Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Степанюк В.П., Штогрин М.В.

Основи геофізики

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

(Додаток до видання 2004 р.)

2010

МВ 02070855 – 0000 – 2010

Додатки до лабораторного практикуму з курсу «Основи геофізики» (Івано-Франківськ, Факел, 2004), якими передбачено:

- розширення розділу «Магніторозвідка» описом оптико-механічного та квантового магнітометрів;

- розділ «Електророзвідка» - розширення завдання до лабораторної роботи №4.2 – Інтерпретація кривих вертикального електричного зондування;

- доповнення розділу «Сейсморозвідка» новими лабораторними роботами з побудови відбивальних і заломлю- вальних сейсмічних границь та перебудова часового розрізу в глибинний;

- доповнено та розширено завдання для виконання самостійних, індивідуальних завдань студентами денної та заочної форм навчання.

Р е ц е н з е н т:

Доктор геол. наук, професор кафедри геофізичних досліджень свердловин Д.Д. Федоришин (Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ).

3 Магніторозвідка

Лабораторна робота №3.1

Будова різних типів магнітометрів та робота з ними на точці виміру

3.1.1 Мета і завдання роботи

Метою роботи є вивчення будови, принципу дії та технічних характеристик магнітометрів ММ-60 та М-27.

Завдання роботи: вивчити будову магнітометрів і порядок роботи з ними на точці виміру; виконати польові спостереження та їх обробку.

3.1.2 Короткі теоретичні відомості

Одним із самих простих методів вимірювання магнітного поля заснований на спостереженнях за взаємодією постійних магнітів з магнітним полем Землі. Чутлива система таких магнітометрів працює на принципі так званих магнітних ваг. Розглянемо будову та підготовку до польових вимірів різні типи магнітометрів.

Магнітометр М-27

Даний магнітометр відноситься до оптико-мехнічних приладів. Зовнішні вигляд М-27 показано на рис.3.1

Підготовка даного прилада до роботи полягає в нас-тупному. Вивірка та виправлення рівнів. Магнітометр М-27 має два взаємноперпендикулярні рівні – повздовжній та попе-речний. Якщо рівні виставлені правильно то вісь повздовж-нього (орієнтована вздовж довшої сторони прилада) на час виміру паралельна магнітній вісі магніта-індикатора, а вісь поперечного паралельна вісі нитки підвісу, на якій закріплено магніт-індикатор.

Рисунок 3.1 – Зовнішні вигляд магнітометра М-27

Для перевірки правильності рівнів по відлікам, що зняті на контрольному пункті при різній орієнтації прилада по азимуту, будують азимутальну криву. За вихідний азимут приймають той, при якому північний полюс магніта індикатора буде направлений на магнітну північ. Магнітометр нівелюють по рівням і беруть відлік по шкалі при повній компенсації поля. Потім магнітометр повертають за годинниковою стрілкою і через кожні 45⁰ знімають покази зі шкали прилада. При цьому в кожній позиції прилад нівелюють по рівням. За виміряними даними будують азимутальну криву (по вісі абсцис відкладають азимут в градусах, а по вісі ординат – відліки прилада). Рівні вважаються правильними (нахил вісі обертання прилада буде відсутній), якщо азимутальна крива буде мати вигляд синусоїди. В гіршому випадку рівні вважаються не виправ-леними. Їх виправлення здійснюється в такій послідовності:

а) повздовжній рівень. Порівнюють покази прилада при азимутах від 0⁰ до 180⁰. Розраховують середньоарифметичний показ і його виставляють по шкалі за допомогою магніта плавної компенсації при орієнтації прилада на північ позначкою “С”. Але в цьому випадку бісектор магніта не буде розташований на нерухомій лінії. Тому необхідно становими гвинтами нахилити прилад так, щоб бісектор розмістився посередині нерухомої лінії. Але при цьому пузирьок рівня зміститься в одну з сторін. За допомогою юстировочних гвинтів на корпусі прилада вивести пузирьок на середину. Процедуру знімання показів при азимутах 0-180⁰ повторюють. У випадку необхідності знову підправляють повздовжній рівень.

б) поперечний рівень виправляють аналогічно, тільки відліки по шкалі знімають при азимутах 90⁰-270⁰.

