Освоение метода вызванной поляризации

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Освоение метода вызванной поляризации

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.Общие сведения

1.1 Понятие вызванной поляризации в методе ВП

1.2 Кажущаяся поляризуемость

1.3 Кажущееся сопротивление

2. Метод вызванной поляризации

2.1 Сущность метода

2.2 Задачи метода

3. Аппаратура и схемы измерительных установок

3.1 Требования, предъявляемые к аппаратуре

3.2 Аппаратура GDD

3.3 Схемы измерительных установок

4. Методика полевых работ

4.1 Подготовительные операции

4.2 Проведение измерения на пункте наблюдения

5. Обработка и интерпретация результатов

5.1 Способы отсчета ?UВП

5.2 Вычисление параметров ?к и ?к и построение графиков этих величин

5.3 Выделение аномалий

5.4 Определение формы и горизонтальных размеров поляризуемых тел

5.5 Определение глубины залегания поляризующегося объекта

5.6 Определение падения и других элементов залегания тела

6. Применение метода на сегодняшний день, перспективы развития

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая курсовая работа посвящена геофизическому электроразведочному методу вызванной поляризации (ВП). Основные цели данной работы - это освоение метода вызванной поляризации, поскольку при поисках и разведке рудных месторождений, осуществляемых комплексом геологических, геохимических и геофизических методов, метод ВП занимает видное место. Понимание теории и методики этого метода позволит легче освоить и другие методы электроразведки, определить перспективные направления и сложности, с которыми сталкивается метод ВП при обработке и интерпретации полученных данных, а также сложности, связанные с аппаратурой и оборудованием.

Курсовая работа выполнена студентом 3 курса института инженерной физики и радиоэлектроники кафедры теплофизики физики Мироновым Василием Александровичем.

Метод вызванной поляризации основан на наблюдении в полевых условиях вызванной поляризации, под которой понимается электрохимический процесс, происходящий в горных породах под воздействием протекающего через них постоянного тока и выражающийся в проявлении вторичных электродвижущих сил. Для наблюдения вызванной поляризации через систему заземленных (питающих) электродов пропускается постоянный или импульсный ток. В данном методе регистрируется разность потенциалов между заземленными (питающими) электродами в процессе пропускания тока и некоторая остаточная, спадающая со временем до нуля разность потенциалов между измерительными заземлениями после выключения тока.

В настоящее время метод ВП применяется для выделения в геологическом разрезе объектов, обладающих повышенной поляризуемостью. В зависимости от поставленной задачи, условий района работ и экономических соображений применяют разные расположения относительно друг к другу токовых АВ и приемных MN электродов, что в электроразведке принято называть измерительной установкой.

Процесс обработки и интерпретации результатов наблюдений при методе ВП складывается из вычисления параметров ?к и ?к, построения графиков этих величин, выделения аномалий ?к ,определение геологической природы, а также геометрических и электрических параметров объектов.

вызванный поляризация электроразведочный

1. Общие сведения

1.1 Понятие вызванной поляризации в методе ВП

Метод вызванной поляризации (ВП) основан на наблюдении в полевых условиях вызванной поляризации, под которой понимается электрохимический процесс, происходящий в горных породах под воздействием протекающего через них постоянного тока и выражающийся в проявлении вторичных электродвижущих сил [1].

Многие свойства ВП можно обнаружить с помощью простой лабораторной установки, схема которой показана на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема простейшей установки для исследования свойств ВП электронных проводников.

Образец, имеющий форму пластины, помещается в заполненную электролитом ванну так, что полностью перегораживает ее. Весь ток, поступающий от электрической батареи в ванну через токовые электроды А и В, должен пройти через образец. К измерительным электродам М и N подключен измерительный прибор PV с высоким входным сопротивлением (1-3 МОм).

Если, как показано на рисунке 1, образец находиться между измерительными электродами, то после включения тока сначала наблюдается скачок напряжения, соответствующий его падению на омическом сопротивлении участка цепи между измерительными электродами, а затем рост напряжения, замедляющийся с течением времени (рисунок 2б).

Рисунок 2 - сила тока I в линии (а) и разность потенциалов при расположении образца между измерительными электродами (б) и вне их (в).

Сила тока при этом уменьшается тем заметнее, чем меньше э.д.с. источника поляризующего тока (рисунок 2а). После размыкания токовой цепи сначала напряжение скачкообразно уменьшается (на значение, равное его росту в момент включения тока), а затем постепенно спадает до нуля (рисунок 2б). Если образец находиться в стороне от измерительных электродов, то напряжение во время пропускания тока несколько уменьшается, а после размыкания токовой цепи мгновенно спадает до нуля (рисунок 2в).

Вторичная э.д.с., относительно медленно спадающая после выключения поляризующего поля, называется электродвижущей силой вызванной поляризации (э.д.с. ВП) [39, с.16]. Она появляется под действием тока, возрастает по мере его пропускания и служит причиной уменьшения тока. При изменении расстояния МN значение э.д.с ВП в рассматриваемых условиях не меняется, если только образец остается между электродами. Между тем омическое сопротивление электролита пропорционально расстоянию МN, и падение напряжения на нем может быть сделано весьма малым при расположении измерительных электродов вплотную к образцу.

Особенности ВП также отражаются и в эквивалентной электрической схеме (рисунок 3).

? - э.д.с. ВП

Rэ - омическое сопротивление электролита

Рисунок 3 - Эквивалентная электрическая схема поляризующегося образца, соответствующая установке, показанной на рисунке 1.

В ней электролит заменен цепочкой последовательно включенных сопротивлений, а электропроводящий образец - гальваническим элементом с меняющейся э.д.с., включенной навстречу э.д.с. источника поляризующего тока. При этом справедливо выражение закона Ома в обобщенной форме, учитывающей сторонние э.д.с. Сила тока в токовой цепи удовлетворяет уравнению

I = (UAB - ?AB)/RAB, (1)

где UAB - э.д.с. источника поля поляризующего тока;

RAB - полное омическое сопротивление цепи;

?AB - э.д.с. ВП, действующая в той же цепи АВ и слагаемая из ВП образца и токовых электродов.

