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

мешают обычно слабее всего. Для уменьшения этого влияния пере­ датчик и приемник располагают возможно дальше от проводников, ориентируя плоскости рамочных антенн перпендикулярно к про­ дольной оси проводников, повышают частоту поля в пределах,

Рис. 219. Диаграмма определения дальности действия аппаратуры. Кривые Е = (г): 1 — для W — іо Вт, 2 — для W = 1 Вт.

допускаемых требуемой дальностью. Наиболее эффективным спосо­ бом является применение закороток, посредством которых искус­ ственные проводники заземляют, присоединяя к рельсам или хорошо заземленным штырям, вбитым в породу. При закорачивании трол­ леев в закоротку включают бумажные конденсаторы на напряжение

Рис. 220. Действие закороток на вынос энергии но троллею. Напряжение в троллее: 1 — без закоротки, 2 — с емкостной закороткой.

до 500—1000 В и емкостью до 0,5 мкФ. Закоротки располагают вблизи профилей наблюдений. Чем действеннее закоротки, тем в меньшей степени возрастает принимаемый сигнал с приближением приемника к проводнику. Эффективность действия закороток про­ веряется измерениями с приемником (рис. 220). На отрезке троллея

351

которые вычисляют в предположении наличия на данном участке наблюдений однородной среды. С этой целью для каждой точки стояния приемника, зная его удаление от передатчика г и коэффи­ циента поглощения Ь, вычисляют по формуле (XIII.2) значение Е. Сопоставляя кривые — экспериментальную и нормального поля, выявляют аномальные зоны по уменьшению (ослаблению) поля. На рис. 221 показаны результаты наблюдений на одном из рудников Забайкалья. Менаду пикетами 5 и выделяется отчетливая аномалия.

5

а

ний; график напряженности поля при

Соединяя на плане прямыми линиями точки, ограничивающие ано­ мальную зону, с точки стояния передатчика получают теневой сектор, внутри которого должно находиться экранирующее, хорошо про­ водящее тело. Пересечением теневых секторов уточняют местополо­ жение оси или контура объекта. В связи с этим все аномальные зоны, выявляемые в процессе съемок, обязательно наблюдают вторично с других стоянок генератора.

Лучевой способ. Основан на следующих положениях. В однородной среде напряженность поля определяется выражением (XIII.2).

В неоднородной среде, в том числе и при наличии проводящих поглощающих тел, поле ослабляется. Это ослабление зависит от про­ водимости и мощности (размеров) экрана и может быть учтено вве­

где Е^ — поле при наличии этого тела.

поля в точках наблюдения. Значение Е вычисляют для тех же точек при помощи выражения (X III.2) по известному значению b и данной величине г, поле Е0 находят путем измерения сигнала у антенны передатчика. Результаты вычисления коэффициента изображают

Цифры у лучей — значения коэффициента экранирования Э.

в виде лучевых диаграмм (рис. 222). Для этого на плане расположе­ ния точек наблюдений проводят прямые, соединяющие точку стояния передатчика с точками наблюдений, и на каждом луче пишут значе­ ние Э. Лучи с повышенными значениями этого коэффициента опре­ деляют теневой сектор, в котором и располагается искомый объект.

Явления дифракции. При работе методом радиоволнового про­ свечивания не всегда наличие проводящих объектов отмечается «радиотенью». Расстояние между передатчиком и генератором прак­ тически измеряется десятками и реже первыми сотнями метров, а длины волн (3000—30 м) в породе уменьшаются. Вследствие этого наблюдения выполняют в условиях соизмеримости величин г и Хср, что и обусловливает возникновение дифракции (огибания радио­ волнами) проводящих объектов с последующей интерференцией колебаний по другую сторону тела. В связи с этим при радиопро­

354

свечивании могут наблюдаться также и относительные максимумы (усиления сигналов) на фоне общей радиотени. На рис. 223 в каче­ стве примера изображены графики модельных измерений при про­ свечивании проводящего шара диаметром d = Хср и находящегося на расстоянии I = 2Хср от передатчика. На графиках Е отчетливо виден максимум в области тени, амплитуда которого уменьшается с удалением профиля наблюдений от шара. Если бы мы не учитывали дифракции, то данную аномалию ошибочно проинтерпретировали бы как связанную с двумя телами (на графике — два минимума Е). Таким образом, учет возможных дифракционных явлений обязателен при интерпретации данных радиопросвечивания.

