книги из ГПНТБ / Рысс Ю.С. Поиски и разведка рудных тел контактным способом поляризационных кривых

части кузова установлены два бака для дизельного топлива общей емкостью 300 л. По бортам кузова поставлены два небольших ди­ ванчика. В одном из них размещены 3 полиэтиленовые канистры со смазочными материалами для дизеля и автомобиля. В другой диван­ чик при транспортировке укладываются косы для штырей вспомо­ гательного заземлителя. В задней части кузова по левому борту установлены катушки для намотки соединительных кабелей станции.

В кузове имеется большой люк,

дополнительным вращающимся токосъемником, рассчитанным на ток до 250 а. Колеса блок-балансов имеют канавку (ручей) под кабель 25 мм. В лебедочной части кузова на боковых стенках уста­ новлены стеллажи для крепления скважинных электродов-снарядов по два на каждом стеллаже. В задней части кузова по правому борту установлен бензо-электрический агрегат АБ-2. По левому борту внутри кузова закреплено запасное колесо. Напротив лебедки уста­

новлены два блок-баланса: один — на раме для крепления на земле, а другой — на специальном фланце, который позволяет закреплять блок-баланс на обсадной трубе скважины.

3. Допускает в пределах каждого диапазона тока поляризации изменять величину силы тока по лпиейиоиарастающему или убывающему закону от 0 до максимума (или наоборот) за периоды: 0—4; 0—8; 0—15; 0—32 мин и 0—1; 1— 2; 2—4; 4—8; 8—16 ч. Переход от одного периода к другому осуществляется ступенчато и плавно в пределах каждого периода. Станция допускает ручное управление измеиеипем силы тока с неограниченным периодом.

4. Позволяет измерять напряжение потенциалов электрохимических про­ цессов в диапазонах 0—3; 0—5; 0—10; 0—50 в. Имеется дополнительный диапазон 0—0,5 в, предназначенный для измерений разности потенциалов без компенсации. Измерения потенциалов выполняются с погрешностью 3% при входном сопротивлении 20 Мом.

5.Регистрирует автоматически поляризационные кривые с помощью двухкоордішатного самописца на прямоугольных листах миллиметровой бумаги размерами 300 х 400 мм.

6.Позволяет использовать рудные объекты с линейными размерами от еди­ ниц до тысяч метров при глубине места контакта с оруденением до 1000 м.

7.Обеспечивает работоспособность при температуре окружающей среды от —10° С до +50° С; влажности окружающего воздуха до 95 ± 3% при тем­ пературе +35° С.

S. Имеет время безотказной работы не менее 300 ч и радиус автономной самостоятельной работы до 500 км по проселочным дорогам за период не менее

трех суток.

9. Допускает выполнение работ геофизическими методами заряда, ВП, ВЭЗ и некоторыми другими.

ГЛАВА IV

ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ РАБОТ

§ 10

ЗАДАЧИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Возможность определения по потенциалам реакций минерального состава и по предельной силе тока размеров рудных тел делает ме­ тод КСПК средством решения ряда геологических задач. На разных стадиях поисково-разведочных работ эти задачи неодинаковы.

На ранних стадиях, когда оруденение пересечено одной или огра­ ниченным числом скважин, необходимо выяснить следующие вопросы.

1.В какой мере состав оруденения в месте его подсечения отра­ жает средний состав руд за пределами пересечения?

2.Содержит ли вскрытое бедное оруденение полезные компоненты

вдостаточных количествах в объеме всего рудного тела?

3.Принадлежит или нет исследуемый сульфидный интервал, пред­ ставленный пиритом или пирротином, к рудному образованию, со­ держащему полезные компоненты в окрестностях обследуемой сква­ жины?

4.Каковы размеры обнаруженных рудных тел?

5.Целесообразно ли дальнейшее разбуривание участка и каков возможный минимум скважин для его характеристики в целом?

На поздних стадиях изучения месторождения, когда оруденение пересечено многими скважинами, основными вопросами являются выяснение особенностей распределения рудного вещества, увязка рудных пересечений в рудные тела, характеристика морфологии ору­ денения и т. д. На этих разведочных стадиях работ применение КСПК способствует объективной увязке рудных пересечений, оценке сред­ него состава отдельных рудных тел, размеров этих тел и т. п. Ре­ шение перечисленных вопросов позволяет значительно снизить по-' грешности в характеристике оруденения, возникающие в связи со

В зависимости от стадии поисково-разведочных работ общий план исследований контактным способом поляризационных кривых будет различным. В случае одной или ограниченного числа скважин на участке (речь идет о скважинах, пересекающих руды) на ранних стадиях изучения рудопроявлений обычно существует необходимость исследования каждой скважины. Результаты наблюдений рассмат­ риваемым способом (состав и размеры оруденения) позволяют, на­ ряду с другими геофизическими и геологическими данными влиять

иа число и место заложения последующих скважин, распределяя их таким образом, чтобы свести к минимуму объем трудоемких буро­ вых работ для оценки масштаба встреченного оруденения.

