Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Руководство - Электроразведочная станция Эра-MAX - файл 1.doc


Руководство - Электроразведочная станция Эра-MAX
скачать (3937 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc3937kb.19.11.2011 10:16скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
Реклама MarketGid:
Загрузка...



Федеральное агенство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Плеханова (технический университет)
Кафедра геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.


Методические указания для студентов

«ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ «Эра-MAX»».

Специальность 130201 “Геофизические методы поисков и разведки

месторождений полезных ископаемых”.

Составители: доцент С.С.Крылов, профессор А.С.Егоров, аспирант А.Н.Шелехов.
Санкт-Петербург

2007г.

УДК 550.831.84+550.48+528.74(075.83)

Методические указания для студентов «ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ «Эра-MAX». Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В, Плеханова (технический университет). Сост: доцент С.С.Крылов, профессор А.С. Егоров, аспирант А.Н.Шелехов, СПб, 2007, 126 с.
Методические указания «Электроразведочная станция «Эра-MAX» содержат краткое изложение теоретических основ методов сопротивлений, техническое описание электроразведочной станции «Эра-MAX», характеристику методики проведения съемочных работ и технологические приемы записи и обработки полученных фактических данных. Целью этих указаний является закрепление у студентов специальности 130201 знания теоретических основ методов сопротивлений, помощь в освоении геофизической аппаратуры и оборудования, обучение методам проведения полевых геофизических работ и основам обработки и интерпретации полученных фактических данных.

Данные указания могут быть полезны также студентам специальностей: 130301 (Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых), 130302 (Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания) и 130306 (Прикладная геохимия, петрология, минералогия) и др.


Табл.20. Ил.21. Библиогр.: 5 назв.


Санкт-Петербургский государственный

горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет), 2007 г.
Содержание



Введение……………………………………………..…….

1. Физические основы методов………………..……….…..

1.1. Потенциал точечного источника……………………

1.2. Четырехэлектродные установки……………………..

1.3. Поле диполя на поверхности однородного полупространства………………………………………………

1.4. Кажущееся сопротивление…………………………

1.5. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ)..

1.5.1. Суть метода ВЭЗ……………………………….


1.5.2. Типы установок и различные модификации ВЭЗ…………………………………………………….

1.5.3. Интерпретация кривых ВЭЗ…………...………

1.5.4. Асимптоты кривых ВЭЗ……………………….

1.5.5. Принципы эквивалентности…………………..

1.6. Профилирование на постоянном токе (электропрофилирование)…………………………………………….

2. Методические указания по выполнению электроразведочных работ на постоянном токе…………………………

2.1. Метод электрического зондирования (ЭЗ)………..

2.2. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ)..

2.3. Метод электропрофилирования (ЭП)……..………..

2.3.1. Электропрофилирование с заземленными установками………………………………………………….

2.3.2. Электропрофилирование с незаземленными установками……………………………………………………

3. Аппаратура метода сопротивлений и программное обеспечение…………………………………………………………..

3.1. Комплект аппаратуры «ERA – MAX…………...…...

3.2. Генератор «ERA – MAX - LHF»…………………....

3.2.1. Назначение и технические характеристики…….

3.2.2. Работа с генератором…………………………..

3.2.3. Правила безопасности при работе с генератором………………………………………………………

3.3. Измеритель «ERA-MAX»………………………….

3.3.1.Назначение и технические характеристики……..

3.3.2. Устройство измерителя…………….…………...

3.3.3. Общие указания по эксплуатации……..……….

3.3.4. Подготовка к измерениям и порядок работы.…

3.3.5. Работа с измерителем в режиме измерения. …..

3.3.6. Работа с измерителем при использовании устройства памяти…………………………………………

3.3.7. Вывод данных из памяти измерителя в компьютер…………………………………………………….

3.3.8. Возможные неисправности и способы их устранения ………………….………………………….

3.4. Комплект аппаратуры ЭРА .....……………….……..

3.4.1. Генератор ЭРА "0, 4.88". ..........…………………

3.4.2. Измеритель ЭРА. ........................………………..