Схема опыта

Рис. 223. Дифракционные явлении на модели проводящего шара (по Д. С. Даеву).

1 — г = 10 см; 2 — г = 20 см; 3 — г — 30 см; 4 — г — 5 см.

Методика скважинного просвечивания. Общие положения мето­ дики при скважинном просвечивании те же, что и при шахтных исследованиях. Производственным съемкам также предшествуют опытные наблюдения для определения коэффициента поглощения, выбора оптимальных частот, шага наблюдений, параметров загра­ ждающих фильтров.

Отличия в технике работ обусловливаются только спецификой скважинной аппаратуры. Наблюдения ведут как при неподвижном передатчике и передвигающемся приемнике, так и наоборот. Иногда применяется методика параллельного перемещения передатчика и приемника. При работе с комплектом СРП-7 наблюдаемые значе­ ния Е регистрируются самописцем автоматически и поэтому про­ свечивание ведется в движении. Результаты наблюдений изображают в виде как графиков Е вдоль ствола скважины при неизменном положении передатчика (аналогично каротажным диаграммам), так и лучевых диаграмм.

Применение метода. Метод применяют в основном для поисков слепых рудных тел в пространстве между выработками и скважинами

или для прослеживания вскрытых рудных тел в процессе как разведки, так и эксплуатации месторояадений. Эффективность метода тем выше, чем больше различие по проводимости искомых объектов

ивмещающих пород. Они должны различаться по проводимости по меньшей мере в 2—3 раза. Однако существенное значение имеет

иабсолютная величина проводимости. Наилучшие результаты полу­ чают, когда удельное сопротивление руд меньше 1 Ом-м и вмеща­

ющих пород более 1000 Ом-м. При сопротивлении пород меньше 100 Ом-м просвечивание в настоящее время практически неосуще­ ствимо. Метод был успешно применен на медно-никелевых место­ рождениях Кольского полуострова (вмещающие породы — ультра­ основные магматические образования), на полиметаллических месторождениях Приморья, Восточного Забайкалья, Красно­ ярского края, залегающих в массивных высокоомных известняках. Наоборот, на медноколчеданных месторождениях Среднего Урала применение метода, несмотря на высокую проводимость руды, сла­ гающей агрегативные тела, хороших результатов из-за низкого сопротивления вмещающих пород не дало. С успехом этот метод был применен на соляных месторождениях Соликамска для опре­ деления положения полостей, заполненных соляным, хорошо про­ водящим раствором, а также на бокситовых месторождениях Север­ ного Урала при выявлении карстовых образований в известняках, заполненных подземными водами.

Существенное значение имеет структура рудных тел. Лучшие результаты получаются при наличии сплошных залежей, однако при надлежащем соблюдении методики можно выявить и вкраплен­ ное оруденение. Расположение передатчика и приемника играет роль в том отношении, что линии распространения радиоволн должны быть по возможности ортогональны направлениям простирания рудных тел.

В последние годы положительные результаты получены при выявлении объектов ограниченной (конечной) проводимости, представленных слабоминерализованными зонами и содержащих рассеянное оруденение.

§ 3. М Е Т О Д Р А Д И О К И П

В методе радиокип передающая радиостанция может рассматри­ ваться как электромагнитный диполь, излучающий сферическую волну (рис. 224, а). По мере удаления от радиостанции кривизна сферической волны постепенно уменьшается, и на достаточно боль­ шом удалении фронт ее становится плоским и ориентированным вертикально. Вектор электрической компоненты Е электромагнитной волны в каждой точке такого фронта направлен по вертикали, а маг­ нитной компоненты — по горизонтали, причем оба вектора перпен­ дикулярны к направлению распространения волны г (рис. 224, б). Пронизывая верхние слои земной коры, радиоволна индуцирует в толщах горных пород вторичные электрические токи вихревого

356

характера, интенсивность (сила) которых при прочих равных усло­ виях пропорциональна проводимости этих пород. Переменное маг­ нитное поле этих индуцированных токов накладывается на первичное поле электромагнитной радиоволны, искажая его и тем самым созда­ вая аномальные эффекты. В соответствии с законом электромагнит­ ной индукции наиболее сильные вторичные токи будут индуциро­ ваться в тех геологических телах, которые обладают наибольшей проводимостью, залегают вертикально и ориентированы возможно более близко к линии распространения радиоволн.

