Материал: Методы геофизической разведки

Конструктивно магнитометр ММП-203 выполнен в виде двух раздельных блоков (рис.3): магнитоизмерительного преобразователя и измерительного пульта, в нижней части которого имеется специальный отсек для размещения батареи сухих элементов. При работе в зимнее время батарея переносится в поясной подсумке, закрепленной под верхней одеждой оператора.

Рис. 3. Магнитометр ММП-203

-магнитоизмерительный преобразователь (МИП); 2-измерительный пульт; 3-кассета

Основные технические характеристики.

Диапазон измерения, нТл               20000-100000

Систематическая погрешность абсолютных

измерений, нТл                   не более 2,5

Быстродействие одного измерения, с          не более 3

Диапазон рабочих температур, ^о С             -3050

Масса рабочего комплекта, кг                6

Источник питания магнитометра ММП-203 - батарея сухих элементов напряжением 133В, обеспечивающая в нормальных условиях не менее 3000 измерений; готовность к работе - сразу же после выключения; регистрация информации осуществляется по цифровому табло. Обслуживает магнитометр один оператор.

В комплект магнитометра входит: магнитоизмерительный преобразователь; измерительный блок; штанга; ранцевая подвеска; кассета; комплект ЗИП с сопроводительной документацией; ящик укладочный.

Управление магнитометром осуществляется с помощью одной ручки, расположенной на лицевой панели измерительного блока и совмещающей в себе функции тумблера включения питания, переключателя рабочих поддиапазонов и пусковой кнопки. Включение и выбор рабочего диапазона осуществляется поворотом ручки, а пуск - кратковременным нажатием.

При подаче импульса «ПУСК» коммутатор подключает обметку МИП к источнику питания, обеспечивая тем самым поляризацию рабочего вещества. Одновременно с этим включается стабилизатор напряжения, питающий все электронные узлы магнитометра. Цикл поляризации заканчивается через 1,5с после отпускания пусковой кнопки. Через время задержки (160мс), необходимое для затухания переходных процессов и вхождения в режим захвата умножителя частоты, происходит пуск частотомера и по истечению времени (примерно 0,36699 с) на табло фиксируется значение измеряемого магнитного поля. После затухания сигнала прецессии до определенного уровня выключается стабилизатор напряжения, и магнитометр переходит в режим экономичного питания с общим потреблением около 2 мА.

Помимо значения магнитного поля, на табло индуцируется длительность сигнала знаком «С» и состояние батарейного источника питания. При уменьшении рабочего напряжения ниже 10 В высвечивается знак «-».

4.1.3 Измерение магнитной восприимчивости

.1.3.1 Методика полевых работ

Измерение магнитной восприимчивости проводилось также на участке №2, на котором были разбиты три профиля длиной 50 метров, расстояние между ними 3 метра. Схема профилей представлена на рисунке № 1.

Этот метод проводился с помощью прибора ПИМВ-М. Прислоняли прибор к земле и по профилю через каждые 2 метра делали замеры магнитной восприимчивости. Единица измерения 10^-5 СГС. Каждое двадцатое значение являлось контрольным. Результаты измерений заносились в полевой журнал в текстовом приложении №2.

.1.3.2 Применяемая аппаратура

В ходе измерения магнитной восприимчивости применялся измеритель магнитной восприимчивости ПИМВ-М.

Индукционный метод измерения магнитной восприимчивости горных пород в переменном магнитном поле основан на том, что при внесении магнитной среды или образца в рабочую область датчика (катушек, питаемых переменным током) изменяется поток магнитной индукции или индуктивные параметры катушек.

Достоинство индукционного метода состоит в том, что он позволяет измерять х горных пород непосредственно. Остаточная намагниченность не оказывает влияния на результаты измерений.

