Лабораторная работа № 14
Цель работы: получить навык комплексной интерпретации результатов геофизических исследований, включающих метод сопротивлений и метод вызванных потенциалов (ВП).
Задание: По плану изолиний кажущегося удельного электрического сопротивления (план изоом) (Рис. 1) и плану изолиний угла сдвига фазы (Рис.2) выявить и оконтурить потенциально рудоносные минерализованные зоны с прожилково-вкрапленными золото-сульфидно-кварцевыми и золото-сульфидными рудами. Составить схему интерпретации геофизических данных, на которой указать контуры геофизических аномалий, увязв их с геологией участка, показать перспективные на золото минерализованные зоны, положение структурных элементов геологического строения: контуры массивов изверженных пород, границы зоны измененных (метаморфизованных) пород, тектонические нарушения.
Теоретические данные.
Технология ВП, основанная на измерении вызванной поляризации, представляет собой эффективный инструмент для изучения геологической среды до глубин порядка нескольких сотен метров. Область ее применения включает поиск и разведку нефтегазовых и рудных месторождений, геокартирование, гидрогеологические и экологические изыскания.
Метод вызванной поляризации (ВП) основан на изучении полей, создаваемых вторичными электрическими зарядами. Эти заряды возникают в земле при пропускании через нее постоянного или низкочастотного (до 100 Гц) электрического тока.
Явление вызванной поляризации протекает весьма интенсивно при наличии в среде электронопроводящих минералов. Поэтому метод ВП является основным методом рудной геофизики [Комаров, 1980]. Причем, поскольку интенсивность аномалий ВП пропорциональна площади поверхности электронных проводников, метод позволяет картировать не только массивные, но и вкрапленные руды.
Обычно аномалия считается убедительной, если она в 1,5 – 2 раза отличается от величины фонового значения.
При проведении работ методом ВП используются те же установки, что и в методе сопротивлений, поэтому помимо параметра поляризуемости определяют также кажущееся сопротивление. Их совместный анализ позволяет проводить отбраковку аномалий ВП. Известно, что аномалии поляризуемости, коррелируемые с областями повышенного кажущегося сопротивления, могут отражать изменения литологии пород. В то же время некоррелируемые аномалии повышенной поляризуемости могут свидетельствовать о наличии электронопроводящих минералов.
Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения этого тока оценивается коэффициентом поляризуемости 
("эта"). Величина вычисляется в процентах как отношение напряжения, которое остается в измерительной линии МN по истечении определенного времени (обычно 0,5-1 с) после размыкания токовой цепи (
) к напряжению в той же линии при пропускании тока 
), т.е.
|
Поляризация - это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного переменного (до 10 Гц) тока. Наибольшей поляризуемостью (
) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, сульфосоли, некоторые самородные металлы, отдельные окислы, графит, антрацит). Природа этих потенциалов ВП связана с так называемой концентрационной и электродной поляризацией рудных минералов. Коэффициенты поляризуемости до 2-6% наблюдаются над обводненными рыхлыми осадочными породами, в которых имеются глинистые частицы. Поляризуемость их обусловлена деформациями внешних обкладок двойных электрических слоев, возникающих на контакте твердой и жидкой фазы. Большинство изверженных, метаморфических и осадочных пород, насыщенных минеральной водой, слабо поляризуются (
).
Применяются два основных способа изучения явления вызванной поляризации как в полевых, так и лабораторных условиях. Один из них основан на исследовании нестационарных, а второй – гармонически меняющихся электрических полей в присутствии поляризующих тел.
При изучении вызванной поляризации в гармонически меняющихся полях о величине поляризуемости среды судят либо по зависимости амплитуды кажущегося сопротивления от частоты (метод частотной дисперсии), либо по величине фазового сдвига между током в питающей линии и разностью потенциалов между измерительными электродами.
Угол сдвига фазы изучается при измерениях ВП на переменном токе и является аналогом поляризуемости, которая является основным информативным параметром при измерениях ВП на постоянном токе.
Экспериментально установлено, что для большинства горных пород фаза ВП линейно связана с кажущейся поляризуемостью hк формулой
,
то есть повышению кажущейся поляризуемости соответствуют отрицательные значения сдвига фазы
Поляризуемость ионно-проводящих пород редко превышает 2-3% и обычно хорошо выдерживаются в пределах исследуемой площади. Поляризуемость пород, содержащих электронно-проводящие включения, существенно больше и достигает нескольких десятков процентов. Эти особенности в поведении параметра 
важны, потому что они определяют геологические задачи, для решения которых применяется метод ВП.
Интерпретация результатов полевых работ методом ВП
Интерпретация результатов полевых наблюдений методом ВП включает в себя следующие основные этапы: разделение фоновой и аномальных частей поля вызванной поляризации, оценка геологической природы аномалий ВП, полуколичественная интерпретация графического материала с целью определения размеров и элементов залегания геологических объектов с повышенной поляризацией, оценка вещественного состава и промышленной ценности этих объектов.
На всех этапах интерпретации в качестве основного информационного параметра используют кажущуюся поляризуемость. Одновременно с этим параметром анализируют кажущееся сопротивление.
Фоновые значения 
для пород с ионной проводимостью обычно не превышают на времени 0,5 с 2%. Более высокими значениями фона обычно отмечаются изверженные, и метаморфические породы. Для влажных осадочных пород фон обычно не превышает 0,5—1,5%. При отсутствии рассеянной минерализации и графитизации рудовмещающих пород характерна выдержанность фоновых значений , что благоприятствует выделению аномалий, амплитуда которых близка к фону.
Рассеянная минерализация электронно-проводящими сульфидными минералами и магнетитом может привести к существенному увеличению (иногда до десятков процентов), а также к неравномерности фоновых значений , что весьма затрудняет выделение аномалий, связанных с рудными залежами. К такому же эффекту приводит графитизация рудовмещающих пород.
Существенное преимущество параметра как информационного — слабое влияние на него рельефа дневной поверхности. Последний влияет главным образом на характер аномальных полей от локальных поверхностно и объемно поляризующихся тел. Отмеченное обстоятельство, так же как и равномерность фона, способствует повышению глубинности руднопоисковых работ методом ВП.
Оценка геологической природы аномалий — одна из наиболее трудных задач интерпретации. Как отмечалось выше, при поисках электронно-проводящих массивных и вкрапленных руд в качестве геологических помех выступают аномалии, связанные с поляризацией ионно-проводящих рудовмещающих пород, их графитизацией и рассеянной непромышленной минерализацией рудными минералами.
Анализ результатов комплексных работ, использующих различные физические параметры, позволяет со значительно большей степенью достоверности судить о геологической природе аномалий .
Применение метода вызванной поляризации
В настоящее время метод ВП применяют главным образом для поисков и разведки месторождений руд, в состав которых входят электронно-проводящие минералы. Это, в первую очередь, полиметаллические, медные и медно-никелевые месторождения, а также месторождения, где электронно-проводящие минералы (пирит, халькопирит, марказит и др.) сопутствуют интересным в промышленном отношении минералам, которые сами либо не обладают электронной проводимостью, либо встречаются в концентрациях, недостаточных для прямого обнаружения их по эффекту вызванной поляризации. Сюда относятся месторождения редких и благородных металлов, иногда месторождения бокситов, сурьмы и др.
Имеется сравнительно небольшой, но положительный опыт использования метода ВП для поисков месторождений магнетита (главным образом скарнового типа). Такое использование метода основано на присущей некоторым разновидностям магнетита электронной проводимости, а также на наличии в руде рассеянной сульфидной минерализации.
Наиболее интенсивные аномалии вызванной поляризации наблюдаются на месторождениях вкрапленных руд. То обстоятельство, что месторождения вкрапленных руд весьма неблагоприятны для применения других методов электроразведки, определяет ведущую роль метода ВП при поисках вкрапленных руд. Вместе с тем метод ВП используют для поисков массивных руд, особенно в тех случаях, когда они окружены ореолом вкрапленных.
Метод ВП — один из наиболее глубинных электроразведочных методов поисков рудных месторождений, что объясняется сравнительно низким уровнем аномалий-помех, вызванных поляризацией рудовмещающих и покровных отложений. В благоприятных условиях такой уровень не превышает 1—2%, его вариации — десятых долей процента. Устойчивость фоновых значений в этих условиях позволяет использовать метод ВП для поисков месторождений, аномалии от которых измеряются первыми единицами процентов.
Среди источников аномалий-помех, с которыми чаще всего приходится встречаться при работе методом ВП, наиболее существенными являются графитизированные и углефицированные породы, над которыми аномалии достигают иногда нескольких десятков процентов. К сожалению, графитизация рудовмещающих пород имеет достаточно широкое распространение. В связи с этим проблема выделения рудных аномалий среди аномалий, связанных с графитизированными породами, весьма актуальна.
В некоторых случаях метод ВП используют для решения геологоструктурных задач — картирования зон тектонических нарушений, контактов и других структурных элементов. Основанием для этого является наличие в породах рассеянных сульфидов, графита и магнетита.
Приложения к лабораторной работе
Рис. 1. План изоом
Рис. 2. План изолиний угла сдвига фазы