Електромагнітні властивості гірських|гірничих| порід

Питомий електричний опір (ПЕО), вимірюється в омметрах (Омм), характеризує здатність порід чинити електричний опір проходженню струму і є найбільш універсальною електромагнітною властивістю. Він змінюється в гірських породах і рудах в дуже широких межах: від 10-3 до 1015 Омм. Зворотна величина називається електропровідністю і вимірюється в сименсах на метр (См / м). Для найбільш поширених осадових, вивержених і метаморфічних гірських порід ПЕО залежить від мінерального складу, фізико-механічних і водних властивостей гірських порід, концентрації солей в підземних водах і в меншій мірі від їх хімічного складу, а також від деяких інших чинників (температури, глибини залягання, ступеня метаморфізму і ін.).

1. Питомий електричний опір мінералів залежить від їх внутрішньокристалічних зв'язків. Для мінералів-діелектриків (кварц, слюда, польові шпати і ін.) з переважно ковалентными зв'язками характерні дуже високі опори (10¹² – 10¹⁵ Омм). Мінерали-напівпровідники (карбонати, сульфати, галоїди і ін.) мають іонні зв'язки і відрізняються високими опорами (10⁴ – 10⁸ Омм). Глинисті мінерали (гідрослюди, монтмориломоніт, каолініт і ін.) володіють іонно-ковалентними зв'язками і виділяються досить низькими опорами (ρ ≤ 10⁴ Омм).

2. Питомий електричний опір вільних підземних вод (гравітаційних| і капілярних) змінюється від доль Омм при високій загальній|загальній| мінералізації ( ≥10 г/л) до 1000 Омм при низькій мінералізації (М ≤ 0,01 г/л). Хімічний склад розчинених у воді солей|соль| не відіграє істотної|суттєвої| ролі, тому за даними електророзвідки можна судити лише про спільну|загальну| мінералізацію підземних вод. Питомий електричний опір зв'язаних вод, адсорбованих твердими частками|частинками| породи, низький і мало змінюється (від 1 до 100 Омм). Це пояснюється|тлумачить| досить|достатньо| постійною їх мінералізацією (3-1 г/л). Середня мінералізація вод світового океану рівна 36 г/л.

3. Оскільки|тому що| порова| вода (вільна і зв'язана) відрізняється значно нижчим питомим електричним опором, ніж мінеральний скелет більшості мінералів, то і опір гірських|гірничих| порід практично не залежить від його мінерального складу, а визначається такими параметрами порід, як пористість, тріщинуватість|, водонасиченість. З|із| їх збільшенням опір порід зменшується за рахунок збільшення іонів в підземній воді. Тому електропровідність більшості порід є|з'являється| іонною (електролітичною).

4. Із|із| зростанням|зростом| температури опір зменшується, що пояснюється|тлумачить| збільшенням рухливості іонів.

5. Глибина залягання, ступінь|міра| метаморфізму, структура і текстура породи також впливають на її опір, змінюючи|зраджувати| коефіцієнт мікроанізотропії.

6. Не дивлячись на|незважаючи на| залежність ПЕО від багатьох чинників|факторів| і широкий діапазон для |у| різних порід, основні його закономірності встановлені|установлені| досить|достатньо| чітко. Вивержені і метаморфічні породи характеризуються високими опорами (від 500 до 10000 Омм). Серед осадкових|осадових| порід високі опори (100 – 1000 Омм) в|у| кам'яної солі|соль|, гіпсу, вапняків, пісковиків і деяких інших. Уламкові осадкові|осадові| породи, як правило, мають тим більший опір, чим більше розмір зерен, що складають породу, тобто залежать перш за все|передусім| від глинистості. При переході від глин до суглинків, супісків і пісків питомий опір змінюється від доль до сотень омметрів.