Визначення ціни поділки шкали магніта плавної компенсації. Дана процедура виконується за допомогою градуювальних кругів (КГ-1). Магнітометр встановлюють в нормальному магнітному полі. На прилад за допомогою спеціальної підставки з комплекту (КГ-1) встановлюють круги так, щоб магнітна система прилада розташовувалась в середній частині кругів. Через круги пропускають струм за годинниковою стрілкою (І+) і проти годинникової стрілки (І-). Знімають покази прилада (n1 i n2 відповідно). Ціна поділки шкали визначається за формулою:

, (3.1)

де К – стала кругів.

Визначення ціни поділки ступені перемикача діапа-зонів магніта. Для виконання даної процедури за вихідну приймають ту ступень, при якій відлік по шкалі близький до 300. Запам’ятовують цей відлік. Потім вмикають сусідню ступень і пропускають струм через градюювальні круги. Силу і напрямок струму підбирають такими, щоб скомпенсувати зміну магнітного поля, яка обумовлена поворотом магніта ступеневої компенсації, тобто струмом відновлюють показ по шкалі прилада. Записують вибрану силу струму і постійну кругів (К). Розраховують ціну ступені за формулою:

. (3.2)

Аналогічно знаходять ціну суми двох, трьох і т.д. ступеней в сторону збільшення і в сторону зменшення.

Порядок роботи на профілі. Магнітометр виймають з футляра та закріплюють на тринозі. Орієнтують його так, щоб сторона з буквою ”С” була направлена на географічну північ. За допомогою станових гвинтів нівелюють по рівням. Після цього прилад дезаретують, тобто ручку з позначкою ”А” (аре-тир) повертають на 180⁰ щоб було видно букву ”Р” (робота). Повертаючи ручку магніта плавної компенсації, добиваються того, щоб рухомий індекс встановився симетрично відносно нерухомої лінії шкали прилада. Після цього беруть відлік зі шкали. Збивають показ і знову встановлюють індекс симетрично відносно нерухомої лінії шкали і знімають контрольний відлік. Прилад обов’язково аретують і переносять у вертикальному стані на наступну точку виміру, не знімаючи з триноги.

Магнітометр ММ-60

Даний прилад відноситься до квантових магнітометрів. На рис.3.2 показана зовнішня панель даного прилада.

Підготовка магнітометра до роботи. Перед початком роботи необхідно за допомогою зарядного пристрою зарядити аккумулятор.

1. Відкрити верхню кришку вимірювально-реєструючого блоку (ВРБ) та установити перемикач “+12В – ВЫКЛ” в позицію “ВЫКЛ”.

2. Відкрити бокову кришку і встановити ручний режим робо-ти магнітометра переводом ручки “АВТ-РУЧ” в позицію “РУЧ”.

3. Приєднати кабель до ВРБ, акумулятора та МЧБ.

4. Перевести перемикач увімкнення живлення в позицію “+12В” і перемикаючи багатопозиційний контрольний перемикач в різні позиції, переконатись по стрілочному приладу в правильному режимі роботи акумуляторного блоку.

5. Швидким переключенням перевести перемикач в позицію “СС” і прослідкувати за виходом спектральної лампи в режим. По мірі розігріву стрілка індикатора повинна від-хилятись вниз. При нормальній роботі стрілка встанов-люється в межах 40-60 поділок.

Рисунок 3.2 – Вигляд зовнішньої панелі магнітометра ММ-60

6. Встановити перемикач в позицію “ТП” і, вмикаючи та вимикаючи індикатор, переконатись в роботі системи нагрівання оптичної системи. Тривалість першого циклу нагрівання при зовнішній температурі +20⁰С не перевищує 15-20 хв. Необхідно пам’ятати, що при вмиканні прилада схема термоавтоматики може встановитись в довільну по-зицію. Для приведення її в робочий стан після вмикання живлення необхідно натиснути на кнопку “ПУСК”.

7. Встановити контрольний перемикач в позицію “КЧ” (кон-трольне число) і перевірити роботу вимірювально-реєстру-ючого блоку магнітометра по цифровому табло. Для цього встановити перемикач “0,1 нТл-1,0 нТл” в позицію “1,0 нТл” і натиснути 2-3 рази на кнопку “ПУСК”. На цифро-вому табло, що розташовано на кришці, появиться число 28584. При похибці 0,1 нТл на екрані повинно бути число 85840.

8. Через 15-20 хв. після увімкнення приладу переведіть контрольний перемикач в позицію “СП” (сигнал прецесії) і перевірте наявність і відносну амплітуду сигнала прецесії. При цьому оптична система МЧБ повинна знаходитись на віддалі 3-4 м від магнітних предметів, а геометрична вісь оптичної системи повинна співпадати з напрямком вектора індукції зовнішнього магнітного поля з похибкою не більше ±5⁰.

Порядок роботи на профілі. Обслуговування магніто-метра передбачено двома операторами: один переносить МЧБ, а другий ВРБ і акумулятор. В процесі вимірювань віддаль між операторами повинна бути не менше 5 м. Вісь оптичної системи (вісь симетрії МЧБ) повинна бути виставлена в оптимальну позицію (по напрямку вектора вимірюваного магнітного поля з похибкою не більше ±10⁰, радіатором вверх).

Перед початком роботи необхідно перевірити надійність кріплення блоків, щільність з’єднань та відсутність магнітних предметів у операторів. Вимірювання магнітометром дозволяється тільки після його входу в робочий режим. Встановити перемикач в позицію “СП”. Магніто-чутливий блок розмістити на пікеті виміру. Після цього натиснути на кнопку “ПУСК”. З екрана переписати відлік в польовий журнал і перейти на наступний пікет виміру.

Польові вимірювання на профілі. За допомогою кван-тових магнітометpів виміpюють модуль повного вектоpа магнітної індукції (B) в нТл. Пpи спотереженнях на базовому пункті (БП) та на профілі збеpігається напрямок орієнтації вісі МЧБ, що вибpаний у підготовчий пеpіод. Перед роботою та після її завершення з’єднання та pоз’єднання роз’ємів пpоводити дуже обеpежно, щоб їх не зіпсувати. З квантовими магнітометpами пpацюють два опеpатоpа, в момент виміpів МЧБ повинен знаходитись на максимальній відстані від блока живлення та пpиладу, яку дозволяє кабель; пpи пеpеході на наступну точку пікета не допускається тоp-кання кабелем землі.

Результати польових спостережень записують у польовому журналі встановленої форми ( таблиця 3.1).

Таблиця 3.1 – ПОЛЬОВИЙ ЖУРНАЛ

магнітометричних спостережень

Бpигада

Дата: Магнітометр №

№ про-філя	№ пі-ке- та	Час		Відліки (нТл)			Серед-ній відлік (нТл)	При-міт-ки
		год	хв	1-й	2-й	3-й
І	0 1 2 3	9 9 9 9	00 05 11 17	46348 46170 46187 46442	46346 46170 46188 46440	46347 46173 46189 46441	46346 46171 46188 46441
ІІ	0	9	25	46488	46490	46489	46489

Контроль спостережень по профілю повинен скла-дати 20-40%. Середньоквадратична розбіжність допуска-ється не більше 1-3 нТл. На кожному пункті відліки зніма-ються три рази та заносяться у польовий журнал.

Для забезпечення можливості врахування впливу добо-вих ваpіацій на базовому пункті (БП), який облаштовується на (біля) ділянці, де спостерігається спокійне магнітне поле, пpоводяться синхpонні спостеpеження варіацій магнітного поля. Часовий режим роботи базового пункта повинен перекривати час роботи робочих приладів по профілю. Виміри варіацій здійснюють кожні 2-5 хв. та заносяться у польовий жуpнал встановленої фоpми (таблиця 3.2).

За даними польових спостеpежень на міліметpовці будують гpафік добових ваpіацій відповідного pобочого дня у масштабі, що є зpучним для подальших обpахунків (10 нТл - 1 см).

Таблиця 3.2 - ЖУРНАЛ

реєстрації спостеpежень добових ваpіацій

Бpигада

Дата: Магнітометр №

Оператор ______________ Обчислювач ________________

БП	Час		Відліки (нТл)			Серед-ній відлік	Примітки
	Год	хв	1-й	2-й	3-й
	9 9 9 9	00 05 10 15	46348 46350 46357 46342	46346 46350 46358 46340	46347 46353 46359 46341	46346 46351 46358 46341

Камеральна обробка включає введення поправки за добові ваpіації та обчислення аномалій магнітного поля. Пос-лідовність розрахунків наведена у відомості обробки польових спостережень (таблиця 3.3).

Таблиця 3.3 - ВІДОМІСТЬ ОБЧИСЛЕННЯ АНОМАЛІЙ магнітного поля з врахуванням добових магнітних варіацій

Магнітометр

Дата Профіль

ПК	Час		Вср (нТл)	ВБ (нТл)	В (нТл)	Примітки
	год	хв
1	2	3	4	5	6	7

Перший стовпчик – номера пікетів.

Другий і третій – час спостереження (години і хвилини).

