 |
Области применения метода естественного поля
|
|
|
|
Метод ЕП применяется для решения следующих задач:
* в разведочной геофизике: 1) поиск и разведка месторождений сульфидных руд и месторождений каменного угля; 2) геологическое картирование тектонических границ; 3) поиск и разведка месторождений подземных вод; 4) поиск областей питания и разгрузки водоемов;
* в инженерной геофизике: 1) поиск мест карстово-суффозионных процессов; 2) мониторинг состояния плотин;
* в технической геофизике: 1) поиск мест коррозии металла; 2) поиск нарушений гидроизоляции объектов, находящихся под катодной защитой.
Метод ЕП обычно входит в состав комплекса геофизических методов.
Методика полевых работ методом ЕП
В полевых работах методом ЕП используется аппаратура для измерений на частотах до 1 Гц - измерители ЭРА и МЭРИ. Для заземления используют неполяризующиеся электроды конструкции ВИРГ. Контакт с разрезом осуществляется через пористую стенку сосуда с электролитом. Измеритель подсоединяется к электроду через медный стержень, погруженный в насыщенный раствор сульфата меди, что обеспечивает малую интенсивность ОВ-реакций, то есть малую ∆ U эл. Подготовка работ по методу ЕП начинается с разбивки профилей. Профили ориентируют вкрест простирания объекта. При решении гидрогеологических задач профили часто прокладывают вдоль берега водоема. Расстояние (шаг) между профилями и между точками наблюдения (пикетами) выбирается по ожидаемым размерам аномалии. Шаг между профилями ∆Y и между пикетами ∆X дают минимальный размер аномалии 2∆Y × 5∆X. На пикетах готовят места заземления - выкапывают лунки по размеру электрода, и готовят в них водоземляную смесь. Так понижается переходное сопротивление измерительной линии и достигаются сходные условия заземления. Кроме того, готовят несколько лунок для выбора рабочей пары и измерения ∆ U эл.. Для выбора рабочей пары измеряют и записывают в журнал ∆ U эл всех пар электродов. Для работы берут пару с наименьшей (2-3 мВ) и устойчивой ∆ U эл. Подготовка прибора начинается с включения и выбора режима измерений на постоянном токе. С помощью батарейки определяют полярность клемм MN прибора.
|
|
|
Различают два вида съемки естественного поля: съемка потенциала и съемка градиента потенциала. При съемке способом потенциала измеряются разности потенциалов между неподвижным электродом N и подвижным электродом М, который перемещается по изучаемому участку. Неподвижный электрод размещают в области спокойного поля. Вблизи точки N не должно быть рудных объектов, металлических труб или иных источников аномалий ЕП. Для выбора места для N в поле часто проводят пробные измерения в 5-10 точках, чтобы убедиться в отсутствии аномалий. При съемках потенциала знак аномалии ЕП имеет важное значение для понимания геологической природы аномалий, поэтому при оценке полярности аномалии нельзя ошибаться. Неподвижный электрод должен быть подключен к отрицательной клемме измерителя, а подвижный - к положительной клемме. Соединительные провода закрепляют для защиты прибора при рывках. Обычно неподвижный электрод подключается непосредственно к прибору, а подвижный - к концу провода на катушки. Клемма катушки подключается к положительной клемме измерителя.
