Б. Дипольные электрические зондирования: экваториальные, азимутальные и осевые 1 страница

 

3.3.4.42. Дипольные электрические зондирования (ДЭЗ) выполняются обычно по двухсторонней схеме наблюдений, использование которой в отдельных случаях осложняется из-за условий местности.

3.3.4.43. Оси ДЭЗ (линии центров приемного и питающего диполей) рекомендуется располагать вкрест простирания опорного электрического горизонта, чтобы получить максимальные расхождения в ветвях кривых двухстороннего зондирования при больших разносах.

При двухстороннем ДЭЗ, которое выполняется двумя измерительными диполями МN и М¢ N¢, удаляемыми от питающего диполя AВ, получают значения r_к ⁺ (для установки AMNB) и r_к ^- (для установки АВ М¢ N¢).

Центры двухсторонних ДЭЗ (центр линии АВ) следует располагать на прямолинейных профилях, направление которых совпадает с направлением осей зондирования. Вдоль профилей через каждые 100 м устанавливаются пикеты для определения расстояния между питающей и приемной установками (за исключением маршрутных съемок).

3.3.4.44. Размеры питающей и приемной установок выбираются в зависимости от конкретных геоэлектрических условий с таким расчетом, чтобы наблюдаемая в приемной линии разность потенциалов обеспечивала выполнение требований 3.3.4.20.

Размеры приемной установки при экваториальном зондировании должны удовлетворять условию l_MN< 0,2 L, а размеры питающей установки – условию l_AВ £ 0,5 L, где L – расстояние между центрами АВ и МN. Отклонения направления разносов питающей и приемной линии установки дипольного электрического экваториального зондирования (ДЭЗЭ) от перпендикулярного оси зондирования не должны превосходить 1,5⁰. Погрешность в измерении размеров установки не должна превышать 1%.

3.3.4.45. Действующее расстояние для ДЭЗЭ, т. е. расстояние между центром приемной установки и одним из электродов питающей установки, определяется по формуле

 

(17)

 

3.3.4.46. При выполнении ДЭЗЭ рекомендуется использовать разносы l_AВ, приведенные в прил. 26.

Размеры установки ДЭЗЭ могут быть изменены в зависимости от характера геоэлектрического разреза, условий производства измерений и конкретных особенностей местности. При этом следует руководствоваться следующими положениями: отношение последующего расстояния к предыдущему не должно превышать 1,5 – 1,7; длина участка кривой зондирования, перекрываемого при изменении разноса питающей линии, должна составлять ориентировочно 15% от действующего расстояния, соответствующего началу перекрытия.

Коэффициент дипольной экваториальной установки К_ДЭЗЭ определяется по формуле

 

К_{ДЭЗЭ =}

 

где L – разнос (расстояния между центрами установок); l_AB, l_MN – расстояние между соответствующими электродами.

Значение коэффициента К_ДЭЗЭ, вычисленные по данной формуле и приведенные в таблице (прил. 26), даются в предположении, что сила тока I измерена в амперах, а разность потенциалов D U – в милливольтах. Тогда кажущееся удельное сопротивление r_к рассчитывается по формуле

 

 

r_к = К_ДЭЗЭ D U/I, (19)

Для упрощения вычислений l_AB £ 0,6 L, l_MN рекомендуется использовать номограмму (прил. 34).

3.3.4.47. Дипольное азимутальное зондирование (ДЭЗА) целесообразно выполнять на участках изучаемой площади, где перемещение приемной установки возможны только по дорогам. Для определения расстояния между питающим и приемным диполями разбивается, обычно вдоль обочины дороги, 100 – метровый пикетаж, схема которого переносится на планшет масштаба 1: 10000, 1: 25000.

Применение ДЭЗА не рекомендуется в случаях, когда удельное сопротивление пород геоэлектрического разреза резко меняется в горизонтальном направлении и когда развиты структуры с большими углами падения.

3.3.4.48. Размеры питающей и приемной установки при производстве ДЭЗА должны удовлетворять условию l_AB £ 0,6 L, l_MN£ 0,2 L. Погрешность в измерении размеров установки не должны превышать 0,5%.

