Аппаратура и методика полевых работ

В полевых работах методом ЕП используется аппаратура АЭ-72 (см. Приложение I). Металлические электроды в методе ЕП не используют из-за сложных физико-химических процессов, протекающих на контакте металл-грунт.

При соприкосновении обычного металлического электрода с землей между ним и почвой возникает контактная разность по­тенциалов (электродный потенциал) за счет обмена ионами между металлом электрода и солями, находящимися в почвен­ных растворах. Величина электродного потенциала зависит от металла электрода, поверхности соприкосновения его с почвой, влажности почвы, состава растворов и т. д. и потому различна в разных точках наблюдений. Следовательно, величина измеря­емых разностей потенциалов естественного электрического поля искажается за счет электродных потенциалов, причем в разных, точках наблюдений по-разному. При этом возникает значительная (до 1В) электродная разность потенциалов ΔUэл, не связанная с процессами в разрезе.

Для заземления используют не­поляризующиеся электроды, конст­рукция которых показана на рисунке 2.3.

В неполяризующихся электродах контакт металлического заземления с почвой осуществляется через насыщенный раствор соли того же металла, из которого сделан заземления. Благо­даря этому электродный потенциал остается в течение измере­ний практически постоянным и близким по значению для обоих электродов. Это дает возможность в процессе измерений естест­венного поля исключать погрешность за счет электродных по­тенциалов.

Контакт с разрезом осуществляется через по­ристую стенку сосуда с электроли­том. Измеритель подсоединяется к электроду через медный стержень, погруженный в насыщенный рас­твор сульфата меди (медный купо­рос). Такая конструкция обеспечи­вает высокую чувствительность и малую ΔUэл.

Рисунок 2.3 – Конструкция неполяризующегося электрода.

Для полевой работы следует иметь комплект не менее чем из четырех неполяризующихся электродов. Ежедневно перед выхо­дом в поле из комплекта подготовленных к работе электродов выбирается пара с наименьшим значением поляризации. Для этого электроды устанавливают попарно в разных комбинациях во влажную землю на расстоянии 2 - 3 см один от другого, под­ключают к клеммам М и N измерительного прибора и измеря­ют разность потенциалов. Можно также производить измерения, оставив электроды в общем сосуде с медным купоросом. Из промеренных пар выбирается та, у которой поляризация не пре­вышает 1 - 2 мВ.

В процессе полевых измерений для заземления электродов у колышков небольшой лопаткой подготавливаются лунки глуби­ной 5 - 10 см в зависимости от конструкции электродов. Электрод ставится в лунку так, чтобы он касался почвы только своим пористым сосудом. В конце рабочего дня электроды отмывают от налипшей на них земли, доливают купо­рос и устанавливают в сосуд с раствором медного купороса.

Подготовка работ по методу ЕП начинается с разбивки профилей. Профили ориентируют вкрест простирания объекта. При решении гидрогеологических задач профили часто прокладывают вдоль берега водоема. Расстояние между профилями и между точками наблюдения выбирается исходя из ожидаемых размеров аномалии. Шаг между профилями ΔY и между пикетами ΔХ дают минимальный размер ано­малии 2ΔY ∙ 5ΔХ.

На пикетах готовят места заземления - выкапывают лунки по раз­меру электрода, и готовят в них водоземляную смесь. Так понижается переходное сопротивление измерительной линии и достигаются сход­ные условия заземления. Кроме того, готовят несколько лунок для вы­бора рабочей пары и измерения ΔUэл. На водоемах электрод погру­жают в воду, заизолировав его клемму.

За сутки до выхода в поле электроды (3-4 штуки) замачивают в воде. Непосредственно перед работой металлические части зачищают до блеска. В электроды заливают раствор сульфата меди, закручивают пробки и устанавливают электроды в лунки рядом друг с другом. Электродам дают отстояться, чтобы прекратилась фильтрация и вы­ровнялись температуры. Для выбора рабочей пары измеряют и запи­сывают в журнал ΔUэл всех пар электродов. Для работы отбирают пару с наименьшей (2-3 мВ) и устойчивой электродной разностью потенциалов ΔUэл.

Подготовка прибора АЭ-72 выполняется в соответствии с технической инструкцией по эксплуатации (см. Приложение 1). С помощью 1.5-вольтовой батарейки на максимальном пределе измерений (1000 мВ) определяют по­лярность клемм MN прибора. Для этого ее подключают на вход измерителя. Если при этом стрелка милливольтметра отклоняется вправо - запоминают полярность клемм MN в соответствии с полярностью полюсов батарейки. В противном случае - полярность клемм MN противоположна полярности полюсов батарейки.

