Позірний опір і сутність методів опору. Установки методу опору

Позірний опір. Сутність методів опорів (ЕП, ВЕЗ, ДЗ) зводиться до визначення позірних опорів шляхом виміру різниці потенціалів на приймальних електродах і сили струму в живильній лінії. Із розв’язку прямих задач для стаціонарних електричних полів різних джерел над однорідним провідним напівпростором випливають формули для визначення його питомого опору r. В методах опору за цими ж формулами розраховується позірний опір r_П, що характеризує аномальне поле, зумовлене неоднорідною будовою напівпростору.

Позірний опір r_П неоднорідного середовища – це дійсний питомий опір такого фіктивного однорідного ізотропного середовища, в якому при заданій геометрії розташування живильних (А і В) і приймальних (M і N) електродів і силі струму I на приймальних електродах створюється різниця потенціалів D U, рівна виміряній в неоднорідному середовищі. Позірний опір r_П має розмірність омметр (Ом×м) і визначається за формулою ,

де I – величина струму, що пропускається в землю через живильні електроди А і В, D U – різниця потенціалів, яка зареєстрована між вимірювальними електродами M і N в момент перебігу струму; K – коефіцієнт установки (геометричний коефіцієнт, який має розмірність у метрах). У випадку довільного розташування живильних і приймальних електродів коефіцієнт установки визначається:

,

де AM, AN, BM, BN – відстані між відповідними електродами.

Позірний опір підпорядковується принципу взаємності, який формулюється наступним чином: величина позірного опору, виміряного любою чотириелектродною установкою, залишається без зміни, якщо приймальні і живильні електроди змінити місцями.

В методах електричного зондування вивчається залежність позірного опору від розносу установки, яким регулюється глибинність дослідження. Таким чином, маючи дистанційну залежність позірного опору (криву зондування), можна отримати інформацію про зміну електричних властивостей геоелектричного розрізу з глибиною. Отже основною задачею електричних зондувань є вивчення залежності питомого опору порід з глибиною, і, на цій основі, розчленування геоелектричного розрізу на окремі горизонти, що різняться за питомими опорами. Для методів електричних зондувань найбільш сприятливим геоелектричним розрізом є горизонтально-шаровий, або близький до нього.

Основною задачею електричного профілювання є дослідження зміни електричних властивостей геоелектричного розрізу в горизонтальному напрямку (по латералі), причому на приблизно одному і тому ж глибинному рівні. Вирішення цієї задачі досягається вимірами позірного опору установками, які переміщуються по профілю без зміни їх геометрії, тобто розносу. Зрозуміло, що для електричного профілювання найбільш сприятливою моделлю розрізу є вертикально-шарова.

18. Електропрофілювання через вертикальний контакт однополюсною потенціал- та градієнт-установками.

19. Електропрофілювання через вертикальний пласт різними типами установок.

20. Загальна характеристика методів електропрофілювання: класифікація, методика робіт, зображення результатів, інтерпретація даних.

Методи електричного профілювання. Електричне профілювання (ЕП) – це модифікація методу опорів, при якій уздовж заданих напрямків (профілів) переміщується установка з постійними розносами і на кожній точці визначається позірний опір. Напрямок профілів задається вхрест простягання досліджуваних об’єктів і геологічних структур. Відстань між профілями і пікетами на профілях залежить від масштабу зйомки та розмірів об’єктів, які необхідно виявити. Ці об’єкти повинні перетинатися не менше ніж 2-3 профілями та фіксуватися не менше ніж 3-4 точками на профілях. По зміні позірних опорів на однакових розносах можна робити висновок про зміну геоелектричного розрізу уздовж цих профілів і в цілому по площі на приблизно однакових глибинах. Електропрофілювання застосовується там, де є диференціація порід за питомим опором в горизонтальному напрямку. Є декілька модифікацій електричного профілювання. Зупинимося на їх розгляді.

Принципи інтерпретації результатів електропрофілювання. В процесі інтерпретації результатів електричного профілювання на основі даних польових робіт роблять висновок про геоелектричну і відповідно геологічну будову досліджуваної площі. Основними матеріалами, що використовуються для інтерпретації, є графіки позірного опору, карти ізоом і карти графіків r_п, які будуються за результатами електропрофілювання, та дані про електричні властивості порід і руд, а також геологічні дані, що є по ділянці робіт та суміжних ділянках.