Разность потенциалов между измерительными электродами равна сумме падения напряжения на омическом сопротивлении и э.д.с. ВП на соответствующем участке МN токовой линии

?U = ?U0 + ?UВП, (2)

где ?U0 - произведение силы тока на сопротивление на участке цепи MN, и оно меняется при изменении тока, порождаемом эффектами ВП.

ВП образца является функцией поляризующего тока и времени его действия. При достаточно малом значении этих аргументов, как показывают опыты, э.д.с. ВП пропорциоально току:

? = АI, (3)

где А - коэффициент, играющий роль поляризационного сопротивления[39,с.17];

I - сила тока в токовой цепи.

И полное напряжение на измерительных электродах остается пропорциональным току:

?U = (RMN + A) I, (4)

Где RMN - сопротивление на участке цепи MN;

А - то же, что и в формуле (3);

I - то же, что и в формуле (3).

Возникновение ВП связано с законами электролиза, открытыми М. Фарадеем. Постоянный ток может протекать через границу электронного и ионного проводников, если на ней происходит разрядка ионов. Но для разрядки ионы должны обладать определенной энергией сверх той, которую они имеют при отсутствии тока. Дополнительная энергия получила название перенапряжения.

Э.д.с. ВП - это перенапряжение при электролизе раствора у поверхности электропроводящего минерала, которое обусловливает протекание электрохимической реакции с конечной скоростью по ряду причин[2].

Скорость реакции (т.е. ток разряда ионов) всегда конечна, потому что имеется ограниченное число ионов с энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера между твердой и жидкой фазами. Прикладываемый потенциал поляризующего поля сообщает ионам дополнительную энергию, которая может оказаться достаточной для преодоления потенциального барьера и разряда ионов. Соответствующий потенциал называется перенапряжением разряда[2].

На поверхности минерала может находиться некоторое количество промежуточных продуктов реакции. Вначале при изменении валентности ионов на единицу образуется промежуточный продукт реакции, адсорбированный на поверхности минерала. Затем происходит дальнейшее изменение валентности и получается конечный продукт. Твердая и жидкая фазы образуют динамическую систему, равновесие которой заключается в эквивалентном обмене зарядами. Если вторая реакция характеризуется большим перенапряжением чем первая, то наложение внешнего потенциала приведет к накоплению на поверхности минерала промежуточных продуктов электролиза. Накопление происходит до тех пор, пока скорости реакций не выровняются и тем самым не будет обеспечено непрерывное протекание тока при новом, более высоком потенциале. Соответствующее перенапряжение называется перенапряжением адсорбции[2].

Число ионов, обладающих необходимой для разряда энергией, пропорционально концентрации ионов у поверхности минерала. Под действием тока концентрация ионов, участвующих в реакции, уменьшается, и для поддержания прежней плотности тока необходимо увеличить прикладываемое извне напряжение. Такое перенапряжение называется перенапряжением диффузии[2], поскольку транспортировка ионов в растворе частично или полностью осуществляется за счет диффузии.

1.2 Кажущаяся поляризуемость

Процентное отношение ?UВП и ?Uпр называется поляризуемостью ?, и является тем параметром, который используется в методе ВП для изучения геологического разреза. Здесь ?UВП - разностью потенциалов ВП между измерительными заземлениями после отключения тока, а ?Uпр - разность потенциалов между измерительными заземлениями при пропускании тока через питающие заземления. Если среда однородна по поляризуемости, то отношение представляет истинное значение поляризуемости среды. Для неоднородных сред то же соотношение будет зависить от пространственного расположения объемов пород различной поляризуемости и от расположения системы электродов. В этом случае мы получаем так называемую кажущуюся поляризуемость ?к. Поскольку типичными условиями при проведении электроразведки является условия неоднородных сред то

?к = , (5)

где ?UВП - разностью потенциалов ВП после отключения тока между измерительными заземлениями;

?Uпр - разность потенциалов между измерительными заземлениями при пропускании тока через питающие заземления.

1.3 Кажущееся сопротивление

Совместно с измерениями кажущейся поляризуемости ?к в методе ВП используются и измерения удельного сопротивления ?. Для однородной среды удельное сопротивление выражается формулой

? =K*(?Uпр/I), (6)

где К - коэффициент применяемой установки, зависящий от расстояний между электродами установки;

?Uпр - то же, что и в формуле (5);

I - сила тока.

и измеряется в Ом*м. Но так как типичными условиями являются неоднородные среды, то мы получаем условную величину, имеющую ту же размерность. Эту условную величину принято называть кажущимся удельным электрическим сопротивлением и обозначать ?к. Таким образом в общем случае

?к =K*(?Uпр/I), (7)

где К - то же, что и в формуле (6);

?Uпр - то же, что и в формуле (5);

I - то же, что и в формуле (6).

В итоге в методе ВП проводится комплексная интерпретация параметров ?к и ?к как показано на рисунке 4.

Рисунок 4 - Пример комплексной интерпретации параметров ?к и ?к

Физический смысл аномалий в методах сопротивлений в том, что токовые линии изгибаются в среде с разными ? (втягиваются в проводящие, огибают непроводящие включения). В результате меняется и значение ?к.[3]

2. Метод вызванной поляризации

2.1 Сущность метода

Метод вызванной поляризации (метод ВП) основан на наблюдении в полевых условиях вызванной поляризации, под которой понимается электрохимический процесс, происходящий в горных породах под воздействием протекающего через них постоянного тока и выражающийся в появлении вторичных электродвижущих сил (рисунок 5) [1].