При большом числе скважин на поздних стадиях исследования месторождения последовательность отработки скважин методом КСПК имеет определенное значение. С геологической точки зрения целесообразно обследовать каждую рудную зону в отдельности, прослеживая изменения в составе рудных тел по падению и прости­ ранию, увязывая рудные пересечения, составляя тем самым более или менее законченную характеристику зоны в целом, что позволяет одновременно оперативно управлять другими видами работ, получив, необходимые знания о рудной зоне в сжатые сроки.

Работы вперемежку на разных зонах, как правило, исключают элемент последовательного наращивания представлений о каждой зоне. Это в общем случае снижает конечную эффективность и растя­ гивает сроки исследований.

В пределах той или иной зоны целесообразно начинать работу со скважин, в которых по визуальным определениям и химическим анализам керна установлено наиболее богатое содержание полезных компонентов и наиболее простой минеральный состав руд (2—3 руд­ ных минерала). В дальнейшем следует переходить к скважинам, пере­ секшим руды с тем же простым составом, но с бедным содержанием полезных компонентов. На следующей стадии исследований лучшим вариантом является изучение скважин, в керне которых содержание интересующих компонентов последовательно меняется от богатых к бедным. После указанных работ целесообразно переходить к изу­ чению рудных пересечений с постепенно усложняющимся составом.

Технические трудности наблюдений КСПК главным образом связаны с затратами труда на устройство вспомогательного пита­ ющего заземления и на протягивание проводов от заземлителя к сква­ жине. Для большой территории участка использование одного заземлителя недостаточно. Большие потери электрической энергии на проводах заставляют размещать заземление не слишком далеко от скважины. В связи с этим на некоторых участках необ­ ходимо либо делать сразу несколько заземлителей, либо один заземлитель последовательно переносить с места на место. Устройство вспомогательного питающего заземления, особенно при исследова­ нии крупных тел, обычно занимает много времени и труда. Чтобы сократить излишние расходы на создание заземлений, необходимо заранее наметить их места и отрабатывать скважины группами с од­ ним заземлителем на несколько скважин (5—7).

Схема последовательных операций при работах контактным спо­ собом поляризационных кривых выглядит следующим образом. Оборудуют вспомогательное питающее заземление и от него провод протягивают к месту расположения станции КСПК. От станции прокладывают провод к лебедке с кабелем или другому спуско-подъем­ ному механизму. В скважину на кабеле опускают снаряд КСПК; отыскивают место контакта с рудой, осуществляют контакт и кабель

прочно закрепляют на лебедке для длительной работы. Затем выби­ рают место H устанавливают вспомогательный неполяризующийся электрод, который присоединяют к измерительной аппаратуре. Наблюдения начинают с катодной или анодной поляризации.

При выбранной поляризации сначала подбирают нужную вели­ чину сопротивления компенсации для первой реакции, а также ско­ рость съемки поляризационных кривых. Затем, последовательно изменяя сопротивление компенсации, снимают серию кривых с вы­ делением каждой реакции. Закончив серию наблюдений при одном направлении поляризации, снимают аналогичную серию при обрат­ ной полярности тока. В ходе наблюдений определяют потенциалы и значения предельной силы тока для каждой реакции отдельно. По полученным данным выписывают минеральный состав, величину поверхности и другие характеристики рудных тел. После завершения наблюдений поднимают снаряд, снимают электроды и перебазируют станцию на другой участок.

§ 11

ТЕХНИКА ПОЛЕВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

РАЗМЕЩЕНИЕ НА МЕСТНОСТИ СТАНЦИИ КСПК

Станция располагается вблизи исследуемой скважины. Непо средственно около скважины устанавливается подъемник или ле­ бедка, с которых кабель опускается в скважину. На расстоянии 10— 15 м от подъемника ставится автомобиль с аппаратурной группой станции с таким расчетом, чтобы из окон можно было видеть место расположения питающего вспомогательного заземления, скважину, подъемник, силовую генераторную установку, вспомогательный каломельный электрод, а также подходы к каждому из отмеченных объектов. В 30—40 м от аппаратурной группы располагается гене­ раторная силовая установка. Она ставится с подветренной стороны, чтобы уменьшить шум от двигателя и чтобы газы из выхлопной трубы не распространялись к аппаратурной группе. Подъемник, аппаратур­ ная и генераторная группы соединяются между собой силовыми ка­ белями, а также проводами связи.

