- метод электроразведки, основанный на изучении локальных естественных электрических полей, образующихся в земной коре вследствие происходящих в ней различных физических и химических процессов. Установлена связь наблюдаемых естественных электрических полей с некоторыми типами месторождений полезных ископаемых, а также с определенными горными породами и гидрогеологическими процессами.
Лучшие результаты дает при поисках сульфидных месторождений, графита, картировании пиритизированных и графитизированных пород. Применяется на стадии поисково-съемочных и детализационных работ в масштабах 1:50000 и крупнее. Глубинность метода до 100 м. Для производства работ разбивается прямоугольная сеть наблюдений. Точки измерения располагаются по прямолинейным маршрутам вкрест простирания рудных тел и комплексов пород.
Густота точек выбирается в зависимости от размеров рудных тел и характера решаемых
задач. В каждой точке с помощью электроразведочного потенциометра ЭП-1 или электронного
стрелочного компенсатора ЭСК-1 измеряется потенциал или градиент потенциала электрического поля. Для устройства заземлений используются неполяризующиеся электроды. Результаты измерений представляются в виде графиков изменения
потенциала вдоль маршрута и карт равных значений потенциала. Существенно искажают
результаты метода ЕП блуждающие токи в земле, возбуждаемые промышленными электрическими
установками, расположенными вблизи участка работ. Помехи могут быть созданы
также интенсивными естественными электрическими полями, вызванными фильтрацией
вод в горных породах, диффузией водных растворов и др. Существуют специальные
способы борьбы с помехами, в ряде случаев позволяющие снизить их уровень или
же учесть их влияние при обработке материалов. М. Г. Илаев.
Метод естественного поля (ЕП)
основан на изучении естественных посто-янных электрических полей. К постоянным относят поля с периодом до 1 Гц. Термин «естественный» означает здесь, что поле не создается внешним контролируемым источником.
Постоянные поля возникают в ходе окислительно-восстановительных (ОВ), фильтрационных и диффузионно-адсорбционных (ДА) процессов в геологическом разрезе. Регистрация этих полей является целью работ методом ЕП, а геологиче-ское истолкование параметров источников этих полей - целью интерпретации дан-ных метода ЕП. На тех же частотах существуют поля источников помех метода ЕП - магнитотеллурические поля, поля блуждающих токов и токов катодной защиты.
Сайт лаборатории электроразведки кафедры геофизики Геологического ф-та МГУ им. М.ВА.Ломоносова
Физические основы метода ЕП
Механизм образования окислительно-восстановительных потенциалов
Электрическое поле ОВ-происхождения возникает при разделении зарядов в ходе окисления вещества. Окисляющийся объект является гальваническим элемен-том, для возникновения которого необходимы:
1) контакт проводников с различными типами проводимости (электронным и ионным) и
2) различие ОВ-условий в различ-ных местах контакта этих проводников.
В геологическом разрезе условия для образования гальванического элемента возникают на телах из минералов с электронной проводимостью (сульфиды, графит и уголь-антрацит), если эти тела находятся в водонасыщенных породах с ионной проводимостью. Изменение ОВ-условий на контакте электронного проводника и вмещающей среды связано с уменьшением содержания кислорода с глубиной.
В верхней части электронного проводника складывается окислительная обстановка, а в нижней - восстановительная. Окисление вещества представляет собой уход электронов (отрицательных зарядов) из кристаллической решетки, и в верхней части тела на внешней стороне контакта накапливается отрицательный заряд, а на внутренней - положительный. На нижней стороне происходит восстанов-ление (поглощение электронов), и на контакте с внешней стороны накапливается положительный заряд. Процесс идет непрерывно, происходит устойчивое разделение зарядов, и электрическое поле существует долгое время.
Фильтрационный механизм возникновения ЕП. I - двойной электрический слой, II - прочно связанная вода, III - рыхло связанная вода.
Поля фильтрационного происхождения возникают в ходе разделения зарядов при смещении носителей заряда потоком воды при фильтрации через пористую среду. Для возникновения фильтрационного поля необходимы:
1) контакт веществ в твердой и жидкой фазе,
2) поток жидкости (градиент давления) в среде и
3) пористая структура твердой фазы.
Фильтрационные поля возникают в напорных водоносных слоях. На стенках пор скелета породы, представленного в значительной степени силикатными мине-ралами образуется двойной электрический слой. Катионы (положительные ионы) кристаллической решетки силикатов по размеру больше анионов и поэтому выходят на поверхность. Из-за этого молекулы воды, в которых положительные ио-ны водорода и отрицательные ионы кислорода образуют электрический диполь, притягиваются к стенке поры отрицательными полюсами, образуя слой сильно связанной воды. При этом катионы смещаются в сторону жидкой фазы, не теряя связи с кристаллической решеткой. К слою сильно связанной воды притягиваются другие молекулы воды, образуя слой рыхло связанной воды, в котором молекулы сохраня-ют некоторую подвижность. Молекулы воды при этом ориентируются положитель-ными ионами внутрь поры.
Поток жидкости сдвигает рыхло связанную воду как целое вдоль поры. На выходе из поры возникает избыток катионов (положительный заряд), а на входе - их недостаток (отрицательный заряд). Движение в порах ламинарное, жидкость - вязкая, и скорость потока максимальна по оси поры. Диаметр поры должен позволять образование рыхло связанной воды в области высоких скоростей потока. При постоянном потоке разделение зарядов устойчиво, и поле существует долгое время.
Поля ДА-происхождения возникают в водонасыщенной пористой среде при разделении зарядов за счет различной подвижности ионов электролита различного знака и их различного взаимодействия с двойным электрическим слоем. Для возникновения ДА-поля необходимы:
1) контакт веществ в твердой и жидкой фазе,
2) жидкая фаза в виде раствора электролита и
3) пористая структура твердой фазы.
При локальном изменении минерализации (концентрации электролита) в жидкости начинается процесс диффузии - выравнивания минерализации за счет пере-распределения ионов. Катионы имеют большую подвижность, чем анионы, поэтому покидают область высокой минерализации быстрее. В пористой среде на дальних от этой области концах пор образуется избыток катионов (положительных зарядов), а вблизи нее - избыток анионов (отрицательных зарядов). Кроме диффузии в среде происходит адсорбция анионов, которые притягиваются к двойному электрическому слою. Для возникновения ДА-поля в середине поры должно быть некоторое пространство, не занятое связанной водой.
[Сайт лаборатории электроразведки кафедры геофизики Геологического ф-та МГУ им. М.ВА.Ломоносова]
Области применения метода естественного поля
Геологические и инженерно-геологические задачи, решаемые методом ЕП, определяются происхождением поля. ОВ-поля возникают на залежах сульфидных руд и каменного угля-антрацита, в зонах пиритизации и графитизации, а также при коррозии металла в грунте. Интенсивные фильтрационные поля возникают в горной местности и в областях питания и разгрузки водоемов, в том числе - в местах развития карстовых явлений, и при фильтрации воды через земляные плотины. ДА-поля из-за низкой интенсивности заметны чаще при каротаже скважин на терригенных пластах.
Метод ЕП применяется для решения следующих задач:
1) поиск и разведка месторождений сульфидных руд и месторождений каменного угля;
2) геологическое картирование тектонических границ;
3) поиск и разведка месторождений подземных вод;
4) поиск областей питания и разгрузки водоемов;
1) поиск мест карстово-суффозионных процессов;
2) мониторинг состояния плотин;
1) поиск мест коррозии металла;
2) поиск наруше-ний гидроизоляции объектов, находящихся под катодной защитой.
Метод ЕП обычно входит в состав комплекса геофизических методов.
Неполяризующийся электрод конструкции ВИРГ
В полевых работах методом ЕП используется аппаратура для измерений на частотах до 1 Гц с входным сопротивлением не менее 1МОм.
Металлические электроды в методе ЕП не используют из-за окисления последних в грунте. При этом возникает значительная (до 1В) электродная разность потенциалов DUэлектродов, не связанная с процессами в разрезе.
Для заземления используют неполяризующиеся электроды конструкции ВИРГ. Контакт с разрезом осуществляется через пористую стенку сосуда с электролитом. Измеритель подсоединяется к электроду через медный стержень, погруженный в насыщенный раствор сульфата меди, что обеспечивает малую интенсивность ОВ-реакций, то есть малую DUэлектродов.
Сайт лаборатории электроразведки кафедры геофизики Геологического ф-та МГУ им. М.ВА.Ломоносова
См также:
Источник:
Литература
- Семенов А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля.- 3-е изд. перераб. и доп.-Л.Недра,1980.-446 с.
- Инструкция по электроразведке: Наземная электроразведка, скважинная электроразведка, шахтно-рудничная электроразведка, аэроэлектроразведка, морская электроразведка/М-во геологии СССР.-Л.:1984.-352 с.
Статья
Обсуждение