- Токовые лини первичного поля

- Токовые линии вторичного поля

ИП - измерительный прибор

Рисунок 5 - Схема возникновения поля ВП и способ его наблюдения

Для наблюдения вызванной поляризации через систему заземленных (питающих) электродов пропускается постоянный или импульсный ток. В процессе пропускания тока, называемого в этом случае поляризующим, между измерительными заземлениями возникает разность потенциалов, величина которой определяется силой тока, взаимным расположением питающих и приемных заземлений, характером геоэлектрического разреза. Эта разность потенциалов обозначается ?Uпр. После выключения тока между измерительными заземлениями наблюдается некоторая остаточная, спадающая со временем до нуля разность потенциалов, наличие которой объясняется поляризацией того объема пород, через который до этого протекал электрический ток. Эту остаточную разность потенциалов называют разностью потенциалов ВП и обозначают ?UВП (рисунок 6).

Рисунок 6 - График ?U при наблюдении вызванной поляризации.

Так как ?UВП является убывающей со временем величиной, то для сопоставления результатов отдельных измерений поляризуемости принято проводить замеры ?UВП в один и тот же момент времени, как правило, через 0,5 сек после выключения поляризующего тока.

В процессе работ методом ВП получают величину ?к(кажущейся поляризуемости) и величину ?к(кажущегося сопротивления) определяемые по формулам (5) и (7).

Процесс обработки и интерпритации результатов наблюдений при методе ВП складывается из вычисления параметров ?к и ?к, построения графиков этих величин, выделения аномалий ?к ,определение геологической природы, а также геометрических и электрических параметров объектов, обусловивших появление аномалий.

2.2 Задачи метода

В настоящее время метод ВП применяется для выделения в геологическом разрезе объектов, обладающих повышенной поляризуемостью. К ним в первую очередь относятся геологические образования, в состав которых входят минералы с электронной проводимостью - сульфиды железа, меди, никеля, свинца, серебра, молибдена, а также магнетит, ильменит, графит, пирозит, самородные металлы и др.

Наибольшие эффекты ВП вызываются не сплошными скоплениями, в которых поляризация носит поверхностный характер, а вкрапленниками перечисленных минералов, чья вызванная поляризация носит объемный характер. Причина в том, что при равных массах рудного вещества суммарная поверхность вкрапленников намного больше поверхности сплошного рудного тела. Таким образом, поиски и разведка вкрапленных и прожилко-вкрапленных руд - первостепенная задача метода ВП. Второстепенная задача - поиск массивных руд. Наряду с рудными месторождениями с помощью метода ВП могут изучаться также газонефтяные месторождения, для которых характерно присутствие пирита в приповерхностных слоях осадочной толщи.

На практике часто встречаются случаи общей зараженности пород сульфидной минерализацией или углистыми веществами и как следствие наблюдается большое количество аномалий. Для выделения более перспективных аномалий метод ВП комплексируют с другими геофизическими и геохимическими методами. Анализируя результаты комплексных работ можно однозначно определить природу геофизических аномалий. Так, например аномалии ВП над скоплениями магнетита или пирротина корелируют с магнитными аномалиями.

В связи с тем, что поляризуемость ионно-проводящих пород зависит от их влажности и минерализации, метод ВП применяют при поисках воды для расчленения разрезов, сложенных осадочными породами, с целью выделения коллекторов вообще и пресных водоносных горизонтов в частности.

Также метод ВП применяют для инженерно-гидрогеологического картирования с целью выделения зон с тем или иным характером осадочных отложений.

3. Аппаратура и схемы измерительных установок

3.1 Требования, предъявляемые к аппаратуре

Для решения поставленных задач методом ВП применяется специальная аппаратура. Блок - схема стандартной установки для работы данным методом приведена на рисунке 7.

-Источник постоянного тока

-Коммутирующее устройство

-Измерительный прибор

- Амперметр

Рисунок 7 - Блок - схема установки для работы методом ВП.

Комплект аппаратуры и оборудования состоит из источника постоянного тока; измерительного прибора, регистрирующего ?Uпр и ?UВП в приемной линии; коммутирующего устройства, включающего и выключающего поляризующий ток, а также согласующего работу источника тока и измерительного прибора; амперметра, измеряющего силу тока в питающей линии АВ; питающих заземлений А и В и проводов питающей линии; приемных электродов M и N и приемной линии.

Для ведения работ методом ВП к аппаратуре и оборудованию выдвигаются следующие основные требования:

в качестве приемных электродов необходимо использовать неполяризующиеся электроды;

измерительный прибор должен обладать входным сопротивлением не менее 1 МОм и абсолютной погрешностью на высшей чувствительности не более сотых долей милливольта;

выключение поляризующего тока должно обеспечиваться в течение максимум 0,1 сек, а измерения ?UВП должны начинаться не позднее чем через несколько десятых долей секунды после выключения поляризующего тока;

источник постоянного тока должен быть по возможности легким и обладать мощностью, достаточной для обеспечения стабильного поляризующего тока такой силы, чтобы измеряемая величина ?UВП превышала уровень неустранимых помех не менее чем в 10 раз;

количество питающих электродов должно быть достаточным для обеспечения минимального и стабильного значения сопротивления заземления.

3.2 Аппаратура GDD

В настоящее время одной из самых современных является аппаратура GDD. Данная аппаратура производится в Канаде и по данным сайта производителя успешно приобретается многими странами. Эта же аппаратура используется сотрудниками лаборатории прикладной геофизики Красноярского научно-исследовательского института геологии и минерального сырья (ГПКК «КНИИГиМС»). В состав аппаратуры входит генератор тока (трансмиттер Tx II 3600W - 2400V) и регистрирующая шестнадцати канальная станция (ресивер GRx8-32).

Трансмиттер Tx II 3600W - 2400V GDD используется для проведения съемок методом вызванной поляризации. Он позволяет генерировать разнополярные импульсы длительностью 1, 2, 4, 8 сек и амплитудой до 2400В с максимальным током до 10А, диапазон рабочих температур от -45 до +60 С°. Кабеля питания может быть подключен к любому источнику переменного тока 220-240В или 50-60 Гц источнику напряжения.