Апаратура для електророзвідки

Через велику кількість методів електророзвідки використовуються різноманітні|всілякі| комплекти апаратури і устаткування|обладнання|. Створювані малосерійні прилади, швидко застарівають|старіють| і безперервно удосконалюються у напрямі збільшення числа одночасно реєструючих каналів, комп'ютеризації вимірів|вимірювань| і обробки інформації. Тому зупинимося|зупинятимемося| лише на принципах пристрою|устрою| і призначення основних груп приладів. Для вивчення невеликих глибин (до 500 м) використовуються переносні прилади і устаткування|обладнання|. Розвідка великих глибин (понад 0,5 км.) здійснюється за допомогою електророзвідувальних станцій (ЕРС). Прискорене геологічне картування| і пошук корисних копалини на глибинах до 200 м виконується за допомогою аероелектророзвідувальних| станцій.

У комплект апаратури і устаткування|обладнання| зазвичай|звично| входять наступні|такі| блоки.

– машинні генератори, батареї, акумулятори постійного струму|току|

– реєстратори струму|току| в живлячих|почувати| лініях, сила якого змінюється від 0,01 до 100 А.

– вимірники або реєстратори різниць потенціалів , призначені для визначення амплітуд, а на змінному струмі|току| і фаз сигналів в приймальних|усиновлених| лініях. Це можуть бути мікро- або мілівольтметри, осцилографи або магнітні реєстратори.

– електроди заземлення для гальванічного створення|створіння| поля в Землі|грунті| і виміру|вимірювання| різниць потенціалів. Як електроди для живлячих|почувати| ліній АВ використовуються сталеві, а для приймальних|усиновлених| ліній МN - мідні або латунні електроди довжиною 0,3 – 1 м і діаметром 1 - 3 см. У поляризаційних методах застосовуються електроди, що не поляризуються, які складаються з пористого (керамічного або брезентового) рукава|посудини|, що заземляється, з|із| розчином мідного купоросу і мідного стрижня|стержня| в нім.

– незаземлені контури: петлі діаметром до 4 км. і рамки діаметром до 1 м, призначені для індуктивного збудження полів або вимірів|вимірювань| напруженості магнітного поля.

– допоміжне устаткування|обладнання|, що включає дроти|проводи| невисокого опору, великої механічної міцності і з|із| хорошою|доброю| ізоляцією, котушки|катушки|, кувалди і ін.

Для електророзвідки невеликих глибин з поверхні Землі|грунту| і в гірських|гірничих| виробленнях використовуються різного роду переносна апаратура і устаткування|обладнання|, що складаються з ряду|низки| блоків, спільною|загальною| масою 20 - 100 кг

Електричне зондування

Методи опору – група методів електророзвідки, які базуються на вивченні постійних електричних полів, які створюються в земній корі за допомогою точкових або дипольних джерел. Установка для роботи методом опору складається з двох живильних заземлень, через які в ґрунт пропускається постійний струм, і двох вимірювальних заземлень, між якими вимірюється різниця потенціалів. За цією різницею і амперажем підраховується уявний (позірний) опір відкладів, які складають геологічний розріз. Мета методу опору – пошук родовищ нафти і газу, вирішення інженерно-геологічних завдань, пошук підземних вод і рудних родовищ.

Електричне зондування — це модифікація методу опорів на постійному або низькочастотному (до 20 Гц) струмі, в якій в процесі роботи відстань між живлячими електродами або між живлячими і приймальними лініями поступово збільшують (рознесення), тобто використовують дистанційний (геометричний) принцип зміни глибинності. Чим більше рознесення, тим більше глибина проникнення струму, а графік залежності умовного (позірного) опору від рознесення або крива зондування характеризує зміну питомих електричних опорів з глибиною.

Тому в результаті їх інтерпретації розріз розчленовують по вертикалі. Розрізняють дві модифікації зондувань: вертикальні електричні зондування (ВЕЗ), що використовуються для розвідки на невеликі глибини (до 500 м), і дипольні електричні зондування (ДЗ) для розвідки глибин 0,5 - 10 км.

