А. Метод заряда с измерением характеристик электрического поля

 

3.3.2.5. В случае применения метода заряда с измерением характеристик электрического поля (МЗЭП) для определения элементов залегания заряженных тел и поисков новых объектов, на всей исследуемой площади измеряется градиент потенциала. Эти наблюдения являются основными. В отдельных случаях они дополняются измерением потенциала в каждой 5 – 10-й точках (в качестве опорных), с тем, чтобы с учетом значений градиентов потенциала имелась возможность вычислить поле потенциала для всего планшета. Для решения частных вопросов, например выяснения связи между двумя или большим количеством вскрытых рудных проявлений, работы могут проводиться по отдельным (одному или нескольким) профилям или скважинам. Простирание вскрытого рудопроявления можно определить путем прослеживания двух-трех изолиний потенциала.

3.3.2.6. Работы по измерению характеристик электрического поля заряда при отсутствии или слабом уровне помех выполняются на постоянном токе, при помехах (особенно на частоте 50 Гц) применяется переменный ток низкой частоты с использованием избирательной помехозащищенной измерительной аппаратуры.

3.3.2.7. Подготовительные работы: устройство удаленного электрода, точек заряда, установку источников питания схемы, подготовку и раскладку проводов – рекомендуется проводить одновременно с разбивкой сети наблюдений. Допускается увеличивать площадь планшета параллельно с проведением измерений на готовых профилях.

3.3.2.8. Магистраль сети наблюдений задается в направлении предполагаемого простирания исследуемого объекта. Профили задаются перпендикулярно магистрали. Расстояние между профилями берется в зависимости от поставленной задачи. Если ширина участка более 3 км, задаются две-три параллельные магистрали. Для определения элементов залегания исследуемого объекта длина профиля l в каждую сторону от магистрали, заданной по ожидаемому простиранию объекта, определяется выражением l=5h+d, где h – глубина до верхней кромки объекта, d – протяженность оруденения на глубину.

При малой глубине залегания объектов (до 50 м) расстояние между точками уменьшается до 10 м. Влияние удаленного питающего электрода не должно заметно сказываться на результатах наблюдений или может учитываться при обработке материалов.

3.3.2.9. Для планшетов площадью в один или несколько квадратных километров удаленный питающий электрод относится от планшета работ на расстояние, в два раза больше, чем диагональ планшета (но не менее 2 км), в направлении, примерно перпендикулярном преобладающему простиранию горных пород, В случае отнесения удаленного электрода по простиранию пород расстояние до удаленного электрода необходимо брать в 1,5 раза больше, чем при сделанных выше рекомендациях.

3.3.2.10. В качестве источников питания, обеспечивающих необходимую силу тока, применяются стабилизированные генераторные установки, батареи 29 ГРМЦ-13 или аккумуляторы. Источник питания включается в любой точке цепи между изучаемым планшетом и удаленным электродом. Обычно его устанавливают в месте, наиболее удобном в отношении обслуживания транспортом.

Отрицательный полюс батареи (источника питания) всегда подключается к погруженному электроду, что обеспечивает единообразие материала.

3.3.2.11. Точка заряда устраивается с помощью заземления в 1 – 5 рудных подсечениях, относящихся к одному исследуемому объекту, так, чтобы добиться минимального сопротивления заземления. Если рудопроявление вскрыто горной выработкой, то точка заряда устраивается с помощью стальных шпилек, вбиваемых в места трещин или в специальные шпуры. В некоторых случаях контакт с объектом исследований целесообразно осуществлять с помощью глинистого соленого пластыря. В скважинах контакт исследуемого объекта с токонесущим проводом осуществляется с помощью щеточных (вертикальные скважины) или специальных свинцовых электродов (наклонные скважины). Применять штанги в качестве электродов (заземлений) можно только в наклонных скважинах и при большой видимой мощности объекта. Электроды опускают в скважину на каротажном кабеле или проводе типа ГПСМП. Оптимальное место точки заряда при этом уточняется измерением силы тока в цепи питания при перемещении электрода в пределах намеченного интервала заземления. Электрод закрепляется в точке, в которой сила тока в цепи питания будет наибольшей.