Початковим етапом процесу інтерпретації є виділення на графіках і картах r_п особливостей, пов’язаних з об’єктами, що являють геологічний інтерес – пластами, рудними тілами, розломами, областями розповсюдження масивів геологічних утворень і т. ін. Цей процес утруднюється впливом на графіки r_п аномалій-завад як геологічного характеру – неоднорідностей покривних відкладів (якщо вони не є об’єктом дослідження), вміщуючих порід, рельєфу денної поверхні, так і похибок спостережень. Якщо амплітуда корисних аномалій значно більша завад, то аномалії виділяють і корелюють візуально з урахуванням характерних особливостей графіків r_п. При високому рівні аномалій-завад застосовують статистичні методи виділення корисних аномалій та методи їх міжпрофільної кореляції.

Після того, як аномальні зони виділені на графіках і картах r_п і дано їм геологічне тлумачення, бажано за характером аномалій уточнити положення цих об’єктів і оцінити, по можливості, елементи їх залягання, розміри і т. д., тобто виконати кількісну інтерпретацію. Цей етап інтерпретації є досить складним і далеко не завжди можна його реалізувати. Все ж таки для простих геологічних моделей, використовуючи палеткові методи співставлення та методи мінімізації, удається уточнити положення контактів, пластів, жил, рудних об’єктів ізометричної і витягнутої форм, визначити напрямок падіння пластів і оцінити їх кут падіння.

Дипольне профілювання (ДП). Електропрофілювання цим способом виконують зазвичай двосторонньою осьовою установкою АВМNА ¢ В ¢ (рис. 3.24), хоча може застосовуватися і одностороння установка АВМN. Точкою запису при роботі з такими установками вважається центр приймального диполя МN.

Двостороння дипольна осьова установка характеризується тим, що в ній присутні два живильні диполі – АВ і А ¢ В ¢, розташовані симетрично по обидва боки від вимірювального диполя МN. При кожному положенні такої установки на профілі величину позірного опору вимірюють двічі – установками АВМN і А ¢ В ¢ МN. Результати вимірів, як уже відмічалося, відносять до центра лінії МN. Дипольна двостороння осьова установка в певній мірі схожа на установку комбінованого електропрофілювання. Схожі і графіки r_п, отримані цими установками. Разом з тим ця установка вигідно відрізняється від установки КЕП відсутністю заземлення в нескінченності, що дозволяє суттєво підвищити продуктивність робіт.

Рисунок 3.24 Схема установки дипольного двостороннього електричного профілювання Г – генератор; П – приймач

Більш повну інформацію про характер геоелектричного розрізу можна отримати шляхом профілювання з дипольно-осьовою дворозносною установкою, що дає можливість оцінити характер зміни геоелектричного розрізу з глибиною (дипольний аналог дворозносного симетричного електропрофілювання).

За результатами виміру позірних опорів будують графіки r_п і та графік їх середніх значень (у площовому варіанті карти ), на яких чітко відображаються локальні неоднорідності геоелектричного розрізу.

Перевага дипольного профілювання в порівнянні з профілюванням у полі точкових джерел полягає в більшій диференційованості графіків r_п і більшій амплітуді аномалій над локальними об’єктами. Суттєвий недолік ДП полягає у наявності великого рівня завад, зумовлених впливом поверхневих неоднорідностей, та нестабільністю електричного опору вміщуючих порід. Ці обставини обмежують область застосування дипольного профілювання районами з порівняно однорідними покривними і вміщуючими породами

Метод зарядженого тіла (МЗТ). Метод зарядженого тіла (метод заряду (МЗ)), застосовується для прослідковування і оконтурювання геологічних утворень, розкритих гірськими виробками або свердловинами в одній чи декількох точках, якщо ці утворення складені гірськими породами чи рудами, що мають підвищену у порівнянні із вміщуючими породами електропровідність. Відомі електрична (МЗ) і магнітна (МЗМ) модифікації методу заряду та його гідрогеологічний і міжсвердловинний варіанти.

Електрична модифікація (МЗ). В рудному тілі, перетнутому свердловиною, розміщують один із електродів живильної лінії. Інший електрод розташовують на поверхні землі, відносячи на достатньо велику відстань (в 10–15 раз більшу за лінійні розміри площі досліджень), щоб його полем можна було знехтувати. Після вмикання в живильну лінію джерела струму “заряджене” рудне тіло саме становиться джерелом електричного поля, просторова структура якого залежить від форми рудного об’єкта (рис. 3.26, а). Це поле вивчають на поверхні землі і у сусідніх свердловинах шляхом зйомки його потенціалу чи градієнта потенціалу.

