книги из ГПНТБ / Шарапанов, Н. Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель

5. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЕВЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ

АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИИ

Геофизическая аппаратура, используемая при полевых исследо­ ваниях описываемым комплексом методов, в основном серийная Исключение составляет аппаратура для работ методом РВИ.

Полевая аппаратура для работ методом ВП должна позволять проводить измерения в режиме длительных однополярных импуль­ сов тока заряда, в результате которых должна быть получена осциллографическая запись кривой спада потенциала Д£7Вп. Дополнительным условием является наличие достаточно мощной генераторной группы (20—30 кВт), что дает возможность получать полезный сигнал достаточной амплитуды без создания сложных и трудоемких питающих заземлений. В этом отношении наиболее приемлемой станцией из серийно выпускаемых в настоящее время нашей промышленностью является станция ЭРСУ-71.

Недостаток этой станции — монтаж на двух автомашинах, что помимо повышенных материальных затрат приводит к снижению производительности труда.

Во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидро­ геологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) создан макет станции вызванных потенциалов [35, 46], который прошел дли­ тельные полевые испытания в 1968—1973 годах и может быть рекомендован как достаточно совершенный и эффективный обра­ зец аппаратуры для работ методом ВП при гидрогеологических съемках. Станция смонтирована на базе серийной станции ВПС-63 (автомашина ЗИЛ-131). Блок-схема станции приведена на рис. 29. Источником напряжения являются два генератора постоянного тока типа ИН-100 общей мощностью 23 кВт. Механические кон­ такторы включения и выключения тока заряда в цепи АВ заме­ нены полупроводниковой схемой. Преимуществом данной схемы является более быстрое время срабатывания (первые милли­ секунды) и отсутствие искровых разрядов в момент выключе­ ния тока.

Разность потенциала пропускания ДС/пр измеряют при по­ мощи электронного компенсатора ЭСК-1 визуально: имеется дополнительный выход с прибора для осциллографической записи. Пределы измерений прибора ЭСК-1 расширены до 10 В.

Разность потенциалов ВП измеряют при помощи стандартного усилителя ЭДА-57. Запись ДС/Вп и Д£/Пр осуществляется на осциллографе ЭПО-9. Преимущество станции — полная автома-

110

тизация процессов записи и измерения разностей потенциалов Д£/Вп

и AUnp:

Вся станция смонтирована на одной автомашине. Иа месте левого бензобака установлены выдвижные катушки для л и н и и АВ и MN\ предусмотрена смотка проводов электродвигателем, что также ведет к повышению производительности труда. Испытания этой станции показали, что производительность работ при ее использовании в 1,5—2,0 раза выше (при общем снижении затрат на автотранспорт), чем при работах с серийной станцией.

Оборудование (провода, электроды) для полевых работ мето­ дом ВП при гидрогеологических исследованиях ничем существенно не отличается от применяемого при исследованиях методом ВП с иной целью и не требует здесь специального рассмотрения.

Рпс. 29. Блок-схема модернизпровэнной станции ВП.

Техника измерений методом ВП при гидрогеологических иссле­ дованиях также принципиально не отличается от общепринятой. Наиболее хорошие результаты при использовании неполяризующихся электродов в линии M N дает применение керамических электродов, заполненных медным купоросом (изготовитель — завод Казгеофизприбор). Повышенные требования к постоянству компенсационного нуля в линии M N обусловливают очень береж­ ное и правильное обращение с неполяризующимися электродами. В связи с этим целесообразно напомнить правила использования этих электродов [36]: а) электроды заполняются лишь насыщен­ ным раствором химически чистого медного купороса; на дне сосуда должно находиться несколько кристаллов медного купороса; б) поверхность медных стержней должна быть без пленок окислов: в противном случае промыть стержни в течение 2—3 с в -10 % -ном растворе азотной кислоты; в) необходимо соблюдать герметичность закупорки электродов; г) уровень электролита в пористом сосуде

111

должен быть обязательно выше поверхности медного стержня; д) после подготовки электрода к работе необходимо измерить собственную поляризацию электродов, которая не должна пре­ вышать 1 мВ; контроль за постоянством собственной поляризации проводится постоянно в начале и конце измерений на каждом ВЭЗ ВП; е) необходимо соблюдать одинаковые температурные условия для обоих электродов, так как разность температур сильно влияет на поляризацию электродов; при работе в жаркие дни электроды следует ставить в тень (затенять при помощи куска фанеры); ж) заземлять электроды следует в предварительно выко­ панные и политые лунки глубиной 0,2—0,4 м; режим полива лунок зависит от почвенно-климатических факторов и должен быть выбран для каждого конкретного района; з) работу необхо­ димо проводить двумя парами неполярпзующпхся электродов, так как пока выполняются измерения на одной паре, вторая приобретает устойчивую поляризацию.

