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

Монтаж установки. Монтажная схема установки для комбиниро­ ванного профилирования изображена на рис. 105. Оператор с авто­ компенсатором или другим измерительным прибором располагается

Батареи устанавливают на одном из концов или в центре про­ филя. Один из полюсов батареи при помощи длинного провода, намотанного на катушку К с, заземляют в бесконечности, а второй

полюс посредством провода, намотанного на катушку К А, соединяют

через выключатель автокомпенсатора с заземлением А или В в зави­ симости от того, на каком крыле установки измеряется рк. Наличие

Рис. 105. Монтажная схема установки для комбинированного профилирования с ЭСК.

катушки К ѵпозволяет перемещать установку по профилю без пере­

носа батареи и проводов, идущих к заземлению С. Весьма жела­ тельно снабжать эту катушку скользящим контактом для разматы­ вания провода без отключения батареи. Катушку К А можно заменить

легкой полевой телефонной катушкой и переносить ее при пере­ мещении установки вместе с прибором.

Все соединения на центре и особенно концы проводов, идущих к питающим заземлениям А и В , должны быть тщательно размечены во избежание ошибок при полевых наблюдениях. Провода, соединя­ ющие заземления А и В с центром установки, связывать между собой на центре не следует, так как в процессе полевых работ оба крыла установки перемещают по профилю порознь.

Весьма ответственным является выбор точки для заземления в бесконечности. С одной стороны, расстояние до удаленного заземле­ ния должно быть таким, чтобы его нолем можно было пренебречь (см. гл. Ill); с другой стороны, заземление С целесообразно относить на такое расстояние от снимаемых профилей, чтобы им можно было пользоваться для всех или по крайней мере для нескольких профи­ лей. Это позволяет избежать частого перемещения этого заземления при переходе с профиля на профиль.

171

При вычислении кажущегося сопротивления коэффициент К определяют по формуле (III.6) для трехточечных установок. Оче­ видно, коэффициент для обеих установок, из которых состоит уста­ новка комбинированного профилирования ^ AMN и ^ BMN, имеет

одинаковое значение.

Полевые работы. Наблюдения на профиле начинают с измерения силы тока и разности потенциалов при включении в питающую цепь переднего по ходу установки питающего заземления.

/* Омм

' [ЗЭ / Е Э * [Т Ъ Ѳ *

Рис. 106. График комбинированного профилировашія над рудной жилой (по В. Е. Зайцеву).

1 — порфириты; 2 — граниты; 3 — рудная жила; 4 — песчаники; 5 — поверхностные отложения.

После того как вычислитель подсчитал значение рк и наложил соответствующую точку на график, по сигналу оператора рабочие перемещают переднее крыло питающей линии на следующую точку; в это время проводятся измерения на заднем крыле установки. После окончания замеров оператор отключает соединительные провода у измерительного прибора и подает команду к перемещению всей установки на следующую точку. По этой команде рабочий у катушки с проводом, идущим от батареи к прибору (см. рис. 107), отключает вилку и выпускает отрезок провода, необходимый для перестановки потенциометра на следующую точку. Рабочие на центре и приемных

172

заземлениях перетаскивают заднее крыло питающей линии и прием­ ную линию вперед на расстояние, равное принятому шагу установки. На новой точке измерения начинают с переднего крыла, которое к этому времени должно быть подготовлено. В первую очередь изме­ ряют силу тока (в это время подготавливается приемная цепь), а затем разность потенциалов.

Окончив измерения на одном профиле, перемещают установку на соседний профиль. Если разнос питающих заземлений не пре­ вышает 100 м и местность незалесенная, то при переносе нет необхо­ димости сматывать питающую цепь. При работе с большими уста­ новками и в труднопроходимых районах питающие цепи при переходе с профиля на профиль приходится сматывать.

Форма полевого журнала для записи наблюденных величин со­ впадает с приведенной выше формой журнала .для профилирования установкой AA'MNB'B, причем графы для записи результатов измерений с большой и малой линиями используются для записи данных, полученных с установками AMN и BMN.