Четвертий – середній відлік з польового журналу.

П’ятий – значення поля на БП для відповідного часу, що знімається з графіка добових варіацій.

Шостий – різниця між значенням поля на рядовому пікеті та на БП.

За допомогою оптико-механічних магнітометрів вимі-рюють вертикальну складову вектора магнітної індукції “В“ в нТл. При спостереженнях на БП та на профілі зберігається напрямок орієнтації магнітометра, що був вибраний у підготовчий період. На пікеті, після виведення магнітометра у горизонтальне положення, чутливу систему дезаретують, а після зняття відліків обов’язково аретують. Ні в якому разі оператор не повинен мати при собі металевих предметів. Годинник та інші металеві речі може мати тільки записувач, який під час вимірів повинен знаходитись на відстані 3-4 метра від місця знаходження магнітометра.

Результати польових спостережень записують у польо-вому журналі встановленої форми (таблиця 3.4).

Контроль спостережень по профілю повинен скла-дати 20-40%. Середньоквадратична розбіжність допускається не більше 10-15 нТл. На кожному пункті відліки знімаються три раза та записують у польовий журнал. Тривалість вимірів на пункті повинна складати 2-4 хв

Таблиця 3.4 – ПОЛЬОВИЙ МАГНІТОМЕТРИЧНИЙ ЖУРНАЛ

Бригада Дата: Ціні поділки:

Магнітометр № ____________

Оператор _________________ Записувач ________________

№ про-фі-ля	№ пі-ке-та	Час		Відліки (умовні)			Серед-ній відлік	Приміт-ки
		год	хв	1-й	2-й	3-й
	0 1 2 3	9 9 9 9	00 05 11 17	348 170 187 442	346 170 188 440	347 173 189 441	346 171 188 441

Для виконання вимірів добових ваpіацій на базовому пункті пpоводяться синхpонні спостеpеження поля магніто-метpом, що виміpює ту ж складову поля, тобто за методи-кою, що описана вище.

Спостеpеження пpоводяться кожні 5-10 хв. та запи-суються у польовий жуpнал встановленої фоpми (табл. 3.5).

Таблиця 3.5 – ПОЛЬОВИЙ ЖУРНАЛ

спостеpежень добових ваpіацій

Бpигада Дата: Ціна поділки: Магнітометр №

Оператор _______________ Обчислювач _______________

БП	Час		Відліки (умовні)			Серед-ній відлік	Z нТл	Приміт-ки
	Год	хв	1-й	2-й	3-й
	9 9 9 9	00 05 11 17	348 170 187 442	346 170 188 440	347 173 189 441	346 171 188 441

Для заповнення таблиці виконують наступні розра-хунки:

Z_i = S_iC; (3.3)

Z - пpиpіст магнітного поля відносно пеpшого виміpу S даного дня;

S_i = S_i - S_1; (3.4)

C - ціна поділки даного магнітометpа М-27.

За даними спостеpежень на міліметpовому папері будують гpафік добових ваpіацій відповідного pобочого дня у масштабі, що є зpучним для подальших обpахунків (10 нТл - 1 см).

Камеральна обробка включає введення поправки за добові ваpіації та обчислення аномалій магнітного поля. Послідовність розрахунків наведена у відомості обробки польових спостережень (таблиця 3.6).

Таблиця 3.6 - ВІДОМІСТЬ ОБЧИСЛЕННЯ АНОМАЛІЙ магнітного поля з врахуванням варіацій магнітного поля

Магнітометр Ціна поділки:

Дата Профіль

Обчислювач

ПК	Часи		Sср (ум)	S (ум)	Z нТл	ZБ нТл	Z нТл	R нТл	Z* нТл	Z` нТл	При-міт-ки
	год	хв
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

Перший стовпчик - номер пікета.

Другий і третій - час спостереження (години і хвилини).

Четвертий - середній відлік з польового журналу.

П’ятий - різниця між початковим пікетом pейсу і рядовою точкою.

Шостий - значення п’ятого стовпчика множиться на ціну поділки прилада, тобто переводяться умовні значення шкали в нТл.

Сьомий - значення поля на БП для відповідного часу, що знімається з гpафіка добових ваpіацій.

Восьмий - різниця між значенням поля на пікеті та на БП.

Дев’ятий - поправка за зміщення нуль-пункта.

Десятий - значення поля з введенням поправки за зміщення нуль-пункта, тобто Z ^* = Z - R.

Одинадцятий - зведення pейсів до одного pівня відносно пеpшого КП.