Азимут питающей линии должен быть выбран с таким расчетом, чтобы угол q (угол между направлением питающей линии и направлением от центра питающей линии на центр приемной) был заключен в интервале 70 -110⁰. В зависимости от конфигурации избранного направления движения по дороге ДЭЗА может выполняться при одном или нескольких азимутах раскладки питающей установки. При переходе от одного направления питающей установки к другому необходимо выполнять измерения таким образом, чтобы участки кривой r_к, полученные с различно направленными питающими установками, перекрывались, по крайней мере, на двух соседних точках. Погрешность в определении угла q для каждого разноса не должна превышать 2⁰.

Приемная установка MN должна быть с точностью до 2⁰ перпендикулярна направлению на центр питающей линии.

3.3.4.49. Действующее расстояние азимутальной установки определяется соотношением

 

(20)

где - поправочный коэффициент, определяемый по номограмме; L – разнос (прил. 36).

Коэффициент установки вычисляется по формуле

 

 

К_ДЭЗА = (21)

 

где l_AB, l_MN – расстояние между соответствующими электродами;

 

 

(22)

 

находится по номограмме (прил. 37).

В приведенном выражении для коэффициента К_ДЭЗА предполагается, что ток измеряется в амперах, а разность потенциалов – в милливольтах. Тогда кажущееся удельное сопротивление определяется формулой

 

r_к = К_ДЭЗА D U/I. (23)

 

3.3.4.50. Наблюдения с азимутальной установкой производятся по заранее составленной программе (прил. 28).

3.3.4.51. При дипольно–осевом зондировании (ДЭЗО) расстояния между центрами диполей могут быть взяты примерно такими же, как и при ДЭЗЭ. Размеры каждого из диполей должны быть не более 0,2 действующего расстояния . Допускается отклонение центра приемного диполя от линии, проходящей через питающие электроды, не более чем на 0,1 . Направление приемного диполя должно совпадать с направлением питающего с погрешностью до 2⁰.

Коэффициент К_ДЭЗО для дипольно-осевой установки определяется по формуле

 

К_ДЭЗО = (24)

где

 

 

(25)

 

остальные обозначения – как в формуле (18). Значения находятся по номограмме (прил. 35); значение К_ДЭЗО даются в предложении, что сила тока измеряется в амперах, а разность потенциалов - в милливольтах. Тогда

 

r_к = К_ДЭЗО D U/I.

 

При необходимости могут быть допущены отклонения положения центра приемной установки от линии, проходящей через питающие электроды, 0,2 L и различие между ориентировкой диполей до 20⁰. В этом случае в значения разносов и коэффициента К_ДЭЗО вносятся соответствующие поправки.

3.3.4.52. Начальные ветви кривых ДЭЗЭ и ДЭЗА рекомендуется измерять с установкой AMNB до L_AB/2 = 200 ¸ 500 м.

В случае необходимости начальные ветви кривых ДЭЗО также могут быть получены на кривой зондирования с установкой AMNB, для чего должны быть сделаны известные пересчеты.

Начальные и конечные ветви кривых, снятые с разными установками, должны иметь перекрытия, по крайней мере, в двух точках.

3.3.4.53. Связь между генераторной группой и полевыми лабораториями осуществляется по радио.

3.3.4.54. В некоторых случаях, например при гидрогеологических исследованиях и изучении карстовых областей. Применяется ВЭЗ на постоянном токе в модификации вычитания полей. Сущность модификации заключается в том, что на каждом разносе ВЭЗ производят определение D U при одной измерительной линии MN и двух одновременно работающих питающих линиях – А₁В₁ и А₂В₂. Источники тока раздельные, а направление тока в них – противоположное. Выбор разносов обработка наблюдений производятся в соответствии с методическими рекомендациями.

