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

Для удобства сопоставления данных по отдельным профилям составляют карту графиков. С этой целью на план наносят все про­ фили и по каждому профилю на плане строят график потенциала.

Рис. 144. Графики потенциала естественного поля над поли­ металлической жилой.

1 — известняки; 2 — сланцы; з — полиметаллическая жила; графики: 4 — основных наблюдений, 5 — повторных на­ блюдений.

Рис. 145. Карта графиков потенциала на медноколчеданном месторождении (п о М. А. Чефас и В. А. Шафаренко).

1 — четвертичные отложения и кора выветривания; 2 — порфириты; 3 — яшмы; 4 — кварцсерицитовые и хлоритовые сланцы; 5 — медноколчеданные руды: а — богатые, б — бедные; графики потенциалов: в — в скважине, 7 ■— по линии разведочных скважин (данные наземной

съемки).

Линии профилей на плане служат осями абсцисс графиков (см. рис. 147).

Результаты скважинных наблюдений обрабатывают аналогично наземным в соответствии с применявшимся способом измерений.

231

При этом при работе способом потенциала равномерно разбрасывают по всем точкам как разницу показаний прибора на контрольной точке, так и разность значений поляризации электродов в начале и конце измерений. При работе способом градиентов определяют невязку по сумме значений АU по прямому (при спуске кабеля) и обратному (при подъеме кабеля) ходам, которую затем разбрасы­ вают по всем измерениям.

Результаты скважинных наблюдений представляют в виде карт графиков потенциала по поисково-разведочным скважинам, на ко­ торых помещают также графики потенциала, полученные по линиям скважин при наземной съемке. Пример такой карты приведен на рис. 145.

§ 6 . О С Н О В Ы И Н Т Е Р П Р Е Т А Ц И И

Завершающим этапом изучения естественного поля является истолкование полученных карт и графиков потенциала.

По области минимальных значений потенциала на картах экви­ потенциальных линий и картах графиков потенциала можно при­ близительно установить местоположение искомого объекта. Отсут­ ствие на карте областей максимальных значений потенциала, рас­ положенных в непосредственной близости от областей минимумов потенциала, указывает на вертикальную поляризацию тела, с чем обычно и встречаются на практике.

Конфигурация изолиний потенциала позволяет составить пред­ ставление об очертаниях тела. В том случае, если изолинии слабо вытянуты, тело в плане представляет собой более или менее изо­ метрическую залежь и центр изолиний указывает на положение эпицентра этой залежи. При сильно вытянутых изолиниях ось зоны минимума потенциала определит положение оси тела.

Если искомый объект поляризован наклонно, то на карте экви­ потенциальных линий к области минимумов потенциала будет при­ легать область повышенных значений потенциала, а графики потенциала по профилям будут асимметричными.

При количественной интерпретации результатов съемки вытяну­ тые объекты в зависимости от геологических данных можно уподоблять цилиндру (если это линзообразная залежь) или пласту (если это жильная залежь). Вполне очевидно, что протяженность такого тела в горизонтальном направлении будет заведомо меньше длины аномальной зоны, очерченной на карте эквипотенциальных линий.

Рассмотрим один из способов определения глубины залегания и размера сферической залежи.

Вычислим потенциал вертикально поляризованной сферы в точке, удаленной от эпицентра на расстояние, равное глубине залегания h центра сферы; для этого в формулу (VII.6) подставим х = h\ тогда

Ux~h =* —2&0г*/2 |/2~ h \

232

Поскольку в эпицентре (при х = 0) согласно выражению (VII.7) потенциал имеет экстремальное значение

Umia= - 2 ë A l h \

то отношение

Ux-hlUmin= 1/2 Ѵ2 ~0,35.

Рис. 140. Интерпретация аномалий естественного поля.

Определение глубины залегания: а — поляризованной сферы по графику потенциала, б — вертикально поляризованного горизонтального цилиндра; в — определение величины пара­ метра 7П.

Таким образом, на расстоянии h по обе стороны от эпицентра залежи или от центра аномалии потенциал

^ -Л = 0,35|г7тіп|.

Отсюда следует, что расстояние между точками со значением потенциала 0,35 | Umm- | равно удвоенной глубине залегания центра сферы в масштабе графика. Практически для нахождения глубины h удобнее от точки с минимальным значением потенциала откладывать

233

откуда следует, что

Глубина верхней поверхности вертикального пласта определяется тем же способом, что и глубина сферы или цилиндра — по половине ширины минимума на высоте А = 0,4 | Umia |.

Для оценки глубины залегания поляризованных тел может быть

мума кривой и точке ее перегиба, а также прямую на уровне нор­ мального поля. Точку О пересечения касательных спроектируем на прямую нормального поля. Отрезок от проекции этой точки О' до точки пересечения наклонной касательной с прямой нормального поля Q равен численной величине параметра т (в масштабе графика).