В графе «Примечание», помимо заносимых обычно при профили­ ровании сведений, обязательно отмечают положение крыльев уста­ новки относительно концов профиля.

Изображение результатов. Результаты полевых наблюдений изо­ бражают в виде графиков кажущегося сопротивления по профилям. При построении графиков значения pKAMN и (>кВМК относят к точке

наблюдений (середине приемной линии MN) и таким образом полу­ чают две кривые: одну сплошную для прямой установки, другую пунктирную для обратной установки. Под графиками строят рельеф дневной поверхности и геологический разрез, а также в масштабе показывают размеры установки и положение ее крыльев (ключ установки).

На рис. 106 изображен график комбинированного профилирова­ ния над хорошо проводящей рудной жилой в гранитах.

§ 6. ДИПОЛЬНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ

Рассмотренные выше модификации электрического профилиро­ вания основаны на изучении электрических полей точечных источ­ ников. Особенность дипольного профилирования заключается в том, что в данном случае изучаются поля диполей.

При дипольном профилировании могут использоваться установки различных типов. Из них чаще применяются параллельные уста­ новки и среди последних — дипольно-осевые. В этой установке, как указывалось выше, питающий и приемный диполи лежат на одной прямой, обычно совпадающей с направлением профиля.

Основное преимущество дипольного профилирования перед дру­ гими модификациями электрического профилирования состоит в том, что графики рк, полученные при дипольном профилировании, более дифференцированны, благодаря чему можно более уверенно обнару­ живать искомые геологические объекты и определять их местополо­ жение.

173

На рис. 107 в качестве примера, иллюстрирующего это положе­ ние, изображены графики рк, рассчитанные для профилирования дипольно-осевой и симметричной установками над вертикальным контактом пород с сопротивлениями р х и р 2 = 0,1 р х• Сравнивая кривые на рис. 107, можно видеть, что в области контакта амплитуда изменения кажущегося сопротивления, определенного дипольной установкой, больше амплитуды рк, измеренного симметричной уста­ новкой. Таким образом, задачу картирования контакта можно успеш­

ного профилирования сле­ дует отнести большое влияние поверхностных неоднородностей, осложняющих форму графиков рк. Это обстоятельство затрудняет, а иногда даже делает нецелесообразным применение дипольного профилирования в районах с неоднородными покровными отло­ жениями и пересеченным рельефом дневной поверхности.

Недостатком дипольных установок является также быстрое умень­ шение напряженности поля между измерительными заземлениями с увеличением расстояния между питающим и приемным диполями, вследствие чего при профилировании с большими разносами при­ ходится пользоваться источниками тока повышенной мощности или увеличивать размеры диполей.

На рис. 94, в изображена схема установки для двухстороннего дипольного профилирования, у которой в отличие от односторонней установки (см. рис. 94, б), по обе стороны от приемного диполя M N на равных расстояниях расположены два питающих диполя А ХА 2 и В хВ 2. При каждом положении установки на профиле производят два замера кажущегося сопротивления: один с питающим дипо­ лем А ХА 2 (прямая установка), другой — с питающим диполем В ХВ 2 (обратная установка). Оба значения рк относят обычно к середине

174

приемного диполя MN. Таким образом, в процессе электропрофили­ рования двухсторонней диполыю-осевой установкой получают два графика рк. Это дает возможность, с одной стороны, по соотношению значений кажущегося сопротивления, полученных с различными питающими диполями, судить об изменении геологического разреза в обе стороны от центра установки и, с другой стороны, учесть вли­ яние рельефа и поверхностных неоднородностей вблизи приемных заземлений.

Двухстороннее дипольно-осевое профилирование, так же как и комбинированное профилирование, может быть применено для

83-----

Рис. 108. Монтажная схема установки для двухстороннего дипольно-осевого профилирования с ЭСК.

Экранные эффекты и в данном случае обеспечивают достаточно четкую разницу в соотношении значений кажущегося сопротивления, изме­ ренного различными крыльями установки по обе стороны от про­ водящего тела.