3.5. Обработка и интерпретация данных вертикального электрического зондирования в программе IPI2Win…………………………………

3.5.1. Обработка данных....................………………

      1. Интерпретация кривых ВЭЗ.........................

      2. Результаты интерпретации...........…………

3.5.4. Средства управления программы IPI2Win...

  1. Лабораторные работы…………………………………..

4.1.Лабораторная работа №1 « Вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ)»……………………………..

4.2. Лабораторная работа №2 «Метод серединных градиентов (СГ»). .................…………………………………

4.3. Лабораторная работа №3. «Интерпретация результатов ВЭЗ». ..................…………………………………..

5. Рекомендуемая литература………………………………


с.

5

5

5

6
10

11

12

12

13

15

15

17

18
20
23

23

28

29
30
34
36

36

37

37

39
45

46

46

50

52

53

54
58
63
65

66

66

72


79

80

90

100

102

109
109
115
119

126



ВВЕДЕНИЕ

Группу методов электроразведки, использующих постоянное электрическое поле, называют методами сопротивлений или методами постоянного тока. В современных модификациях методов сопротивлений могут использоваться переменные электромагнитные поля, однако при этом берется столь низкая частота, что процессами индукции в земле можно пренебрегать. Методы сопротивлений подразделяются на три группы: методы электрических зондирований (вертикальное электрическое зондирование – ВЭЗ, дипольное электрическое зондирование – ДЭЗ и их модификации), методы электропрофилирования (симметричное электропрофилирование - СЭП, метод серединного градиента – СГ и др.) и метод заряда. Это деление весьма условно, так как современные методики часто совмещают зондирование и профилирование. При выполнении специальных площадных исследований и применении «2D и 3D- инверсии» метод сопротивления называют электротомографией.

Основы метода были заложены в работах выдающегося французского инженера Конрада Шлюмберже, запатентовавшего в 1910 г. простой и эффективный способ изучения недр с помощью постоянного тока.
^ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ
1.1. ПОТЕНЦИАЛ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА

Допустим, нам надо измерить удельное электрическое сопротивление ρ однородной геологической среды, не вырезая из нее образцы, например, если эти геологические образования залегают на поверхности земли и в некотором масштабе их можно считать полупространством. Требуется определить значения ρ, используя постоянный ток. Прежде всего, рассмотрим самый простой случай. Пусть на поверхности однородного проводящего полупространства находится точечный источник, то есть такой источник, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями, на которых мы собираемся исследовать поле. Пусть через этот источник в среду втекает ток I. В качестве такого источника используется, как правило, металлический электрод или группа электродов (заземлений), которые подключены к какому-либо устройству, создающему ток. Разумеется, должно быть и заземление, через которое ток вытекает из среды, но в данном случае мы полагаем, что оно очень далеко, «на бесконечности», и его влиянием можно пренебрегать. Проводимость воздуха считаем равной нулю (Рис. 1.1.).

В силу симметрии задачи ток растекается радиально, а эквипотенциальные поверхности представляют собой концентрические полусферы с центром, расположенным в источнике. Мысленно окружим наш источник полусферой радиуса r. Площадь этой полусферы равна 2π r2. Очевидно, весь ток, втекающий в среду, будет протекать через эту полусферу, В силу симметрии плотность тока j во всех точках сферы будет одинакова и равна I/2π r2. В свою очередь, напряженность электрического поля связана с плотностью тока законом Ома: . Таким образом, находим модуль напряженности поля на расстоянии r от источника: Напряженность поля связана с потенциалом формулой: . В сферической системе координат, с учетом отсутствия из-за симметрии задачи производных по φ и по θ, модуль напряженности поля выражается через потенциал так: Отсюда легко находим . Так как на бесконечности потенциал нулевой, константу «с» положим равной нулю. Окончательно для потенциала на расстоянии r от точечного источника получаем:

. (1)
^ 1.2. ЧЕТЫРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ УСТАНОВКИ

