2.1.5. Метод зарядженого тіла
Сутність методу зарядженого тіла (методу заряду) полягає у тому, що один із полюсів джерел струму заземлюють безпосередньо у тіло, яке необхідно простежити, а інший - за межами досліджуваної площі, на відстані досить великій, щоб його впливом можна було знехтувати. Утворене електричне поле зарядженого тіла досліджують на денній поверхні тим чи іншим методом.
Для того, щоб можна було застосувати метод зарядженого тіла об’єкт повинен мати значно менший опір, ніж вмісні породи, а також бути розкрим хоча б одним гірничим виробітком.
Оскільки провідність зарядженого тіла значно більша, ніж у вмісних породах, то зниженням напруги всередині тіла можна знехтувати і вважати його еквіпотенціальним провідником, а тому поверхня поблизу нього повторить його форму, причому тим точніше, Оскільки провідність зарядженого тіла значно більша, ніж у вмісних порчим більшою буде різниця опорів між тілом і вмісними породами (рис. 2.19). З віддаленням від зарядженого тіла форма еквіпотенціальних поверхонь поступово втрачає тотожність з формою зарядженого тіла і починає передусім залежати від електричного опору вмісних порід. Зокрема, у випадку однорідного ізотропного вмісного середовища ця форма наближається до кругової, а у випадку однорідного анізотропного - до еліпсуватої. Звідси випливає, що за характером еквіпотенціальних ліній, одержаних на поверхні землі, можна отримати уявлення про форму зарядженого тіла.
Рис.2.19. Електричне поле навколо зарядженого добре провідного тіла: а – графік градієнта потенціалу над тілом; б – еквіпотенціальні в околицях зарядженого тіла; в – еквіпотенціальні лінії на денній поверхні.
Польові дослідження методом зарядженого тіла сьогодні здебільшого проводять такими двома способами :
методом простежування еквіпотенціальних ліній над зарядженим тілом, який, передусім, використовують для розвідування тіл ізометричної форми;
вимірюванням потенціалів і градієнтів потенціалів уздовж профілів, які проходять над зарядженим тілом (для розвідування витягнутих стрімкоспадних тіл жильного і пластового типів).
Установка для простежування еквіпотенціальних ліній над зарядженим тілом складається з лінії живлення і заземленнями та приймального (розшукового) кола, що містить у собі металеві електроди (щупи) та індикатор нуля.
Конструкція заземлення живильного кола, розміщеного безпосередньо в зарядженому тілі, залежить від умов, у яких розташована точка заряду. Ними можуть бути металеві електроди, повсть чи клоччя, просякнуті розчином мідного купоросу, “щітки” чи “ліхтарі”. Електрод В виносять у “нескінченість”, тобто на відстань, що у 10-15 разів перевищує лінійні розміри ділянки, в межах якої досліджують електричне поле.
Джерело струму - генератори з комплекту приладів ВПО-50 (ІКС-50) та ВПО-600 (ІКС-600). Еквіпотенціальні лінії доцільно простежувати за допомогою розшукового кола (приймальної лінії), яке складається із двох електродів та приладу-вимірювача з комплекту ВПО. Роблять це так. Задній щуп вимірювальної лінії встановлюють у початковому пункті ізолінії, а передній виносять вперед на довжину розшукового кола і переміщують його поперек гаданого напряму ізоліній, відшукують пункт, розташований на одній ізолінії із заднім щупом. Ознака цього - відсутність відхилення стрілки приладу, увімкнутого на вхідне вимірювання. На місці цього пункту ставлять кілочок, де зазначають номери ізоліній і пункту. Потім задній електрод переносять у знайдений пункт і операцію повторюють. На викривлених ділянках ізоліній крок спостережень згущують. Водночас на планшеті можуть працювати декілька приймальних ліній. Після закінчення знімання на карту (планшет) наносять розташування усіх кілків, які відображають розміщення на місцевості ізоліній.