Отсутствие в установке для двухстороннего дипольного профили­ рования заземления в бесконечности позволяет значительно упро­ стить полевые операции по сравнению с комбинированным профилированием и повысить производительность работ.

При двухстороннем профилировании размер измерительного ди­ поля, как правило, должен быть меньше размера питающего диполя. Это дает возможность проводить детальные исследования при по­ исках и картировании маломощных крутопадающих объектов — пластов каменного угля, жил, даек и т. п.

Монтаж установки и полевые работы. Монтажная схема уста­ новки для двухстороннего дипольно-осевого профилирования изо­ бражена на рис. 108. Провода, идущие от центра установки к пита­ ющим заземлениям А г и А 2, а также к заземлениям В 1 и В 2, для удобства переноски установки по профилю скрепляют между собой

175

через интервалы 10—20 м и связывают в центре установки в одну линию.

Порядок выполнения полевых операций в значительной мере аналогичен последовательности работ при профилировании уста­ новкой AA'MNB'B. Коэффициент установки вычисляют по фор­ муле (II1.8).

Форма журнала для записи полевых наблюдений подобна форме

При каждом положении установки на профиле измеряются три значения рк, соответствующие установкам ABMjN^ ABM2N2

иABM3N3. При построении графиков рк значения этого параметра относят к центру измерительных диполей.

Профилирование подобной установкой целесообразно выполнять при помощи аппаратуры ИКС, поскольку в этом случае питающие

иизмерительные диполи автономны, т. е. не связаны друг с другом соединительными проводами. В этом случае генератор комплекта ИКС (рис. 109) подключают к диполю A B , а измерения ведут тремя измерителями аппаратуры ИКС.

При инженерно-геологических и гидрогеологических исследова­ ниях, а также при изучении структур рудных и шахтных полей часто возникает необходимость определения господствующего направле­ ния трещиноватости. Возможность решения этой задачи электри­ ческими методами основана на том, что трещиноватые и рассланцованные горные породы при наличии явно выраженного господству­ ющего направления трещин или поверхностей рассланцевания1

1 Иногда эту модификацию называют п л о щ а д н ы м э л е к т р о - р а з в о д о ч н ы м к а р т и р о в а н и е м .

176

обычно обладают электрической анизотропией. Удельное сопроти­ вление таких пород в направлении трещиноватости и сланцеватости, как правило, меньше удельного сопротивления пород вкрест трещи­

способ профилирования заключается в наблюдении кажущегося сопротивления симметричной установкой, питающие и измеритель­ ные заземления которой после каждого измерения перемещают вокруг ее неподвижного центра (рис. 110, а). Таким образом, круго­ вое профилирование позволяет установить в точкенаблюдения зависимость кажущегося сопротивления от ориентировки (азимута

разносов) установки. Результаты наблюдений изображают в виде полярной диаграммырк, построение которой показано на рис. 110, б. Из точки наблюдения, как из центра, проводят радиусы в соответ­ ствующих азимутах; на каждом радиусе в определенном масштабе откладывают значение рк, наблюденное при данном положении установки. Полученные точки соединяют кривой линией, которая в случае анизотропии пород представляет собой эллипс; большая

\

Рис. 111. Трехточечная установка AMN,B -э- оо над нлохо проводящим пластом.

ось эллипса ориентирована в направлении минимального значения истинного удельного сопротивления, т. е. по господствующему направлению трещиноватости или сланцеватости пород.

Иногда для изучения трещиноватости на разной глубине на каж­ дой точке производят круговое профилирование установками раз­ личных размеров и для каждого разноса питающих заземлений

Рис. 112. Полярные диаграммы р над пластами каменного угля (по И. М. Блоху и Е. А. Ше-

кмякину).