Існують два способи вимірів електричного поля: слідкування еквіпотенціальних ліній над зарядженим тілом та виміри потенціалу чи градієнта потенціалу вздовж системи профілів, розташованих над зарядженим тілом. Перший спосіб використовують головним чином для вивчення тіл ізометричної форми, а другий – для дослідження лінійно витягнутих крутоспадних тіл жильного і пластового типів.

Ізолінії слідкують наступним чином. Спочатку на профілі, що перетинає гирло свердловини (проекцію точки зарядки), вибирають початкові точки ізоліній (частіш за все рівновіддалені) і при пропусканні струму вимірюють їх потенціали відносно вибраної базисної точки. Слідкування кожної ізолінії починають з її початкової точки і виконують це за допомогою щупів М і N, між якими фіксують вимірювачем мінімальну різницю потенціалів. При цьому задній щуп N залишається нерухомим, а положення переднього щупа змінюють, відшукуючи точку мінімальної різниці потенціалів, яку закріплюють пікетом. Потім задній щуп переносять у знайдену точку і продовжують аналогічно пошук мінімального сигналу і т. д. Результати зйомки зображують у вигляді карти еквіпотенціальних ліній (рис. 3.26, б).

Рисунок 3.26 Електричне поле зарядженого рудного тіла

а – струмові і еквіпотенціальні лінії навколо зарядженого тіла; б – еквіпотенціальні лінії на денній поверхні; в – графік градієнта потенціалу: 1- заряджене тіло; 2- струмові лінії; 3- еквіпотенціальні лінії; 4- точка зарядки

Виміри другим способом починаються із топографічної підготовки ділянки робіт. Над зарядженим тілом вздовж припустимого його простягання розбивають базисний профіль і перпендикулярно йому систему рядових профілів, віддалених один від одного на 20–40 м. Сама методика зйомки потенціалу чи градієнта потенціалу аналогічна методиці, що застосовується в методі природного поля (див. “Поляризаційні методи”). В обох випадках у процесі вимірів обов’язково фіксують у польовому журналі знак вимірюваної різниці потенціалів (при роботі на постійному струмі).

Окрім різниць потенціалів вимірюють і силу струму зарядки І. Значення потенціалу U і градієнта потенціалу (D U / МN) нормують по силі струму І (при стабілізованій силі струму це не обов’язково). Результати польових робіт зазвичай зображають у вигляді карт потенціалу чи карт графіків потенціалу U / I і градієнта потенціалу D U /(МN×I). Карти графіків зручні при кореляції результатів спостережень на сусідніх профілях і виділенні ознак поля, що характеризують положення зарядженого тіла. Зокрема жильні тіла чітко фіксуються точками переходу через нуль графіків градієнта потенціалу (рис. 3.26, в).

Гідрогеологічний варіант методу заряду. Цей варіант методу МЗ застосовують для визначення напрямку і швидкості фільтрації підземних вод з використанням одної свердловини.

З цією метою у свердловину, що виявила підземний потік, опускають на кабелі один електрод А живильної лінії і мішок з кухонною сіллю. Інший електрод відносять у “нескінченність”. Після опускання електрода пропускають струм і відслідкують ізолінію. Ця ізолінія буде мати форму близьку до кола. Початковий радіус ізолінії береться рівним 1,5–2-кратній глибині до водоносного горизонту.

Рисунок 3.27 Визначення швидкості фільтрації підземних вод методом заряду

а – положення сольового ореолу у пласті; б – схема зміщення ізоліній; в – графік залежності V від t

 

Під дією потоку розчин солі буде вимиватися із свердловини і біля неї утвориться заряджена зона електроліту, витягнута в сторону міграції підземних вод. Передня границя цієї зони буде рухатися зі швидкістю, приблизно рівною швидкості руху підземного потоку. Динаміку і напрямок руху цієї зони вивчають на поверхні землі шляхом зйомки замкнутих еквіпотенціальних ліній в різні проміжки часу (від одиниць до десятків годин).

Еквіпотенціальні лінії витягуються в напрямку руху підземного потоку зі швидкістю V= D r /D t, де D r - зміщення ізоліній уздовж напрямку потоку, D t - проміжок часу між зйомками еквіпотенціальних ліній (рис. 3.27, б). Будуючи графік залежності швидкості руху фронту ізолінії, можна визначити її стале значення, яке і відповідає швидкості фільтрації підземного потоку (рис. 3.27, в).