При использовании контакта с оруденением в горных выработках (шахты, карьеры, шурфы) размещение станции сходное с тем, что

ипри скважинных наблюдениях. В случае карьера аппаратурная

игенераторная группы, а также подъемник, располагаются в районе его борта, откуда наиболее удобно спустить кабель внутрь карьера, где положение кабеля не будет мешать движению транспорта. Место расположения станции должно быть за пределами зоны поражения взрывами. При исследовании подземных горных выработок станция размещается в районе шахт или вентиляционных и восстающих вы­ работок, а также у устья штолен. При выборе положения станции учитываются транспортные подъезды и иные обстоятельства, свя­ занные с работой рудника.

ВЫБОР МЕСТА ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ПИТАЮЩЕГО ЗАЗЕМЛИТЕЛН И КАЛОМЕЛЬНОГО ПРИЕМНОГО ЭЛЕКТРОДА

Как указывалось раньше, положение заземлителя н каломельного электрода в общем случае безразлично. Однако рудные тела, на­ ходящиеся рядом с исследуемым телом, могут оказать мешающее влияние на съемку поляризационных кривых. В связи с этим не­ обходима некоторая регламентация в размещении вспомогательного заземлителя и каломельного электрода.

Если заземлитель окажется вблизи другого рудного тела, то последнее под действием тока будет поляризоваться, и эффект его поляризации при неблагоприятном расположении приемной линии (положение каломельного электрода) может войти ошибкой в изме­ ряемые значения потенциалов. Наличие этого эффекта, с одной стороны, позволяет обнаружить новое тело, но, с другой — будет иска­ жать значения потенциалов реакций и, следовательно, правильное определение минерального состава исследуемого рудного тела. По поведению повторных поляризационных кривых, на которых при разных величинах компенсации падения напряжения во вме­ щающих породах дополнительный поляризационный эффект про­ является с разной интенсивностью, можно судить о наличии эффекта.

Величина эффекта также закономерно изменяется с перемещением каломельного электрода в направлении к новому рудному телу и с удалением от него. Рассматриваемый эффект представляет собой основу для создания нового бесконтактного способа поляризацион­ ных кривых, позволяющего искать и исследовать рудные образова­ ния без непосредственного контакта с ними. Изучение возможно­ стей такого способа составляет специальную задачу. В рассматри­ ваемом методе указанные эффекты являются помехой. Последняя может исключаться надлежащим выбором места расположения вспомогательного питающего заземления и каломельного электрода сравнения. Электроды желательно располагать в удалении от места нахождения нового рудного тела. Выбор таких мест зависит от кон­ кретных геологических условий. Обычно целесообразно оба электрода располагать в направлении от исследуемой скважины вкрест про­ стирания основных геологических структур и на расстоянии 300— 500 м от ожидаемой проекции рудной зоны на дневную поверхность. При этом, если один электрод находится в направлении по восста­ нию рудной зоны, то второй лучше располагать по падению. В случае неблагоприятного расположения электродов следует сначала по­ пытаться исключить поляризационные эффекты от нового рудного тела изменением места заземления каломельного электрода и, если это не дает нужного результата, изменить положение вспомогатель­ ного питающего заземлителя.

При выборе места для каломельного приемного электрода также учитывается естественное электрическое поле, существующее на месторождениях. Приразмещении электрода в пределах аномалии есте­ ственного поля, связанного с соседними по отношению к исследуемому

телу, значения определяемых потенциалов реакций смещаются в от­ рицательную сторону, если электрод установлен в пределах -поло­ жительной аномалии, и в положительную сторону, если электрод находится в пределах отрицательной аномалии. Тем самым вносится ■ошибка в значения потенциалов реакций, а следовательно, и в опре­ деление минерального состава обследуемого объекта. Для исключе­ ния указанной погрешности на участке снимают профиль методом естественного электрического поля и каломельный электрод уста­ навливают в места «нормального» поля, где отсутствуют положитель­ ные и отрицательные аномалии.

При выборе места для каломельного электрода и вспомогательного питающего заземлителя учитывают технические удобства их уста­ новки. Как для того, так и для другого электродов предпочтительнее места на наименьшем расстоянии от участка расположения станции КСПК и в пределах видимости из аппаратурной группы станции. Для вспомогательного питающего заземлителя учитывается жела­ тельное расположение его в болотистых, увлажненных и других подобных местах для обеспечения наименьшего сопротивления за­ землителя.

Каломельный электрод устанавливают в лунке, в которую для лучшего контакта подливают воду. От воздействия дождя и солнца электрод прикрывают небольшими дощечками. В холодное время электрод предохраняют от замерзания, закрывая место лунки сне­ гом. В некоторых случаях электрод помещают в изолированный ■обогреватель, который поддерживает температуру почвы около 0° С.

Совокупность перечисленных требований определяет рациональ­ ное решение вопроса о размещении электродов на каждом конкрет­ ном участке. Выбор их мест относится к числу первых операций по прибытии станции на участок работ.

КОНТАКТ С ОРУДЕНЕНИЕМ

Важным вопросом является правильный выбор точки контакта ■с оруденением. Решение этого вопроса различно при обследовании ■скважин и горных выработок.

При скважинных измерениях место подключения к оруденению находится методом скользящих контактов (МСК) и специальным приемом, заключающимся в измерении разности потенциалов между электродом-снарядом и каломельным электродом при прохождении тока через снаряд и оруденение. Поиск точки контакта ведется с по­ мощью электрода-снаряда, который передвигается подъемником вдоль скважины. В питающую цепь от генераторной группы стан­ ции подается ток небольшой силы (до 1 а). Показания силы тока и разности потенциалов снимаются визуально с измерителей по­ тенциалов и силы тока и записываются в специальном блокноте.

Направление тока выбирается таким, чтобы на оруденении про­ текали катодные реакции, обусловливающие меньшие электрохими­ ческие изменения на границе руды и вмещающих пород, нежели

Вещество сульфидов переплетается с жильными и нерудными мине­ ралами. Отдельные рудные прожилки, пересекаемые скважиной, могут принадлежать к общей системе прожилков и массивной части рудных тел, но могут относиться к небольшим замкнутым системам агрегатов или просто к уединенному мелкому образованию. Очевидно, что контакт для исследований КСПК нужно осуществить на том уча­ стке пересеченного оруденения, который за пределами скважины имеет связь со всей системой прожилков и массивными рудами, со­ ставляющими изучаемое рудное тело. По данным МСК искомый участок будет выделяться максимальным значением силы тока или минимальным сопротивлением питающей цепи.

Разность потенциалов между электродом-снарядом и каломель­ ным электродом при пропускании через снаряд тока до прикоснове­ ния снаряда к оруденению складывается из падения напряжения во вмещающих породах и потенциала снаряда относительно кало­ мельного электрода. При подключении электрода-снаряда к рудному телу измеряемая разность потенциалов состоит из падения напря­ жения во вмещающих породах, падения напряжения в пределах оруденения, а также потенциала рудного тела по отношению к кало­ мельному электроду. И в том и в другом случае падение напряжения в породах, хотя и различно, но имеет один и тот же порядок. Оно может быть частично скомпенсировано напряжением, снимаемым с сопротивления компенсации. Падением напряжения внутри ору­ денения в связи с его малостью можно пренебречь. Значения потен­ циалов электрода-снаряда и рудного тела по отношению к каломель­ ному электроду резко различны. На электроде-снаряде во вмеща­ ющих породах величина потенциала в связи с большой плотностью тока при маленьких размерах снаряда велика, а когда снаряд со­ прикасается с рудным телом, наоборот, мала. Если в измеряемую разность потенциалов ввести поправку на падение напряжения во вмещающих породах, то между снарядом и каломельным электро­ дом разность потенциалов будет большой.

Таким образом, при скольжении снаряда вдоль скважины резкий минимум рассматриваемой разности потенциалов будет означать подключение снаряда к оруденению. Чем глубже величина минимума, тем больше размеры образования, к которому оказался подключен­ ным снаряд. Наблюдая указанный эффект, можно отыскать нужный участок оруденения, принадлежащий системе прожилков и сплош­ ным рудам, составляющим основную массу рудного тела.

Обычно результаты поисков места контакта по наблюдениям вели­ чины тока МСК и описанной разности потенциалов совпадают. Для окончательного выбора участка контакта среди выявленных интер­ валов с максимумом силы тока и минимумом разности потенциалов проводят следующие операции. На каждом таком участке останавли­ вают снаряд и отключают ток. Выждав некоторое время (10—30 мин)

до установления постоянного значения потенциала оруденения, включают на 0,5—1 мин ток и наблюдают за характером изменения разности потенциалов. То же самое выполняют на всех других ото­ бранных точках. Окончательно выбирают для контакта те участки оруденения, на которых наблюдаются при одном и том же напра­ влении тока от источника питания и одинаковых величинах напря­ жения компенсации:

а) максимальное значение силы тока; б) минимальное значение устанавливающейся разности потен­

циалов при включенном токе; в) наиболее медленное изменение разности потенциалов при

включении тока; г) наиболее положительное значение исходного потенциала руд­

ного тела при отключенном токе (после катодной поляризации). Два последних условия характеризуют следующее. Чем больше размеры рудного образования, тем меньше плотность тока на его поверхности при одинаковом напряжении источника питания, а сле­ довательно, меньше скорость вещественных изменений, происходя­ щих на границе оруденения с вмещающей средой. Соответственно

При отключенном токе разность потенциалов между рудным обра­ зованием и каломельным электродом равняется электродному по­ тенциалу руды по каломельной шкале пли исходному потенциалу рудного тела. На величину указанного потенциала влияет потенциал стального снаряда. При большой разнице в поверхностях снаряда и рудного тела величина погрешности в измеряемом потенциале за счет снаряда практически равна нулю. В этом случае наблюдаемый потенциал будет являться электродным потенциалом рудного тела. При подключении снаряда к небольшому рудному агрегату доля влияния электродного потенциала снаряда на общий потенциал значительна и наблюдаемый потенциал будет отличаться от рудного. Электродный потенциал стального снаряда относительно каломель­ ного электрода имеет отрицательное значение от —1,0 до —1,5 в. Сульфидные минералы обычно характеризуются электродным по­ тенциалом в пределах первых десятых долей вольта (часто от +0,1 до —0,1 в), т. е. существенно более положительным значением, чем потенциал снаряда. Отсюда наиболее положительное значение исходного потенциала служит показателем подключения снаряда к рудному образованию наибольших размеров.

Руководствуясь четырьмя приведенными выше правилами и про­ водя соответствующие операции, выбирают в пределах рудного пересечения один или несколько участков, которые и служат ме­ стом контакта для проведения наблюдений КСПК. В указанных точках останавливают и закрепляют снаряд. Для закрепления сна­ ряда отключают питающий ток и включают устройство расширения резиновой камеры снаряда для прижатия контакторных пружин, находящихся на поверхности камеры. После прижатия контактор-

ных пружин к стенкам скважины, устанавливаемого по сигналу на пульте управления станции, отключают устройство расширения резиновой камеры. Станция готова к съемке поляризационных кри­ вых.

Устройство контакта с оруденением в горных выработках зна­ чительно проще, чем в скважинах. Для контакта выбирают участки со сплошными рудами. На отобранных местах проходят 3—5 перфо­ раторных бурок, в которые помещают щеточные илы другие специаль­ ные электроды, обеспечивающие хороший контакт с рудой. Каче­ ство контакта проверяется измерением их сопротивления между электродами в смежных бурках. Сопротивление между электродами в разных бурках должно быть одинаковым и близким к нулю. Для измерений КСПК часть электродов подключается к источнику пи­

Средняя скорость наблюдений поляризационных кривых в поле­ вых условиях составляет околот 15 ма/сек. Указанную скорость изменения силы тока подбирают с помощью времязадающего блока путем нескольких пробных пусков, следя по амперметру и секундо­ меру. Если изменение силы тока осуществляется вручную, то просто через каждые 10 сек (по секундомеру) ступенчато изменяют ток на 15 ма. На устройстве напряжения компенсации устанавливают движки контактов сопротивления в среднее положение. Задавая постепенное увеличение тока в небольших пределах (до 1 а), сле­ дят по стрелочному прибору измерителя потенциалов за изменениями

измерителя потенциалов в положение, близкое к исходному значению потенциала; при катодной поляризации на 0,1—0,2 в отрицательнее, а при анодной ■— на 0,1—0,2 в положительнее срисх. Затем опять увеличивают силу тока до 2 а, следя за показаниями прибора и поправляя движки сопротивления, чтобы установленное значение оставалось примерно постоянным.

Затем ток выключают и выжидают время, пока не установится исходное значение потенциала рудного тела. Как только исходный потенциал установится, вновьувелнчивают ток сиужной полярностью. Следя за стрелочным прибором измерителя потенциалов, оценивают, постоянно ли значение потенциала при увеличении силы тока, кото­ рое является признаком регистрации какой-либо электрохимиче­ ской реакции. Если устанавливается постоянное <р (не обязательно на том значении, которое подбиралось, так как потенциал реакции может быть положительнее или отрицательнее выбранного значе­ ния), то ток выключают и выжидают установления срнсх. Для ука­ занного случая сопротивление компенсации и скорость съемки