Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Плеханова (технический университет)

Кафедра геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Методические указания для студентов

«ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ «Эра-MAX»».

Специальность 130201 “Геофизические методы поисков и разведки

месторождений полезных ископаемых”.

Составители: доцент С.С.Крылов, профессор А.С.Егоров, аспирант А.Н.Шелехов.

Санкт-Петербург

2007г.

УДК 550.831.84+550.48+528.74(075.83)

Методические указания для студентов «ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ «Эра-MAX». Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В, Плеханова (технический университет). Сост: доцент С.С.Крылов, профессор А.С. Егоров, аспирант А.Н.Шелехов, СПб, 2007, 126 с.

Методические указания «Электроразведочная станция «Эра-MAX» содержат краткое изложение теоретических основ методов сопротивлений, техническое описание электроразведочной станции «Эра-MAX», характеристику методики проведения съемочных работ и технологические приемы записи и обработки полученных фактических данных. Целью этих указаний является закрепление у студентов специальности 130201 знания теоретических основ методов сопротивлений, помощь в освоении геофизической аппаратуры и оборудования, обучение методам проведения полевых геофизических работ и основам обработки и интерпретации полученных фактических данных.

Данные указания могут быть полезны также студентам специальностей: 130301 (Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых), 130302 (Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания) и 130306 (Прикладная геохимия, петрология, минералогия) и др.

Табл.20. Ил.21. Библиогр.: 5 назв.

Санкт-Петербургский государственный

горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет), 2007 г.

Содержание

Введение……………………………………………..……. 1. Физические основы методов………………..……….….. 1.1. Потенциал точечного источника…………………… 1.2. Четырехэлектродные установки…………………….. 1.3. Поле диполя на поверхности однородного полупространства……………………………………………… 1.4. Кажущееся сопротивление………………………… 1.5. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ).. 1.5.1. Суть метода ВЭЗ………………………………. 1.5.2. Типы установок и различные модификации ВЭЗ……………………………………………………. 1.5.3. Интерпретация кривых ВЭЗ…………...……… 1.5.4. Асимптоты кривых ВЭЗ………………………. 1.5.5. Принципы эквивалентности………………….. 1.6. Профилирование на постоянном токе (электропрофилирование)……………………………………………. 2. Методические указания по выполнению электроразведочных работ на постоянном токе………………………… 2.1. Метод электрического зондирования (ЭЗ)……….. 2.2. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ).. 2.3. Метод электропрофилирования (ЭП)……..……….. 2.3.1. Электропрофилирование с заземленными установками…………………………………………………. 2.3.2. Электропрофилирование с незаземленными установками…………………………………………………… 3. Аппаратура метода сопротивлений и программное обеспечение………………………………………………………….. 3.1. Комплект аппаратуры «ERA – MAX…………...…... 3.2. Генератор «ERA – MAX - LHF»………………….... 3.2.1. Назначение и технические характеристики……. 3.2.2. Работа с генератором………………………….. 3.2.3. Правила безопасности при работе с генератором……………………………………………………… 3.3. Измеритель «ERA-MAX»…………………………. 3.3.1.Назначение и технические характеристики…….. 3.3.2. Устройство измерителя…………….…………... 3.3.3. Общие указания по эксплуатации……..………. 3.3.4. Подготовка к измерениям и порядок работы.… 3.3.5. Работа с измерителем в режиме измерения. ….. 3.3.6. Работа с измерителем при использовании устройства памяти………………………………………… 3.3.7. Вывод данных из памяти измерителя в компьютер……………………………………………………. 3.3.8. Возможные неисправности и способы их устранения ………………….…………………………. 3.4. Комплект аппаратуры ЭРА .....……………….…….. 3.4.1. Генератор ЭРА "0, 4.88". ..........………………… 3.4.2. Измеритель ЭРА. ........................……………….. 3.5. Обработка и интерпретация данных вертикального электрического зондирования в программе IPI2Win………………………………… 3.5.1. Обработка данных....................……………… Интерпретация кривых ВЭЗ......................... Результаты интерпретации...........………… 3.5.4. Средства управления программы IPI2Win... Лабораторные работы………………………………….. 4.1.Лабораторная работа №1 « Вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ)»…………………………….. 4.2. Лабораторная работа №2 «Метод серединных градиентов (СГ»). .................………………………………… 4.3. Лабораторная работа №3. «Интерпретация результатов ВЭЗ». ..................………………………………….. 5. Рекомендуемая литература………………………………

с. 5 5 5 6 10 11 12 12 13 15 15 17 18 20 23 23 28 29 30 34 36 36 37 37 39 45 46 46 50 52 53 54 58 63 65 66 66 72 79 80 90 100 102 109 109 115 119 126

Введение

Группу методов электроразведки, использующих постоянное электрическое поле, называют методами сопротивлений или методами постоянного тока. В современных модификациях методов сопротивлений могут использоваться переменные электромагнитные поля, однако при этом берется столь низкая частота, что процессами индукции в земле можно пренебрегать. Методы сопротивлений подразделяются на три группы: методы электрических зондирований (вертикальное электрическое зондирование – ВЭЗ, дипольное электрическое зондирование – ДЭЗ и их модификации), методы электропрофилирования (симметричное электропрофилирование - СЭП, метод серединного градиента – СГ и др.) и метод заряда. Это деление весьма условно, так как современные методики часто совмещают зондирование и профилирование. При выполнении специальных площадных исследований и применении «2D и 3D- инверсии» метод сопротивления называют электротомографией.

Основы метода были заложены в работах выдающегося французского инженера Конрада Шлюмберже, запатентовавшего в 1910 г. простой и эффективный способ изучения недр с помощью постоянного тока.

1. Физические основы методов

1.1. Потенциал точечного источника

Допустим, нам надо измерить удельное электрическое сопротивление ρ однородной геологической среды, не вырезая из нее образцы, например, если эти геологические образования залегают на поверхности земли и в некотором масштабе их можно считать полупространством. Требуется определить значения ρ, используя постоянный ток. Прежде всего, рассмотрим самый простой случай. Пусть на поверхности однородного проводящего полупространства находится точечный источник, то есть такой источник, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями, на которых мы собираемся исследовать поле. Пусть через этот источник в среду втекает ток I. В качестве такого источника используется, как правило, металлический электрод или группа электродов (заземлений), которые подключены к какому-либо устройству, создающему ток. Разумеется, должно быть и заземление, через которое ток вытекает из среды, но в данном случае мы полагаем, что оно очень далеко, «на бесконечности», и его влиянием можно пренебрегать. Проводимость воздуха считаем равной нулю (Рис. 1.1.).

В силу симметрии задачи ток растекается радиально, а эквипотенциальные поверхности представляют собой концентрические полусферы с центром, расположенным в источнике. Мысленно окружим наш источник полусферой радиуса r. Площадь этой полусферы равна 2π r². Очевидно, весь ток, втекающий в среду, будет протекать через эту полусферу, В силу симметрии плотность тока j во всех точках сферы будет одинакова и равна I/2π r². В свою очередь, напряженность электрического поля связана с плотностью тока законом Ома: . Таким образом, находим модуль напряженности поля на расстоянии r от источника: Напряженность поля связана с потенциалом формулой: . В сферической системе координат, с учетом отсутствия из-за симметрии задачи производных по φ и по θ, модуль напряженности поля выражается через потенциал так: Отсюда легко находим . Так как на бесконечности потенциал нулевой, константу «с» положим равной нулю. Окончательно для потенциала на расстоянии r от точечного источника получаем:

. (1)