Особое внимание должно быть уделено устройству точки заряда в скважинах, когда в районе работ наблюдается высокое стояние грунтовых вод. В этих условиях при плохом контакте токонесущего провода с объектом часть тока будет распространятся к дневной поверхности непосредственно по раствору, обсадной трубе и растекаться от устья скважины. Контроль качества контакта (отсутствие выноса тока) в скважинах производится путем прослеживания изолинии потенциала. Исходная точка для прослеживания изолинии потенциала берется на расстоянии 3 – 5 м от устья скважины. В случке выноса тока к дневной поверхности (плохой контакт токовой линии объектом) изолиния потенциала в форме окружности оконтурит устье скважины. При отсутствии выноса тока изолиния потенциала у устья скважины не замыкается, идет параллельно простиранию объекта. Допускается также наблюдение потенциала по профилю, проходящему через зарядную скважину, и по форме кривой делают вывод о наличии выноса тока к дневной поверхности по стволу скважины. Необходимо или ликвидировать причину выноса, или остановить работы.

3.3.2.12. Перед началом полевых работ производится подготовка и проверка всего оборудования (см. 3.3.9).

В качестве приемных электродов в случае постоянного тока применяются латунные или медные шпильки. Каждый электрод желательно сделать из одной шпильки. Для уменьшения переходного сопротивления рекомендуется глубже забивать шпильки или увеличивать их число (сопротивление цепи MN должно быть не больше 5 – 10 кОм).

Измерение потенциала производится относительно удаленного измерительного электрода N_¥, который обычно выносится за планшет в сторону, противоположную удаленному токовому электроду. Заземление этого электрода может быть групповым (сделано из многих шпилек) при условии, что отдельные шпильки располагаются по одной изолинии потенциала или по кругу с диаметром не более 1 м. Электрод N_¥ соединяется с измерительным прибором при помощи провода типа легкого хлорвинилового.

Если электрод N не выносится за пределы планшета или располагается у точки заряда, то измерения потенциала на постоянном токе выполняются с учетом знака, а при обработке производится пересчет результатов наблюдений относительно удаленного электрода N_¥.

3.3.2.13. В полевом журнале дается схема расположения сети наблюдений, на которой указываются местоположения точек заряда, удаленных электродов (питающего и измерительного), а также местоположение и полярность источника питания.

В этом случае работы на планшете начинаются с измерения потенциала поля по точкам на магистрали для всех профилей относительно электрода N. Эти измерения выполняются со 100%-ным контролем. На основании этих измерений вычисляется относительный потенциал всех точек на магистрали, строятся графики потенциала по магистрали для каждой точки заряда.

3.3.2.14. При одном положении приемных электродов производится поочередное наблюдение градиента потенциала или потенциала, или той и другой величины. Сочетание наблюдений градиента потенциала и потенциала особенно важно при детализационных работах.

Сила тока в питающей цепи измеряется и фиксируется в журнале через 10 – 20 точек наблюдений. В случаях изменения силы тока измерение производится чаще (в 3-й и 4-й точках), при необходимости постоянство силы тока контролируется на каждой точке.

3.3.2.15. Значение измеряемого потенциала всегда относится к точке М (потенциал в точке N_¥ принимается равным нулю). При измерениях градиента потенциала (разности потенциалов) необходимо строго следить за знаком измеряемых значений. Необходимо, чтобы в процессе наблюдений не менялось относительное положение приемных электродов. Электрод, расположенный в сторону большего номера пикета, всегда должен быть подключен к клемме М прибора. Для градиента точка записи относится к середине приемной линии.

3.3.2.16. При наблюдениях в модификации градиента потенциала длина приемной линии и шаг в зависимости от глубины залегания объекта обычно берутся равными 10 – 20 или 50 м. Наблюдения ведутся поочередно в каждую сторону профиля от магистрали или одновременно в обе стороны.

Для построения отчетных графиков вычисляют градиент потенциала на постоянном токе D U/I, где D U – измеренная разность потенциалов, мВ; I – сила тока, А; в случае потенциала вычисляется U/I.

При построении графиков для количественной интерпретации, а также при использовании измерительной линии различной длины допускается построение модуля напряженности электрического поля

 

 

ç Е ú» (1)

 

 

где l_MN – разнос электродов М и N.

 

3.3.2.17. Аномальные участки детализируются путем сгущения точек наблюдения по профилям и сгущения сети профилей. Размеры приемной линии сокращаются в два – четыре раза при определении точек перехода через нуль.

Детализация, как правило, должна проводиться после завершения основной съемки.

3.3.2.18. При трудных измерениях должны браться повторные отсчеты, общее число которых должно быть не менее 30% общего числа наблюдений.

При рядовой съемке делается контроль путем повторных измерений (без изменения положения электродов) в объеме 10%. Оценка точности наблюдений производится по средней относительной разности наблюденных значений на контрольных профилях путем контрольных измерений (с новой установкой электродов), которая по планшету не должна превышать 15%.

В сырую погоду при каждой перестановке измерительной аппаратуры и перекладке проводов измеряются разности потенциалов утечки. Измерения производятся при отключении рабочих заземлениях, при двух – трех положениях приемной линии на участках профилей, наиболее близко расположенных к токовым проводам. Разность потенциалов утечки при этом не должна превышать 5% от измеряемой разности потенциалов (при подключении точки заряда).

3.3.2.19. Вспомогательные работы проводятся методом профилирования на профилях, по которым ведется количественная интерпретация или на которых выявлена аномалия. При большой мощности поверхностных образований разносы АВ симметрического профилирования увеличиваются до двух – трех глубин до точки заряда (см. 3.3.2.31).

3.3.2.20. В каждом районе работ по методу заряда необходимо провести определение характеристик анизотропии осадочных пород (коэффициента анизотропии L, азимута простирания угла падения анизотропных пород). Коэффициент анизотропии простирание пород определяются на основании прослеживания двух – трех изолиний потенциала от точечного заземления на дневной поверхности безрудного участка по соотношению большой и малой осей эллипса изолинии. Угол падения анизотропных пород определяется по кривой градиента потенциала поля погруженного электрода, полученной на профиле, который проходит над эпицентром точки заряда (см. также 5.4).

3.3.2.21. Запись наблюдений при работе в модификации градиента ведется по форме, приведенной в прил. 8, в модификации потенциала – в прил. 9.

3.3.2.22. Изучение характеристик электрического поля заряда на переменном токе низкой частоты производится в модификации градиента потенциала и изолиний потенциала. При этом работы ведутся на каждой точке заряда раздельно.

3.3.2.23. Подготовка планшета при выполнении вспомогательных работ по прослеживанию изолиний потенциала, например при необходимости, оценить простирание рудного тела, включает подготовку магистрали (как для работ на постоянном токе) и трех – пяти профилей. Центральный профиль, проходящий в 20 - 30 м от проекции точки заряда на дневную поверхность, называется базисным. Обычно профили задаются на расстоянии 150 – 200 м друг от друга, а пикеты на магистрали и профилях устанавливаются через 10 м.

3.3.2.24. На базисном профиле, в качестве которого используется один из профилей, проложенных перпендикулярно магистрали вблизи проекции точки заряда на дневную поверхность, измеряется значение градиентов и определяется особая точка, от которой ток течет в разные стороны (точка, соответствующая изменению знака градиента при работах на постоянном токе). Особая точка определяется в районе резко выраженного минимума градиента на базисной линии. Для установления точного местоположения особой точки один из электродов приемной цепи располагают в 10 – 15 м от точки, где наблюдаются резкие изменения градиента, а второй перемещают по профилю с шагом 2 - 3 м в направлении особой точки. При каждом положении подвижного электрода измеряется разность потенциалов. До подхода к особой точке измеряемые значения будут расти, а дальше уменьшаться. Максимальное значение соответствует искомой точке. Местоположение ее уточняется с шагом 0,5 м. После определения местоположения особой точки измеряется разность потенциалов между ней и ближайшими пикетами.

На основании измеренных значений градиента потенциала D U/I строится кривая потенциалов, а по ней определяется местоположение исходных точек для прослеживания изолиний потенциалов. Исходные точки выбираются так, чтобы разность потенциалов между ними была одинаковой; обычно среднее расстояние между изолиниями составляет около 20 – 30 м, минимальное – не менее 10 м, а максимальное – не более 50 м.

Для нахождения местоположения исходных точек на местности один из электродов измерительной цепи устанавливают в особой точке базисного профиля, а второй перемещают в одну из сторон профиля до тех пор, пока на приборе не будет наблюдаться заданное значение разности потенциалов. Эта точка стояния подвижного электрода принимается за исходную точку первой линии. Затем неподвижный электрод устанавливают в исходной точке первой изолинии и аналогично находят местоположение исходной точки второй изолинии и. т. д. Все исходные точки для прослеживания изолиний должны находиться по одну сторону профиля от особой точки. Для контроля точности прослеживания изолиний на другой стороне профиля от особой точки располагают контрольные точки.