Е

Н У

5

Рис* 224. Проводящий пласт в поле дальней радиостанции. 1 — проводящий пласт; 2 — магнитные силовые линии.

Пусть на участке PQ залегает крутопадающий рудный хорошо проводящий пласт, простирание которого совпадает с направле­ нием г (рис. 224, в). В произвольной точке М у поверхности земли вблизи рудного пласта кроме вектора первичного поля Н будет действовать вектор вторичного магнитного поля На, направленный по касательной к силовым линиям магнитного поля токов в пласте (см. рис. 224, г\ плоскость рисунка перпендикулярна к линии г). В результате сложения обоих векторов в точке М будет наблюдаться суммарное поле Нн, по величине и направлению отличающееся от первичного поля.

Очевидно, что аномальные эффекты легче обнаружить, когда первичное поле однородно. Этого можно добиться, если наблюдать поле такой радиостанции, которая удалена от участка исследований

357

на достаточно большое по сравнению с его линейными размерами расстояние (практически на расстояние не менее 200—250 км). Тогда в соответствии с (X III.1) в пределах участков протяжен­ ностью до первых десятков километров интенсивность первичного поля практически будет постоянна.

Как следует из рис. 224, г, в точке наблюдений у поверхности земли появляются аномальная вертикальная составляющая Н г а и аномальная горизонтальная составляющая Нра, накладывающаяся на вектор первичного поля Н.

Кроме прямой волны, распространяющейся вдоль земной поверх­ ности, к точкам наблюдения приходит пространственная волна, связанная с отражением радиоволн ионосферой Земли. Происходит интерференция, значительно осложняющая картину явления. Чтобы избавиться от помех за счет пространственной волны, целесообразно для наблюдений использовать средние и длинные волны (К0 > Д> 300м), так как интенсивность отраженных от ионосферы волн уменьшается с уменьшением частоты (ростом длины волны), а более длинные волны хорошо поглощаются в ионосфере.

При наблюдениях имеют значение также время и состояние погоды. Влияние отраженных волн возрастает в периоды восхода

изахода солнца, а также в ночное время; резкие изменения погоды меняют напряженность наблюдаемого поля на 20—50%.

Вобщем случае глубинность метода зависит от глубины проник­ новения радиоволн в толщу пород и возрастает с уменьшением ча­ стоты за счет ослабления поглощения. Глубинность зависит также

иот возможности выделения аномальных эффектов искомых объек­ тов, залегающих на той или иной глубине, на фоне помех — аномаль­ ных эффектов от неоднородностей в верхней части разреза, сложенной четвертичными отложениями. Практически при наблюдении на сред­ них и длинных волнах радиовещательных станций глубинность обычно не превышает первых десятков метров.

Для повышения глубинности следует переходить на наблюдение

сверхдлинноволновых (так называемых коммерческих) станций, ра­ ботающих на длинах волн свыше 5 км (частота 60—10 кГц). Как показывает опыт наблюдений, глубина исследований существенно возрастает (в отдельных случаях до 100 м и более). Такие станции с большим радиусом действия (от 5 тыс. км и более) имеются в СССР

и во многих пунктах мира.

Аппаратура. Свое название метод получил от способа измерения напряженности поля радиоволн. Он заключается в сравнении (компарировании) измеряемого сигнала с эталонным, вырабатываемым генератором измерительного устройства. В качестве приемникаизмерителя применяется полевой измеритель напряженности поля (ПИНП-2); при его отсутствии можно использовать измеритель

помех ИП-12М.

