Способ геоэлектроразведки

 

Использование: в инженерно-геологических изысканиях при подготовке площадей под разработку рассыпных месторождений, выявлении очаговой мерзлоты, карста и др. Сущность изобретения: в способе геоэлектроразведки используют два параллельных питающих линейных заземления, отнесенных друг от друга на расстояние меньшее или равное их длине и подключенных к клеммам генератора переменного тока, прослеживают на площади между линейными заземлениями с помощью которой двухэлектродной приемной линии (искательной цепи) изолинии, касательные к малой оси эллипса поляризации электрического поля. Одну клемму генератора подключают двумя изолированными проводами к двум противоположным концам первого ближайшего линейного заземления, а другую клемму - к концам второго линейного заземления проводами, расположенными по разные стороны планшета, определяют направление участка изолинии по минимуму напряжения в искательной цепи, измеряют величину напряжения в ней, затем поворачивают искательную цепь на прямой угол и вновь измеряют напряжение. По результатам этих измерений находят отношение большой и малой осей эллипса поляризации электрического поля в данной точке поверхности и по планам изолиний и значениям указанного отношения судят о распределении областей повышенной и пониженной электропроводности в пределах планшета. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электроразведке малых глубин и может быть использовано при изучении геоэлектрической неоднородности верхней части разреза, представленного аллювиальными и делювиально-пролювиальными отложениями переменной мощности и неоднородностями основания, выходящими под маломощные наносы. Область преимущественного применения - инженерно-геологические изыскания, подготовка площадей под разработку россыпных месторождений, выявление очаговой мерзлоты и карста.

Известен метод (способ) дипольного профилирования, в котором в качестве источника возбуждения обычно используют вертикальный магнитный диполь, а в одной из модификаций измеряют полуоси эллипса поляризации магнитного поля [1] При высокой неоднородности геологической среды истолкование результатов затруднено из-за того, что над каждой неоднородностью поочередно проходят генератор и приемник.

Известен также метод (способ) теллурических токов в варианте изучения эллипсов поляризации электрического поля [2] В нем естественный источник первичного поля однороден, однако период изменения поля очень велик и ток между неоднородностями самой верхней части разреза перераспределяется без индукционных эффектов, что ограничивает возможности исследований. Кроме того, измерение теллурических токов с приемными линиями малой длины затруднено при высоком уровне электрических помех.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является метод изолиний на переменном токе [3] который взят нами в качестве способа-прототипа. В нем раскладывают два линейных питающих заземления и на площади между ними с помощью двухэлектродной приемной линии (искательной цепи) длиной не более 2 м прослеживают изолинии, касательные оси эллипса поляризации электрического поля. При этом над проводниками наблюдают разрежение изолиний, а над изоляторами их сгущение. Над проводящими зонами возникают затруднения с определением малой оси эллипса поляризации, свидетельствующие о возрастании роли индукции и приближении поляризации электрического поля к круговой. Однако индукцию рассматривают как помеху и методические приемы (понижение частоты тока) направлены на ее устранение. Таким образом, первым недостатком способа-прототипа является то, что возникающие индукционные эффекты количественно не оценивают и не используют для разведочных целей.

Вторым недостатком способа-прототипа является искажение изолиний из-за влияния проводника, соединяющего линейные электроды ("самоварный эффект"). Наличие этого эффекта свидетельствует о значительной роли вихревых токов и таким образом указывает на повышенную электропроводность горных пород в целом на участке. Однако интенсивные изгибы и сгущение изолиний затрудняют выявление неоднородностей.

Цель предлагаемого изобретения повышение разрешающей способности при выделении геоэлектрических неоднородностей в верхней части разреза.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе геоэлектроразведки, в котором используют два параллельных питающих линейных заземления, отнесенных друг от друга на расстояние меньшее или равное их длине и подключенных к клеммам генератора переменного тока, заключающемся в прослеживании на площади между линейными заземлениями с помощью которой двухэлектродной приемной линии (искательной цепи) изолиний, касательных к малой оси эллипса поляризации электрического поля, дополнительно одну клемму генератора подключают двумя изолированными проводами к двум противоположным концам первого ближайшего линейного заземления, а другую клемму к концам второго линейного заземления проводами, расположенными по разные стороны планшета, определяют направление участка изолинии по минимуму напряжения в искательной цепи, измеряют величину напряжения в ней, затем поворачивают искательную цепь на прямой угол и вновь измеряют напряжение, по результатам этих измерений находят отношение большой и малой осей эллипса поляризации электрического поля в данной точке дневной поверхности и по планам изолиний и значениям указанного отношения судят о распределении областей повышенной и пониженной электропроводности в пределах планшета.

На фиг. 1 приведена условная схема реализации предлагаемого способа. На фиг.2 представлены два фрагмента планов эллипсов поляризации, полученных при изучении структуры электрического поля между двумя линейными электродами.

Предлагаемый способ реализует с серийно выпускаемой аппаратурой, например ЭРА, ДЭМП-НЧ, следующим образом. В нем устраивают два параллельных питающих линейных заземления длиной обычно 100-400 м каждое на таком же расстоянии l друг от друга так, чтобы площадь исследований составляла от 1 до 16 га. Частоту питающего тока выбирают из соотношения 0,3 < p = 2f6l < 3, где p параметр, = 410^-7 Гн/м, эффективная электропроводность среды, предварительно оцененная по порядку величины (обычно 0.03, 0.001, 0.003 или 0.001 Сим/м). Например, при значении s 0.001 Сим/м, куда входит оценка конечной проводимости основания с учетом продольной проводимости насосов, и при l 200 м частоту выбирают в пределах от 100 до 1000 Гц. На любой из этих частот возможно наблюдать эллиптическую поляризацию электрического поля и имеются физические условия реализации способа. Для устранения существенного перекоса изолиний ("самоварного эффекта") генератор переменного тока помещают вблизи одного из линейных заземлений, лучше в его средней части, и каждый полюс генератора соединяют двумя проводами с двумя концами каждого из питающих заземлений, причем в отличие от способа-прототипа два провода, идущие к удаленному от генератора линейному заземлению, располагают по разные стороны планшета (фиг.1). В этом случае через каждый соединяющий провод течет половинный ток, а индуцированное двумя проводами электрическое поле более равномерно распределено по планшету, чем поле одного соединяющего провода в способе-прототипа.

Приемная линия состоит из двух электродов (щупов), соединенных проводом и подключенных к клеммам измерителя амплитуды переменного напряжения. Длина приемной линии и среднее расстояние между прослеживаемыми изолиниями зависит от масштаба съемки. При масштабе 1:500 рекомендуемая длина приемной линии не более 2,5 м и среднее расстояние между прослеживаемыми изолиниями не более 5 м. При прослеживании изолиний задний по ходу движения щуп остается в положении, определенном для переднего щупа предыдущей операцией, а переднему щупу подыскивают положение, при котором напряжение в приемной линии минимально. В отличие от способа-прототипа в котором, начиная с этого момента, операцию повторяли, в предлагаемом способе минимальное напряжение измеряют и фиксируют в журнале или в блокноте памяти. После этого выполняют измерение во второй приемной линии той же или укороченной длины, ортогональной к первой, и с учетом разной длины ортогональных приемных линий определяют отношение большой и малой осей эллипса поляризации.

В результате топографической привязки мест стояния щупов получают план изолиний, касательных к малой оси эллипса поляризации, с нанесенными на него схематическими эллипсами поляризации, при изображении которых малая ось условно принята всегда равной единице (фиг. 2), либо дополнительно к плану изолиний план отношений большой и малой полуосей эллипса поляризации. На этих планах области, где происходит разрежение изолиний и приближение поляризации электрического поля к круговой, выделяют как проводящие (фиг.2, слева), а области сгущения изолиний и квазилинейной поляризации как слабо проводящие (фиг.2, справа).

Таким образом, преимущество предлагаемого способа состоит в увеличении достоверности разделения областей повышенной и пониженной электропроводности по кондуктивной частям поля одновременно. Кроме того, возможна градация проводящих зон по степени приближения поляризации электрического поля к круговой.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, в котором используют два параллельных питающих линейных заземления, отнесенных друг от друга на расстояние, меньшее или равное их длине, и подключенных к клеммам генератора переменного тока, заключающийся в прослеживании на площади между линейными заземлениями с помощью короткой двухэлектродной приемной линии (искательной цепи) изолиний, касательных к малой оси эллипса поляризации электрического поля, отличающийся тем, что в нем одну клемму генератора подключают двумя изолированными проводами к двум противоположным концам первого ближайшего линейного заземления, а другую клемму к концам второго линейного заземления проводами, расположенными по разные стороны планшета, определяют направление участка изолинии по минимуму напряжения в искательной цепи, измеряют величину напряжения в ней, затем поворачивают искательную цепь на прямой угол и вновь измеряют напряжение, по результатам этих измерений находят отношение большой и малой осей эллипса поляризации электрического поля в данной точке дневной поверхности и по планам изолиний и значениям указанного отношения судят о распределении областей повышенной и пониженной электропроводности в пределах планшета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2