Для измерения / используются приборы двух типов: полевые (ИМВ-2, КТ-3, КТ-5 и ПИМВ) и лабораторные (KLY-1, KLY-2). Принцип работы этих приборов следующий. Если расположить на концах Н-образного сердечника из листового пермаллоя 1 две пары одинаковых возбуждающих катушек 2, питаемых током I различного направления (рис. 5), то в индикаторной индукционной катушке 3, находящейся на перемычке магнитопровода, магнитный поток будет практически отсутствовать. При замыкании верхних концов магнитопровода образцом породы 4 магнитный поток, созданный верхними катушками, изменится в соответствии с магнитной восприимчивостью х образца породы.

Рис. 4. Схема действия дифференциального магнитного моста измерителя магнитной восприимчивости

Возбуждающие катушки прибора питаются от генератора переменного тока заданной частоты f, который генерирует в индикаторной катушке ЭДС(е), пропорциональные магнитному потоку Ф (рис.6).

Рис. 5. Блок-схема измерителя магнитной восприимчивости

При наложении на верхние концы дифференциального магнитного моста образца породы происходит изменение во времени магнитного потока дФ/дф, что приводит к изменению величины ЭДС на - Де, в связи с чем

,

где С - постоянная прибора.

Накладывая последовательно образцы определенной формы и размеров с известной х₀ и неизвестной х^’ величинами магнитной восприимчивости, будем иметь

,

откуда

где n и n₀ - числа делений, на которые отклоняется стрелка прибора с образцом к эталоном на магнитопроводе.

Величина измеренной магнитной восприимчивости х’ связана с истинным ее значением зависимостью следующего вида

где N_Б - баллистический коэффициент размагничивания, величина которого зависит от типа установки, формы образца и параметров датчика магнитного поля. Коэффициент N_Б определяется экспериментально по данным измерений х’ материалов с высокой и известной магнитной восприимчивостью х.

Из отечественных приборов измерения магнитной восприимчивости наиболее современным является переносной измеритель магнитной восприимчивости (ПИМВ) Прибор имеет встроенный микропроцессор, который позволяет производить автоматическое вычисление средних значений магнитной восприимчивости по выборкам, включающим до 16 отсчетов, и автоматическое введение поправочных коэффициентов на влияние размеров образцов горных пород, в частности диаметра керна. Допустимая погрешность измерений ПИМВ находятся в диапазоне 1*10^-5 - 1,0 ед. СИ (не более 10%). В учебных и производственных условиях допускается применение приборов более ранних разработок.

Перед использованием приборы должны быть проэталонированы, т. е. должен быть выполнен их метрологический контроль. После эталонировки выполняют массовые измерения на образцах (в лаборатории или в керно-хранилшцах) или непосредственно на обнажениях (в горны* выработках, карьерах и др).

.2 Электроразведка

.2.1 Предпосылки применения электроразведочных методов

Электроразведка применяется для решения практически всех задач, при которых используются геофизические методы.

В частности, с помощью естественных переменных полей солнечно-космического происхождения разведываются земные недра на глубинах до 500 км и ведется изучение таких геосфер, как осадочная толща, кристаллические породы, земная кора, верхняя мантия. Электромагнитные зондирования используются при глубинных и структурных исследованиях, поисках нефти и газа.

Электромагнитные профилирования применяются при картировочно-поисковых съемках, поисках рудных и нерудных полезных ископаемых. Объемные методы применяются при разведке месторождений. Малоглубинные электромагнитные зондирования и профилирования используются при инженерных и экологических исследованиях.

По технологии и месту проведения работ различают аэрокосмические, полевые (наземные), акваториальные (или аквальные, водные, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные) и скважинные (межскважинные) методы электроразведки.

.2.2 Метод срединного градиента

.2.2.1 Методика полевых работ

Электроразведочное профилирование методом срединного градиента проводилось на территории ЮРГПУ на участке №2, на котором были разбиты дополнительно три профиля длиной 10 метров, расстояние между ним 5 метров. Схема профилей представлена на рисунке №6.

