Б. Метод заряда с измерением характеристик магнитного поля

3.3.2.44. Работы по методу заряда на переменном токе низкой частоты с измерением магнитного поля (МЗМП) проводятся по профилям, идущим перпендикулярно предполагаемому простиранию изучаемого объекта или по лучам, расходящимся от точки заряда.

3.3.2.45. Для выделения аномалии, обусловленной рудным телом, нормальное поле питающей цепи и заземлений должно быть исключено из результатов наблюдений или уточнено при интерпретации. Знание основных закономерностей распределения нормального поля питающей цепи является обязательным условием успешного применения метода. Представление о степени искажения результатов наблюдений полем токонесущего кабеля необходимо на самом начальном этапе работ при выборе направления выноса удаленного электрода по отношению к предполагаемому простиранию рудного тела.

1. Не следует выносить второй электрод питающей цепи в направлении ожидаемого простирания вскрытого рудного тела и выполнять наземные наблюдения на продолжении кабеля по профилям, перпендикулярным ему. Пространственное совпадение аномалии от рудного тела с такими особенностями нормального поля, как максимум горизонтальной (направленной вдоль профиля) и смена знака (минимум) вертикальной составляющих, усложняет истолкование результатов наблюдений.

2. Нецелесообразно раскладывать наземную часть цепи перпендикулярно простиранию заряженного проводника и располагать профили параллельно проводу (вкрест простирания рудного тела). При такой схеме наблюдений вертикальная составляющая нормального поля имеет крайне неоднородный характер и непосредственно над проводником наблюдается резкий спад, на фоне которого не проявляется четко аномальный эффект.

3. Предпочтительнее раскладывать токонесущий кабель под углом 30 – 50⁰ к простиранию рудного тела и располагать профили вкрест последнего. При такой схеме аномальный эффект, обусловленный подземным проводником, наблюдается на спокойном фоне нормального поля и положение зоны повышенной плотности тока может быть достоверно установлено по результатам наблюдений суммарного поля.

3.3.2.46. Известны различные способы расположения пунктов наблюдений по отношению к питающей цепи, при которых отдельные составляющие нормального магнитного поля на дневной поверхности равны нулю, что позволяет измерять непосредственно аномальное поле. К ним относятся следующие способы.

1. Наблюдения на продолжении прямолинейной наземной части цепи, когда профили разбиваются радиально от зарядной скважины и провод раскладывается на продолжении каждого профиля. Этот способ связан с большой трудоемкостью подготовительных работ.

2. Наблюдения аномального поля по радиальным лучам, которые можно выполнять и при неизменном положении питающей цепи, компенсируя нормальное поле особым расположением наземной части провода. Для этого используются два удаленных заземления, расположенных на одной прямой симметрично зарядной скважины. Компенсация нормального поля на любом профиле-луче достигается соответствующим подбором силы токов, текущих в противоположных направлениях по кабелю.

3. Наблюдения при расположении верхнего заземления питающей цепи у устья горной выработки (шурфа, скважины), через которую осуществляется ввод тока в рудное тело. В этом случае нормальное поле питающей цепи устраняется полностью (в случае однородных или горизонтально-слоистых сред) и объектом наземных наблюдений является аномальное поле. Достоинством питающих установок, заземленных в вертикальных скважинах, является возможность прослеживания рудных тел в противоположных направлениях при неизменном положении генератора в питающей цепи. Целесообразно использование питающих установок, заземленных в наклонных скважинах. При этом нормальное поле на поверхности земли полностью не скомпенсировано, но ослаблено в значительной степени, и эффект от заряженных проводников наблюдается без существенных искажений, Способы расположения питающей цепи обеспечивают прослеживание вскрытых и выявление незаряженных проводников непосредственно по результатам полевых наблюдений без трудоемких расчетов нормального поля токонесущего кабеля. В ряде случаев целесообразны повторные измерения поля с различным расположением питающей цепи. Они значительно повышают достоверность сведений о положении рудных тел и тем самым исключают их пропуск при бурении.

3.3.2.47. Для работ МЗМП по профилям подготавливается сеть наблюдений. Профили задаются на расстоянии 50 – 100 м друг от друга. Точки на профилях наиболее часто устанавливаются через 20 м. Длина профилей и их количество определяются перспективной площадью, подлежащей изучению. При этом учитывается мощность генератора тока и чувствительность измерительной аппаратуры к полезному сигналу.