Полевые наблюдения при съемке потенциала состоят в измерении разности потенциалов ∆ UЕП между неподвижным электродом и подвижным, который перемещают по всем пикетам. В процессе измерения прибор и катушка находятся рядом с неподвижным электродом. Значения ∆ UЕП записывают в журнал, при этом указываются координаты пикетов и время измерения. При возврате к началу профиля проводят повторные измерения каждые 5-10 пикетов. Расхождение основных и повторных измерений не должно превышать 5 мВ. Отработав 1-2 профиля, записывают ∆ U эл и время ее измерения. Изменение ∆ U эл не должно превышать 2-3 мВ.. Его переносят вперед по профилю или на следующий планшет участка. Перед переносом и после него замеряют ∆ U эл. Время переноса отмечают в журнале. При 2-м положении неподвижного электрода делают перекрытие - измерения на 3-5 пикетах (при профильной съемке) или на 2 профилях (при планшетной съемке), отснятых при 1-м положении. На 5% пикетов участка работ проводят контрольные измерения. В конце дня производят замер ∆ U эл. Раствор сливают для повторного использования. По возвращении на базу электроды промывают и хранят в воде отдельно от пробок до следующего полевого дня. При съемке градиента потенциала оба измерительных электрода M и N перемещаются по профилю или площади с сохранением постоянного расстояния между электродами. В ходе работы были получены расчетные данные (см. Приложение 1)
|
|
|
Обработка данных ЕП
Обработка данных ЕП состоит в исправлении данных за U эл и приведению данных к первому положению неподвижного электрода. По контрольным измерениям оценивают точность съемки. Данные представляют в графическом виде. Поправки за U элдля каждого пикета вычисляют, считая изменение U эл за время между ее замерами линейным. Значения поправки вычитают из измеренных значений UЕП, получая исправленные значения разности потенциалов U испр. Точность измерений d рассчитывается по приведенным UЕП как среднеквадратическое расхождение рядовых и контрольных наблюдений:
Результаты работ представляются в виде карт графиков и карт изолиний потенциала в масштабе съемки. Вертикальный масштаб графиков принимают равным 1-3d на 1 см, сечение изолиний на картах - 1-3d.
Интерпретация данных ЕП
Интерпретация данных ЕП ведется исходя из поставленной задачи. При этом учитываются априорные представлений о происхождении поля. Форма представления результатов интерпретации данных ЕП зависит от задачи и комплекса методов, в составе которого используется метод ЕП.
|
|
|
Метод ВЭЗ
Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) используется для изучения геоэлектрического разреза. Метод основан на измерении напряжения электрического поля, наведенного с помощью разнесённых питающих электродов A и B.
Глубинность исследования зависит от расстояния между приемными и питающими электродами, чем больше это расстояние, тем больше глубинность. Для одной точки зондирования измерения проводятся для различных расстояний между питающими электродами AB. При этом необходимо следить, чтобы соотношение между расстоянием AB и MN не было слишком большим (не более 20), в противном случае измеряемое на MN напряжение будет слишком маленьким и, как следствие, уровень помех будет слишком большим. Чтобы избежать этого, увеличивают разнос MN.
На основании полученных данных рассчитывается кажущееся сопротивление (ρк).
где k коэффициент установки, 
— разность потенциалов между электродами М и N, 
— ток в линии АВ. Коэффициент установки определяется формулой
где r — расстояние между электродами. Интерпретация полученных данных проводится на основании зависимости ρk(AB/2). Электроды, используемые в приемной линии, часто сделаны из латунных или медных проводов. На контакте сред электрод-почва возникает двойной электрический слой, вследствие чего между приемными электродами возникает ЭДС поляризации. ЭДС поляризации имеет небольшие значения порядка мкВ-мВ, однако может значительно влиять на точность измерений. Существуют различные методы компенсации или устранения искажений, связанных с этим эффектом.
Постоянный ток для измерений используется редко, в основном используют переменный ток низкой частоты. Такой подход позволяет использовать теорию расчета для постоянного тока и при этом получить ряд преимуществ:
· нет необходимости учитывать ЭДС поляризации электродов,
· появляется возможность фильтрации сигнала,
· позволяет использовать менее мощные источники для больших разносов.