Вертика́льне електри́чне зондува́ння — метод електричної розвідки, що базується на дослідженні залежності напруженості постійного електричного поля від відстані між двома заземленими (полярними) електродами і точкою вимірювання (розносу установки). При малих розносах (до 1– 2 км) поле в точці спостереження залежить від будови верхньої частини геологічного розрізу (глибиною до декількох сотень м), при великих розносах (до декількох десятків км) зростає вплив горизонтів глибиною до декількох км. Результати вертикального електричного зондування представляють у вигляді графіків залежності уявного опору від розносів установки. Для простих розрізів з пластами, що залягають горизонтально або похило геологічна інтерпритація проводиться шляхом порівняння отриманих кривих з теоретичними, розрахованими для розрізів з заданими потужностями шарів та їх питомими опорами. У результаті інтерпретації отримують дані про товщину, питомий опір та ін. кількісні характеристики шарів.

Методика вертикальних електричних зондувань.

Вертикальне електричне зондування виконують найчастіше симетричною чотириелектродною градієнт-установкою з MN < AB/3 (рис.3.1). Роботи проводять таким чином. У вибраній для зондування точці (центрі зондування) встановлюють електророзвідувальний прилад (АЕ-72), батарею, дві котушки з дротом для рознесення живлячих електродів і на невеликій відстані (1 – 2 м) один від одного заземляють два приймальні електроду MN. Напрям, по якому повинні розноситися живлячі і приймальні лінії, вибирають виходячи з геологічних і топографічних міркувань. Уздовж лінії MN заземляють живлячі електроди АВ на відстані 1,5 – 3 м від центру і вимірюють струм в живлячій лінії і напругу на приймальних електродах.

Далі розраховують ρ_по = К ·ΔU /I, де К =0,1 π AM·AN / MN – коефіцієнт установки (множник 0,1 узятий тому, що ΔU з приладом АЕ-72 вимірюють в мілівольтах, а I — в сантиамперах).

Далі рознесення живлячих електродів послідовно збільшують (у геометричній прогресії) і для кожного рознесення розраховують ρ_по. Довжина АВ/2= r може бути, наприклад, прийнята 1,5; 2,2; 3; 4,5; 5; 8; 10; 15; 22; 30; 45; 60; 80; 100 м і так далі. При цьому, коли AB/2 змінюється від 1,5 до 10 м, MN = 1 м; при АВ/2 від 15 до 100 м MN = 10м; при АВ/2 від 150 до 1000 м MN = 100 м. За наслідками вимірювання ρ_по на спеціальному бланку з логарифмічним масштабом по осях координат (бланк ВЕЗ з модулем 6,25 см) будують криву ВЕЗ (вертикального електричного зондування): по вертикалі відкладають ρ_по, а по горизонталі – величину напіврознесення (АВ/2) (рис. 3.3).

Після закінчення зондування і побудови кривої ВЕЗ апаратуру і устаткування переносять на нову точку. Зазвичай точки зондувань розташовують уздовж розвідувальних ліній. Відстані між сусідніми точками ВЕЗ змінюються від декількох десятків до декількох сотень метрів. Максимальне рознесення АВ/2 вибирають в 3—10 разів більше цих глибин.

Рис.3.1. Схема установки вертикального електричного зондування.

КА., KВ—котушки з дротом; Б-72— батарея; АЕ-72 — автокомпенсатор електророзвідувальний

Рис. 3.2. Двошарові криві ВЕЗ (вертикального електричного зондування) з ρ₁ < ρ₂ (а) і з ρ₁ > ρ₂ (б)

Методика дипольних електричних зондувань. Якщо треба вивчити великі глибини (понад 1 км.), то при виконанні ВЕЗ рознесення АВ доводиться збільшувати до 10 км, що робити складно і незручно. В цьому випадку використовуються дипольні установки (азимутні, радіальні і ін.) При дипольних електричних зондуваннях (ДЗ) вимірюється позірний (уявний) опір при різних відстанях або рознесеннях r між центрами живлячого і приймального диполів (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема проведення дипольного азимутного зондування: ГГ – генераторна група; ПЛ – польова лабораторія