При работах по лучевой схеме наблюдения проводятся последовательно по 6 – 12 лучам. Длина каждого луча берется в 1,5 раза больше предполагаемого простирания исследуемого объекта от точки заряда. Удаленный электрод и кабель с током относятся от точки заряда в сторону, противоположную лучу. При этом луч, по которому проводятся наблюдения, и прямая линия, на которой расположен кабель, должны составлять угол 180⁰. Общие требования к расстоянию до положения удаленного электрода такие же, как в разд. А.

Удаление одного из заземлений с целью уменьшения влияния его на поля приводит к увеличению длины подводящих ток проводов. Допустимая длина провода, при которой сохраняется распределение поля, как в случае постоянного тока, в зависимости от рабочей частоты и удельного сопротивления пород может быть определена с помощью палетки (прил. 13).

3.3.2.48. На каждой точке стояния прибора измеряются амплитуда и углы трех ортогональных составляющих вектора напряженности магнитного поля: Н_х – горизонтальная составляющая, направленная вдоль профиля или луча; Н_у – горизонтальная составляющая, перпендикулярная профилю или лучу; Н_z – вертикальная составляющая; j - азимут направления полного вектора напряженности магнитного поля относительно положительного направления линии профиля; a - угол наклона полного вектора напряженности магнитного поля к горизонтальной плоскости.

Документация полевых работ ведется по форм, приведенной в прил. 11.

3.3.2.49. При высоком уровне промышленных помех, а также в случае вредного характера магнитного поля, обусловленного наличием апофиз или смежных рудных тел, целесообразно измерять синфазную с током в питающей линии вещественную компоненту пространственных составляющих поля Re Н_х, Re Н_у, Re Н_z.

При этом опорное напряжение может подаваться на измерительный прибор либо непосредственно с питающей линии, либо с заземленных на безрудном участке электродов.

3.3.2.50. Для контроля за работой аппаратуры на планшете вне рудного тела выбирается контрольный пункт, на котором жестко закрепляется источник поля в виде квадратной либо круглой незаземленной петли или заземленного на концах прямолинейного отрезка провода длиной 20 – 50 м. Колышками фиксируются точки стояния приборов в центре петли или напротив середины заземленного провода на расстоянии, не превышающем его длину.

На контрольном пункте производится определение коэффициента преобразования (чувствительности к полю) магнитного индукционного преобразователя (датчика) С, необходимого для пересчета эдс выходного сигнала измерителя в вольтах в единицы напряженности магнитного поля – А / м (Э). Здесь же производится маркировка магнитного индукционного преобразователя, выходных клемм генератора и цепи опорного напряжения, обеспечивающая однозначность определения направления поля Re Н_х, Re Н_у, Re Н_z, т. е. знака пространственных компонент.

Коэффициент преобразования магнитного индукционного преобразователя вычисляется по формуле, В/ (А / м) или В/Э,

 

С=U/ ç H ú, (2)

где U – значение эффективного напряжения на выходе измерителя, В;ç H ú - модуль напряженности магнитного поля (или его вещественная компонента Re Н) данного источника, А / м (Э) (при единичном значении силы тока на рабочей частоте). Перед определением коэффициента преобразования (чувствительности к полю) магнитного индукционного преобразователя измеритель сигналов должен быть прокалиброван.

Определение коэффициентов С выполняется ежедневно перед началом и в конце рабочего дня, а также после устранения возникших неисправностей или регулировок измерителей. Одновременно в процессе измерений следят за тем, чтобы сила тока поддерживалась по возможности постоянной.

3.3.2.51. Маркировка выходных клемм генератора, цепи опорного напряжения и магнитного индукционного преобразователя из условного предположения, что источник поля питается постоянным током. ×Положительное направление поля Re Н_х, Re Н_у, Re Н_z определяется правовинтовой системой связи силовых линий поля с направлением тока в источнике.

3.3.2.52. Оценка погрешности полевых измерений магнитного поля производится на основании контрольных и повторных наблюдений, которые составляют до 10% от общего объема работ.

Количественная оценка погрешности измерений составляющих Н_х, Н_у, Н_z пространственных компонент модуляç H ú или вещественных составляющих Re Н_х, Re Н_у, Re Н_z поля производится на основе расчета средней относительной погрешности, исходя из формулы, %

 

 

d = ×100 = ×100, (3)

 

 

где D Н_j – разность основных и повторных измерений составляющих поля Н_х, или Н_у, или Н_z; ç H ú - модуль полного вектора напряженности магнитного поля, измеренный непосредственно или вычисленный на основании наблюдений пространственных компонент поля; п – число повторных наблюдений.