Трансмиттер отображает выходной ток и обновляет это значение четыре раза за секунду. Также трансмиттер имеет дисплей омметра, который отображает контактное сопротивление заземления и сопротивление земли между питающими электродами.

Рисунок 8- Трансмиттер Tx II GDD

Ресивер GRx8-32 GDD - 16-ти канальная влагонепроницаемая измерительная станция с низким потреблением электроэнергии, предназначенная для выполнения работ методами сопротивлений и вызванной поляризации. Измеритель работает от внутренней 12-тивольтовой батареи с возможностью подключения внешней дополнительной батареи (для увеличения времени работоспособности станции в холодном климате), диапазон рабочих температур от -45 до +60 С°. Управление станцией производится при помощи КПК AllegroCX с операционной системой Windows CE.

Характеристики:

- Прием одноэлектродный/диполный: 8 электродов/диполей, может быть увеличено до 16, для дипольной, трехэлектродной или полюсной установок

Программируемые окна: У GRx8-32 есть двадцать полностью программируемых окон для большей гибкости при наблюдении кривой затухания ВП;

Доступные пользовательские режимы: Арифметический, логарифмический, полулогарифмический;

Отображение ВП: Значения поляризуемости, сопротивление и кривые затухания ВП могут быть показаны в реальном времени благодаря экрану VGA;

До начала получения данных GRx8-32 можно использовать как одноканальный графический дисплей для отслеживания уровня помех и контроля формы колебаний первичного напряжения в процессе непрерывного отображения;

Внутренняя память: Может хранить до 64 000 показаний, каждое показание включает полный набор параметров, характеризующих замеры.

Рисунок 9 - Ресивер ВП GRx8-32

3.3 Схемы измерительных установок

Совокупность определенным образом расположенных относительно друг к другу токовых АВ и приемных MN электродов в электроразведке принято называть измерительной установкой. Применение той или иной схемы в каждом конкретном случае определяется поставленной задачей, условиями района работ и экономическими соображениями. Практика показала, что на разных стадиях поисков для большинства рудных районов оптимальными являются схемы срединного градиента (СГ), градиента, комбинированного профилирования (КП) и симметричных вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) показанных на рисунке 10.

При работе методом ВП по схеме срединного градиента (СГ) приемные электроды перемещаются по профилю в средней части интервала между неподвижными питающими электродами. Для сохранения одинаковых условий возбуждения изучаемой среды измерения следует проводить у средней трети интервала между питающими электродами, где приблизительно наблюдается однородность нормального поля Е (рисунок 11).

а) Схема срединного градиента

б) Схема комбинированного профилирования

в) Схема симметричного ВЭЗ

Рисунок 10 - Схемы измерительных установок

На практике рабочая длина профиля составляет половину величины АВ и до каждого из питающих заземлений неисследованными остаются части профиля, равные четверти АВ. Измерения на неисследованных частях профиля проводятся при новом положении питающих заземлений (рисунок 12).

Рисунок 11 - схема распространения электрического поля, проходящего через электроды.

А1 и В1- положение питающих заземлений для 1 профиля

А2 и В2- положение питающих заземлений для 2 профиля

А3 и В3- положение питающих заземлений для 3 профиля

А4 и В4 - положение питающих заземлений для 4 профиля

Рисунок 12 - способ отработки профиля установкой СГ.

В случае площадных исследований при одном положении питающих электродов измерения проводятся по нескольким параллельным профилям, расположенным на равном расстоянии друг от друга, причем средний профиль совмещается с линией АВ. Длина рабочей части каждого из параллельных профилей равна половине АВ. Количество профилей, и максимальное удаление крайних профилей от центрального ограничивается условием сохранения однородности первичного поля. Это условие выполняется, если крайние профили отстоят от центрального не далее чем на ¼ величины АВ.

Схема СГ эффективна при поисках и оконтуривании объектов, обладающих избыточной по сравнению со вмещающей средой поляризуемостью и имеющих сравнительно большие размеры. Применяется эта схема в основном на стадии поисков и крупномасштабного картирования, но используется и при детальных работах.

В настоящее время применяется так называемая установка градиента, отличающаяся от вышеперечисленной тем, что измерения проводятся не на части, а на всем отрезке профиля между питающими электродами, кроме района, расположенного в непосредственной близости(10 - 20 м) от питающих заземлений. Если аномалия обнаруживается недалеко от питающего заземления, то измерения продолжают и по другую сторону от него на расстояние не меньшее, чем между выявленной аномалией и заземлением (рисунок 13 отрезки 1а и 2а).

А1 и В1- положение питающих заземлений для 1 профиля

А2 и В2- положение питающих заземлений для 2 профиля

Рисунок 13 - способ отработки профиля установкой градиента.

По графикам ?к, полученным по обе стороны от заземления, делается заключение о положении тела. При работе по отдельным профилям установка градиента требует значительно меньше питающих заземлений, чем установка СГ.

Сочетанием двух встречных установок трехэлектродного профилирования - AMN, C ? ?, и MNB, C ? ? (рис8 б) - получают схему комбинированного профилирования (КП). В результате работ по схеме КП получают два графика значений ?к и два ?к. Совместное рассмотрение двух графиков дает материал для определения положения объекта, создавшего аномалию ВП, и элементов его залегания.

Преимущество схемы КП в том, что постоянное перемещение питающего электрода позволяет изменять направление вектора поляризующего поля относительно искомого объекта и получать оптимальные условия для его поляризации. Это свойство особенно важно, когда объектом поиска являются хорошо проводящие крутопадающие жильные тела, оптимальным условием поляризации которых является совпадение направления вектора поляризации с направлением их падения. Предпочтение схеме КП отдается также при работах в труднодоступных местах, где нельзя применять мощные генераторы и, следовательно, большие разносы АВ.

Таким образом, схема КП предназначается для поисков крутопадающих маломощных объектов типа жил, обладающих избыточной поляризуемостью, а также для решения задач, связанных с поисками и геологическим картированием в труднодоступных местах.