Измеритель ПИНП-2 (рис. 225) представляет высокоизбиратель­ ный микровольтметр, собранный по супергетеродинной схеме на полупроводниковых диодах. В схеме предусмотрена температур-

358

пая стабилизация режима работы полупроводниковых триодов. Прибор снабжен поворотной магнитной антенной с круглым уровнем в торце и вертикальным лимбом для определения углов ее наклона и динамиком для контроля за работой радиостанции на слух. Отсчет измеряемых величин напряженности электромагнитного поля про­ водится по стрелочному индикатору. Диапазон измерений по ча­

ций служит специальный измеритель — сверхдлинноволновой радио­ приемник СДВР-3. Высокая чувствительность прибора позволяет

антенного лампового усилителя и микровольтметра на транзисторах. Магнитная антенна служит для измерения напряженности магнитной компоненты радиоволнового поля, электрическая ан­ тенна — для измерения электрической компоненты. При измерениях обе антенны поочередно подключают к антенному усилителю, соеди­

ненному экранированным шлангом с микровольтметром.

В схеме микровольтметра предусмотрено преобразование измеря­ емого сигнала в сигнал звуковой частоты при помощи одного гетеро­ дина. Преобразованный на звуковую частоту сигнал выпрямляется и через накопительную ячейку поступает в головной телефон (для слухового контроля за работой радиостанции) и измерительный прибор. Накопительная ячейка предназначена для накопления сигналов и их сглаживания, что позволяет измерять средний уровень поля, снижая тем самым влияние помех. Ячейка снабжена регуля­ тором постоянной времени накопления от 0,1 до 9 с; благодаря этому при низком уровне флуктуаций поля можно сократить время отдель­ ного измерения.

Магнитная антенна вместе с антенным усилителем может вра­ щаться вокруг горизонтальной оси; угол наклона определяется по вертикальному лимбу. На шкале прибора имеется круглый уровень для точной ориентировки антенны.

Полевые работы. Полевые исследования начинают с опытных наблюдений условий регистрации полей различных радиостанций, прослушиваемых в районе, определения режима их работы, а также

359

уровня атмосферных помех. Наблюдения ведут в стационарных условиях, установив прибор на какую-либо устойчивую опору (штатив, стол и т. п.), в течение одного-двух дней с интервалом 10— 20 мин. Регистрируют обычно только вертикальную составляющую Н г поля каждой станции, отмечают особенности режима и расписа­ ния их работы. Одновременно фиксируют данные об атмосферных помехах. Для определения этих помех лимб частотной настройки устанавливают в положение, при котором не прослушивается ни одна из станций, и снимается отсчет. Результаты опытных наблюде­ ний изображают в виде графиков поведения поля каждой станции во времени, при помощи которых и выбирают рабочую станцию. При этом принимают во внимание:

1)уровень поля; наименьший уровень поля, допустимый для производственных съемок, должен по меньшей мере в 3—4 раза пре­ вышать уровень атмосферных помех;

2)вариации поля; предпочтение следует отдавать станции, поле которой наименьшим образом, с наименьшими вариациями изме­ няется в течение дневного времени;

3)режим работы станции; среди широковещательных станций предпочтительны станции с непрерывным циклом работы, среди

коммерческих — те, которые ведут передачу сигналов навигацион­ ных систем (радиоимпульсы продолжительностью до 1 с и с интерва­ лами от 1 до 9 с) или осуществляют быструю передачу информации посредством автоматических быстродействующих устройств.

При выборе станции и при подготовке профилей наблюдений учитывают также ориентировку искомых объектов. При вытянутом характере тел (рудные жилы, рудные зоны, контакты) желательно, чтобы простирание их совпадало с направлением (пеленгом) на радиостанцию. Необходимо также принимать во внимание нали­ чие искусственных проводников (трубопроводов, линий элек­ тропередач и связи), вызывающих появление искусственных аномалий.

После выбора рабочей станции проводят цикл полевых опытных наблюдений над известными геологическими объектами, характер­ ными для участка съемок, с тем чтобы установить характер аномалий и их связь с элементами геологического разреза и объектами поисков.

При проведении производственных съемок с прибором ПИНП-2 обычно ограничиваются измерениями только вертикальной соста­ вляющей Н г. Для измерения Н г магнитную антенну устанавливают вертикально. На аномальных участках определяют также горизон­ тальную составляющую и угол наклона магнитного вектора к гори­ зонту ß . Для измерения горизонтальной составляющей антенну прибора устанавливают в горизонтальное положение, а для опре­ деления угла ß — поворачивают в положение, при котором отсчет по стрелочному индикатору минимален.

Для записи наблюдений можно использовать журнал метода индукции. При переходе с точки на точку целесообразно, не выклю­

360