Естественные электрические поля и способы их наблюдения

Лабораторная работа

ОБРАБОТКА ДАННЫХ МЕТОДА ЕСТЕСТВЕННОГО
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И СПОСОБЫИХ НАБЛЮДЕНИЯ

В методе естественного электрического поля (ЕП) изучаются электрические поля, которые самопроизвольно образуются вслед­ствие происходящих в земной коре электрохимических, фильтра­ционных и диффузионных процессов и возникающих при этом электродвижущих сил.

Для наблюдения естественных полей используется измеритель­ная установка, состоящая из измерительного прибора (ЭЛЕКТРОТЕСТ-М, МЭРИ, ЭРА-МАКС, ЭРА-ДМ, СТРОБ-ВП и др.), специальных неполяризующихся электродов и сое­динительных проводов. Применяются установки двух типов: 1) для съемки потенциала; 2) для съемки градиента потенциала.

Монтажные схемы установок для исследования естественного электрического поля изображены на рис. 1. Монтаж установок заключается в подготовке неполяризующихся электродов, MN, намотке провода на катушку К, размотке провода и подготовке разъемных соединений на его концах.

Чаше всего используются неполяризующиеся электроды, пред­ставляющие собой сосуд (керамический или брезентовый), заполненный насыщенным раствором медного купороса (CuSО₄), в который вмонтирован медный стержень с отверстием для под­ключения соединительных проводов. Для одной установки подби­рают 4-5 неполяризующихся электродов, которые тщательно про­мывают дистиллированной водой. Медные стержни очищают тон­кой наждачной бумагой и при необходимости промывают в 10-15%-ном растворе азотной кислоты. Подготовленные таким обра­зом электроды заливают насыщенным химически чистым раство­ром медного купороса и бросают в них по несколько кристаллов медного купороса. После этого электроды нумеруют, помещают в пластмассовую или фаянсовую кювету и заливают их до полно­го покрытия раствором медного купороса. Клеммы электродов соединяют короткими проводами.

Для соединения электродов с измерительным прибором чаще всего применяются легкие провода вхлорвиниловой изоляции или специальные провода ГПСМПО. Длина провода при работе способом потенциала зависит от длины профиля.

Один конец провода длиной 3-4м припаивается к клеммам катушки, а второй заправляется в одноштырьковую вилку, при помощи которой подсоединяется к электроду М. Аналогично под­готавливается и второй провод. На провод наносят метки, рас­стояние между которыми равно шагу установки.

 

 

Рис. 1. Монтажные схемы измерительных установок в методе ЕП при работе способами потенциала (а) и градиента потенциала (б).

МГ – магистраль, ПР – профили, ПК – пикеты

 

При работе способом потенциала один электрод N остается неподвижным, а второй М перемещается по профилю. При работе способом градиента потенциала вся установка вместе с измери­тельным прибором постепенно перемещается по профилю. Катуш­ка с проводом в этом случае не используется.

Измерения способом потенциала выполняются в следующем порядке.

1. После того как смонтирована измерительная установка, из­меряют э. д. с. поляризации электродов. Для этого оба измери­тельных электрода устанавливают во влажную землю в несколь­ких сантиметрах друг от друга и фиксируют разность потенциа­лов ΔU, меняя местами электроды М и N. Затем вычисляют (в мВ) электродную поляризацию

Для работы выбирают такие пары неполяризующихся элек­тродов, у которых поляризация не превышает 1—2 мВ.

2. Электрод N заземляют в нулевой точке первого профиля (ПР1), а электрод М постепенно переставляют по точкам наблю­дения, начиная с первой, измеряя при этом разность потенциалов.

3. В полевой журнал записывают измеренную ΔU с учетом знака и наносят полученное значение на миллиметровую бумагу, т. е. строят полевой график. При этом нулевой точке профиля приписывают нулевой потенциал. Значения ΔU со знаком плюс откладывают вверх от нулевой линии (линии профиля), а со зна­ком минус — вниз от нее.

4. Проведя наблюдения до обоих концов профиля I, сматы­вают провод и при этом на каждой пятой (в аномальном поле) или десятой (в нормальном поле) точке делают повторные изме­рения. В момент, когда подвижный электрод возвращается к ну­левой точке профиля, повторно измеряют э.д.с. поляризации.

5. Подвижный, электрод М устанавливают на нулевую точку второго профиля (ПРII) и несколько раз измеряют разность по­тенциалов между профилями I и II.

6. Всю установку перемещают на второй профиль. Неподвиж­ный электрод N устанавливают на нулевой точке и производят аналогичные измерения. И так по всем профилям, на всем уча­стке.

Результаты наблюдений записывают в полевой журнал специ­альной формы.

При работе способом градиента потенциала наблюдения про­водят по замкнутым контурам, которые привязываются к точке с известным (принятым условно) значением потенциала. Вся изме­рительная установка при этом перемещается по профилю, причем приемные электроды могут перемещаться либо одновременно, либо с перестановкой заднего электрода N через два интервала. Вто­рой вариант более удобен, так как исключается необходимость введения поправки за электродную поляризацию, но при этом осо­бенно внимательно необходимо следите за знаком измеряемой разности потенциалов.

 

§2. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ПОЛЕВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ,
ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ЕСТЕСТВЕННОГО ПОЛЯ

Порядок обработки зависит от того, каким способом произво­дится съемка.

Способ потенциала

Документация и полевая обработка результатов наблюдений способом потенциала ведется в журнале (табл. 1).

Таблица 1

Журнал для записи наблюдений способом потенциала

Профиль II. Азимут 90°. Дата 14 июля 1978 г. Участок «Рудный». Начало наблю­дений 9 ч 30 мин. Электрод N на ОПК. ПРII. Конец наблюдений 17 ч 00 мин. Шаг 10 м. Погода солнечная, ветер.

Номер точки (пикет) стояния электрода М	ΔU, мВ	Е, мВ	Uв, мВ		Примечание
		1,4	-20
+1	-3		-23		Протекает ручей
+2	+2		+18

 

Оператор _____________ Вычислитель ______________ Проверил ______________

Графы 1, 2, 3, 6 табл. 1 заполняются в поле, а 4 и 5 — при камеральной обработке материалов. Графа 5 является запасной, для записи дополнительных сведений.

 

Обработка данных полевых наблюдений ведется_ в следующем порядке.

1. Определяют среднюю абсолютную погрешность по участку (δ_ср). Для этого вычисляют абсолютные погрешности на всех точках, где проводились повторные и контрольные измерения, как разность между основными и повторными (контрольными) на­блюдениями. Обычно это 5, 10, 15-я и т. д. точки:

δ₅=ΔU_осн5 – ΔU_повт5; δ₁₀=ΔU_осн10 – ΔU_повт10; и т.д.

Эта разность не должна превышать 5 мВ, но в отдельных точ­ках допускается 15 мВ. Средняя абсолютная погрешность вычисля­ется по формуле

,

где δ_i — абсолютная погрешность на отдельных точках;

i — число повторных и контрольных наблюдений.

Все значения абсолютных погрешностей (с указанием номеров точек) и δ_ср по участку вносятся в графу 6 журнала (см. табл. 1).

2. Вычисляют среднее значение разности потенциалов ΔU_ср между нулевыми точками профилей по результатам прямого и обратного ходов:

.

Расхождение между ΔU_ср и ранее замеренным ΔU не должно превышать утроенной величины средней абсолютной погрешности (3δ_ср). Вычисленные ΔU_ср записывают в графу 2 журнала против нулевых точек соответствующих профилей.

3. Вычисляют по данным увязочных ходов значения потенциа­лов нулевых точек всех профилей по отношению к начальной точке съемки и вписывают их в графу 4 журнала. За начальную точку съемки обычно берут нулевую точку профиля I, хотя можно взять любую другую точку: U₀₁₁ = U₀₁ + ΔU_ср и т. д.

4. Вычисляют потенциалы точек наблюдений по каждому про­филю, для чего к значению потенциала на нулевой точке данного профиля прибавляют (алгебраически) ΔU между нулевой и первой точками, между нулевой и второй точками и т. д., т. е. U₀₍₁₎=U₀₍₀₎+ΔU_0;1; U₀₍₂₎=U₀₍₀₎+ΔU_0;2 и т.д.

Результаты съемки в методе ЕП изображаются в виде карт-графиков потенциала (рис. 2) или листов графиков потенциала. Различаются они тем, что на картах графиков расстояние между профилями дается в масштабе, а на листах графиков оно берется произвольно, но так, чтобы графики соседних профилей не пере­секались.

Когда результаты работ необходимо представить в схематизи­рованном виде, строят карты изолиний потенциала (рис. 3). Сече­ние изолиний выбирают в зависимости от интенсивности поля.

При построении карт и графиков необходимо обращать вни­мание на выбор масштаба. Горизонтальный масштаб обычно соответствует масштабу съемки. Вертикальные масштабы рекомен­дуются следующие: в 1 см 20 мВ для спокойных полей и в 1 см 100 мВ для аномальных полей.

На графики потенциала должны наноситься данные всех на­блюдений: основных (точками), контрольных (крестиками), по­вторных (треугольниками). Кривая проводится через значения основных наблюдений.

Карты графиков и изолиний потенциала для наглядности раскрашиваются (отрицательные поля — красным цветом, положи­тельные—синим) или дается соответствующая штриховка.

Рис. 2. Пример построения карты графиков U₀

 

Рис. 3. Пример построения карты изолиний U₀ (в мВ).

 

На основе анализа графиков и карт, с учетом данных. Других методов, составляются карты геологических результатов работ, на которых задают дальнейшие детальные исследования и определяют места заложения скважин проверочного бурения.

 

ЗАДАНИЕ № 1

 

На участке «Рудный» по семи профилям была произведена съемка способом потенциала метода ЕП с целью поисков месторождений медных руд. Масштаб съемки 1:10 000, сеть наблюдений 100 х 25 м. Азимут профилей 90°. Данные увязочных ходов, которые проводились по нулевым точкам профилей способом потенциала, приведены в табл.2, результаты наблюдений по рядовым профилям — в табл. 3.

Таблица 2

Результаты наблюдений увязочных ходов

Точка стояния электрода М	Разность потенциалов между нулевыми точками, мВ	Потенциалы нулевых точек по профилям, мВ
Прямой ход	Обратный ход	Среднее значение
01	-	-	-
02	-84,0	-76,0	-80,0	-80,0
03	-118,0	-112,0	-115,0	-115,0
04	-46,0	-38,0	-42,0	-42,0
05	-42,0	-38,0	-40,0	-40,0
06	-13,0	-17,0	-15,0	-15,0
07	+17,0	+13,0	+15,0	+15,0

 

При расчетах потенциал нулевой точки профиля I принят равным нулю (U₀₁=0).

Произвести обработку полевых наблюдений:

1) вычислить среднюю абсолютную погрешность наблюдения по участку (δср);

2) вычислить на нулевых точках потенциалы (на всех профилях);

3) вычислить потенциалы всех точек наблюдений по всем профилям;

4) построить карту графиков потенциала ЕП: горизонтальный масштаб – в 1 см 50 м, вертикальный – в 1 см 50 мВ;

5) построить карту изолиний потенциала ЕП в масштабе 1:5000, сечение изолиний через 25 мВ;

6) раскрасить карты.

 

Таблица 3

Результаты измерений ΔU, мВ

Номер точки стояния электрода М	Профили
I	II	III	IV	V	VI	VII
		-7		-3	-2		-10
		-10					-5
		-10
		-8
		-3
-1		-1
-2		-5
-3		-5
-4		-10
-5		-5
-6		-2
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-15
-10
-5		-8