В отличие от рассмотренных схем измерительных установок, применяемых в методе ВП с целью изучения вертикальных границ раздела различных по поляризуемости геологических образований, схема вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) используется для изучения горизонтальных границ раздела. С помощью схемы ВЭЗ изучается зависимость величин ?к и ?к от расстояния между питающими электродами АВ. С увеличением разноса АВ глубина проникновения поляризующего тока увеличивается и измеряемые на поверхности величины характеризуют все более глубокие горизонты геоэлектрического разреза. Чаще всего применяется схема симметричных ВЭЗ четырехэлектродной установкой AMNB (рисунок 10в).

Суть работы методом ВП по схеме ВЭЗ заключается в следующем. Центр симметричной четырехэлектродной установки AMNB совмещается с точкой профиля, к которой и относится результат зондирования. После этого начинается постепенное увеличение разноса АВ и MN, причем при каждом изменении этих величин определяются значения ?к и ?к. В конечном счете получаются зависимости изменения величин ?к и ?к от величины разносов установки. Эти зависимости строятся на билогарифмических бланках в виде графиков, которые интерпретируются сопоставлением с теоретическими кривыми.

Работы методом ВП по схеме ВЭЗ в основном проводятся при детализации аномалий метода ВП с целью определения глубины залегания объекта, обладающего избыточной поляризуемостью. Непосредственно с целью поисков пластообразных пологозалегающих рудных тел. Используется схема ВЭЗ и при решении задач геологического картирования в тех случаях, когда картируемые горизонты пород поляризуются неодинаково.

4. Методика полевых работ

4.1 Подготовительные операции

Процесс работ методом ВП начинается с подготовки участка, аппаратуры и оборудования. В зависимости от характера решаемой задачи работы проводятся на значительных площадях, на ограниченных участках или по единичным профилям.

Перед началом работы изучается геологическая обстановка с привлечением всех геологических или геофизических материалов по данному участку или по аналогичным районам. В результате анализа материалов уточняются сведения о господствующем простирании горных пород и структурно-тектонических нарушениях, делаются предположения о возможных свойствах и условиях залегания искомых объектов, мощности и составе рыхлых поверхностных образованиях, выявляются особенности электропроводности пород и известных руд участка, а также поверхностных образований. Материалы предварительного изучения используются для обоснования и разбивки сети профилей и точек наблюдения, определения схемы и оптимальных размеров измерительных установок.

На основании изучения совокупности условий участка выбирается тип аппаратуры и оборудование. Проверка, эталонирование и градуировка аппаратуры производится согласно прилагаемым инструкциям. Электропроводные провода разрезаются на части в соответствии с выбранной схемой и размерами измерительной установки, после чего наматываются на катушки. В процессе перемотки проверяется состояние изоляционного покрытия проводов.

При подготовке питающих электродов особое внимание следует обращать на устройство контакта провода со шпилькой. Шпильку в месте контакта с проводом тщательно зачищают, плотно закручивают вокруг нее оголенный от изоляции провод, а место его подсоединения обматывают изоляционной лентой.

Подготовка неполяризующихся электродов к работе начинается с замачивания пористых сосудов в растворе медного купороса или в воде. Для заливки электродов используют химически чистый раствор кристаллического медного купороса на дистиллированной воде. Если дистиллированной воды нет, можно использовать кипяченную дождевую воду. Приготовленный в чистой стеклянной или эмалированной посуде раствор заливается в электроды в таком количестве, чтобы при завинчивании пробки он не выливался. Все предназначенные для работ электроды заливаются из одной порции раствора.

В процессе работы неполяризующиеся электроды помещают в лунки и для обеспечения лучшего контакта обжимают со всех сторон рыхлой почвой. Если почва сухая лунки предварительно поливают водой. Когда работы проводят на каменистой почве, то нужно обеспечить надежный контакт и наименьшее переходное сопротивление заземления.

К началу работ методом ВП на участке исследований должны быть разбиты профили и точки наблюдений. Подготовленные к работе аппаратуру и оборудование доставляют на профиль и приступают к монтажу схемы измерительной установки - устраивают питающее заземление и раскладывают приемную и питающую линии.

После того как питающие и приемные электроды установлены и к ним присоединены провода от генераторной и измерительной аппаратуры, проверяется правильность соединения всех элементов схемы измерительной установки и исправность ее работы. На этом подготовка аппаратуры к работе считается законченной.

4.2 Проведение измерения на пункте наблюдения

Процесс измерения при методе ВП заключается в определении на каждой точке профиля значения разностей потенциалов ?Uпр и ?UВП и силы поляризующего тока. В зависимости от режима поляризующего тока и типа применяемой аппаратуры техника измерения этих величин несколько различается.

При работе с аппаратурой, использующей в качестве поляризующего постоянный ток, применяется два режима зарядки. В первом случае поляризующий ток одного направления пропускается через землю сравнительно длительными импульсами (обычно 1-3 мин). Во втором случае через землю пропускают короткие (обычно 5-10 сек) импульсы поляризующего тока разной полярности (рисунок 14).

Рисунок 14- однополярные и разнополярные импульсы.

При работах с однополярными длительными импульсами поляризующего тока измерения выполняются в такой последовательности: перед включением поляризующего тока компенсируют до нуля существующую между приемными электродами разность потенциалов, затем включают поляризующий ток и перед его выключением измеряют ?Uпр и силу тока, выключают ток и и через 0.5 сек измеряют ?UВП, прослеживая спад ВП (обычно 60 сек).