Для того, чтобы избежать индуктивных наводок в приемную цепь и в землю, стремятся использовать переменный ток как можно меньшей частоты. В России применяют частоту 4,88 Гц и ниже. Интерпретация данных ВЭЗ(ВЭЗ-ВП) осуществляется в рамках горизонтально-слоистой модели. Каждый слой модели определяется набором свойств: мощность, удельное сопротивление и поляризуемость. В настоящее время для обработки полевых данных используются современные компьютерные программы. Интерпретация проводится в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Проблема учета частоты тока решена в ряде программ.
|
|
|
Физические основы метода ВЭЗ
Идея метода ВЭЗ чрезвычайно проста. На поверхности земли собирают электроразведочную установку, которая, как правило, состоит из двух питающих и двух приемных электродов (см. Рис. 1). В 5 качестве электродов обычно применяют металлические штыри, которые забиваются в землю. Питающие электроды принято обозначать буквами А и В, приемные – M и N. К питающим электродам подключают источник тока – например, батарею. В земле возникает электрическое поле и, соответственно, электрический ток. Силу тока в питающей линии (IAB) измеряют с помощью амперметра, включенного в цепь АВ. На приемных электродах M и N возникает разность электрических потенциалов (ΔUMN), которая измеряется с помощью вольтметра. По результатам измерений можно судить об электрических свойствах горных пород на глубинах проникновения тока в землю. Глубина «погружения тока» зависит, в основном, от расстояния между питающими электродами А и В. В ходе данной работы были получены расчетные данные (см. Приложение 2).
Аппаратура и оборудование метода ВЭЗ
Для выполнения наблюдений методом ВЭЗ применяется специализированная электроразведочная аппаратура для возбуждения поля (генераторы) и измерения разности потенциалов (измерители). В настоящее время, как правило, для метода сопротивлений применяется аппаратура на ультранизких частотах (1-10 Гц) или на постоянном токе. Среди применяемых отечественных приборов можно назвать следующие образцы:
– АЭ-72 – прибор разработки 60-х г.г., работающий на постоянном токе;
– АНЧ-3 – прибор разработки 70-80-х г.г., работающий на переменном токе на частоте 4.88 Гц;
– ЭРА – прибор разработки конца 80-х г.г., работающий на частотах 0, 4.88 и 625 Гц;
– ЭРА-МАХ – современный прибор, работающий на частотах 0, 4.88, 625, 1250 и 2500 Гц;
– ЭРП-1 – современный прибор, работающий на частотах 0, 1.22, 2.44 и 4.88Гц;
– генератор АСТРА и измеритель МЭРИ – современные многочастотные приборы, работающие на частотах от 0 до 625 Гц;
Для монтажа питающих и приемных линий применяются сталемедные провода и кабели. В качестве питающих электродов используют стальные заостренные штыри, для приемных – медные или латунные.
|
|
|
Помехи при выполнении наблюдений методом ВЭЗ
При выполнении измерений приходится сталкиваться с многочисленными помехами. Наиболее значимые из них:
- аппаратурные помехи: шумы измерителя, погрешности работы генератора и др.;
- методические погрешности: погрешности в задании разносов АВ, отклонения положений электродов от прямой линии, индукционные наводки и пр.;
- наводки от линий электропередач, электрофицированных железных дорог и т.д.;
- влияние рельефа;
- влияние локальных неоднородностей изучаемого разреза, залегающих на глубинах от первых сантиметров.
Влияние помех приводит к различным искажениям на кривых ВЭЗ. Нормативные документы требуют от геофизиков, чтобы погрешность полевых наблюдений не превышала 5%.
Практическая часть
Метод ЕП
Метод ВЭЗ
Заключение
За время проведения учебной геофизической практики были закреплены знания по пройденным теоретическим курсам. Также получены навыки сбора, обработки и интерпретации геологических и геолого-геофизических данных полевой и промысловой геологоразведки.
Список литературы
1. http://www.halliburton.ru/about/in_russia/
2. http://gseis.ru/
3. http://www.rosneft.ru/
4. Бондарев В.И. Основы сейсморазведки: Учебное пособие для вузов. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2003. 332с.