При работах методом ВЭЗ ВП наиболее применима установка Беннера. В связи с тем, что данная установка предполагает по­ стоянное изменение разносов M N = х/ 3 АВ (схема установок Беннера приведена ниже), целесообразно провода линии M N растя­ нуть на всю длину п подвесить. В местах, соответствующих намеченным разносам, оголить участки провода п последовательно подсоединять к ним при помощи зажимов приемные электроды. Применение описанного технического приема позволит не только повысить производительность труда, но и уменьшить ошибки расстановки приемных электродов. Одновременно на подвешен­ ной линии M N особыми метками отмечаются места разносов пита­ ющих электродов АВ.

Работы методом ВЭЗ целесообразно проводить со станцией ПСПВ-А, выпускаемой серийно заводом Казгеофизприбор на базе автомашины ГАЗ-69. При отсутствии станции ПСПВ-А желательно смонтировать ее своими силами на автомашине УАЗ-469, при этом следует предусмотреть возможность одновременного измерения AU и I двумя приборами (ЭСК для измерений AZ7, ампервольт­ метр типа Ц-54 для измерений I ), а также автоматическую смотку проводов при помощи электромотора. Катушки крепятся на зад­ ний борт автомашины.

В остальном оборудование и техника производства ВЭЗ не отличаются от общепринятых. Каротажные работы выполняются стандартными каротажными станциямп (предпочтительны станции АЭКС-900 или СКВ-69).

Выпуск аппаратуры для выполнения работ методом радиоволнового профилирования в движении, как отмечалось выше, пока не налажен. Однако эта аппаратура несложна и может быть изготовлена своими силами в партиях и экспедициях. Подробные указания даны в работах [35 и 46], поэтому здесь отметим лишь следующее.

Аппаратура РВП состоит из четырех основных узлов: коль­

112

одних и тех же литологических разностей пород при увеличении удельного сопротивления.

При полевых исследованиях зависимость потенциала ВП от плотности поляризующего тока практически не отмечается. Однако при резких колебаниях рк возможна нелинейная зависи­ мость потенциала АС/ от / пр.

Оптимальный режим возбуждения выбирается путем постанов1Ш трех-четырех зондирований в точках, резко различающихся по геоэлектрическим условиям, но в какой-то степени характерных для всей площади съемки. Измерения на каждом разносе проводят при следующих временах зарядки: 5, 10, 15, 30, 60, 120 с и при трех значениях силы тока. В зависимости от геоэлектрических условий пределы изменения силы тока могут быть различными, однако необходимо добиваться максимального их различия (напри­ мер, 1А, 5А, 10А).

За оптимальное время зарядки выбирают такое значение 7пр, при котором дальнейшее его увеличение не влечет за собой замет­ ного (не более 5%) увеличения параметра А на всех разносах установки и при всех значениях удельного электрического сопро­ тивления. Опыт наших работ показывает, что в большинстве случаев достаточным временем зарядки является tnp = 30 с.

По результатам измерений при различной силе поляризу­ ющего тока строят графики Д//Вп = 7 (-/пр) для каждого разноса и выбранного времени зарядки. Линейный характер этой зависи­

ного участка на графике необходимо сузить пределы допустимых величин силы поляризующего тока.

— / (-/пр) обычно нет, в отдельных геоэлектрических условиях (наличие низкоомного, неглубоко залегающего экрана) на малых разносах АВ указанная область наблюдается. При этом возможно резкое изменение характера спада потенциала ВП вплоть до 'изменения знака по отношению к потенциалу пропускания.