Существующая серийная аппаратура позволяет формировать разнополярные импульсы поляризующего тока длительностью 2 сек, 5 сек, 10 сек с помощью автомата, а разнополярные импульсы большей длительности задаются «вручную». Пауза между импульсами тока разной полярности составляет половину длительности импульса. Порядок проведения измерений в этом случае следующий: производят компенсацию разности потениалов между приемными электродами, затем включают ток и пропускают в землю серию из двух - четырех разнополярных импульсов; во время прохождения тока через землю измеряют ?Uпр и силу тока, а в паузах между импульсами - ?UВП (через 0,5 сек после момента выключения тока). В результате получают одну или две пары отсчетов ?Uпр и ?UВП разнополярных импульсов поляризующего тока. Такая методика измерения позволяет избавиться от влияния стороннего напряжения, причем не только постоянного, но и линейно меняющегося в течении процесса измерения.

В процессе проведения измерений на точке оператор регистрирует взятые отсчеты в электронном виде, а вычислитель в специальном журнале. Когда все отсчеты зарегистрированы, вычислитель определяет ?к и ?к и наносит их на график. Если полученные значения ?к и ?к, судя по графику , являются закономерными, то измерения на точке считаются законченными. В противном случае делаются повторные измерения для подтверждения полученных результатов.

5. Обработка и интерпретация результатов

.1 Способы отсчета ?UВП

Поскольку величина ?UВП нестационарна во времени, необходимо рассмотреть существующие способы отсчета этой величины.

При работах с аппаратурой постоянного тока за величину ?UВП для вычисления параметра ?к можно принять значение разности потенциалов ВП в любой определенный момент времени после выключения тока. Для сопоставления результатов наблюдений, выполненных в различных геологических условиях и с разной аппаратурой, основным временем отсчета ?UВП выбрано время 0,5 сек после выключения тока. При этом ?UВП отсчитывается относительно нулевых значений до включения тока (при скомпенсированной разности потенциалов естественного поля) или относительно значений ?UВП в определенный момент после выключения тока. Первый способ называют отсчетом «по нулю», и получаемая величина обозначается ?UВП0.5. второй способ отсчета («по спаду») используется при измерениях с зарядкой длительными импульсами поляризующего тока. В этом случае за нулевой уровень выбирается значение ?UВП, наблюдаемое через 60 сек после выключения тока - ?UВП60. Значение ?UВП0.5 - ?UВП60 остается достаточно большим (обычно не менее 80% от величины ?UВП0.5), так что погрешность измерений не увеличивается за счет уменьшения измеряемой величины, а при зарядке в 1-3 мин сам спад ?UВП через 60 сек после выключения тока, как правило, происходит весьма медленно (рисунок 15).

Рисунок 15 - осциллограмма записи величин ?Uпр и ?UВП

Для выбора способа отсчета ?UВП на первых точках проводят измерения ?UВП, начиная с 0,5 сек после выключения тока до прекращения спада регистрируемой величины. При этом измерения в процессе спада производят в определенные моменты времени после выключения тока: 0,5; 5; 15; 30; 45; 60; 90 сек и т.д.

Значения ?к, вычисленные по значениям ?UВП0,5-60 оказываются несколько заниженными по сравнению с ?к, вычисленным по значениям ?UВП0.5. Уменьшение величины ?к 0,5-60 в большей степени наблюдаются в аномальных областях ?к, где обычно отмечается более медленный спад ВП.

Когда работы ведутся в режиме короткопериодных разнополярных импульсов, отсчет ?UВП производиться автоматически через 0,5 сек после выключения тока. Для вычисления ?к за величину ?UВП в этом случае принимается среднеарифметическое значение из замеров ?UВП0.5, полученных после пропускания импульсов поляризующего тока разного направления:

?UВП = ½(?U+ВП + ?U-ВП), (8)

где ?UВП - разностью потенциалов ВП;

?U+ВП - разностью потенциалов ВП для импульсов положительной полярности;

?U-ВП - разностью потенциалов ВП для импульсов отрицательных полярности.

.2 Вычисление параметров ?к и ?к и построение графиков этих величин

По измеренным величинам ?UВП, ?Uпр и I определяются значение кажущейся поляризуемости и кажущегося сопротивления, которыми характеризуется изучаемая среда. Кажущаяся поляризуемость ?к определяется по формуле (5). Иногда, чтобы показать способ отсчета величины ?UВП, формулу для определения ?к записывают следующим образом:

?к = ?UВП0.5/?Uпр*100% - для отсчета ?UВП «по нулю»;

?к = (?UВП0.5 - ?UВП60) /?Uпр*100% - для отсчета ?UВП «по спаду».

Выбор ?к в качестве меры поляризуемости среды обусловлен следующим: разность вызванных потенциалов ?UВП зависит не только от плотности тока поляризованного элемента jВП, но и от сопротивления среды на участке приемных электродов ?MN и расстояния между приемными электродами а:

?UВП = jВП * ?MN*а, (9)

где ?UВП - разностью потенциалов ВП;

jВП - плотности тока поляризованного элемента;

?MN - сопротивление среды на участке приемных электродов;

а - расстояния между приемными электродами.

Соответственно и величина ?Uпр также зависит от следующих величин:

?Uпр = jпол * ?MN*а, (10)

где ?UВП - разностью потенциалов ВП;

jпол - плотности поляризующего тока;

?MN - сопротивление среды на участке приемных электродов;

а - расстояния между приемными электродами.

Значение кажущегося сопротивления вычисляется по формуле (7).

.3 Выделение аномалий

За аномалию принимаются значения ?к, превышающие фоновые на величину утроенной погрешности наблюдений. Поляризуемость горных пород, не содержащих включений электропроводящих минералов, в большинстве рудных районов имеет узкий диапазон изменений, что облегчает выделение на их фоне аномалий ?к, обусловленных геологическими образованиями с заметной избыточной поляризуемостью. Путем сопоставления значений ?к и их корреляции от профиля к профилю оконтуриваются зоны аномальных значений ?к, в пределах которых теми же приемами выделяются участки с различной интенсивностью аномальных значений. Поскольку аномальными значениями ?к отмечаются области развития рассеянной сульфидной минерализации, а также графитизированных и пиритизированных пород, во многих районах имеющих значительное пространственное распространение, то часто аномалии носят региональный характер. В таких случаях выделение локальных аномалий, которые могут представлять поисковый интерес, встречает большие трудности, а зачастую оказывается просто невозможным.

