можно применять для определения направления и скорости движения подземных вод. Надо несколько скважин. Одна для запуска индикаторов (соли), другие для улавливания. Соли сносятся по течению и там проводимость лучше, таким образом можно определить ореол куда снесло соли. Для этого 1 электрод питающей цепи опускают в скважину а другой уносят в бесконечность. Перед тем как опустить соли изучают хотя бы 1 эквипотенциальную линию, чтоб сравнить. Через некоторое время после зарядки солью форма эквипот линий измениться – они вытянуться вдоль направления течения. Скорость подземных вод V_п=2V_cм, где 2V_cм – скорость смещения точек, где произошло самое большое смещение относительно начального положения.

Сущность метода ЕП

Метод естественного электрического поля основан на изучении постоянных естественных электрических полей локального характера. Происхождение этих полей 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.

Естественное электрическое поле изучают, измеряя его потенциал или градиент потенциала на поверхности земли, в скважинах и горных выработках.

Особенность измерительной установки в том, что в качестве заземления используются неполяризующие электроды.

Полевые наблюдения выполняются двумя способами:

1) Способ потенциалов.

Сущность способа в том, что потенциал всех точек исследуемого профиля измеряется относительно одной точки, принятой за исходную. В эту точку устанавливают неподвижный электрод N, второй М последовательно перемещают во все точки профиля, измеряя разность потенциалов.

2) Способ градиента потенциалов

Способ заключается в том, что в процессе полевых работ измеряют разность потенциалов между соседними точками профиля.

Причины возникновения ЕП

Механизм возникновения естественных полей (ЕП) до конца не выяснен. Установлено, что в естественных условиях могут возникать три типа электрических потенциалов:

1. Окислительно-восстановительные.

2. Фильтрационные.

3. Диффузионно-адсорбционные

Значительная роль в создании ЕП принадлежит электрохимическим процессам, возникающим вокруг природных электронных проводников, окруженных ионопроводящими влагонасыщенными горными породами. Электрохимическая активность (рН, Eh) природных растворов меняется с глубиной, например, при переходе через уровень грунтовых вод.

Под действием вод, богатых кислородом и углекислотой

(рН < 7), верхняя часть рудной залежи окисляется, т. е. ионы металла отдают электроны, увеличивая свою валентность (например, Fe2+ -> Fe3+).

При этом сульфиды превращаются в сульфаты и серную кислоту, а на границе руда — порода возникает двойной электрический слой.

Фильтрационные процессы, приводящие к возникновению фильтрационных потенциалов — второй важный механизм возникновения ЕП. Согласно существующим представлениям, в горной

породе 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. Это продолжается до тех пор, пока возникающее внутреннее электрическое поле (E), действующее вдоль капилляра против Eстр

потока, перемещающего катионы, не уравновесит процесс. Поле Eстр действует подобно стороннему электрическому полю в гальваническом элементе. Таким образом, в капилляре электрические заряды не перемещаются, но действует поле.

Ира.

Основы интерпретации

Интерпретация данных метода ЕП

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

Вначале проводят качественную интерпретацию материала съемок ЕП. Она заключается в анализе морфологии поля (позволяющем выделить локальные аномалии различных порядков), в сравнении карт ЕП с топографическими картами (для выявления фильтрационных аномалий) и т.п. При этом должна учитываться вся имеющаяся вся геолого-геофизическая и гидрогеологическая информация о районе работ, оцениваться геологическая природа отдельных аномалий и аномальных зон, выделяться профили для количественной интерпретации.

Достоверность количественной интерпретации очень сильно зависит от степени соответствия реальных рудных тел (зон фильтрации т.п.), для которых на основе решения прямых задач разработаны приемы численного истолкования результатов.

В способе «характерных точек» по сглаженному графику определяют ширину аномалии q на уровне половины ее амплитуды или расстояние m между точками пересечения касательных линий к экстремумам и к точке перегиба графика U.

Качественная интерпретация.

Интерпретация материалов (графиков ρк, карт графиков ρк и планов изоом ρк) производится в основном качественная,

Качественная интерпретация заключается в выделении на картах и графиках аномалий, в исключении искажений, связанных с влиянием рельефа и поверхностных неоднородностей, в привязке выделенных аномалий к геологическим разрезам, в корреляции аномалий от профиля к профилю по площади исследования.

