Изучение электрических образцов

И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ

 

5.2.1. ЛАБОРАТОРНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ

 

5.2.1.1. Измерение удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости твердых, жидких и сыпучих материалов в широком диапазоне частот, а также магнитной проницаемости на одной фиксированной частоте производится с помощью приборов серии ИЭМС. Эксплуатация приборов осуществляется в соответствии с техническими инструкциями, входящими в комплект приборов.

5.2.1.2. Для измерений отбираются образцы не короче 60 мм для двухэлектродных и 80 мм для четырехэлектродных контактных измерений, имеющие поперечное сечение, постоянное по всей длине образца, и форму, позволяющую вычислить поперечное сечение с погрешностью, не превышающей ±5 %. Наиболее подходящими для измерения образцами являются керны буровых скважин. При необходимости изучения электрических свойств образцов неправильной формы желательно для снижения погрешности измерения улучшить форму образца с помощью геологического молотка или алмазной пилы. С каждого исследуемого участка отбирают для измерений не менее 10—20 образцов каждой из имеющихся там пород. Из однотипных образцов каждой породы образуют серии по 10—15 шт. и образцы каждой серии измеряют совместно. Все отобранные образцы должны быть снаб­жены геологическим описанием в соответствии с требованиями инструкции по хранению геологических образцов.

5.2.1.3. Для измерения электрических свойств твердые образцы горных пород проходят предварительную подготовку. На образцы наносятся кольцевые электроды из проводящей мастики.

Для измерений на приборе ИЭМС-1 для изготовления электродов используется мастика, состоящая из графитового порошка, оргстекла (связка) и дихлорэтана (растворитель).

Для работы с прибором ИЭМС-3 мастика приготавливается из медного порошка ПМС (ГОСТ 4960—75), полистирола (связка) и бензола (растворитель). Мастика наносится на образец поверх петли из неизолированной медной проволоки, механически закрепленной на образце и имеющей вывод длиной 10—15 см для подсоединения к преобразователю (датчику) прибора. Выводы должны располагаться в один ряд.

Примерный состав мастики: 1) графит серебристый — 40 г; оргстекло — 1,5 г; дихлорэтан — 100 мл; 2) медный порошок ПМС — 70 г; полистирол — 12 г; бензол — 100 мл.

Вместо указанных мастик может быть использован промышленный проводящий лак АС-588. Электроды из этого лака годятся для измерений на любом из перечисленных приборов.

Работа с химическими веществами и их хранение должны вестись с соблюдением мер безопасности в соответствии с требованиями разд. 9 «Правил безопасности при геологоразведочных работах». Дихлорэтан и бензол ядовиты, поэтому работать с мастиками разрешается только в вытяжном шкафу или на открытом воздухе с соблюдением необходимых правил безопасности. Растворители хранят в вытяжном шкафу в бутылях с притертыми пробками. Мастика не подлежит длительному хранению и должна изготовляться непосредственно перед употреблением. Свежеприготовленная мастика должна хорошо покрывать образец и быстро сохнуть, образовывая после высыхания электрод, обладающий высокой электропроводностью и достаточной механической прочностью. Следует помнить, что повышение концентрации оргстекла или полистирола в мастике увеличивает механическую прочность электродов, но снижает их электропроводность.

5.2.1.4. При нанесении электродов из мастики на образец необходимо следить, чтобы расстояние между краями электродов было постоянно по всему периметру образца. Для двухэлектродной установки оно должно удовлетворять соотношению

а≤l₀≤4а, (124)

 

где а— радиус образца; l₀ - расстояние между внутренними краями электродов. Для прибора ИЭМС-1 l₀≥ 40 мм, а для ИЭМС-3 l₀≥ 30 мм. Ширина каждого электрода должна быть не менее 15 мм.

При работе на ИЭМС-1 для измерения образцов низкого удельного сопротивления необходимы специальные меры, снижающие переходное сопротивление контактов. С этой целью поверх свеженанесенных графитовых электродов (до их высыхания) накладывают покрытие из станиоля (оловянной фольги). Это же рекомендуется и при измерении образцов значительной массы. В этом случае станиоль предохраняет электроды от преждевременного разрушения.

Для четырехэлектродной установки (ИЭМС-3) расстояние между внутренними краями приемных электродов М и Nдолжно быть не менее 30 мм и между внутренним краем питающего и внешним краем приемного электродов ( Аи М, Nи В ) -неменее 15 мм. Ширина приемных электродов 5 мм, ширина питающих электродов — не менее 10 мм.

При нанесении электродов рекомендуется размещать их таким образом, чтобы _;между электродами заключалась та часть образца, поперечное сечение которой не изменяется. Для четырехэлектродной установки это условие относится к участку между приемными электродами М и N.

5.2.1.5. Существует значительная разница между электрическими свойствами сухих и влагонасыщенных образцов керна. Замачивание образцов в течение 2—3 сут позволяет вернуть им почти естественную влажность. Измерение электрических свойств образцов после замачивания позволяет получить данные, близкие к электрическим свойствам пород в естественном залегании.