Один из способов выделения локальных аномалий в обстановке региональных аномалий поляризуемости заключается в статистическом выявлении общих черт графиков ?к, принимаемых в дальнейшем за региональный фон. Способ применим при интерпретации графиков ?к, полученных на значительной территории при многочисленных перестановках питающих электродов. Все графики ?к, накладываются друг на друга таким образом, чтобы были совмещены оси абсцисс и точки положения питающих электродов. Наиболее часто встречающиеся точки графиков ?к образуют кривую, отражающую общую для всех профилей структуру и являющуюся фоновой. Локальные аномалии выделяются наложением фоновой кривой ?кф на каждую из наблюдаемых кривых построением разностной кривой ?кан.

В качестве примера на рисунке 16 показано построение графика ?кф.

Рисунок 16 - построение графика ?кф

На основании данного графика проведено выделение аномалий, связанное с рудным объектом (рисунок 17, 18).

- наблюдение графика ?к для двух положений питающих электродов А1В1 и А2В2;

- графики фоновой кажущейся поляризуемости;

- графики аномальной кажущейся поляризуемости.

Рисунок 17 - пример выделения локальных аномалий

Рисунок 18 - графики ?к и ?к по профилю и график аномальной кажущейся поляризуемости по тому же профилю

5.4 Определение формы и горизонтальных размеров поляризуемых тел

В теории электроразведки обычно отдельно друг от друга рассматриваются горизонтальнослоистые структуры, характерные для условий нефтяных и газовых месторождений, и линзообразные, пластообразные и прочие «локальные» тела, имитирующие форму рудных залежей. Для изучение первых предназначено главным образом вертикальное зондирование, для изучения вторых - профилирование. Эти общие принципы справедливы также в отношении метода ВП.

Горизонтальные размеры локальных тел удобно определять по графикам ?к, соответствующим положению тел посредине линии АВ т.е. измерениями срединного градиента. Над границами тел отмечаются перегибы графиков ?к, а если ширина тела превышает глубину его залегания, то ширина тела просто равна ширине аномалии (рисунок 19)

Рисунок 19 - пример перегибов графика ?к

Но такое истолкование графиков правильно для профилей, пересекающих границу тела. Если профиль проходит вне проекции тела вдоль его границы, то аномалия затухает и расширяется по мере удаления от тела (рисунок 20)

Рисунок 20 - план графиков ?к над горизонтальной моделью при профилях, перпендикулярных к простиранию модели и при профилях, параллельных простиранию модели

- графики ?к;

- выходы баритовых руд;

- контур медноколчаданного месторождения.

Рисунок 21 - план графиков ?к срединного градиента над сульфидными месторождениями

Поэтому для точного установления контура тела необходимо иметь профили, проходящие над ним в разных направлениях. Иллюстрацией может служить рисунок 21, на котором дан план графиков ?к над Меднеульскими месторождениями в Грузии.

5.5 Определение глубины залегания поляризующегося объекта

Глубина залегания аномального объекта по графикам ?к может быть оценена путем измерений, выполненных по схеме ВЭЗ. Глубина залегания верхней кромки поляризующегося объекта определяется путем анализа значений ?к и положения точек перегиба на графике ?к ВЭЗ. Глубина залегания объекта приблизительно соответствует величине разноса АО, при котором наблюдается перегиб кривой ?к. На рисунке 22 представлены результаты измерения ?к по схеме ВЭЗ.

Рисунок 22 - пример результатов измерения по схеме ВЭЗ

По кривой видно, что значение ?к начинают превышать 1% и достаточно резко возрастать при разносе АО равном 80 - 90 м. Точка перегиба кривой ?к в данном случае соответствует именно такому разносу АО, который несколько превышает по величине глубину до верхней кромки рудного объекта, установленного бурением (60 м). Степень совпадения истинной глубины залегания верхней кромки поляризующего объекта с глубиной, определяемой по точке перегиба кривой ?к ВЭЗ, при прочих равных условиях зависит от различия удельных сопротивлений объекта и вмещающих пород. Разнос АО, соответствующий точке перегиба кривой ?к, обычно превышает глубину залегания объекта с относительно высоким удельным сопротивлением и более близко совпадает с истинной глубиной залегания при пониженном сопротивлении объекта.

5.6 Определение падения и других элементов залегания тела

Над наклонными телами, помещенными в середину линии АВ, графики ?к не симметричны: более глубокий минимум и крутой подъем наблюдается со стороны «лежачего» блока тела, а максимум ?к несколько смещен от «головы» тела по падению. Эти признаки следует использовать при оценке падения тела. Однако несимметричность графиков возникает за счет несимметричного положения тела относительно токовых электродов: более крутая ветвь находиться со стороны ближнего электрода. Вследствие этого особенно в обстановке сложных рудных зон, состоящих из многих рудных тел, определение падения тел по графикам ?к срединного градиента оказывается ненадежным.

Надежнее определять падение тела по графикам ?к, когда токовый электрод находится над телом. При этом проще всего помещать электрод в центр аномалии ?к, обнаруженной при расположении тела в средней части линии АВ. Тогда ветви графиков ?к по обе стороны от токового электрода симметричны, если тело горизонтальное или вертикальное. Ветви ?к тем сильнее различаются, чем ближе угол падения тела к 450. Больший максимум расположен со стороны лежащего блока тела, меньший - со стороны висячего блока. Максимум, находящийся со стороны падения тела, более пологий и широкий (рисунок 23).

Рисунок 23 - графики ?к для тела при различном положении токового электрода

Направление падения тел особенно четко проявляется при сопоставлении графиков ?к, полученных при расположении токового электрода с разных сторон относительно «головы» тела (на большей продольной и на малой поперечной оси эллипсоида, аппроксимирующего форму тела). Для тел, обладающих большей электрической проводимостью, чем вмещающие породы, аномалия ?к наибольшая, если токовый электрод расположен близ «головы» тела со стороны его лежачего блока, т.е. на большей оси. В случае плохо проводящих тел, напротив, наибольшую аномалию ?к следует ожидать при расположении токового электрода над телом со стороны его падения. Т.е. на малой оси.