Выделение аномалий, связанных с искомыми геологическими объектами, производятся на основании анализа графиков. При этом обращают внимание на минимумы и точки перегиба, на характер изменения (плавный или пилообразный). После этого осуществляется привязка аномалий к какому-то геологическому объекту. Для этого один или несколько профилей должны быть привязаны к известному геологическому разрезу. С этой целью иногда проводят специальные горные работы (проходка канав, шурфов, и т.д.).

При интерпретации данных ЭП на первом этапе обычно выделяют зоны распространения высокоомных (непроводящих) объектов.

На рисунке 1 представлен график ρк над высокоомным объектом.

На теоретических графиках в приконтактовых частях объекта выделяются так называемые экранные эффекты (дополнительные экстремумы ρк, связанные с последовательным пересечением контакта электродами А, М,). При практических измерениях обычно экранные эффекты невелики и положение контактов можно определить по абсциссам полумаксимума на аномалии ρк.

После картирования (трассирования) низкоомных и высокоомных объектов различными методами (либо с помощью других геофизических методов, либо с помощью горно-буровых работ) определяют геологическую природу аномалии и выносят на карту геологическую обстановку, уточненную по геофизическим данным.

 

 

Применение метода ЕП

Наиболее широко метод естественного поля применяют для решения поисково-разведочных задач, геологического картирования и при инженерно-гидрогеологических исследованиях.

Метод ЕП применяется для поисков сульфидных, полиметаллических, графитовых тел. В инженерной геологии – для поисков подземных вод, определения мест притока и утечки в наземных водохранилищах.

Кажущаяся поляризуемость

 

 

, где ∆Uвп(t) - разность потенциалов,

измеренная в определенный момент времени после отключения питающего тока;

∆Uпр- разность потенциалов,

измеренная в момент пропускания питающего тока;

Кажущееся сопротивление

 

Применение метода ВП

В настоящее время метод ВП применяется главным образом для поисков и разведки месторождений вкрапленных руд. Это полиметаллические, медные и медно-никелевые, а также месторождения, где электронно-проводящие минералы (пирит, халькопирит,марказит и др.) сопутствуют интересным в промышленном отношении минералам, которые сами либо не обладают электронной проводимостью, либо встречаются в концентрациях, недостаточных для прямого обнаружения их по эффекту вызванной поляризации. Сюда относятся месторождения редких и благородных металлов, иногда месторождения бокситов, сурьмы и др.

Используется для поисков магнетита.

Иногда метод ВП используется для решения геолого-структурных задач – картирование зон тектонических нарушений, контактов и др. структурных элементов. Основанием для этого является наличие в породах рассеянных сульфидов, графита и магнетита.

Используется в инженерной геологии и гидрогеологии для расчленения песчано-глинистого разреза, оценки водоносности отдельных горизонтов и минерализации подземных вод.

Метод ПВ применяется для изучения мерзлотных разрезов.

Метод ПВ применяется при прямых поисках месторождений нефти и газа по сопровождающим их вторичным ореолам сульфидов в напорной толще осадочных пород, однако глубинность этих поисков невелика (1,5-2 км).

 

СТАС

Вопрос №1 «Электроразведка. Сущность, предпосылки (общие геолого-геофизические основы) применения. Классификация методов (по используемым полям, по месту применения и по области применения)»

 

Электроразведка – это совокупность методов изучения строения земной коры и поисков ПИ основанных на изучение естественных и искусственно возбуждаемых электрических полей

Физической основой является зависимость электро-магнитных полей от той среды в которой распространяется это поле.

ГП и руды – отличаются по электрическим свойствам удельному электр. Сопротивлению, диэлектрической проницаемости, поляризуемости.

Зависит от литологического состава, их состояния и от геологических процессов, в которых они участвовали, поэтому любой геологический разрез можно представить как часть пространства занятыми средами с разными электрическими свойствами. Геоэлектричкий разрез – это разрез в котором литологические свойства заменены на электрические

 

Классификация