Величина параметра т связана с глубиной залегания центра изомерных залежей или верхней кромки пластообразной залежи следующими приближенными соотношениями, которые приводим без вывода: h = 0,86m. — для сферы; h = (0,46 -л- 0,58) т — для вер­ тикального цилиндра; h = 0,6m — для горизонтального круго­ вого цилиндра; h = 0,55m — для вертикального пласта.

Параметр m рекомендуется определять по обеим ветвям графика потенциала и затем осреднять.

Рассмотренные выше приемы количественной интерпретации ре­ зультатов съемки естественного поля основаны на упрощающих допущениях о правильной форме залежей, об однородности вмеща­ ющей среды и закономерном распределении контактных э. д. с., возникающих на контакте залежей с вмещающей средой.

В природных условиях приходится работать в более сложной физико-геологической обстановке, и поэтому результатам полевых наблюдений придают главным образом качественное истолкование, ограничиваясь выявлением местоположения объектов, создающих аномалии, получением представления об их конфигурации и оценкой вероятных глубин залегания выявляемых тел.

Сложная геологическая обстановка часто обусловливает сложную картину наблюдаемого естественного поля, поэтому выделить ано­ малии, связанные только с интересующим в данном случае исследо­ вателя геологическим объектом или процессом, среди аномалий, вызванных другими причинами, не просто. Это, в первую очередь, касается аномалий, создаваемых рудными залежами. На естествен­ ные поля, создаваемые рудными телами, накладываются обычно поля фильтрационных э. д. с., а также поля, связанные с угли­ стыми и графитизированными породами и зонами непромышленной вкрапленности сульфидных минералов, особенно пирита. Чтобы правильно разобраться в картине естественного поля, полученной при полевых наблюдениях, необходимо использовать все имеющиеся

234

геологические данные и результаты работ, полученные другими геофизическими методами.

Влияние фильтрационных полей учитывают путем сопоставления полученных карт и графиков с топографической картой участка съемки. Фильтрационное поле обычно закономерно возрастает в сто­ рону общего понижения рельефа. Для учета изменений естественного поля во времени проводят повторные съемки и результаты основных и повторных наблюдений совмещают на одном графике (см. рис. 144).

§ 7 . П Р И М Е Н Е Н И Е М Е Т О Д А

Оценивая возможности применения метода естественного поля, следует прежде всего иметь в виду относительную простоту методики полевых работ и их большую производительность (до 200—300 физи­ ческих точек в смену). В связи с этим применение метода экономи­ чески целесообразно во всех случаях, когда имеются соответству­ ющие физико-геологические предпосылки.

Наиболее благоприятными объектами исследований являются тела, сложенные хорошо проводящими сульфидными рудами, графи­ тами, антрацитами и залегающие в гидрогеологической обстановке, отвечающей условиям возникновения естественных электрических полей. Метод может быть применен и для выявления объектов не­ поляризующихся, но приуроченных к другим поляризующимся телам (например, к графитизированным или пиритизированным поро­ дам), которые сами по себе не представляют поисково-разведочного интереса.

Повышению эффективности метода способствует высокая электро­ проводность руд. Неблагоприятными факторами являются глубокое залегание зеркала подземных вод и интенсивное развитие зоны окисленных руд (так называемая «железная шляпа»).

Можно наметить два основных направления применения метода естественного поля: а) геологическое картирование; б) поиски месторождений полезных ископаемых.

При геологическом картировании метод позволяет прослеживать участки графитизированных, углистых и шунгитоносных пород, выявлять зоны пиритизированных и пирротинизированных, а также магнетитсодержащих пород. Картирование таких участков и зон дает возможность не только выявлять площадное распространение соответствующих отложений и образований в тех случаях, когда уста­ новлена генетическая связь их с процессами графитизации или пиритизации пород, но и определять участки, перспективные в отно­ шении полиметаллических и сульфидных месторождений. В ча­ стности, пиритизация является результатом гидротермальных и пневматолитических процессов, с которыми связаны месторождения золота, молибдена, вольфрама и других редких и цветных металлов.

Метод широко используют на месторождениях медноколчедан­ ных руд и сульфидных месторождениях никеля (см. рис. 145). Он на­ ходит применение и на месторождениях касситерита, а также

235

на месторождениях некоторых редких металлов в тех случаях, когда рудные тела содержат в качестве сопутствующих минералов пирит, пирротин и другие хорошо проводящие

сульфиды.

Более сложным объектом для при­ менения метода естественного поля являются полиметаллические место­ рождения (см. рис. 143). Это можно объяснить тем, что галенит-сфалерито- вым рудам свойственно значительно большее, чем другим сульфидам, удель­ ное сопротивление, что приводит к су­ щественному ослаблению электриче­ ского поля. К тому же образующиеся при электрохимических реакциях вто­ ричные минералы свинца и цинка (суль­ фаты, охры) обладают очень слабой рас­ творимостью и, оставаясь на месте

Ряс. 147. Карта графиков потенциала естественного ноля на месторождении антрацита (но В. И. Дах-

нову)

1 — кривые V ; 2 — пласт антрацита; 3 — профили

(*

Рис. 148. График потенциала естественного поля над выходом источника под наносы (по Н. Северъяновоп).

