СУЩНОСТЬ МЕТОДА СОПРОТИВЛЕНИЙ

Электрическое поле в методе сопротивлений создается искусственным путем при помощи питающих заземлений А и В, через которые про­пускают в землю электрический ток (J_AB). При помощи приемных за­землений M и N, подключенных к измерительному прибору, получают DU_MN. Затем по формуле (1.1) вычисляют r_k. Методы электро­разведки, в которых сведения об удельном электрическом сопротивлении среды получают таким образом, относятся к методу сопротивлений.

Наблюдая на поверхности земли распределение r_k, можно решать различные геологические задачи. Ток в линии АВ можно применять как постоянный (=J), так и переменный (~J), низкочастотный. Отсюда два типа используемой аппаратуры:

а) аппаратура на постоянном токе (в настоящее время практически не применяется):

- ЭП-1 (электроразведочный потенциометр);

- ЭСК-1, ЭСН-2 (электронно-стрелочный компенсатор);

- АЭ-72 (автокомпенсатор электроразведочный);

- аппаратура серии ЭПО (электроразведочные полевые осциллографы – оптическая регистрация J_AB и DU_MN на движущуюся фотобумагу при помощи специальных гальванометров 9,2; ЭО-1; ЭО-2; ЭО-3; ЭПО-4; ЭПО-5; ЭПО-6; ЭПО‑7Б; ЭПО-7М; ЭПО-8; ЭПО-9; ЭПО-10).

б) аппаратура на переменном токе:

- АНЧ-1 (аппаратура низкой частоты (частота 20±1 Гц);

- ИКС-1, ИКС-50, ИКС-600 (измерители кажущихся сопротивлений с генераторами мощностью 1,50 и 600 ВА, частота 22,5 Гц);

- АНЧ-3 (аппаратура низкой частоты, рабочая частота 4,88 Гц, мощность переносного генератора – 20 ВА, стационарного – 300 ВА).

- ЭРА-В Знак и др.

В качестве источников питания линии AВ использовались специальные электроразведочные батареи (69-ГРМЦ-6, 29-ГРМЦ-13), а при работе с небольшими электроразведочными установками (АВ до 500 м) и в труднопроходимых районах могут использоваться облегченные батареи сухих элементов (100-АМЦГ – 2,0; 102‑АМЦГ – У-1.0 и др.).

Соединительные провода – легкие провода полевой связи в хлорви­ниловой изоляции (при работе с AВ до 500 м), а также специальные гео­физические провода и кабели типа ГПСМО и ГПСМП (табл. 2).

Электроды в питающих линиях железные (стальные) стержни диамет­ром 15¸20 мм и длиной 0,7¸1,5 м, в измерительных линиях – медные (латунные) стержневые и трубчатые электроды диаметром 10¸15 мм и длиной 0.5¸0.7 м.

Вспомогательное оборудование и снаряжение включает агрегаты для оборудования заземлений, электроразведочные катушки, кувалды, полевые вилки, клеммы, изоляционный материал и ремонтный инструмент.

Более полные сведения об источниках питания линии АВ и вспомога­тельном оборудовании можно получить в справочной и учебной литературе по электрофизике, например [10 книга 1, стр. 84-94].

Подготовка к полевым работам методами сопротивления заключается в проверке аппаратуры и оборудования (по соответствующей инструкции для каждого прибора) и создание монтажных схем измерительных устано­вок. Размеры последних должны быть оптимальными, т.е. такими, чтобы полезные аномалии четко отмечались на фоне аномалий - помех и позво­ляли при минимальных затратах времени и средств решить поставленную задачу. Размеры измерительных установок определяются на основании опытных работ для конкретных геологических условий. В табл.1 приво­дится зависимость между размерами питающих АВ и приемных MN линий для различных видов электропрофилирования.

Таблица 1

Вид электропрофилирования	Разнос установки предварительный	Размеры приемной линии	Примечание
Симметричное (СЭП)	АВ=(3¸10)huc	MN£1/3 АВ	АВ выбирается или на основании опытных работ, или ВЭЗ
Комбинирование (КЭП)	АO=(3¸5)huc	MN£1/3 АО	То же
Дипольное осевое (ДОП)	O¢O=0,7 АВ	MN£0,2 О¢О	АВ определяется опытными работами
Срединных градиентов (СГ)	АВ=(2£5)m¢		MN меньше мощности искомых тел

Примечание: m¢ - мощность перекрываемых отложений.

2.1. Расчет параметров электроразведочных установок
в методе сопротивлений

1. Необходимо выбрать тип и размеры установки, т.е. определить:

- длину линии MN и АВ, м;

- рассчитать коэффициент установки К, м.

2. Определить силу тока в цепи АВ (J_AB), необходимую для соз­дания DU_min между электродами MN (DU_min задается из того соображения, что она не менее чем в 10 раз должна превышать уровень помех и чувствительность аппаратуры).

,

где r_к – ожидаемое сопротивление геологической среды, Ом·м;

DU_min – обычно выбирают от 1 до 10 мВ.

3. Необходимо выбрать электроразведочные батареи для питания ли­нии AВ, с известным напряжением U_бат, В.

ПРИМЕЧАНИЕ: при использовании специальных электроразведочных батарей типа 69-ГРМЦ-6 и 29-ГРМЦ-13 необходимо помнить, что раз­рядные токи при последовательном соединении секций для батареи 69-ГРМЦ-6, J=0.5 А и U=69 В, а при параллельном соедине­нии J=1 А, U=34.5 В, для батареи 29-ГРМЦ-13 при последо­вательном J=1 А, U=29 В, а при параллельном соединении J=2 А, U=14.5 В, для обеспечения необходимой силы тока в линии АB можно взять или одну батарею 69‑ГРМЦ-6 с параллельным подключением секций, или одну батарею 29-ГРМЦ-13 с последователь­ным подключением секций.

4. 3ная силу тока J_АВ и напряжение батареи U_бат можно рассчи­тать необходимое сопротивление линии АВ.

,

где R_AB – сопротивление линии АВ, Ом.

5. С учетом сопротивления проводов (R_пр), а также внутреннего сопротивления батареи (R_бат) полное сопротивление линии АВ составит R_п=R_ав+ R_пр+ R_бат, а сопротивление полулинии R_А=R_В= R_п/2.

6. Заземление А и В осуществляется при помощи стержневых электро­дов. Рассчитаем переходное сопротивление заземление (R_заз) одного электрода:

,

где r_г.п. – удельное сопротивление участка земли (поверхностного слоя), в которой непосредственно вбиваются электроды, Ом м;

а – длина электрода вбитого в землю, м;

b – радиус электрода, м.

7. Сравним R_заз с R_A и R_B и рассчитаем число электродов в каж­дом заземлении R_А=R_В= R_заз/n, отсюда n=R_заз/R_A.

8. Если n>1, то заземления А и В устраиваются сложными, состоя­щими из нескольких параллельно соединенных электродов с минимальным расстоянием между ними 1 м (в 2¸3 раза больше а). Рассчитаем переходное сопротивление (Р_с) группы электродов (сложного заземления):

,

где d – расстояние между электродами, м, .

Из основных полученных расчетов должны быть подобраны соответствующие аппаратура, источники тока (батареи), провода и заземлители для линии АВ.

Задания

Задание 1. Рассчитать число и конструкцию заземлений для установки АВ=150 м, MN=20 м, если сопротивление поверхностного слоя r_п=30 Ом·м, а ожидаемое r_к=10 Ом·м.

Работы будут выполняться с аппаратурой АЭ-72, и для обеспечения необходимого качества измерений примем, что минимальная разность потенциалов 10 мВ.

Задание 2. При поисках стройматериалов с целью оконтуривания зон расположения известняков и определения их сохранности на глубине решено проводить СЭП по схеме ААМ ВВ в масштабе 1:25 000. По геологическим сведениям известно, что интересующие зоны должны быть не менее 2,5 км по простиранию (северо-восток) и 0,5 км по ширине. Примерная глубина залегания известняков 10¸15 м, их удельное сопротивление 150 Ом·м, сопротивление поверхностного слоя – 20 Ом·м. Требуется установить сеть наблюдения, разносы измерительной установки, рассчитать коэффициент установки. Нарисуйте схему установки с измерителем и генератором тока и составьте ведомость аппаратуры и материалов, необходимых для выполнения предусмотренных изысканий. Укажите необходимый персонал отряда и опишите технику наблюдений на точке.