Геологічне тлумачення карти еквіпотенціальних ліній над зарядженим тілом, зазвичай, обмежують якісною інтерпретацією, у процесі якої приблизно визначають розташування досліджуваного об’єкта та його форму. Оскільки на межі зарядженого тіла з вмісними породами напруженість поля збільшується, його межі на планах ізоліній картують за згущенням еквіпотенціальних ліній. Проте треба пам’ятати, що ця зона повинна бути дещо зміщена (в зовнішній бік) щодо контуру тіла і тим більше, чим глибше воно залягає. Крім того, оскільки біля пункту заряду еквіпотенціальні лінії набувають форму кола, яка практично не залежить від форми об’єкта, то використовувати цей район для інтерпретації недоцільно.
Схема градієнт-установки під час робіт за методом заряду містить у собі приймальну і живильну лінії та прилади для вимірювання сили струму і різниці потенціалів. Вимірювальним приладом може бути АЕ-72 (ЕСК-1) або потенціометр. Джерело живлення - батареї 69-ГРМЦ-6 або 29-ГРМЦ-13.
Профілі задають на відстані 20-40 м один від одного, а відстань між пікетами і довжину профілів підбирають так, щоб на графіках градієнтів потенціалів досить виразно виділялися екстремуми і крапки перетину графіків з віссю відстаней.
Довжину ліній живлення вибирають так само, як і у методі еквіпотенціальних ліній, а приймальної - підбирають дослідним шляхом.
За виміряними значеннями сили струму і різниці потенціалів з формули ΔU/ІrMN (rMN - відстань між пунктами спостереження) обчислюють середнє значення градієнта поля на кожному інтервалі і будують відповідні графіки. Припустима середня відносна похибка вимірювань - не більше ±5%.
Безпосередньо після виконання польових вимірювань будують графіки залежності градієнта потенціалу від розташування пункту вимірювання. Прямовисний масштаб вибирають з урахуванням інтенсивності вимірюваного поля і, зазвичай, його вибирають не однаковим для різних профілів, оскільки його значення зменшується з віддаленням профілю від пункту заряджання.
Камеральне опрацювання результатів польових спостережень передбачає: перевіряння і перерахування польових журналів, побудову графіків і мап графіків градієнтів потенціалу. Інколи по прямовисній осі замість значення ΔU/ІrMN відкладають значення ΔUR/ІrMN (R - відстань досліджуваного профілю від профілю, який проходить через пункт заряджування і компенсує зменшення градієнта потенціалу з віддаленням від пункту заряджання). Крім того, на карту графіків наносять розташування пункту заряджання і наявні геологічні матеріали.
Головне завдання, яке доводиться вирішувати під час інтерпретації результатів польових спостережень, полягає у визначенні проекції виходу зарядженого тіла під нанесення, що на графіках відображують зміною знака.
Тобто лінія, яка з’єднує на плані крапки переходу графіка через 0, є проекцією осі виходу зарядженого тіла під нанесення.
Азимут простягання зарядженого тіла збігається з великою віссю аномалій провідності, простежуваною за максимумом потенціалу або за крапкою переходу через нуль кривої градієнтів потенціалів, а азимут його падіння визначають за оберненим азимутом зміщення максимуму потенціалу щодо проекції точки заряду. Наближене значення кута падіння визначають за формулою
(2.6)
де hз - глибина точки заряду; h - глибина залягання провідного тіла в пункті з максимальним значенням потенціалу, S - зміщення максимуму потенціалу щодо проекції точки заряду на денну поверхню
Позірна потужність тіла з деяким “запасом” дорівнює відстані між позитивним і негативним екстремумами кривої градієнтів потенціалу.
Окрім визначення розмірів та елементів залягання добре провідних об’єктів (різноманітних металевих предметів) метод зарядженого тіла з успіхом застосовують для визначення напряму і швидкості руху підземних вод. З цією метою в свердловину, що розкрила водоносійний горизонт, заливають насичений розчин кам’яної солі, після чого в неї опускають електрод живлення А, а заземлення В відносять від устя свердловини на відстань, яка у 20-50 разів перевищує глибину розташування електрода А. Вода, що рухається по водоносійному горизонту, зменшує її опір, унаслідок чого центр зони великої провідності зміщується в бік від осі свердловини. Швидкість руху потоку можна приблизно обчислити за зміщенням центра рівнопотенціальних ліній щодо початкової позиції (рис. 2.20)
|
Рис. 2.20. Визначення швидкості руху підземних ґрунтових вод за методом заряду: а - схема зміщення ізоліній; б - розміщення сольового ореолу; в - графіки залежності vп від t |