Протяженность тела и глубину можно оценивать, во - первых, по соотношению минимумов и максимумов ?к, наблюдаемых при расположении тела в середине АВ, во - вторых, по соотношению графиков ?к, полученных по схеме срединного градиента и при расположении токового электрода над телом. Четкие минимумы, вплоть до отрицательных значении ?к, расположенные по обе стороны от максимума, служат признаком тела, имеющего относительно небольшую вертикальную протяженность (рисунок 24 ).

- тело находиться посредине между токовыми электродами;

- источник тока в центре тела.

Рисунок 24 - график ?к для разных схем

Одиночный минимум, сопряженный с максимумом ?к, располагается за «головой» наклонно залегающего тела там, где вертикальная мощность тела относительно мала. Чем меньше глубина нижней кромки тела, тем резче минимум.

При расположении токового электрода над телом, имеющим большую протяженность в глубину, высокие значения ?к обнаруживаются по его падению. Над телом, имеющим небольшую вертикальную мощность, ширина аномалии ?к в случаях срединного градиента и расположения электрода над телом оказывается примерно одинаковой и равной его горизонтальной протяженности (рисунок 24).

6. Применение метода на сегодняшний день, перспективы развития

Использование поляризуемости пород, вызванной воздействием электрического тока, значительно расширило возможности электроразведки и позволило решить ряд задач, доставлявших ранее геофизикам - разведчикам известные затруднения:

определять тип проводимости «аномальных» объектов и, выделяя среди них электронопроводящие, существенно приблизиться к прямому выявлению сульфидных рудных месторождений;

выявлять рассеянные вкрапленные руды, представленные электронопроводящими минералами;

обнаруживать глубокие «слепые» рудные тела путем регистрации окружающих их ореолов бедной рудной минерализации.

Поиски и разведка рудных месторождений осуществляется комплексом геологических, геохимических и геофизических методов, в котором метод ВП занимает видное место. Но следует отметить, что, хотя метод ВП уже считается «стандартным» геофизическим методом, исполнитель работ в своей практике, несомненно, столкнется с еще нерешенными вопросами. Развитие метода ВП продолжается.

В настоящее время исследования ведутся в следующих направлениях:

выясняются граничные условия эффективного применения метода ВП для решения различных геологических задач;

разрабатываются способы определения геологической природы аномалий ВП и количественной интерпретации результатов измерений;

опробуются различные макеты аппаратуры для измерения ВП на переменном токе, а также для уменьшения погрешностей в измерениях;

изучается влияние на результаты метода ВП всевозможных мешающих факторов, и разрабатываются способы учета этого влияния.

В настоящее время в России в связи со скоро предвиденным исчерпанием уже ныне известных месторождений полезных ископаемых существует потребность в поиске и разведке новых месторождений. Принимая во внимание огромную территорию России, а именно территорию на которой еще даже не проводились поиски, можно сделать утвердительный вывод, что метод ВП занимает и будет занимать видное место в геофизических методах разведки.

Заключение

В настоящей работе дано краткое представление о состоянии геофизического электроразведочного метода вызванной поляризации на сегодняшний день. Здесь дано представление о понятии вызванной поляризации, представление о том, как происходит определение данным методом значений кажущейся поляризуемости и кажущегося сопротивления, которыми характеризуется изучаемая среда, и о том как происходит обработка и интерпретация результатов измерения.

В разделе 2 представлено сущность метода ВП и описаны задачи, которые решаются при помощи данного метода. Раздел 4 посвящен аппаратуре используемой в методе. Здесь рассмотрена блок - схема необходимая для производства работ, дано описание одной из самых современных аппаратур - это аппаратура GDD, и схемы измерительных установок т.е. разные расположения относительно друг к другу токовых АВ и приемных MN электродов. В разделе 4 описана методика полевых работ: все подготовительные операции и проведение измерений на пункте наблюдения. Процедура интерпретации полученных значений кажущейся поляризуемости и кажущегося сопротивления представлена в разделе 5. В этом разделе описано как из графиков кажущейся поляризуемости и кажущегося сопротивления получить информацию, необходимую для точного определения расположения и ориентации интересующего нас поляризующегося объекта. В конце работы представлено современное состояния эффективности метода вызванной поляризации. Выделены основные перспективные направления.

В прошлом году были начаты полевые работы по Верхнеамыльскому рудному узлу по поиску рудного золота сотрудниками лаборатории прикладной геофизики Красноярского научно-исследовательского института геологии и минерального сырья (ГПКК «КНИИГиМС»). В дальнейшем в работе планируется обработка и интерпретация по измеренным данным на вышеупомянутом участке. Для решения поставленной на будущее задачи пригодятся все знания, полученные в ходе изучения метода ВП и написания данной курсовой.

Список использованных источников

1 Якубовский, Ю.В., Ляхов, Л.Л. Электроразведка. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Недра, 1974. - С. 238-269.

Комаров, В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации. - Изд. 2- е, перераб. и доп. Л.: Недра, 1980.

Михайлов, Г.Н., Юргенс, И.Р., Ягоркин, Б.В. Руководство по методу вызванной поляризации; Мин-во геологии СССР. Всесоюз. Науч.-исслед. ин-т развед. геофиз. - Л.: Недра, 1973.

Электроразведка: справочник геофизика; под. ред. А.Г. Тарханова; М.: Недра, 1980. - С. 329-355.

5 Instrumentation GDD inc[Электронный ресурс].- Режим доступа: <http://www.gddinstrumentation.com/>

КУРСОВАЯ РАБОТА Освоение метода вызванной поляризации СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1.Общие сведен

Больше работ по теме: