книги из ГПНТБ / Якубовский, Ю. В. Электроразведка учебник

Необходимо, чтобы экспериментальная кривая ВЭЗ на всем интервале изменений полуразноса A B ]2 отражала изменение кажу­ щегося удельного сопротивления с одинаковой детальностью. Для этого точки на кривой следует располагать равномерно. А это озна­ чает, что логарифмы полуразносов \g {АХВ J2), \g {A 2BJ2) и т. д., откладываемые на оси абсцисс, должны отличаться на одно и то же число. Обозначим его через lg п. Тогда

lg (^ 2 ^ 2 / 2 ) = lg (AiBjZ) -f- lg n,

lg (AsB3/2) = lg (A.2B2/2) + lg n,

lg (AlBl/2) = lg (Ai_1Bi_1) + lg n.

Потенцируя написанные равенства, получаем

A2BJ2 = nA1B1/2,

AsB3/2 = nA2B2/2,

AiBl/2 = nAi.1Bi.1ß .

Из последних выражений следует, что условие равномерного рас­ положения точек на кривой ВЭЗ требует, чтобы полуразносы пита­ ющих заземлений составляли геометрическую прогрессию со знаме­ нателем п. Практически достаточно, чтобы расстояние lg п на лога­ рифмическом бланке было около 10 мм. При модуле логарифмической

Таким образом, каждый последующий разнос питающих заземле­ ний должен быть больше предыдущего примерно в полтора раза. На практике величину п несколько варьируют с тем, чтобы размеры полуразносов АВ]2 представляли круглые числа. Один из возмож­ ных вариантов последовательности увеличения разносов питающих заземлений приведен в табл. 3.

При увеличении разносов питающих заземлений напряжение, подводимое от батареи, падает на все большем интервале. Поскольку отношение MNjAB становится при этом все меньше, разности потен­ циалов тоже уменьшаются и измерения АU становятся все более трудными. В связи с этим в процессе зондирования при достижении некоторого полуразноса AB]2 приходится увеличивать разнос изме­ рительных заземлений, но так, чтобы отношение M N /АВ не пре­ вышало ѴзПереход с одной измерительной линии на другую осуще­ ствляется на двух смежных разносах питающих заземлений. При построении кривой точки ее, полученные при данном разносе MN, соединяют в отдельный отрезок, вследствие чего вся кривая зонди­ рования состоит из отдельных отрезков, частично перекрывающих друг друга (см. рис. 69).

101

Значениярк, полученные на одном разносе питающих заземлений, но на разных измерительных линиях, совпадают только при зонди­ ровании над однородной средой и при отсутствии погрешностей

кого включения вызовет смещение эквипотенциальных линий, расположенных вблизи него, относительно того положения, которое эти линии должны были бы занять в однородной среде. В частности, сместятся эквипотенциальные линии Ut и UK, положение которых в однородной среде показано на том же рисунке пунктиром. При

ями М 2 и N 2 будет больше, чем та разность потенциалов (£7,- — Ua), которая должна была бы наблюдаться в однородной среде между теми же заземлениями M 2N 2. Разность же потенциалов А17г = = (Uc — Ub) между заземлениями М х и N х, более удаленными от

102

хорошо проводящего включения, изменится значительно меньше или не изменится совсем. Таким образом, в данном случае значение рк, измеренное посредством установки AM2N2B, будет больше вели­ чины рк, измеренной установкой AMxNxB. Расхождения будут наблюдаться и при отсутствии локальных включений за счет влияния горизонтальных границ раздела.

Поскольку в процессе зондирования разносы все время изме­ няются, то каждый раз соответственно изменяется и коэффициент К. Коэффициент К вычисляют по формулам, приведенным в гл. III. Расстояния для установления требуемых разносов заземлений изме­ ряют посредством самих же проводов, предварительно размеченных соответственным образом.

Провода питающей линии подготавливают отрезками длиной до 500—1000 м (в зависимости от вместимости катушки и марки провода), и каждый отрезок наматывают на отдельную катушку. Внутренний конец провода подключают к гнездам панели, име­ ющейся на одной из щек катушки.

Две катушки располагают на точке зондирования, и провода с них разматывают в обе стороны постепенно по мере увеличения разноса питающих заземлений. Таким образом, при помощи двух катушек можно выполнить зондирование с максимальным разно­ сом AB (до 1—2 км). При необходимости дальнейшего увеличения разносов A B у концов размотанных с центральных катушек про­ водов устанавливают еще по одной катушке. Разматывая провода с этих катушек и подключая их к уже разложенному проводу, вы­ полняют замеры на разносах AB до 2—4 км. Для дальнейшего увеличения разноса устанавливают третью пару катушек и т. д.