1 — аллювий; 2 — древний аллювий; 3 — известняки; 4 — туфы извер­ женных пород; 5 — карстовая полость.

236

МЕТОД ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

§ 1. С У Щ Н О С Т Ь М Е Т О Д А

Метод вызванных потенциалов (сокращенно — метод ВП) осно-

Vван на наблюдении в полевых условиях вызванной поляризации, под которой понимается электрохимический процесс, происходящий

ЦП — измерительный прибор.

вгорных породах под воздействием протекающего через них по­ стоянного тока и выражающийся в появлении вторичных электро­ движущих сил (рис. 149).

Для наблюдения вызванной поляризации через систему заземлен­

ных (питающих) электродов пропускают постоянный ток. Во время пропускания тока, называемого в этом случае п о л я р и з у ­ ю т, и м, между измерительными заземлениями возникает разность

238

потенциалов, величина которой определяется силой тока, взаимным расположением питающих и приемных заземлений, характером геоэлектрического разреза; это та разность потенциалов, которая измеряется во всех модификациях метода сопротивлений. Обозначим ее через AU^C. После выключения тока между измерительными

заземлениями наблюдается некоторая остаточная, спадающая со временем до нуля разность потенциалов, наличие которой объяс­ няется поляризацией того объема пород, через который до этого протекал электрический ток.

Эту остаточную разность по­ тенциалов называют р а з н о ­ с т ь ю в ы з в а н н ы х п о ­ т е н ц и а л о в и обозначают через AUBn (рис. 150).

По знакам величины А£/вп и ДС/кс У поверхности земли

совпадают.

Процентное отношение Д£/вп к Af/KC, называемое поляри­

зуемостью гі,и является тем па­ раметром, который используют в методе вызванных потенциа­

лов для изучения геологического разреза. Так как А?7ВП является

убывающей во времени величиной, то для сопоставления результа­ тов отдельных измерений поляризуемости принято замеры AUBU

проводить в один и тот же момент времени, а именно, через 0,5 с после выключения поляризующего тока, или же приводить замеренную величину AUBn к этому времени посредством поправочного коэф­

фициента i t (табл. 6).

среды. Для неоднородной среды то же отношение будет зависеть как от пространственного распределения объемов пород различной поляризуемости, так и от расположения питающих и измерительных заземлений. Пе аналогии с кажущимся сопротивлением в этом случае

239

проведении электроразведки являются условия неоднородных сред, то

4 ^ - 1 0 0 % = Лк; (VIII.1)

и лишь в случае однородной среды то ню отношение даст истинную поляризуемость г|.

Кажущуюся поляризуемость, как и кажущееся сопротивление, нельзя понимать как осредненное значение истинной поляризу­ емости отдельных однородных объемов, образующих данную неодно­ родную среду, поскольку в одной и той же неоднородной среде при различных положениях и разносах заземлений может быть получено разное значение т)к.

На зависимости т] к от строения геоэлектрического разреза осно­ вывается возможность применения метода вызванных потенциалов для геологических исследований. Непосредственная задача, которая ставится при использовании метода, — это изучение пространствен­ ного распределения г]к. Опираясь на сведения об истинной поляри­ зуемости отдельных разновидностей пород и руд, мы можем устано­ вить особенности геологического строения исследуемого участка и на этой основе решать задачи геологического картирования и поисков месторождений полезных ископаемых, главным образом рудных.

Переходя к более подробному рассмотрению явления вызванной поляризации, прежде всего следует обратить внимание на то, что отдельно взятый однородный по электропроводности проводник, как электронный (металлическое тело), так и ионный (произвольный объем раствора), не обнаруживает способности к поляризации. Вызванная поляризация наблюдается лишь в сложных средах, состоящих из твердого вещества и жидкости — электролита (к ним относятся и горные породы, и руды в естественном состоянии), и не­ посредственно связана с возникновением двойных электрических слоев на границе твердой и жидкой фаз. При этом во всех случаях ВП проявляется внешне одинаково, различаясь только по интен­ сивности и по некоторым деталям своего возникновения в зависи­ мости от того, является ли твердая фаза диэлектриком (породообра­ зующие минералы) или электронным проводником (рудные мине­ ралы, графит и др.).

Рассмотрим возникновение ВП рудных объектов более подробно. При пропускании поляризующего тока через такой объект, находя­ щийся во вмещающей ионно-проводящей породе и содержащий в своих порах природную влагу, пограничный слой электролита приобретает положительный потенциал у поверхности объекта со стороны положительного питающего электрода и отрицательный потенциал — со стороны отрицательного электрода. Под влиянием создавшегося электростатического поля у поверхности рудного объекта за счет перераспределения ионов электролита создается

240