 

 

3.3.5. МЕТОД ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (прил. 38 – 45)

 

3.3.5.1. Метод вызванной поляризации (ВП) основан на изучении вторичных электрических полей, возникающих в горных породах под действием электрического тока и имеющих электрохимическое происхождение, связанное с процессами на контакте твердого вещества и внутрипоровой влаги. Процессы ВП наиболее интенсивны на контакте внутрипорового электролита с минералами, обладающими высокой электронной или дырочной проводимостью. К таким минералам относятся большинство сульфидов, некоторые окислы, графит. Процессы ВП на контакте электролита с минералами низкой удельной электропроводности имеют электрокинетический характер, их интенсивность в значительной степени зависит от состава и концентрации электролита и от структуры пор.

3.3.5.2. Метод ВП может применяться на всех стадиях геологоразведочного процесса – от изучения геологического строения районов с целью оценки их рудоперспективности, выявление площадей и участков, перспективных на нахождение месторождений, поисков месторождений полезных ископаемых до получения данных о морфологии и элементах залегания рудных тел и оценки их промышленной значимости, изучение флангов и глубоких горизонтов эксплуатируемых месторождений, уточнения контуров рудных тел.

Месторождения полезных ископаемых могут выявляться методом ВП как за счет присутствия в них промышленно важных минералов, так и за счет влияния сопутствующих непромышленных минералов. Метод может применяться при поисках отдельных типов железорудных, марганцевых, ванадиевых, медно-никелевых, кобальтовых, висмутовых, медных, полиметаллических, золоторудных, молибденовых, вольфрамовых, оловорудных, сурьмяных, ртутных, урановых, угольных, нефтяных и других месторождений.

Метод ВП может применяться также для решения гидрогеологических и инженерных задач, например для определения уровня грунтовых вод, литологического расчесления разреза песчано-глинистых отложений, количественной оценки засоленности пород зоны аэрации и степени минерализации подземных вод.

3.3.5.3. Работы по методу ВП могут быть площадными и профильными. При площадных съемках сеть наблюдений зависит от масштаба геологосъемочных и поисковых работ (от 1: 200000 до 1:5000 и крупнее), в соответствии со стадийностью проводимых работ.

Профильные измерения по методу ВП проводятся обычно для целей рекогносцировки, а также при детализационных работах и проверке аномалий, выявленных другими методами.

3.3.5.4. Метод ВП применяется с использованием импульсов постоянного тока или переменного тока. При измерениях на постоянном токе параметром ВП служит кажущаяся поляризуемость h_к - отношение разности потенциалов, измеренной через определенное время после выключения тока, D U_ВП к разности потенциалов, измеренной во время пропускания тока, D U _пр, выраженное в процентах:

 

F (w) ₌ (D U _ВП/D U _пр)×100. (26)

 

При измерениях на переменном токе эффект ВП выражается или через параметр j_ВП, названный фазовым сдвигом ВП и определяемый через сдвиг фазы напряжения на приемных электродах относительно фазы тока в питающей линии, или через кажущийся коэффициент частотной дисперсии К_Д, определяемый по уменьшению напряжения на приемных электродах при увеличении частоты тока.

При работах обязательно получение данных о кажущемся удельном сопротивлении r_к, вычисляемом по формуле

 

r_к = К D U _пр/ I, (27)

 

где I - сила тока в питающей линии; К – геометрический коэффициент установки; D U _пр – напряжение на приемных электродах в фиксированный момент пропускания постоянного тока или на низкой частоте переменного тока.

3.3.5.5. Наиболее полная информация об исследуемых объектах в методе ВП может быть получена при изучении переходных или частотных характеристик. Под переходной характеристикой напряжения ВП (или поляризуемости h_к) F(t_П) подразумевается их зависимость от времени после включения постоянного тока t_П. Под частотной характеристикой F (w) подразумевается зависимость вещественной Re F (w) и мнимой Iт F (w) компонент напряженности ВП или его модуля ç F (w)÷и аргумента arg F (w) от угловой w частоты (w = 2pf). При анализе переходных характеристик на ряду с поляризуемостью h_к вводится понятие дифференциальной кажущейся поляризуемости Dh_к, производной от h_к по десятичному логарифму времени, и временного параметра t_м – абсциссы точки максимума функции Dh_к. Для ионопроводящих пород значение t_м располагается в диапазоне тысячных – десятых долей секунды, для вкрапленных руд – десятков – сотен секунд и для прожилковых и сплошных руд – тысяч секунд.