Образцы следует замачивать в воде того же района или месторождения, из которогоони взяты. Допускается применение дистиллированной воды. В крайнем случае можно употреблять слабоминерализованную воду постоянного состава.

Измерение можно начинать после высыхания поверхностной влаги в межэлектродной области на образцах.

Однако при изучении частотных зависимостей серии образцов (массовые измерения) рекомендуется на каждой частоте измерять только что вынутый из воды образец и после измерения сразу вновь опускать его в воду. Это позволяет избежать дополнительных погрешностей за счет изменения температуры и влажности образца. Погрешность, возникающая за счет проводимости поверхностной пленки воды, является систематической. Рекомендуется вместе с измерениями на образцах измерятьчастотную зависимость удельного сопротивления воды, в которой эти образцы замочены.

5.2.1.6. Электрические свойства жидкостей и сыпучих материалов исследуются с помощью специальных измерительных стаканов с вмонтированными в них электродами.

5.2.1.7. Результаты измерений в виде значений Л_ε, А_σзаписываются в журналы (прил. 137—138), где имеются также графы для записи результатов первичной обработки. Удельные параметры образцов рассчитываются по формулам, основные сведения о которых приведены в прил. 139. Более подробные сведения о расчетных формулах можно найти в технических инструкциях, входящих в комплект прибора.

5.2.1.8. Погрешность измерений в значительной степени определяется геометрией образца и качеством его подготовки. Неправильная форма образца, затрудняющая точное определение поперечного сечения, ведет к увеличению погрешности, то же — при неаккуратном нанесении электродов, неправильном измерении размеров образца. Погрешность прибора обычно не превышает 5 % и может быть проверена с помощью эталонных сопротивлений, входящих в комплект прибора. Дополнительные погрешности, возникающие по перечисленным выше причинам, могут увеличивать погрешность в отдельных случаях до 50%, при аккуратном выполнении указанных выше требований средняя арифметическая погрешность измерения не превышает 10—15%.

5.2.1.9. Изменение удельного сопротивления и диэлектрической проницае­мости имеет логарифмически нормальное распределение. Результаты измерений этих величин оформляются в виде вариационных кривых, построенных в логарифмическом масштабе в соответствии с методическими требованиями статистического анализа. Количественную оценку закономерностей изменения изучаемых величин получают с помощью методов статистической обработки результатов наблюдений.

Первым этапом работы является выбор интервалов группирования. При построении вариационных кривых в логарифмическом масштабе длина интервала выбирается опытным путем так, чтобы в соответствии с имеющимися методическими рекомендациями на вариационных кривых оказались выделенными характерные черты распределения, а случайные колебания были бы сглажены.

При многочастотных исследованиях определение интервала следует делать на самой высокой рабочей частоте, так как диапазон изменения электрических характеристик здесь уже, чем на низких частотах. В противном случае может оказаться, что вариационные кривые на высоких частотах будут строиться по небольшому числу точек.

Применение методов математической статистики для обработки данных изучения электрических свойств пород резко увеличивает объем вычислительных работ, поэтому при большом числе измерений результаты обрабатывают с помощью ЭВМ или графических построений. Способы обработки данных приведены в прил. 139.

 

5.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ ДИПОЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ

 

5.2.2.1. При определении магнитной проницаемости, в частности (см. 3.5.1) в случае слабомагнитных руд, можно использовать дипольные установки. Для измерений выбирают образцы больших размеров со сравнительно ровной поверхностью. Разнос Lдипольной установки XXи наименьшая сторона исследуемой поверхности образца mдолжны быть связаны соотношением m/L≥ 2. Установку помещают в средней части образца, при этом катушки должны находиться не ближе 0,5L от краев образца. По относительному значению суммарного магнитного поля определяется магнитная проницаемость (см. 3.5.1). При измерениях над слоистыми образцами это значение поля соответствует среднему арифметическому значению магнитной проницаемости.

5.2.2.2. Для определения составляющих магнитной проницаемости анизо­тропных образцов рекомендуется использовать вертикальную установку ZZ. Измерения напряженности поля необходимо проводить над двумя плоскостями образца. Величина вторичного поля пропорциональна той составляющей μ, с направле­нием которой совпадает ось установки. Составляющие магнитной проницаемости определяются по формуле (118) при L/d > 100.

Если L/d <100, вводят поправку, которая определяется по номограмме прил. 122, а.

Рекомендуется проводить серию из 5—10 измерений над образцом (при определении μcp) или по каждому направлению (при определении составляющих μ_n и μ_t).Форма журнала показана в прил. 81, погрешность вычисляется по формуле (69).

5.2.2.3. Работы проводят с аппаратурой типа АЭММ-1 с фазовой приставкой. Рабочая частота 0,5—2 кГц. Рекомендуются дипольные установки с разносом рамок 10—20 см. Рамки, применяемые в установках, должны удовлетворять следующим требованиям:

а) диаметр рамок D ≤8 мм, ширина намотки 10—15 мм (для установок ХХ)

б) ширина намотки В≤5 мм, диаметр рамок D = 15÷20 мм (для установок ZZ).

Индуктивность рамок 1—3 мГн, Рамки в комплект аппаратуры не входят и изготовляются исполнителями.