Формула (1) позволяет нам, определять по измеренному полю удельное электрическое сопротивление однородного полупространства. Для этого необходимо взять два электрода, один из которых унести далеко (на «бесконечность»), воткнуть их в землю, пропустить через них ток, измерив его силу I, а другую пару электродов, один из которых также унесен «на бесконечность», использовать для измерения разности потенциалов. При этом измерительный электрод должен находиться так близко к токовому, чтобы можно было пренебречь расстоянием до «бесконечности», но так далеко от него, чтобы электроды можно было считать точечным источником и приемником. Однако на практике осуществлять измерения таким способом довольно сложно. Гораздо удобнее во многих случаях не относить один токовый и один приемный электрод далеко, а использовать для измерений четыре относительно близко расположенных электрода (или, по крайней мере, три: один токовый и два - для измерения разности потенциалов). Использовать четырехэлектродную схему для измерения удельного сопротивления Земли и предложил в начале ХХ века Конрад Шлюмберже.

Можно задаться вопросом: «почему бы нам не использовать только токовый электрод, при этом измеряя на нем потенциал?» Значение U/I равно так называемому сопротивлению заземления, которое связано с удельным сопротивлением нашей среды. Например, если заземление – полусфера радиуса а,
R = /2а . (2)

Если среда действительно однородна, так провести измерения можно, однако в реальной ситуации практически нельзя измерить точно площадь заземления. Есть и еще одно обстоятельство, не позволяющее делать измерения таким способом. Можно показать, что R определяется в первую очередь удельным сопротивлением пород, находящихся в непосредственной близости от электрода. Таким образом, неоднородности малых масштабов, не представляющие для нас интереса, будут оказывать существенное влияние на наши измерения. Схема четырехэлектодной установки приведена на рис.1.2.

Пусть через электрод А в среду (однородное изотропное полупространство) течет ток ^ I, а через электрод В, соответственно, -I. Определим разность потенциалов на электродах М и N. Потенциал аддитивен, следовательно потенциалы от электродов А и В в точке М сложатся:

U(M) = I /2 rAM -I /2 rBM = (1/rAM -1/rBM) I /2.

Аналогично, в точке N

U(N) = I /2 rAN -I /2 rBN = (1/rAN -1/rBN) I /2,
U(M) -U(N) = U= {(1/rAM-1/rBM)-(1/rAN- 1/rBN)} I /2 = I /k,

где k называется коэффициентом установки.

k =2{(1/rAM-1/rBM ) -(1/rAN- 1/rBN)}- 1 . (3.)

Если установка симметрична относительно центра расстояния АВ, и электроды расположены на одной прямой, то rAM=rBN и rAN=rBM . Такая установка называется симметричной установкой Шлюмберже. Легко вычислить ее коэффициент:

k = (rAM rAN /rMN ). (4)

Обычно в геофизике расстояние между источником и приемником поля называют разносом. В случае симметричной установки разнсом будет называться расстояние АО = АВ/2. (точка О - центр отрезка АВ).

Частным случаем установки Шлюмберже является установка Веннера, для которой rAM=rBN =rMN , т.е. расстояния между электродами равны. Для такой установки

k =2 (rAM.). (5)

Если электрод В унести на бесконечность (на практике его уносят перпендикулярно линии остальных электродов на расстояние, более, чем в семь раз превышающее максимальный разнос, или по линии электродов - на 10-15 максимальных разносов) мы получим трехэлектродную установку, иногда называемую установкой Гуммеля, для которой

k =2 (rAM rAN /rMN ). (6)

Если на бесконечность отнести и электрод N, получаем двухэлектродную установку. В этом случае k определяется формулой (5).

Итак, если мы хотим измерить удельное электрическое сопротивление однородного изотропного полупространстваю, используя постоянный ток, мы должны собрать одну из описанных выше установок, определить разность потенциалов ­ U, ток I и вычислить  по формуле:

. (7)

При использовании четырехэлектродной установки величины сопротивлений заземлений электродов А и В не сказываются на результатах определения , они влияют только на величину тока, которая учитывается в формуле (7). Сопротивления заземлений электродов М и N малы по сравнению с сопротивлением вольтметра. Таким образом, выбранная схема измерений наилучшим образом подходит для решения поставленной задачи.