Зондирования с разносами AB до 2 км обычно выполняют с элек­ тронными компенсаторами ЭСК или измерителями кажущегося сопротивления ИКС. При больших разносах применяют электроразведочные станции.

Процесс полевых работ методом ВЭЗ состоит из следующих операций: а) монтаж установки; б) подготовка участка съемки; в) подготовка установки к работе на точке, или так называемое оборудование центра; г) зондирование. Поскольку предельный разнос питающих заземлений определяет технику работ методом ВЭЗ, сначала рассмотрим методику зондирований с разносами до 2 км.

Малое зондирование (АВ до 2 км). Схема установки для выпол­

товке и разметке проводов питающей и измерительных линий, изго­ товлении заземлений и соединительных проводников.

Провода для питающей линии разматывают на ровном участке местности и отрезают два равных куска ОА и OB. Длина каждого

103

2 м, ставят начальную метку, от которой отмеряют затем величины всех полуразносов АВ/2. Конечная метка будет соответствовать предельному полуразносу АВ]2. Чтобы различать метки, их делают одинарными, двойными и тройными и последовательно чередуют.

Соответствующие расстояния должны приходиться против середины меток.

В табл. 3 приведена примерная схема разметки питающей линии для зондирования.

Рис. 57. Схема установки для вертикального электрического зондирования с ЭСК.

K ß — катушки с проводами питающей линии; Б — ба­

тарея; ЭСК — электронный компенсатор; а—е — соедини­ тельные проводники для подключения измерительного при­ бора и батареи.

Со стороны конечных меток провода зачищают и подключают к панелям катушек; на внешние концы проводов надевают полевые вилки со штырями, после чего их наматывают на катушки. При смотке просматривают изоляцию и поврежденные участки ремонти­ руют. Для проверки целостности металлической жилы провода «прозванивают» (см. § 4 гл. III).

Подготовка и разметка проводов измерительных линий произ­ водятся аналогичным образом. Каждая измерительная линия изго­ товляется из двух отрезков проводов, длина которых на несколько метров превышает величину соответствующего полуразноса MN]2. Величину полуразноса отмечают двумя метками — начальной и ко­ нечной. С обеих сторон оставляют свободные концы. Парные отрезки связывают между собой так, чтобы узел оказался около начальных меток, и на внутренние концы (оказавшиеся около узла) надевают полевую вилку с гнездами (каждый провод присоединяют к отдель­ ному гнезду). Внешние концы на 15—20 см зачищают от изоляции для присоединения к электродам.

104

Питающие заземления собирают из железных электродов, соеди­

в условиях высокого сопротивления верхнего горизонта разреза число электродов в одном заземлении доходит до 10—20.

Для приемных заземлений применяют медные электроды. На малых разносах M N обычно достаточно одного-двух электродов на каждом заземлении.

Соединительные проводники изготовляют из мягких проводов (без стальных жил) применительно к схеме, приведенной на рис. 57. Комплект таких проводников для установки с ЭСК состоит из трой­ ного соединения (тройника) а и проводников б и в. Кроме того, подготавливают короткие проводники («перекидки») для последо­ вательного соединения батарей между собой и закороченные вилки для переключения напряжения батарей. При работе с телефонной сигнализацией подготавливают еще два проводника для подключения телефонного аппарата. Проводники а, б, в должны иметь длину 1,5— 2,5 м, «перекидки» — 0,3—0,5 м. Все соединительные проводники заканчиваются вилками со штырями.

Подготовка участка съемки. Сеть наблюдений для выполнения вертикальных электрических зондирований зависит от геологической задачи и масштаба съемки. При рекогносцировочных работах точки ВЭЗ обычно располагают по отдельным маршрутам, часто приурочи­ ваемым к дорогам. При более детальных работах, сопутствующих геологическим съемкам, поискам и разведке структур и инженерно­ геологическим изысканиям, разбивают геометрическую сеть про­ филей, на которых располагают точки зондирования. При разбивке сети учитывают рельеф и другие конкретные условия местности (залесенность, заболоченность, расположение сельскохозяйственных угодий, дороги), которые могут оказать влияние на проведение работ. Все точки ВЭЗ закрепляют на местности деревянными столбиками и привязывают к опорным геодезическим пунктам с целью определе­ ния координат и высотных отметок. На каждом столбике пишут номера профиля и пикета, номер ВЭЗ, год проведения работ.

Профили и маршруты располагают вкрест простирания предпола­ гаемой или разведуемой структуры. Провода питающих и приемных линий можно разматывать как вдоль профиля, так и в поперечном направлении, принимая во внимание прежде всего геологические условия. Желательно, чтобы установка не пересекала участки с резко неоднородными толщами, залегающими на небольшой глубине, а геологический разрез в пределах максимального интервала раз­ носов питающих заземлений выдерживался бы в горизонтальном направлении. Кроме того, следует учитывать рельеф дневной поверх­ ности и условия передвижения транспорта.

Подготовка установки и выполнение зондирования. К точке зон­ дирования, которая будет являться центром измерительной уста­ новки, подвозится все оборудование. По буссоли провешивается

105

и фиксируется либо вешками, установленными на расстоянии 100— 150 м по обе стороны от центра, либо местными ориентирами напра­ вление для разносов питающей и измерительных линий.

Установку для зондирования собирают в соответствии со схемой, изображенной на рис. 57. Сначала разматывают измерительные линии. Чтобы выдержать размеры этих линий, узел с начальными метками располагают около центрального кола, которым отмечают центр измерительной установки, а электроды забивают у концевых меток. На больших измерительных линиях, где каждое заземление состоит из нескольких электродов, соединенных параллельно, элек­ троды забивают в землю по линии, перпендикулярной к направлению разносов на расстоянии один от другого не менее 3—4-кратной длины их. Измерительные заземления М L, ІѴ1? М 2, N 2 и другие распола­

гают в одну линию по наме­ ченному направлению размотки питающей линии. Для умень­ шения влияния индуктивных наводок провода больших изме­ рительных линий (M N >100 м) относят в сторону от проводов питающей линии на 8—40 м.

После окончания размотки измерительных линий присту­ пают к подготовке питающей линии. Катушки КА и Кд устанавливают

на стойках по обе стороны от центра, как показано на рис. 58, и под­ готавливают первый разнос (ABJ2 = 3 м). Для этого разматывают провода с катушек в обе стороны от центра до тех пор, пока вторая одиночная метка, соответствующая первому разносу, на обоих про­ водах не окажется над колом. После этого обе метки прижимают к колу, натягивают провода и забивают заземления А и В у началь­ ных меток, находящихся на концах проводов, и последние подклю­ чают к заземлениям. На малых разносах на каждом заземлении заби­ вают по одному электроду, а остальные, имеющиеся в связке, кладут на землю вплотную к забитому. При увеличении разносов забивают два, потом три электрода и больше.

Прибор устанавливают на штативе около центра зондирования; справа от него, панелями к оператору, на резиновом ковре уклады­ вают батареи и включают их и прибор в измерительную установку. На малых разносах используют одну батарею; дополнительные батереи подключают в процессе зондирования по мере уменьшения измеряемых разностей потенциалов.

При выполнении замеров на каждом разносе нужно соблюдать следующие правила.

1. Величину ДU на разносе с целью уменьшения влияния не­ постоянства напряжения батарей определять до измерения силы

106

заземлениях А и В во время измерения должны находиться на рас­ стоянии не менее 3—4 м от электродов.

3. Переход на следующий разнос ABJ2 можно проводить лишь после того, как вычислитель нанесет полученное значение рк на билогарифмическую сетку и убедится, что полученная точка не нарушает плавного хода кривой. Запись наблюдений ведут в полевом журнале. На правой стороне журнала в соответствующих графах записывают величины разносов и коэффициента установки К , изме­ ренные значения A.U и / и вычисленное значение рк. На левой стороне журнала нанесена билогарифмическая сетка, на которой сразу же в поле в процессе наблюдений вычерчивают кривую ВЭЗ. В журнал заносят также местоположение точки, азимут разносов, дату, время начала и окончания работы на данной точке, состояние погоды, фамилии оператора и вычислителя.

После окончания измерений на очередном разносе рабочий на центре по команде оператора «вперед» отключает от катушек К А

и К в вилки тройника и соединительного проводника, рабочие на за­

землениях А и В извлекают из земли электроды и тянут провода в намеченных направлениях. Рабочий на центре следит за метками и прекращает размотку провода, как только появится очередная метка. Затем он прижимает метки к колу, рабочие на заземлениях натягивают провода и, забив электроды у начальных меток, сигна­ лизируют о готовности питающей линии; рабочий на центре под­ ключает измерительный прибор и батареи к катушкам, и оператор

По мере того как с увеличением разносов A B ]2 измеряемые раз­ ности потенциалов уменьшаются, оператор повышает напряжение питающей батареи или дает указание рабочим на заземлениях уве­ личить число забиваемых на заземлениях электродов. При этом сила тока не должна быть более 50 сА на одну батарею марки 69-ГРМЦ-6 и не более 100 сА на батарею 29ТРМЦ-13 (при последовательном соединении их секций). Чтобы обеспечивалась требуемая инструк­ цией точность измерения рк, измеряемые значения Д?7 при работе с ЭСК должны быть не менее 0,3 мВ, при работе с ИКС — не менее 5 мкВ. Увеличивать измеряемые разности потенциалов только путем повышения напряжения питающих батарей нельзя, так как это нарушает требования техники безопасности и увеличивает возмож­ ность утечек, особенно при работе в сырую погоду (или на влажной местности) и при плохих проводах. Также нерационально чрезмерно увеличивать число электродов на заземлениях питающей линии, так как это сильно замедляет работу. Оператор должен умело варьиро­ вать обоими способами увеличения измеряемой разности потенциалов.

После окончания зондирования провода сматывают, установку разбирают и все оборудование перевозят на следующую точку. При зондировании выполняют следующие проверки прибора и установки.

107

1. Перед началом работы и в конце рабочего дня проверяют напряжение источников питания ЭСК и ИКС.

2. На всех полуразносах ABJ2 более 500 м, а также в точках, характеризующихся на графике резким изменением хода кривой зондирования, контролируют погрешности, вызываемые утечками тока из питающей линии. Контроль проводится одним из способов, описанных в гл. III. Расхождение между основным и повторным значениями рк не должно превышать ±5% от среднего арифмети­ ческого обоих измерений. По двум значениям рк вычисляют среднее арифметическое, по которому и строят кривую ВЭЗ. Наличие боль­ ших расхождений свидетельствует (при отсутствии случайных по­ грешностей измерения по вине оператора) об утечках тока в пита­ ющей линии.

При обнаружении утечек провода питающей линии тщательно просматривают и поврежденное место изолируют.

3. В сырую погоду измеряют сопротивление изоляции приборов, производят проверку на утечку через их корпус, а также на утечку в измерительных линиях.

При выполнении зондирования указания рабочим, разматыва­ ющим провода питающей линии и перемещающим заземления А и В, на небольших разносах передают голосом, флажками или звуковыми сигналами. При этом разрабатывают сигнальный код, в котором обязательно должны быть предусмотрены сигналы со стороны рабо­ чих о выполнении очередного указания или о повторении сигнала при плохой видимости или слышимости. Сигналы с центра подаются оператором или по его указанию рабочим.

При разносах более 500 м раньше применялась телефонная связь, для которой полевые телефоны включались в питающую линию по однопроводной схеме (вторым проводом служит земля). В насто­ ящее время для сигнализации лучше использовать портативные радиостанции типа «Недра».

При работе вблизи линий электрифицированных железных дорог, трамваев, около шахт и рудников с электровозной откаткой наблю­ даются блуждающие токи, обусловленные утечками из рельсов и дру­ гих заземленных точек электрических установок. Блуждающие токи создают в измерительной цепи переменные разности потенциалов, вызывающие нерегулярные колебания стрелки гальванометра.

Для преодоления этой помехи зондирования следует выполнять в часы уменьшения интенсивности блуждающих токов (в ночное время, в периоды уменьшения движения поездов), проводя измерения с ИКС, как с прибором, хорошо защищенным от помех.

Большое зондирование (AB 2 км). Особенностью методики зондирований с разносами, превышающими 2 км, является примене­ ние электроразведочной станции и двух питающих линий. Схема установки для большого зондирования показана на рис. 59.

Одна питающая линия, называемая малой и обозначаемая А 'B ', служит для выполнения замеров с разносами до 1—2 км; при этом измерения проводятся с ЭСК или ИКС с использованием батарейного

108

питания от генераторной группы станции. Другая (большая) пита­ ющая линия AB служит для замеров на разносах свыше 2 км. Изме­ рения на малой линии проводят в то время, пока готовят к измере­ ниям большую линию или в промежутках между замерами на ней, так как переходы с разноса на разнос занимают на большой линии значительно больше времени, чем на малой.

Для увязки двух частей кривой большого зондирования, выпол­ ненного порознь на малой и большой питающих линиях, исполь­ зуют один-два общих для этих линий разноса, на которых измерения осуществляют как с ЭСК (или ИКС), так и со станцией.

При измерении разностей потенциалов на больших разносах оператор встречается с помехами различного характера. Это и об­ условило необходимость применения электроразведочных станций с осциллографической регистрацией и отразилось в методике выпол­ нения зондирования.

Одна из этих помех связана с явлением индукции в моменты замыкания и размыкания тока в питающей линии; вследствие этого в измерительной линии появляется дополнительная (и меняющаяся во времени) разность потенциалов, искажающая искомую АU. Для уменьшения индуктивного влияния питающей линии на приемную их удаляют друг от друга на расстояние не менее чем AB] 100; осциллографирование же позволяет полностью исключить индуктивную помеху.

Другим источником помех являются теллурические токи, которые вызывают нерегулярные колебания гальванометра. Для уменьшения

интенсивность этих полей уменьшается. Линии разносов по воз­ можности следует располагать в широтном направлении. В северных районах замеры целесообразно проводить днем, располагая линию в направлении, близком к меридиану. Наиболее радикальным сред­ ством преодоления теллурических помех является переход на осцил­ лографическую запись.

109