Аналогичной информативностью обладает частотная характеристика фазового сдвиг (аргумента) напряжения ВП, например, отдельные максимумы фазовой характеристики, располагаются в диапазоне сотен – десятков герц для безрудных и ионопроводящих пород, а при наличии прожилковых и сплошных руд – в пределах тысячных и десятитысячных долей герца. Различия в значениях временных (частотных) характеристик (параметров) для различных типов руд и пород используются для разбраковки аномалий ВП и определения их геологической породы.

3.3.5.6. Все параметры, применяемые в методе ВП на постоянном и переменном токе, имеют между собой строгую взаимосвязь, отраженную в прил. 38. Из приложения видно, что при соблюдении условия t_П w = (t_П – в секундах, w - в радианах в секунду) из равенства переходной характеристики напряжения ВП на постоянном токе F(t_П) и вещественной составляющей напряжения ВП на переменном токе Re F (w) вытекает, что значению j_ВП в 1⁰ соответствует значение дифференциальной кажущейся поляризуемости Dh_к, равное 3%.

3.3.5.7. С целью повышения производительности работ измерения в методе ВП осуществляются на дискретных временах и частотах, определяемых общим понятием «режим измерений».

1. В практике работ по методу ВП на постоянном токе применяют три режима:

а) одиночный прямоугольный импульс тока;

б) однополярные периодические прямоугольные импульсы тока;

в) разнополярные периодические прямоугольные импульсы тока.

Первый режим применяется как для рядовых измерений, так и при изучении переходных характеристик ВП в широком интервале времени, когда длительность импульсов последовательно возрастает, Второй и третий режимы применяются при массовых полевых наблюдениях. Рабочий интервал относительно переходной характеристики располагается от t_С до t₃ + t_С, где t₃ - длительность импульса тока, t_С - время отсчета напряжения ВП относительно момента выключения тока. Выбор рабочего интервала времени производится с учетом значения временного параметра t_М для интересующихся объектов (см. 3.3.5.5). Аналогичным образом с учетом значения частотного параметра выбирается рабочая частота (или интервал частот) при работах методом ВП на переменном токе.

2. В методе ВП на переменном токе применяются два режима работы. Первый режим состоит в измерении полных частотных характеристик в диапазоне, обеспечиваемом техническими возможностями конкретного вида аппаратуры. Работа в этом режиме проводится при детализационных исследованиях, а также для оценки индукционных влияний. Второй режим – одночастотные или дифференциальные двухчастотные измерения на оптимальных рабочих частотах. Работа во втором режиме производится при площадных съемках.

Результаты наблюдений записываются в журналы (прил. 40 – 45).

3.3.5.8. При работах методом ВП могут быть использованы все модификации, применяемые при электропрофилировании и электрическом зондировании (см. 3.3.3 и 3.3.4), а также ортогональные установки с взаимно перпендикулярным расположением приемных и питающих линий.

При поисковых работах методом ВП на постоянном токе и достаточно большой силе тока в питающей линии следует применять электропрофилирование в модификации градиента (ВП-СГ) с неподвижными питающими электродами. Профили наблюдений прокладываются параллельно питающей линии, ориентированной вкрест простирания искомых объектов. Разносы приемных электродов должны быть не больше горизонтальной мощности искомых объектов по линии профиля. Вместе с тем они должны обеспечивать минимальный возможный уровень сигнала, который может быть измерен с данной аппаратурой и при данных условиях. Шаг наблюдений во всех случаях не должен превышать горизонтальных размеров искомых объектов по линии профиля. В случае двухслойной среды для получения аномалии от объекта, верхняя кромка которого залегает на глубине h₂, l_AO при съемке в модификации градиента определяется по формуле

 

l_AO ³ 5 (28)

 

при h₂ > d₁, где d₁ и r₁ – соответственно мощность и удельное сопротивление верхнего слоя; r₂ – удельное сопротивление нижнего слоя.

Измерения по центральному профилю могут проводиться в средней части питающей линии (длина рабочего участка l_AB/2), а также по всей его длине с выходом за питающие электроды. Измерения могут проводиться также по профилям, параллельным центральному, расположенными от него не более чем на l_AB/4 (как правило, длина рабочего участка l_AB/2).

При поисках и прослеживании крутопадающих пластообразных и жильных тел используются модификации дипольного или комбинированного электропрофилирования. Оценка оптимальных разносов, например, для установки ВП-КЭП может быть проведена по формуле

 

 

l_AО = 2 (29)

 

при h₂³ d₁. Остальные обозначения, как в (28).

Требования к удаленному электроду при работах по модификации ВП-КЭП такие же, как в методе комбинированного электропрофилирования (см. 3.3.3).

При измерениях на переменном токе в открытых районах рекомендуется в качестве основной использовать модификацию градиента с неподвижными питающими линиями. Разнос питающих электродов, расстояние от питающей линии до точки измерения и расположение проводов линии АВ должны быть такими, чтобы обеспечить отсутствие индукционных влияний на сдвиг фазы и в пункте наблюдений на данной рабочей частоте. В закрытых районах следует применять модификацию с ортогональным расположением питающей и приемной линий. Длина питающей линии выбирается так же, как и при электропрофилировании в модификации градиента. Профили для измерений располагаются как внутри питающей линии, так и за ее пределами. Длина профилей не менее длины питающей линии.

В горно-таежных условиях при работе на постоянном и переменном токе целесообразно применять модификацию дипольного электропрофилирования (ВП-ДЭП).

При проведении работ в условиях мощного чехла рыхлых образований низкого удельного сопротивления или при поисковых работах на нефть и газ следует применять ортогональные установки. Работа с ортогональными установками допускается как в площадном варианте с неподвижной питающей линией, так и в варианте профильно-площадных измерений с закрепленным разносом между питающей и приемной линиями.

3.3.5.9. Для изучения горизонтально залегающих пластообразных тел и определения глубины залегания искомых объектов используются модификации электрического зондирования (ВП-ЭЗ) (см. 3.3.4).

3.3.5.10. Детализация выявленных аномалий ВП проводится для: а) уточнения местоположения поляризующихся объектов, их формы и размеров; б) определения элементов их залегания; в) выяснения геологической природы аномалий.

При измерениях в модификации градиента протяженность крупных тел оценивается по воспроизведению формы графиков на соседних профилях при последовательных перестановках питающих электродов и питающей линии.

Если тело расположено в средней части линии АВ, то его горизонтальный размер определяется как расстояние между точками перегиба графиков h_к или j_ВП.

В первом приближении для тел различной формы их горизонтальный размер равен ширине аномалии.

Примерная глубина кровли тел любой формы оценивается по форме графика h_к (или j_ВП к), полученного при расположении питающего электрода над телом (модификация точечного зондирования ВП-ТЗ). Глубина кровли будет равна расстоянию от питающего электрода до места на линии наблюдений, соответствующего перегибу графика h_к (или j_ВП).

Определение направления падения тел и их протяженности на глубину может быть проведено модификациями ВП-СГ или ВП-ТЗ. Если тело находится посредине линии АВ, то на графике h_к (или j_ВП) более пологая ветвь расположена со стороны падения тела, а более крутая – возле его «головы» (верхней части), причем за нею может наблюдаться минимум h_к (или j_ВП) вплоть до перемены знака измеряемых величин. При малой протяженности тела на глубину минимумы отмечаются с обеих сторон. Если питающий электрод расположен над телом, то менее интенсивный, но более широкий максимум находится со стороны падения тела. Указанием на большую протяженность тела на глубину служит существенное превышение ширины аномалии по отношению к аномалии, полученной при расположении тела посредине линии АВ.

Для выяснения геологической природы аномалий проводится изучение временных или частотных характеристик на отдельных точках в пределах аномалий, изучаются нелинейные характеристики поля ВП и проводятся наблюдения комплексом геохимических и геофизических методов. Методы, включаемые в комплекс, зависят от вида полезного ископаемого.

3.3.5.11. Проектирование работ по методу ВП ведется в соответствии с требованиями настоящей инструкции (разд. 2).

Дополнительно к требованиям этого раздела в проекте работ по методу ВП должны быть рассмотрены:

а) сведения о распределении электронно-проводящих минералов в рудных телах и вмещающих породах, о наличии в районе работ пиритизированных, пирротинизированных, графитизированных и других пород, содержащих электронно-проводящие минералы, и об их генетической и пространственной связи с промышленным оруденением;

б) сведения о поляризуемости руд и вмещающих пород, полученные при измерениях на штуфных образцах с помощью лабораторных установок или в результате скважинных работ (каротаж ВП) (см. 3.4.5);

в) условия проведения и результаты ранее выполненных работ по методу ВП;

г) уровень и характер электрических помех в районе работ;

д) требования к параметрам генераторной группы, зависящие от разносов электродов, удельного сопротивления пород, уровня и характера помех;

е) результаты опытных исследований по выбору вида приемной установки, ее размеров и оптимального временного режима измерений;

ж) сведения об уровне электродинамических эффектов, связанных с индуктивным взаимодействием питающей и приемной линий для выбранных установок при измерениях на переменном токе.

3.3.5.12. При проведении работ методом ВП используется аппаратура, различающаяся по своей мощности, способу возбуждения поляризующего поля, изучаемым характеристикам, транспортабельности, помехоустойчивости, - типа ВП-62, ВПС-63, ВПП-70, ИНФАЗ-ВП, ВПФ, СВП-74, ЭВП-203 и др. Каждая станция должна быть опробована на специально выбранном эталонном профиле-полигоне, включая участки типичных нормальных и аномальных полей поляризуемости.

3.3.5.13. Источник поляризующего тока должен обеспечить силу тока в питающей линии

 

I= (30)

 

где I - сила тока, А; U_П – уровень помех, В (в рабочем интервале частот или при выбранном временном режиме измерений); К – коэффициент установки, м; r_к – кажущееся удельное сопротивление, Ом×м; h_к - кажущаяся поляризуемость, отн. Ед.

Постоянство силы поляризующего тока во время измерений должно быть обеспечено с погрешностью не более 3%.

Сопротивление изоляции силовых цепей в генераторной группе должно быть не менее 10 МОм.

3.3.5.14. Измерительная аппаратура должна иметь входное сопротивление не менее 1 МОм обеспечивать возможность измерения напряжения на приемных электродах на всех пределах с относительной приведенной погрешностью не более 2,5%. Аппаратура для метода ВП на постоянном токе должна иметь компенсаторы, с помощью которых обеспечивается компенсация естественной разности потенциалов между приемными электродами в пределах до ±200 мВ.

3.3.5.15. В качестве приемных электродов должны использоваться неполяризующиеся электроды с собственной поляризацией не более 2 мВ; скорость ее изменения не должна быть достаточно малой, чтобы обеспечить измерения разности потенциалов ВП с указанной в 3.3.5.14 точностью. Правила подготовки электродов к работе и ухода за ними те же, что и для метода естественного электрического поля (см. 3.3.1).

При измерениях на переменном токе на частотах 0,3 Гц и выше допустимо использование металлических электродов.

3.3.5.16. В питающей линии необходимо использовать провода с низким электрическим сопротивлением токонесущих жил и высоким сопротивлением изоляции (типа ГПМП или ГПСМП). Сопротивление изоляции провода питающей линии погонной длиной 1 км должно быть не менее 1 МОм.

3.3.5.17. В приемной линии следует использовать легкие многожильные провода с прочной изоляцией, имеющей высокое сопротивление (типа ГСП-0,5). Сопротивление изоляции приемной линии должно быть не менее 10 МОм.

3.3.5.18. Начальник партии (отряда) или старший геофизик совместно с оператором до начала полевых работ должен ознакомиться с участком, наметить места размещения генераторной и приемной установок и пути подъезда или подхода к ним, определить места размещения питающих заземлений, а также оценить характер и уровень возможных помех. Основные требования к организации работ изложены в разд. 2.