Обратим теперь внимание на некоторые технические аспекты проведения измерений. Геологическая среда всегда содержит жидкую фазу, поэтому на поверхности электрода, помещенного в эту среду, происходят электрохимические процессы. В двух разных электродах, если не принять специальные меры, они никогда не будут проходить одинаково. Поэтому между двумя электродами всегда, даже в отсутствии внешнего поля, возникает разность потенциалов. Эту разность потенциалов, обусловленную поляризацией электродов, необходимо компенсировать. Для этого используют специальные компенсационные схемы, а приборы для измерения удельного сопротивления пород называют автокомпенсаторами.

Существует еще один способ избавиться от влияния поляризации электродов. Вместо постоянного можно использовать использовать переменный ток столь низкой частоты, чтобы влияние индукции было пренебрежимо мало. Это будет соответствовать случаю, когда длина волны в среде много больше размеров нашей измерительной установки.
^ 1.3. ПОЛЕ ДИПОЛЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ОДНОРОДНОГО ПОЛУПРОСТРАНСТВА

Рассмотрим теперь поле дипольного источника, расположенного на поверхности однородного изотропного полупространства. Дипольным источником, или просто электрическим диполем, будем называть систему из двух токовых электродов (точечных источников) А и В, расстояние между которыми пренебрежимо мало, по сравнению с расстоянием, на котором мы измеряем поле. Через электрод А течет ток +I, через электрод В, –I. Возьмем на поверхности нашего полупространства полярную систему координат с центром в точке О и осью, проходящей по линии АВ, и определим потенциал в точке М, используя формулу (Рис.1.3)

,

где r = АС = rAM - rBM

Пусть расстояние AB = l, а вектор, соединяющий А и В, соответственно . Расстояние ОМ = r. В нашем случае r >> l, следовательно r = lcos 1 lcos . Учитывая, что rAMrBM r 2, получаем:

.

Назовем величину P = I ρ l/2π «моментом диполя», тогда

.

Определим компоненты электрического поля:

,

.

Итак, потенциал дипольного источника убывает с расстоянием как 1/r2, а напряженность поля - как 1/r3. Для измерения поля мы обычно используем два электрода, расстояние между которыми мало по сравнению с r. В этом случае мы можем говорить и о приемном диполе. Разность потенциалов на этих электродах, отнесенная к расстоянию между ними дает нам значение поля в вольтах, деленных на метр. Установка, у которой токовый и приемный диполи расположены по одной линии, совпадающей с линией разносов, называется «осевой». На оси диполя (=0) Е r= 2Р /r3, а Е = 0. Установка, у которой токовый и приемный диполи перпендикулярны линии разносов, называется «экваториальной». В этом случае = 90о, Е r=0, а Е =Р /r3.

Значения удельного сопротивления определяются по формуле (7). Коэффициент дипольной установки можно определить по формуле (3). Для осевой установки можно использовать формулу: , где и - коэффициенты соответствующих трехэлектродных установок.
^ 1.4. КАЖУЩЕЕСЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Под «кажущимся сопротивлением» в методах постоянного тока мы будем подразумевать удельное сопротивление, определенное по формулам, справедливым для однородного изотропного полупространства (в методах каротажа - пространства), в случае, когда исследуемая среда таковой не является.

Если кажущееся сопротивление определяется по электрическому полю:

E/E1=k /1, ( 8)

где E - измеренное поле, Е1- поле над однородным полупространством, к - кажущееся сопротивление, 1- сопротивление однородного полупространства, которое может совпадать с сопротивлением первого слоя в случае горизонтально-слоистой модели среды.

Если мы будем использовать для измерений стандартные электроразведочные установки, описанные в разд. 1.2, кажущееся сопротивление вычисляется по формуле:

k= k U/I, (9 )

где коэффициент каждой конкретной установки рассчитывается для модели среды, соответствующей однородному изотропному полупространству.

Кажущееся сопротивление может весьма существенно отличаться от истиного. Тем не менее, использование этого параметра помогает анализировать материалы измерений на качественном уровне, сравнивать данные различных электроразведочных методов.
^ 1.5. ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ (ВЭЗ)
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



Скачать файл (3937 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru