Принцип реєстрації кривих СП. Модифікації методу СП

Принципи запису кривих СП залежить від модифікації методу СП.

Звичайний метод СП

В звичайній модифікації методу СП, що є найбільш поширеною на виробництві, застосовується схема запису діаграми , в котрій використовується двоелектродна установка MN (рис. 10, а). Електрод M переміщується вздовж стовбура свердловини, а електрод N заземлюється поблизу гирла свердловини. Різниця потенціалів записується за допомогою приладу реєстрації (ПР), увімкненого в лінію MN:

,

де та – потенціали середовища в околі електродів M та N. Потенціал електрода N практично не змінюється в часі (за умови стабільності фізико-хімічних умов його заземлення). Тоді .

Таким чином, результати вимірів являють собою криву зміни величини потенціалу електрода M по свердловині відносно деякого постійного, але невідомого, значення потенціалу електрода N. Саме тому діаграма не має початку відліку (не має нульової лінії).

При зануренні вимірювальних електродів M та N у водний розчин між ними виникає електродна різниця потенціалів, що не містить корисної інформації про розріз свердловини. Якщо фізико-хімічні і температурні умови у середовищі, що оточує електроди, змінюються незначно, то електродна різниця потенціалів залишається практично сталою. Мінімізувати величину електродних потенціалів вдається за рахунок виготовлення вимірювальних електродів M та N з одного металу. Також перед початком вимірів електродна різниця потенціалів компенсується різницею потенціалів, протилежною за знаком. Пристрій для компенсації електродних потенціалів називається компенсатором поляризації.

Крива самочинної поляризації , що реєструється в свердловині, характеризує зміну величини потенціалу електричного поля у електрода M з глибиною. Тому точка запису відноситься до електрода M. Одиниці виміру – мілівольти (мВ). Масштаб запису кривої СП виражається числом мілівольт на 2 см діаграмної стрічки та позначається у вигляді двонаправленої стрілки із зазначенням полярності та конкретного масштабу: 10, 20, 25 або 50 мВ / 2 см (рис. 11). Вертикальні масштаби глибин визначаються задачами досліджень і можуть становити: 1:500, 1:200 (в промисловій геофізиці) та 1:50 (в рудних і вугільних свердловинах). Швидкість запису кривої СП (швидкість переміщення електроду M) в залежності від свердловинних умов може сягати 3000-4000 м/год.

Метод градієнту потенціалу СП

В цій модифікації в свердловину опускають обидва електроди M та N (рис. 10, б), що розташовуються на незначній відстані один від одного (до 1 м), і вимірюють зміну на відстані MN, тобто величину градієнту природного поля . Крива, що при цьому реєструється, називається кривою градієнту СП. ЇЇ записують для детального вивчення гірських порід у розрізі свердловини (особливо у вугільних та рудних), а також у випадках сильних блукаючих і телуричних струмів, що спотворюють звичайну криву СП.

Метод електродних потенціалів (МЕП)

Метод застосовується при дослідженні свердловин, що буряться на рудних родовищах, а також на родовищах графіту та антрациту. Реєструються електродні потенціали[4], що виникають на поверхні дотику тіл з електронною провідністю із оточуючим середовищем. У цьому випадку зондова установка складається з двох електродів M та N, що виготовлені з одного металу (зазвичай Zn). Один з електродів (М) ковзає по стінці свердловини, а здвоєний електрод порівняння (N) розташований поблизу електрода М (рис. 10, в). Коли ковзний електрод М торкається породи із електронною провідністю, він набуває електродний потенціал досліджуваного об’єкту, і тоді між електродами М і N виникає різниця потенціалів . Ця величина буде тим більшою, чим більшою є різниця електродних потенціалів об’єкту дослідження і металу, з якого зроблені електроди.

Метод гальванічних пар (МГП)

Метод потенціалів гальванічних пар базується на вивченні електричного поля, обумовленого нанесеним на рудне тіло тонким шаром металу, електродний потенціал якого суттєво відрізняється від електродного потенціалу природного провідника. Шар металу у сукупності із рудним тілом утворюють у водному розчині електроліту замкнений гальванічний елемент (гальванічну пару), в якому метал електроду відіграє роль анода, а рудне тіло являється катодом.

Головна ідея методу полягає у нанесенні на гірські породи з електронною провідністю тонкої риски металу спеціальним електродом, що ковзає по стінці свердловини. Тим самим утворюються гальванічні пари. Поле гальванічних пар швидко спадає у часі. Наприклад, поле гальванічної пари «пірит – цинк» через 1 хвилину після нанесення металевої риски досягає 600 мВ, а вже через 7 хвилин потенціал практично повністю зникає.

Величина потенціалу гальванічних пар залежить від співвідношення твердості рудних тіл та металу електрода, яким наноситься риска на породу. Чим більш твердим є рудне тіло, тим помітнішим стає на ньому слід електрода (електрод стирається об рудне тіло), тим більшою є величина потенціалу поля гальванічних пар і, відповідно, тим довше його можна спостерігати. Наприклад, твердості галеніту і цинку є близькими, а піриту і цинку – відрізняються, тому в першому випадку потенціали поля гальванічних пар практично відсутні. На графіт та вугілля металевий електрод практично не наносить риски, і потенціал в них близький до нуля. Для виготовлення електродів використовується цинк та деякі марки сталі.

Криву потенціалів поля гальванічних пар найбільш доцільно реєструвати одразу після нанесення металевої риски, тобто одночасно із записом діаграми електродних потенціалів. Для цієї мети доцільно використовувати додатковий вимірювальний електрод М', що розташовується на деякій віддалі від ковзного електроду і не торкається стінки свердловини (рис. 10, г).

Поле потенціалів гальванічних пар є полем подвійного електричного шару, тому крива зміни потенціалів за конфігурацією є аналогічною кривій звичайного потенціалу СП дифузійно-адсорбційного та фільтраційного походження.

Рис. 10. Схеми вимірів у свердловинах різними модифікаціями методу самочинної поляризації: а) звичайний метод СП; б) метод градієнту потенціалу СП; в) метод електродних потенціалів; г) метод гальванічних пар. КП – компенсатор поляризації; РП – реєструючий прилад.