Зйомка ізоліній потенціалу
КОЛЕДЖ ГЕОЛОГОРОЗВІДУВАЛЬНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЛАБОРАТОРІЯ ЕЛЕКТРОРОЗВІДКИ
Методика геофізичних досліджень
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА
Методика досліджень методом зарядженого тіла для рішення гідрогеологічних задач
Київ 2013
Лабораторна робота
Методика досліджень методом зарядженого тіла
Для рішення гідрогеологічних задач
Мета роботи: Засвоєння методичних прийомів дослідження електричного поля зарядженого тіла на прикладі вирішення гідрогеологічної задачі: дослідження динаміки підземних вод.
Результати роботи: За аналізом результатів польових спостережень визначити швидкість і напрям підземного потоку:
1. Обробити данні польового журналу.
2. Побудувати cхему зміщення ізолінії потенціалу електричного поля при повторних зйомках.
3. Визначити швидкість потоку підземних вод та його напрям.
4. Побудувати графік залежності швидкості (V) від часу (t).
5. Представити опорну сітку для спостерігань еквіпотенціальних ліній, позначити на ній місце заземлення нерухомого електроду N.
6. Представити рисунок модель розрізу з монтажною схемою установки для вивчення руху підземних вод та надати перелік апаратури та обладнання.
7. Визначити технічні характеристики апаратури та устаткування.
8. Дати висновок результатів виконаної лабораторної роботи.
Теоретичні відомості.
Метод зарядженого тіла (МЗТ) застосовують на етапі пошуково-розвідувальних робіт за умови, що пошуковий об’єкт має значно більшу питому електропровідність в порівнянні із вміщуючим середовищем.
Для рудних геологічних об’єктів, цим методом можна оцінити розміри об’єкта досліджень, елементи залягання, виявити наявність зв’язку між окремими рудними покладами, що розкриті різними гірничими виробками. Для гідрогеології можна визначити швидкість і напрям руху підземних вод.
Для виконання гідрогеологічної задачі - визначення напряму і швидкості руху підземного потоку води, до глибини 100 м, застосовують модифікацію ізоліній потенціалу.
Звичайні способи рішення цієї задачі потребують наявності декількох свердловин, з яких одна буде використана для завантаження індикатора руху підземного потоку, а інші - для його виявлення.
Методом зарядженого тіла швидкість і напрямок потоку можна визначити використавши одну свердловину. Рис. 1 ілюструє суть способу вивчення динаміки підземних вод. У свердловину, що розкрила водоносний горизонт, опускають у пористому мішку або засипають добре розчинну сіль (поварену сіль або хлористий амоній). Підземний потік буде виносити розчин солі за напрямком свого руху. Оскільки сольовий ореол має кращу електропровідність, ніж природна вода в пласті, то цей ореол поширення у водоносному горизонті можна простежити на денній поверхні методом зарядженого тіла (МЗТ).
Для цього живильний електрод А опускають в свердловину до середини водоносного пласта; друге заземлення В відносять на «нескінченність».
На денній поверхні вивчають електричне поле зануреного в свердловину електрода А за ізолініями потенціалу. Якщо свердловина пробурена до відносно однорідних в горизонтальному напрямку породах, ізолінії будуть близькі за формою до окружностей із центром біля устя свердловини (дивись Рис. 2).
Рис. 1. Електричне поле навколо зарядженого сольового ореола.
Якщо через деякий час після засипання солі в свердловину, повторно прослідкувати еквіпотенціальні лінії, то можна помітити, що їх форма зміниться ‑ з окружностей вони перетворяться в овальні криві, які видовжені в бік течії підземних вод. Еквіпотенціальні поверхні навколо зарядженого сольового ореола за формою повторюють цей ореол. На денній поверхні буде проекція сольового ореола (дивись Рис. 2).
Рис. 2. Ізолінії потенціалу (а) і графік залежності зміщення ΔR, (м) ізоліній (б) вздовж напрямку руху підземних вод з часом спостерігання МЗТ.
Із часом розміри сольового ореола збільшуються, передній край його видовжується і рухається зі швидкістю руху підземного потоку води. Еквіпотенціальні лінії, визначені на денній поверхні, витягаються в сторону потоку із швидкістю, що дорівнює швидкості переміщення електроліту (розчин солі).
Обробка польового матеріалу складається із операцій:
- побудова ізоліній потенціалу;
- визначення максимального зміщення ізоліній;
- визначення азимуту зміщення ізоліній;
- побудова графіків для визначення швидкості потоку, відповідно методичних рекомендацій;
- визнання швидкості підземного потоку.
Методика роботи МЗТ.
Для зйомки ізоліній над зарядженим сольовим ореолом може бути використана установка (Рис. 3), яка застосовується для робіт у методі зарядженого тіла на постійному або змінному струмі. Роботи з вивчення динаміки підземних вод методом зарядженого тіла виконують в комплексі з роботами методу опору. Для простежування ізоліній використовують комплект устаткування, що і для роботи методом опору.
Рис. 3. Монтажна схема установки для вивчення динаміки підземних вод.
Для цього живильний електрод А опускають в свердловину до середини водоносного пласта; друге заземлення В відносять на відстань приблизно в 10-15 раз більшу ніж глибина занурення електрода (А). Заземлення В для зменшення його опору заземлюють, по можливості, у вологому місці. Воно може складатися із декількох стрижневих електродів (дивись Рис. № 3).
Для недопущення нещасливих випадків – враження струмом, місце заземлення В позначають попереджувальними знаками (червоними прапорцями, попереджувальними написами і т. п.).
Сіль завантажують в свердловину до рівня водоносного пласта.
Електрод А, призначений для зарядки сольового ореола, конструктивно поєднується із пристосуванням для завантаження свердловини сіллю.
З пористого матеріалу (наприклад з мішковини) виготовляється вузький мішок, діаметр якого менше діаметра свердловини, а довжина –
0,5-1 м. У цей мішок засипається сіль і поміщається оголена частина проводу, який припаяний до свинцевої пластини. Електрод А опускають в свердловину на каротажному кабелі або проводі типу ГПСМП. Мішок з пористої тканини захищений зовні чохлом із щільного брезенту. До нижнього кінця електрода у випадку потреби прикріплюється вантаж, що полегшує спуск електрода (снаряда) в свердловину до середини водоносного пласта. Як джерело, що забезпечує необхідну силу струму, використовують стабілізовані генераторні установки, батареї сухих елементів або батареї акумуляторів. Від’ємний полюс джерела живлення завжди підключається до електрода А, що зануреного в свердловину, цим забезпечується одноманітність значення виміру потенціалу на денній поверхні.
Вимірювальний ланцюг складається із двох вимірювальних електродів М і N і проводів, що з'єднують ці електроди з вимірювачем. Довжина сполучних проводів береться така, щоб було можна робити зйомку ізоліній при незмінному положенні електрода N приймального ланцюга. Електроди MN, коли застосовують постійний струм виготовляють із латуні або міді, (називають їх шпильками) або щупами.
Опір ланцюга MN повинен бути не більше 5-10 кОм. Коли цей опір більше, треба, або глибше забивати шпильки, або збільшувати їх число. У вимірювачі використається, вмикач струму й компенсатор поляризації. Застосовують прилади, якими можна виміряти різницю потенціалів між електродами NM (∆U) (наприклад: автокомпенсатор).
Перед польовими вимірами проводиться технологічні операції (підготовча робота) опорної топографічної мережі;біля свердловин - виготовлення електрометричних ліній; перевірка роботи апаратури, підготовка польової документації.
Опорна мережа являє собою систему променевих профілів із центром біля устя свердловини (дивись Рис. 2 (а)). Кількість променів, залежно від необхідної детальності робіт, коливається від 4 до 8. Промені розмічаються пікетами через 5 -10 м. Нумеруються пікети від устя свердловини.
Вся установка розташовується так, щоб батареї або генератор струму й вимірювальний прилад монтувалися біля устя свердловини (дивись Рис. 3, 4).
Безпосередньо після завантаження солі в свердловину виконується зйомка ізоліній нормального поля. У випадку не обсадженої свердловини радіус ізоліній береться рівним 1,5-2 - кратної, а у випадку обсадженої свердловини 2-3 - кратній глибині до водоносного горизонту. Еквіпотенціальні лінії (ізолінії нормального поля), визначені до введення солі або в той же час, коли «засолюється» свердловина, називаються базисними ізолініями.
Зйомка ізоліній виконується безперервно або періодично (визначається апаратурними можливостями) при постійному положенні електроду N і без перервному додаванні солі в свердловину. Періодичну зйомку виконують в умовах не великих швидкостей (до 1-2 м/добу). Період визначення ізоліній від декількох годин до декількох діб.
Зйомка ізоліній потенціалу.
Рис. 4. Схема установки та визначення ізоліній потенціалу (а), графік залежності зміщення ΔR, (м) ізолінії за час (∆t)між вимірами (б).
Електрод N вимірювального ланцюга установлюється на промені, спрямованому протилежно прогнозованому напрямку потоку (див Рис.5). Відстань від устя свердловини до електрода N визначає радіус першої ізолінії. Відстань від устя свердловини до першої ізолінії (радіус ізоліній) варто брати рівним 1,5h і 2h для не обсадженої свердловини, а для обсадженої 2h і 3h, де h - глибина до водоносного горизонту.
Рис. 5. Схема розміщення електрод N.
Другий електрод М розміщується в різних точках сусіднього променя. Визначається також точка, де різниця потенціалів між електродами MN буде дорівнювати нулю. При кожному положенні електрода М на цьому промені оператор стежить за рухом стрілки гальванометра приладу при натисканні на вмикач струму в лінію АВ. Відхилення стрілки свідчить про те, що між вимірювальними електродами MN є різниця потенціалів, тобто що вони перебувають на різних ізолініях.
Завдання оператора полягає в тому, щоб знайти таке положення електрода М, при якому стрілка гальванометра не реагує на замикання струмового ланцюга. Коли стрілка приладу не реагує то електроди МN знаходяться на одній еквіпотенціальній лінії. Після того як знайдена точка ізолінії на одному промені, вимірювальний електрод М переноситься на сусідній промінь. Спостереження ізолінії на інших променях визначається аналогічним способом.
Одночасно виконується топографічна зйомка ізоліній, визначаються довжини відстаней від устя свердловини до точок M ізолінії на променях та їх координати. При цьому точки М на променях де ΔU=0 фіксуються пікетами до них визначається відстань від устя свердловин .
Використовуючи CPS виконують відповідні технологічні операції.
Результати вимірів записуються в журнал, форма якого наведена нижче. У графі «примітки» подається схема розташування променів відносно сторін світу, положення нерухомого електрода та кількість солі, завантаженої в свердловину (Рис. 5). У полі за виміряними відстанями, ізолінії необхідно нанести на план.
Повторна зйомка ізоліній виконується аналогічним чином. При цьому точка розміщення нерухомого електрода N залишається не змінною. Проміжки часу між першою й наступною зйомками ізоліній приймаються більшими, чим менше швидкість потоку, і коливаються від одиниць до десятків годин.
Для обліку впливу радіуса ізоліній на одержувані результати бажано одночасно стежити за поведінкою ізоліній двох радіусів. Досвід показує, що радіус ізоліній варто брати рівним 1,5h і 2h у не обсаджених свердловинах, а в обсаджених 2h і 3h, де h - глибина до водоносного горизонту. З метою економії часу зйомку ізолінії одного радіуса роблять у проміжок часу між зйомками ізоліній іншого радіуса.
У процесі зйомки необхідно спостерігати за тим, щоб сіль в свердловині не розчинилася повністю. Періодично потрібно додавати сіль в пористий мішок. Для цього мішок із сіллю підвішують на ваги й стежать за зміною його маси.