В методе ЕП существует две основные методики полевых наблю­дений: метод потенциала и метод градиента потенциала.

Метод потенциала. В этом методе один из измерительных электродов остается неподвижным, а другой перемещается по профилю или по площади. При такой методике за потенциал в данной точке принимается разность потенциалов между подвижным (M) и неподвижным (N) электродами, т.е. потенциал точки, в которой находится неподвижный электрод, принимается за нулевой.

Допустим, что естественные потенциалы в точках 1 и 2 рав­ны соответственно U₁ и U₂ а электродные потенциалы электродов, расположенных в тех же точках, соответственно е₁ и е₂. Тогда измерен­ная разность потенциалов

ΔU₁= U_M - U_N =( U₁ + е₁) - ( U₂ + е₂)= ( U₁ - U₂) +( е₁ - е₂)= ΔU + E,

где ΔU = (U₁ - U₂) - искомая разность потенциалов естествен­ного поля; Е=( е₁ - е₂) - разность электродных потенциалов, обычно называемая поляризацией электродов.

Поменяем электроды местами. В этом случае измеренная. разность потенциалов будет

ΔU₂= ( U₁ + е₂) - ( U₂ + е₁)= ( U₁ - U₂) - ( е₁ - е₂)= ΔU - E,

Отсюда

ΔU = (ΔU₁ + ΔU₂)/2,

а поляризация электродов

Е = (ΔU₁ - ΔU₂)/2

Таким образом, замеры, сделанные с перестановкой электро­дов, позволяют определять истинное значение естественной раз­ности потенциалов в земле, а также поляризацию электродов (которая всегда вычисляется по абсолютной величине и обыч­но не превышает 1- 2 мВ).

Неподвижный электрод N размещают в области спокойного поля. Электрод N подключают к отрицательной клемме измерителя, а подвижный электрод М - к положительной. Провода закрепляют для защиты прибора при рывках. Обычно неподвижный электрод подключается непосредственно к прибору, а подвижный - к концу провода на катушке (рис. 2.4). Клемма катушки подключается к положительной клемме измерителя.

Полевые наблюдения при съемке потенциала состоят в измерении разности потенциалов ΔU_ЕП между неподвижным электродом и подвижным, который перемещают по всем пикетам. В процессе измерения прибор и катушка находятся рядом с неподвижным электродом. Значения ΔU_ЕП записывают в журнал, при этом указываются координаты пикетов и время измерения. При возврате к началу профиля проводят повторные измерения каждые 5-10 пикетов. Расхождение основных и повторных измерений не должно превышать 5 мВ. Отработав 1-2 профиля, записывают ΔUэл и время ее измерения. Измеренная величина ΔUэл не должна превышать 2-3 мВ.

Рисунок 2.4 - Принципиальная схема установки методом потенциала ЕП.

Если при больших (300-500 м) расстояниях между электродами заметны помехи, меняют положение неподвижного электрода. Его переносят вперед по профилю или на следующий планшет участка. Перед переносом и после него замеряют ΔUэл. Время переноса отмечают журнале. При 2-м положении неподвижного электрода делают перекрытие - измерения на 3-5 пикетах (при профильной съемке) или 2 профилях (при планшетной съемке), отснятых при 1-м положении. На 5% пикетов участка работ проводят контрольные измерения. Результаты измерений заносят в полевой журнал.

В конце дня производят замер ΔUэл. Раствор медного купороса сливают для повторного использования. По возвращении на базу электроды промывают и хранят в дистиллированной воде отдельно от пробок до следующего полевого дня.

Метод градиента потенциала. В этом методе два электрода синхронно перемещаются по профи­лю с фиксированным разносом (рис. 2.5). При проведении работ в движении (например, съемка ЕП на акваториях) методика градиента потенциала является единст­венно возможной.

Рисунок 2.5 - Принципиальная схема установки методом градиента потенциала ЕП.

Преимуществом такой технологии является отсутст­вие необходимости сшивки планшетов или участков профиля. Однако, для геологического истолкования аномалий результаты градиента потенциала необходи­мо трансформировать в графики (карты) потенциала. Для этого необ­ходимо провести операцию интегрирования. Локальные аномалии ЕП на графиках получаются путем вычитания пространственного низко­частотного тренда.