Выбранные значения tnp и пределы изменения / пр во избежа­ ние получения несопоставимых результатов должны быть едиными для всей площади съемки.

В ы б о р с х е м у с т а н о в о к п р и р а б о т а х м е ­

и измерений можно применять несколько различных схем уста­ новок при выполнении ВЭЗ и ВЭЗ ВП.

Наиболее часто применяется в методе ВЭЗ симметричная четырехэлектродная установка Шлюмберже AMNB. В связи с тем,

что количественная интерпретация кривых рк может проводиться по характерным точкам кривой, шаг изменения разносов пита­ ющих электродов с учетом необходимости детального расчлене­ ния разреза и особенно его верхней части должен быть сгущен. Примерные разносы питающих и приемных электродов установки приведены в табл. 22. При этом допускается дальнейшее сгущениеразносов в отдельных интервалах в том случае, если данный интервал отражает пнтересзпощий гидрогеологов геоэлектрический горизонт.

Т а б л и ц а 22

Рекомендуемые разиосы электродов и коэффициенты для симметричных четырехэлектродных установок Шлюмберже (в м)

В отдельных благоприятных условиях заземлений и измере­ ний AZ7 возможно помимо установки Шлюмберже применение несимметричных установок с одним отнесенным питающим элек­ тродом В на расстояние максимального разноса питающей линии. Использование такой установки позволяет несколько увеличить производительность труда и сократить затраты рабочей силы. Возможность применения такой установки в каждом конкретном случае определяется опытным путем — сопоставлением кривых рк, полученных несимметричной и симметричной установками. В слу­ чае расхождения значений рк на всех разносах, не превышающего 5 %, несимметричную установку можно применять. Изменение разносов питающей линии АО аналогично симметричной уста­

измерения Д£7впНиже будет рассмотрен вопрос о требованиях к точности измерений. Здесь лишь отметим, что основным усло­ вием измерений является получение такой записи спада потен­ циала ВП, когда амплитуда при времени спада 1 с не меньше 2/ 3 ширины применяемой осциллографной бумаги. Данное требо­ вание должно выполняться при выборе схемы установки ВЭЗ ВП.

116

Т а б л и ц а 23 Рекомендуемые разносы электродов и коэффициенты

для несимметричных четырехэлектродных установок ВЭЗ (в м}

При малой поляризуемости пород и, в частности, в случае ыизкоомных разрезов, единственной установкой, позволяющей получать удовлетворительные результаты, является установка Беннера, когда постоянна величина M N = х/3 АВ. Схема этой установки приведена в табл. 24.

В условиях повышенной поляризуемости пород при достаточно высоких величинах рк (более 40—50 Ом-м) возможно применение симметричной установки Шлюмберже, схема которой приведена

выше.

В ы б о р л и н е й н о г о м а с ш т а б а р е г и с т р а ц и и ,

Линейный масштаб регистрации диаграмм РВП должен быть, как правило, равен масштабу съемки.

117

Перед началом работ в каждом новом районе совершают реко­ гносцировочный объезд территории съемки, в ходе которого находят участки с наинизшим и с напвысшим уровнями записи, что в общем случае соответствует участкам наиболее высокоомных и низкоомных почвогрунтов. По этим наблюдениям выбирают предел измерения и чувствительность аппаратуры с таким расче­ том, чтобы разность в уровнях на указанных участках составляла примерно 75—80% ширины ленты регистратора.

На тех же участках выбирают по возможности ровные и прямые отрезки профиля длиной в масштабную единицу 1М (т. е. при линейном масштабе записи 1 : 50 000 1Ы= 500 м), на которых с равным интервалом г151м ставят точки ВЭЗ с разносами электро­ дов АВ/2, равными 1,5; 2, 3 п 5 м при MN/2 = 0,7 м. Затем на указанных контрольных участках профилей осуществляют не­ прерывную регистрацию диаграмм РВП с 3—5-кратной повтор­ ностью. Регистрацию ведут в более крупном по сравнению с вы­ бранным рабочим масштабе (например, в масштабе 1 : 10 000) при максимально возможном постоянстве скорости движения авто­ машины вдоль профиля. На результатах этих измерений ос­ нована тарировка показаний РВП по литологическому со­ ставу и удельным сопротивлениям почвогрунтов района исследо­ ваний.

Рекогносцировочный объезд территории съемки с установкой РВП можно совмещать с выполнением маршрутных ландшафтно­ индикационных наблюдений, для чего в состав экипажа станции РВП включается ландшафтовед-ботаник.

В ы б о р м е т о д и к и п р и р а б о т а х м е т о д а м и с е й с м о р а з в е д к и . Согласно рекомендациям Н. Н. Горя­ йнова [9, 35], сейсмические наблюдения проводят обычно на отдельных непротяженных изолированных профилях, в пределах которых п определяют положение УГВ. Профили следует по воз­ можности располагать на ровных и горизонтальных участках местности. Минимальная длина профиля определяется глубиной залегания УГВ и должна обеспечивать прослеживание преломлен­ ной волны, соответствующей УГВ, после ее выхода в первые всту­ пления не менее чем на шести — восьми каналах. При наиболее часто встречающихся соотношениях скоростей продольных волн в рыхлых породах зоны аэрации и ниже зеркала грунтовых вод, а также стандартных требованиях к детальности исследований минимальная длина отдельного профиля должна быть в пределах учетверенной глубины залегания УГВ. Предварительное знание минимальной длины профиля имеет большое значение, так как позволяет выбрать такой интервал между сейсмоприемниками Ах, который при обеспечивании необходимой детальности позволял бы ограничивать сейсмические наблюдения всего одной стоянкой. Таким образом, расстояние между сейсмоприемниками выбирается исходя из примерной глубины Ну УГВ, которая может быть ■оценена по гипсометрическим картам.

118

Методика сейсмических работ, проводимых с целью определе­ ния УГВ в рыхлых породах, заключается в следующем.

Сейсмоприемники расставляют с интервалом, зависящим от предполагаемой глубины УГВ. Колебания вначале возбуждают на обоих концах сейсмического профиля. После получения сейсмо­ грамм их визуально анализируют с целью определения точки вы« хода в первые вступления волны, соответствующей УГВ (волны ty).

Если волна ty при данной расстановке не вышла в первые вступления, значит глубина до УГВ больше предполагаемой; в этом случае задают следующий пункт взрыва с расстояния, равного длине профиля (двух, трех профилей), для получения нагоняющего годографа; в результате получают точку выхода в первые вступления волны ty.

При необходимости более точного определения положения УГВ используют несколько стоянок с уменьшенным шагом между сейсмоприемниками, располагая эти стоянки одна за другой так, чтобы волна, соответствующая УГВ, вышла в первые вступления после непрерывного прослеживания по профилю прямой (рефрагированной) волны или ряда преломленных (преломленно-рефра- гированных) волн, связанных с границами в зоне аэрации; пункты взрыва располагают с двух сторон такого суммарного профиля с целью получения встречной системы для волны ty.

При необходимости соблюдения стандартной точности в опре­ делении положения УГВ — после получения координат точки выхода волны ty в первые вступления увеличивают интервал между сейсмоприемниками в соответствии с полученным резуль­ татом; пункты взрыва располагают на концах профиля для полу­ чения встречной системы для волны ty. Данный прием рекомен­ дуется использовать лишь в том случае, если точка выхода волны ty находится на расстоянии, большем удвоенной длины первоначальной стоянки.

После получения встречной системы (в случае правильного выбора шага между сейсмоприемниками) или в ходе ее получения задают дополнительные пункты взрыва с целью получения участка перекрытия встречных годографов волны ty; если такой з'часток имеется, нагоняющая система не задается.

Если требуется быстро оценить глубину УГВ в среднем по профилю (по одной точке), ограничиваются определением коорди­ нат точки выхода в первые вступления волны ty.

При возбуждении колебаний на конце профиля момент удара отмечается крайним сейсмоприемником. При переходе на следу­ ющую стоянку время может быть определено по переходному сейсмоприемнику; момент удара может отмечаться и специальным сейсмоприемником, устанавливаемым стационарно вблизи пункта взрыва, а также при помощи замыкания Гили размыкания) элек­ трической цепи (например, при ударах кувалдой).

В заключение отметим, что при определении положения УГВ никаких специальных требований к точности сейсморазведочной

11»