Вслучае: а — наклонного пласта, б — вертикального пласта,

строят отдельную полярную диаграмму рк. С этой же целью можно проводить в каждом азимуте вертикальные зондирования и затем по данным этих зондирований строить полярные диаграммы рк для ■отдельных разносов. Этот способ исследования называется к р у ­ г о в ы м в е р т и к а л ь н ы м з о н д и р о в а н и е м .

Круговое электропрофилирование несимметричными установками может быть применено для определения направления падения пла­ стов, сопротивление которых больше сопротивления вмещающих пород.

178

На рис. I ll изображены два положения трехточечной установки AMN, В оо над наклонным пластом высокого сопротивления. При обоих положениях установки кажущееся сопротивление выше сопро­ тивления среды, вмещающей пласт, за счет увеличения плотности тока в области между приемными заземлениями. Однако, если пита­ ющее заземление расположено по падению пласта, отмеченный выше эффект сказывается сильнее, чем тогда, когда питающее заземление отнесено от приемных по восстанию пласта. Наименьшее влияние пласта на распределение тока в земле будет наблюдаться при рас­ положении питающего заземления установки AMN в направлении

пласта, должна иметь вид, изображенный на рис. 112, я, а в случае, когда пласт вертикален, — на рис. 112, б.

Асимметрия полярной диаграммы рк над наклонными пластами высокого сопротивления служит обоснованием для применения кру­ гового профилирования при определении направления падения пласта.

§ 8. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Существенное различие в приемах интерпретации результатов полевых наблюдений, полученных двумя модификациями метода сопротивлений — зондированием и профилированием, заключается в том, что в методе ВЭЗ интерпретация обычно носит количественный характер, т. е. в результате ее получают числовые характеристики разреза (значения мощностей пластов, иногда углов их падения, сопротивлений различных горизонтов, величины их продольной проводимости и др.). Интерпретация результатов электропрофили­ рования, как правило, носит качественный характер. В процессе интерпретации по полевым материалам (графикам и картам) опре­ деляют тип геоэлектрического разреза исследуемой площади, плано­ вое положение геологических структур (оси складок, выходы пластов под покровные отложения, положение сбросов и т. п.), направление падения пластов и другие качественные характеристики разреза.

Для того чтобы в процессе интерпретации по картам изоом и гра­ фикам рк качественно определить характер геоэлектрического раз­ реза, интерпретатор сопоставляет фактический полевой материал с графиками и картами, полученными расчетным путем или посред­ ством моделирования для типичных геологических структур.

В настоящее время получено большое число теоретических кри­ вых рк для различных установок, применяемых при электропрофили­ ровании. Эти кривые отображают разноообразные геологическиеразрезы — с вертикальными и наклонными плоскими поверхностями разделов, со сферическими и эллипсоидальными поверхностями

вертикальными поверхностями разделов сред, имеющих различное удельное сопротивление.

Среди разнообразных разрезов последнего типа следует выделить три наиболее простых и в то же время достаточно типичных разреза: 1) с вертикальным контактом двух сред; 2) с вертикальным пластом большой мощности; 3) с вертикальным пластом малой мощности \ Ниже излагаются основные принципы расчета графиков над

перечисленными структурами.

Установка AMN. При измерениях этой установкой величину ка­ жущегося удельного сопротивления вычисляют по общей формуле

pK= Ä?A£Т/І.

Втом случае, когда величина приемной линии мала по сравнению

срасстоянием от ее центра до питающего заземления, измеряемая разность потенциалов AU связана с напряженностью поля Е сле­ дующим соотношением:

Е= ДЕ//гЛш.

Таким образом,

Рк — KEJ'MN/I-

При малом разносе rMN можно принять

где гA0 — расстояние между питающим заземлением и центром

приемной линии. Таким образом,

Напряженность поля точечного источника в присутствии плоского вертикального контакта двух сред, как показано в гл. II, опреде­ ляется следующими выражениями:

В этих выражениях х соответствует гЛ0; d — расстояние между питающим заземлением и контактом.

1 Мощность пласта будем считать большой, если она превышает расстояние от центра измерительной линии до дальнего питающего заземления, малой — если она меньше этого расстояния.

180