Годографи відбитих та рефрагованих хвиль у градієнтних середовищах
Метод природного електричного поля
Метод природного електричного поля (ПП). Метод заснований на вивченні природних електричних полів локального характеру. Походження цих полів пов’язане із фізико-хімічними процесами, в яких приймають участь геологічні утворення, а також з електрокінетичними явищами в багатофазних середовищах, якими є гірські породи. Природне поле вивчають шляхом вимірів його потенціалу чи градієнта потенціалу на денній поверхні, у свердловинах і гірських виробках. Особливістю вимірювальних установок є те, що в них використовують неполяризовані електроди. Зйомки природного електричного поля, зазвичай, носять площинний характер. Досліджувана площа покривається сіткою профілів, вздовж яких вимірюється електричне поле. Відстані між профілями і точками спостережень на них залежать від прогнозованих (очікуваних) розмірів, форми та глибини пошукових об’єктів і визначають масштаб зйомки. Польові роботи включають два етапи: пошукова зйомка (масштаби 1:25 000, 1:10 000) та детальна зйомка природного поля (1:5 000, 1:2 000) в межах аномалій, зафіксованих при пошукових зйомках. В залежності від вимірюваних характеристик електричного поля розрізняють два способи виконання зйомок – спосіб потенціалів і спосіб градієнтів потенціалів.
Природні поля викликаються електрохімічними та електрокінетичними (фільтраційними та дифузійно-адсорбційними) процесами, що протікають на контактах гірських порід з підземними водами (іонним середовищем).
Електрохімічні поля є найбільш інтенсивними (від 0,2 до 1,2 В). Виникають завдяки окисно-відновним процесам, що протікають на верхній та нижній границі природних електронних провідників із вміщуючими породами та утворюючих у місцях контакту неоднакові скачки потенціалу. Такими природними провідниками можуть бути різні сульфіди (халькопірит, пірит, молібденіт), а також графіт, антрацит і т.д. Інтенисвність аномалій визначається мінеральним складом провідників та електрохімічною активністю іонного середовища. Стабільність природних полів у часі підтримується циркуляцією підземних вод, що поставляють безперервно активні реагунти та виносять продукти хімічних реакцій.
Фільтраційні поля виникають при русі підземних вод крізь пори та тріщини в гірських породах. Безпосередньою причиною їх виникнення є адсорбція стінками капілярів внаслідок різниці потенціалів іонів (звичайно аніонів) з електролітів. Виникаючі при цьому біля стінок капілярів катіони виносяться рідиною. Таким чином, на початку та на кінці капілярів виникає надлишок різнозараджених іонів, виникає різниця потенціалів, струм через вміщуючі породи. Інтпнсивність фільтраційних потенціалів прямо пропорційна різниці потенціалів на границі подвійного шару у стінок капіляру. діелектричній проникності, питомому опору і швидкості руху рідини. зворотно пропроційна в’язкості та радіусу капіляра.
Сумарне фільтраційне поле залежить від літології, пористості породи, гідрогеології.
Дифузійно-адсорбційні поля виникають на контактах підземних, або підземних і поверхневих мінералізованих вод із різною концентрацією або складом розчинених солей. На такій границі відбувається процес вирівнювання концентрацій або змішування розчинів, що пов’язаний з відділенням більш рухомих іонів (звичайно аніонів) від повільно рухомих іонів протилежного знаку та винекненню на границі розділу подвійного електричного шару. У навколишньому просторі виникають струми, що компенсують перенос зарядів дифузією. Перенос у пористих породах (тонкопоритсі глинисті прошарки) ускладнюється адсорбцією аніонів. В результаті такого безперешколного руху катіонів далі можуть змінюватися величини і навіть знак сумарних полів, що називаються тому дифузійно-адсорбційними. Інтенсивність їх невилика (ло 10 мВ).
Об’єктом дослідженя в цих методах є природні постійно існуючі в Землі електричні поля електорохімічного та електрокінетичного походження.
В методі природного поля розрізняють профільну та площадну зйомки. У першому випадку спостереження виконують по окремим профілям, а у другому – по системі звичайно паралельних профілів, що орієнтовані приблизно вхрест простягання об’єктів пошуку і вкривають рівномірно досліджувану площу. Відстань між профілями і пунктами спостережень по профілю вибирається маштабом зйомки та інтенсивністю вивчаємого поля з таким розрахунком, щоб у маштабі звітної карти інтервали між профілями і пунктами спостережень знаходилися у межах 1-4 см та 0,5-2 см відповідно. Звичайно на місцевості сітка спостережень в даному методі знаходиться в межах 100-1000×5-50 м.
Вивчення природного поля проводиться переважно на суходолі, але часто застосовується для вивчення процесів фільтрації водосховищ, озер, річок і т.д.
Спостереження природнього поля може виконуватися двома способами: потенціалу та градієнта потенціалу. У випадку потенціалу один приймальний електрод (звичайно N) закріплюється в одному пункті, потенціал якого приймається за нуль, а другий електрод (М) переміщується по усім пунктам вивчаємого профіля або площі для визначення відносних значень їх потенціалів. У способі градієнта потенціалу вимірюється різниця потенціалів (градієнт) короткої однакової лінії MN, по усім профілям.
Спосіб потенціалів. Сутність способу полягає в тому, що потенціал усіх точок в межах досліджуваного профілю вимірюють відносно однієї точки, прийнятої за вихідну. За цю точку приймається або початкова точка профілю, або базисна, що розташована в центрі профілю (якщо профіль довгий). Схема установки для зйомки потенціалів зображена на рис. 3.28.
Рисунок 3.28 Установка для зйомки природного поля способом потенціалу
Електрод N вимірювальної лінії в процесі вимірів залишається закріпленим на вихідній точці, а інший електрод M поступово переміщують в усі точки профілю з вимірами різниці потенціалів, тобто фактично вимірюються потенціали точок профілю відносно закріпленої точки N. Для полегшення переміщення електрода M провід, що веде до нього, намотують на котушку. Виміри виконують, як правило, при розмотці проводу, тобто від ближніх електродів до дальніх відносно закріпленого. При змотуванні проводу виконують контрольні виміри.
Для ув’язки спостережень між собою на різних профілях вимірюють потенціали початкових точок профілів відносно початкової точки одного із них, яка є базовою точкою для всього планшета зйомки. З метою контролю поляризації електродів на кожному профілі перед і в кінці вимірів визначають різницю потенціалів при розташуванні електродів M і N поряд на відстані 5-10 см. Вона не повинна перевищувати 1-2 мВ.
Спосіб градієнтів потенціалів. Відмінною особливістю способу є те, що в процесі польових робіт рухаючись вздовж профілю вимірюють різницю потенціалів між двома сусідніми точками профілю. За виміряними різницями потенціалів підраховують потенціали усіх точок досліджуваної площі відносно однієї базисної.
Спостереження виконують за системами профілів, що утворюють замкнуті ходи. Це дає можливість оцінити і врахувати при обробці похибки спостережень. Замкнуті ходи зручно утворювати із двох сусідніх профілів чи їх половин.
Для оцінки величини власної поляризації електродів на кожній п’ятій чи десятій точці профілю виконують двократні виміри різниці потенціалів з перестановкою електродів між вимірами. Середнє значення суми відліків відповідає різниці потенціалів природного поля між точками профілю, а середнє значення їх різниці – різниці потенціалів власної поляризації електродів. В тому випадку, коли необхідна високоточна зйомка природного поля, виміри з перестановкою електродів необхідно виконувати в усіх точках профілю.
Із двох розглянутих способів зйомки природного поля спосіб потенціалів є більш високопродуктивним, а тому він застосовується при площових пошукових зйомках. Спосіб градієнтів є більш високоточним і може бути рекомендованим для детальних робіт на обмежених площах. В районах з високим рівнем промислових завад перевагу належить віддати способу градієнтів потенціалу.
Обробка та зображення результатів. Мета обробки полягає у визначенні потенціалів точок профілів відносно базової точки полігону. Способи обробки результатів спостережень залежать від методики польових робіт. При обробці спостережень способу потенціалів спочатку визначають середню абсолютну похибку за даними контрольних вимірів. Вона не повинна перевищувати 5 мВ. При цьому абсолютні похибки на окремих точках не повинні перевищувати середньої більш ніж у три рази.
Для ув’язки потенціалів початкових (вихідних) точок усіх профілів обчислюють середнє значення різниці потенціалів між цими точками і базовою точкою полігону за результатами прямого і зворотного зв’язного ходу. Потенціал природного електричного поля точок профілів відносно базової отримують як алгебраїчну суму відповідних зв’язних різниць потенціалів з різницями потенціалів, виміряних на рядових точках профілів.
Білет № 15