Выражение (3) применяется также, для оценки погрешности при измерении Re Н. Средняя относительная погрешность не должна превышать 5 – 7%. Средняя абсолютная погрешность в определении азимутального j и зенитного a углов должна быть не более 1 - 2⁰.

3.3.2.53. Результаты наблюдений по профилям поля Н_х, Н_у, Н_z или Re Н_х, Re Н_у, Re Н_z, выраженные в вольтах, приводятся к единичному значению силы тока в питающей линии и переводятся в единицы напряженности магнитного поля посредством умножения на коэффициент, 1/ (В × м),

 

К _п =1/ (СI), (4)

 

где С определяется формулой (2). Форма журнала градуировки приведена в прил. 15.

Вычисление напряженности поля Н производится с учетом коэффициента перевода К _п по формуле

 

Н = К _п U. (5)

 

Полученные данные изображаются в виде графиков составляющих поля и углов с указанием исходных сведений, необходимых для расчета нормального поля питающей линии. При вычислении нормального поля необходимо знать координаты питающих электродов и расположение токоподводящего кабеля.

Составляющие аномального поля вычисляются по формуле

 

ç H_ai ú = ç H_ci ú - ç H_ni ú, (6)

 

где ç H_ai ú - модуль напряженности аномального поля, А / м (Э ); i – x, y, z; ç H_ci ú - модуль напряженности суммарного поля; ç H_ni ú - модуль напряженности нормального поля (если H_ni ¹ 0 за счет выбора установки). Аномальное поле с учетом выражения (6) вычисляется по формуле

 

 

ç H_a ú = .

 

При изучении вещественной компоненты вместо H_a аномальное поле вычисляется по формуле

 

 

Re Н_аi = Re Н_ci - Re Н_ni, (7)

 

 

где Re Н_аi - напряженность аномального поля вещественной компоненты; Re Н_ci – напряженность суммарного поля, А / м (Э); Re Н_ni - напряженность нормального поля, А / м (Э); i – x, y, z.

Форма журнала для обработки приведена в прил. 14.

В процессе интерпретации аномального поля на основании графиков напряженности составляющих определяют местоположение рудного тела, уточняют угол его падения, размеры по простиранию, выявляют невскрытые рудные тела. При интерпретации графиков аномальных полей используют имеющиеся в литературе методические рекомендации.

3.3.2.54. Комиссии по приемке полевых материалов предъявляют журналы полевых и контрольных наблюдений, журналы эталонировки аппаратуры, графики характеристик магнитного поля, исходные данные для расчета нормального поля питающей цепи: местоположение заземлений и конфигурации кабеля, данные инклинометрии по зарядной и измерительной скважинам (см. также 3.9.20).

3.3.3 МЕТОД ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЯ (прил. 18 – 21)

 

3.3.3.1. Метод электропрофилирования (ЭП) на постоянном токе с наблюдением напряженности постоянно или низкочастотного электрического разреза в горизонтальном направлении. При этом низкочастотное электрическое поле интерпретируется как постоянное.

Методом ЭП решаются задачи на стадиях, связанных с геологическим картированием, поисками месторождений твердых полезных ископаемых, подземных вод, и при инженерно – геологических работах. Различные модификации ЭП позволяют более эффективно подчеркивать те или иные особенности геоэлектрического разреза, более экономично решать конкретные геологические задачи; модификации различаются большей или меньшей сложностью при производстве работ.

Условия, необходимые для применения метода ЭП, следующие: крутое падение крыльев складок, зон нарушений, контактов; резкое различие в удельном сопротивлении слагающих толщ; относительная простота геоэлектрического разреза; выдержанность удельного сопротивления в каждой из толщ; при поисках залежей полезных ископаемых - значительная разница в удельной электропроводности залежи и вмещающей породы, относительная выдержанность значений удельного сопротивления залежи и вмещающих пород, большая протяженность залежи по сравнению с глубиной залегания.

Модификация ЭП, разносы питающих и приемных линий, положение электродов, сеть наблюдений, тип аппаратуры выбираются в зависимости от решаемых геологических задач, характера и глубины залегания изучаемых объектов и условий работы. Вид установок – заземление или незаземленные – зависит от условий заземления.