Список приложений
Приложение 1
| Профиль | №1 | Азимут | Восток-Запад | Дата | 14.июл | |
| Участок | Велижанский ВЗ | Начало | 9:30 | |||
| Конец | 11:00 | |||||
| Погода | пасмурно, ветрено | |||||
| Шаг наблюдения, м | ||||||
| Питание и градуировка нормальные | ||||||
| ΔU | -6,7 | |||||
| ПК | Показания прибора | Контроль | ΔUк | -11,5 | ||
| -10,7 | ||||||
| -15,2 | -13,8 | |||||
| -15,47 | ||||||
| -14,2 | -14,2 | |||||
| -14,15 | ||||||
| -14,1 | -14 | |||||
| -11,74 | ||||||
| -14 | -14 | |||||
| -11,2 | ||||||
| -8,4 | ||||||
| 3,45 | ΔU | 2,9 | ||||
| 7,74 | 2,24 | ΔUк | -3,09 | |||
| 1,23 | ||||||
| 6,47 | 4,94 | |||||
| 3,76 | ||||||
| 3,99 | 5,47 | |||||
| 6,4 | ||||||
| 7,9 | 8,95 | |||||
| 10,12 | ||||||
| 9,81 |
Приложение 2
| Профиль | №1 | Азимут | Восток-Запад | Дата | 15.июл | |||
| Участок | Велижанский ВЗ | Начало | 9:30 | |||||
| Конец | 11:00 | |||||||
| Погода | солнечно, переменная облачность | |||||||
| Шаг наблюдения, м | ||||||||
| Питание и градуировка нормальные | ||||||||
| ΔU | -0,16 | |||||||
| AB/2, м | MN/2, м | ΔU, мВ | I, мА | ΔUк | -0,25 | |||
| -200,09 | ||||||||
| 4,5 | -78,06 | |||||||
| -32,34 | ||||||||
| -11,27 | ||||||||
| -6,28 | ||||||||
| -1,36 | ||||||||
| -12,38 | ||||||||
| -41,55 | ||||||||
| -5,79 | ||||||||
| -0,66 | ||||||||
| 0,94 | ||||||||
| -3,98 | ||||||||
| -0,41 | ||||||||
| 1,89 | ||||||||
| -3,14 | ||||||||
| -8,52 | ||||||||
| -0,64 | ||||||||
| 0,24 | ||||||||
| 3,17 | ||||||||
| 1,43 | ||||||||
| 2,42 | ||||||||
| 0,93 | ||||||||
| 0,73 |
| Профиль | №1 | Азимут | Восток-Запад | Дата | 16.июл | ||||||
| Участок | Велижанский ВЗ | Начало | 9:30 | ||||||||
| Конец | 11:00 | ||||||||||
| Погода | переменная обл., временами осадки | ||||||||||
| Шаг наблюдения, м | |||||||||||
| Питание и градуировка нормальные | ΔU | -2,42 | |||||||||
| ΔUк | -2,75 | ||||||||||
| AB/2, м | MN/2, м | ΔU, мВ | I, мА | ||||||||
| 0,85 | кр | ||||||||||
| -296,65 | кр | ||||||||||
| 4,5 | -93,6 | кр | |||||||||
| -42,92 | кр | ||||||||||
| -16,53 | кр | ||||||||||
| -5,42 | кр | ||||||||||
| -40,7 | |||||||||||
| -1,56 | кр | ||||||||||
| -18,32 | |||||||||||
| -34,63 | кр | ||||||||||
| -12,78 | кр | ||||||||||
| -5,99 | |||||||||||
| -5,58 | кр | ||||||||||
| -4,44 | |||||||||||
| -3,78 | кр | ||||||||||
| -3,76 | |||||||||||
| -1,49 | кр | ||||||||||
| -4,9 | |||||||||||
| -0,98 | кр | ||||||||||
| -2,85 | |||||||||||
| -2,18 | |||||||||||
| -0,82 | кр | ||||||||||
| -0,86 | контр.кр | ||||||||||
| -2,39 | контр.кр | ||||||||||
| -9,74 | |||||||||||
| ΔU | -1,3 | ||||||||||
| ΔUк | -1,2 | ||||||||||
|
|
|