3.3.2.25. Цепь для прослеживания изолиний потенциала состоит из двух щупов, один из которых соединен с измерительным прибором гибким изолированным проводом длиной 25 – 30 м, а второй – с прибором отрезком провода 1 – 1,5 м. Прослеживание изолиний выполняется оператором и рабочим. В начале работ рабочий устанавливает удаленный от прибора щуп в исходной точке, а оператор другим щупом и прибором отходит на 20 – 25 м в направлении предполагаемого простирания изолинии и заземляет щуп последовательно в нескольких точках, расположенных по линии, перпендикулярной предполагаемому простиранию изолинии. В точке, где показания прибора равно нулю или минимально, устанавливается веха с надписью римскими цифрами номера изолинии и арабскими – номера точки. Аналогично находятся вторая и последующая точки изолиний потенциала. Разрыв в работе по прослеживанию изолинии и ее привязки не допускается.

При пересечении изолинией профилей или магистрали ее положение определяется по отношению к пикетам на этих профилях. Запись наблюдений производится в журнале (прил. 10).

После прослеживания изолиний потенциала измеряется градиент по всем вспомогательным профилям магистрали и по двум взаимно перпендикулярным профилям, один из которых проходит по особым точкам.

3.3.2.26. Оценка точности прослеживания изолиний потенциала производится по отклонению конечных точек изолиний от исходной. Расхождение конечной и начальной точек изолинии должно быть не более 10 м на 1 км изолинии. Контрольными следует также считать соответствующие вспомогательные точки, расположенные на базисной линии (по другую сторону от особой точки). Оценка точности измерений градиентов производится так же, как и при работах на постоянном токе.

3.3.2.27. Полевая документация при работе на переменном токе включает журнал градиентов и план изолиний.

3.3.2.28. При окончании работ по МЗ с измерением электрического поля демонтаж установки разрешается только после предварительной интерпретации материалов съемки и выполнение детализационных работ на аномальных участках.

3.3.2.29. Комиссии по приемке полевых материалов предъявляют: журналы полевых и контрольных наблюдений; планы графиков градиента потенциала (или потенциала) на топооснове; планы изолиний потенциала (если они строились); местоположение точки заряда и удаленного электрода, нанесенное на топооснову для расчета нормального поля (см. также 3.9.20).

3.3.2.30. Неровности, углы наклона скатов которых меньше 10⁰, как правило, не вносят в результаты измерений визуально заметных искажений, при больших углах следует выделить аномалию от неоднородностей рельефа. Неровности рельефа выявляются по топографической карте или по плану местности, масштаб которых позволяет снимать отметки высот с погрешностью, меньшей 10% от ширины основания неровности. Отдельные неоднородности, на которые падает менее трех точек наблюдения, можно исключить из рассмотрения.

3.3.2.31. При наличии поверхностных неоднородностей по удельному сопротивлению (наносов) следует особенно тщательно закартировать границу их выклинивания (например, по данным электропрофилирования), так как наибольшее искажение поля заряда наблюдается именно у кромки наносов.

Учет влияния наносов в методе заряда необходим во всех тех случаях, когда наличие отмечается по данным методов, изучающих удельное сопротивление. Допускается погрешность определения мощности наносов 25%.

3.3.2.32. Для количественного определения влияния неоднородностей рельефа и наносов, отбраковки ложных аномалий и подбора рудного объекта в методе заряда проводятся расчеты на ЭВМ по программе «Ландшафт» или аналогично ей.

3.3.2.33. Метод заряда применяется в гидрогеологии для определения направления и действительной скорости движения подземных вод с целью исследования подземных потоков до глубины 100 м в модификации изолиний потенциала.

3.3.2.34. Съемку изолиний потенциала производят по системе радиальных лучей, расходящихся от устья скважины под углом 45⁰ друг к другу. В соответствии с методическими рекомендациями питающий электрод погружают в скважину до середины водоносного пласта; второе заземление относят на расстояние, примерно в 10 – 15 раз превышающее глубину погружения первого заземления; в качестве электролита применяется поваренная соль, которая погружается в скважину до уровня водоносного пласта (см. также 3.3.23 и.т.д.).

3.3.2.35. После погружения электролита снимается первая серия эквипотенциальных линий. Расстояние от изолиний до устья скважин выбирается в пределах от 1 до 2,5 глубин погружения питающего электрода в скважину.

3.3.2.36. Необходимо снять две – три замкнутые изолинии. Эквипотенциальные линии, снятые до введения соли или сразу же после засоления скважины, называются базисными изолиниями. Результаты наблюдений записываются в журнал (прил. 12).

3.3.2.37. Съемка производится непрерывно или периодически при неизменном положении неподвижного электрода и непрерывном добавлении соли в скважину. Периодическую съемку производят в условиях малых скоростей движения подземных вод (до 1 2 м/сут).

3.3.2.38. Обработка материала включает в себя построение изолиний потенциала, определение максимальных смещений изолиний, направления смещений, а также построение графиков для определения скорости потока в соответствии с методическими рекомендациями.

3.3.2.39. Применение метода заряда с целью изучения морфологии рудного поля как единого целого получило название мелкомасштабной модификации, которая используется для выделения и оконтуривания участка земной коры, внутри которого заключены геологически взаимосвязанные рудные тела, входящие в данное рудное поле, а также для обнаружения и прослеживания основных частей (ветвей) внутри данного рудного поля.

Результаты работы методом заряда при изучении рудных полей заключается: а) в построении объемной системы изоповерхностей измеренного потенциала электрического поля от заряженного рудного поля; б) в создании модели рудного поля, построенной в виде карты, планов и разрезов рудного поля, на основе геологического истолкования указанной объемной системы изоповерхностей потенциала.

3.3.2.40. Для проведения работ необходимо выбрать оптимальную точку заряда в рудном поле, которая должна быть связана электрически по возможности с большим числом рудных залежей в рудном поле, обладающих наибольшей площадью поверхности; оптимальную точку заряда следует выбирать из числа тех, которые по данным токового каротажа обладают наименьшим переходным сопротивлением заземления. Зарядное подсечение должно размещаться по возможности ближе к прикорневым частям рудного поля (исходя из известной морфологии его составных частей) с целью уменьшения сопротивления току при его растекании в соседние ветви, быть как можно глубже, чтобы проводящие ветви рудного поля оказались между точкой заряда и поверхностью, на которой производятся измерения.

Для построения системы изоповерхностей потенциала поля на участке все скважинные и наземные наблюдения необходимо выполнять с одними и теми же долговременными заземлениями. Площадь съемки должна быть в своем максимальном размере не менее чем в три раза больше ожидаемого максимального размера рудного поля, установленного по другим данным, например по размеру наземной аномалии ВП, и примерно такой же в ширину, с тем, чтобы форма внешних изолиний потенциала от заряженного рудного поля приближалась к окружности.

3.3.2.41. Для технического выполнения мелкомасштабной модификации заряда, учитывая, что работы проводятся на большой площади и обычно в условиях промышленных электрических помех, следует использовать низкочастотный переменный ток (1 – 4 Гц) и мощные генераторные группы, например от электроразведочных станций ВПС-63, ЭРС-67, СВП-74 и др. Необходимо также удалять второй питающий электрод на несколько километров (до 7 – 10 км) от участка работ, используя для этой цели провода с низким сопротивлением. Прокладка таких питающих линий в обжитых районах в целях обеспечения безопасности должна выполнятся по столбам.

3.3.2.42. Наблюдения по мелкомасштабной модификации заряда, как на поверхности земли, так и в скважинах и горных выработках следует вести с установкой потенциала, приводя все наблюдения к единому уровню, близкому к истинному нулевому потенциалу, т. е. к потенциалу «бесконечно» удаленной точки. Проведение работ установкой градиента потенциала здесь допустимо, но менее целесообразно, так как в поле градиента потенциала существенно проявляются все мелкие неоднородности среды различного удельного сопротивления в районе измерительных электродов.

3.3.2.43. Одновременно с площадью съемки выбирается сеть наземных и скважинных измерений. По – видимому, для рудных полей, имеющих размеры в длину не менее 1 км, оптимальной можно считать наземную сеть (200 ¸ 250) ´ (50 ¸ 100) м, а для рудных полей с меньшими размерами ветвей – сеть 100 ´ 20 м.

Наблюденные значения потенциала электрического поля заряда на рудном поле представляются в виде планов изолиний или графиков потенциалов на геологической основе: на карте участка, погоризонтных планах и разрезах.

Рекомендуется два способа получения более или менее приближенных представлений о строении рудного поля. Первый способ имеет качественный характер. На изученной бурением части рудного поля рекомендуется выбрать изоповерхности, внутри которых находятся рудные скопления, и на основе приближенного представления о форме этих изоповерхностей во всем объеме участка выделить на планах и разрезах участка рудного поля объемы под дальнейшую буровую разведку. Второй способ основан на выполнении расчета электрического поля от сложных заряженных проводников с помощью программ для ЭВМ. Подбор морфологии заряженных проводников в этом случае выполняется согласно требованиям соответствующих методических пособий.