Метод срединного градиента проводился с помощью электро-разведочной аппаратуры Эра-В-Знак, питающая линия AB = 60 метров и располагалась перпендикулярно разбитым профилям. Таким образом составлена глубинность профилирования: h = 1/4*AB = 15 м. Шаг по профилю равнялся длине измерительной линии MN = 1 метр.

На каждом профиле выполнялись контрольные измерения (5, 8 м.). ДU измеряется в милливольтах. Результаты измерения значений разности потенциалов представлено в текстовом приложении №3.

Рис.6 План участка №2

.2.2.2 Применяемая аппаратура

В ходе метода срединного градиента применялся прибор Эра-В-Знак.

Аппаратура предназначена для проведения электроразведочных работ на частотах 4.88, 625 Гц и постоянном токе методами сопротивлений, заряда, естественного постоянного электрического поля, методами электромаг-нитного профилирования и зондирования.

Аппаратура применяется для решения следующих геологических и инженерных задач:

поиск и разведка месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых (черные, цветные, редкие металлы, алмазы, графит, уголь, строительные материалы и др.);

геологическое картирование пород и структур;

поиски подземных вод, гидрогеология;

инженерные изыскания при проектировании и эксплуатации наземных и подземных сооружении (фундаменты зданий, гидротехника, трубопроводы, железные и шоссейные дороги, линии электропередач, связи и др.);

археология.

На частоте 625 Гц аппаратура дополнительно обеспечивает возможность выполнения наблюдений с незаземленными рабочими линиями при любом типе поверхностного покрова - каменные осыпи (курумы), скальный и мерзлый грунт, сухие пески, снежно-ледовый покров, асфальтовые и бетонные покрытия.

На всех рабочих частотах (0, 4.88, 625 Гц) при хороших условиях заземлений могут использоваться обычные стальные и латунные электроды. В условиях плохих заземлений универсальность аппаратуры в отношении типа поверхностного покрова достигается тремя способами.

Первый способ (рабочая частота 625 Гц) рассчитан на применение точечных активных приемных электродов с очень высоким входным импедансом. Благодаря таким электродам, наблюдения о линией MN становятся возможными практически при любом типе поверхностного покрова при сохранении обычной методики измерений.

1 - зарядное устройство; 2 - генератор "0, 4.88 Гц; 3 - генератор "625 Гц"; 4 - катушка; 5 - измерители аппаратуры; 6 - аккумуляторные блоки, 7 - электрод неполяризующийся; 8 - электрод приемный; 9 - электрод стальной; 10 - электрод латунный.

Рис. 7. Общий вид аппаратуры (без согласующих устройств)

Второй способ (рабочая частота 625 Гц) состоит в использовании емкостных незаземленных линейных электродов, стелющихся по земле. Электроды (отрезки изолированного провода) не имеют гальванического контакта с землей и могут быть как приемными, так и питающими. Применение таких электродов позволяет вдвое, сократить состав электроразведочной бригады.

Третий способ (рабочая частота 625 Гц) состоит в векторных измерениях электрического поля, в том числе наблюдении вертикальной составляющей поля в воздухе, с помощью телескопической активной электрической антенны о действующей длиной (0.5-1.2) м.;

.3 Радиометрия

.3.1 Предпосылки применения радиационных методов разведки

Радиометрия - метод разведочной геофизики изучающий объемное распределение и геохимическое поведение естественных и искусственных радионуклидов в пределах техносферы с помощью радиометрических методов разведки. А также радиометрия занимаетсяся исследованиями строения земной коры физическими методами с целью поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.

При геологическом картировании в обязательном порядке проводится гамма съемка, сопровождающая геологический маршрут. Когда проводятся поиски радиоактивного сырья, поиски фосфорных месторождений, которые сопровождаются повышенной радиоактивностью. Повышенная радиоактивность является следствием загрязнения радионуклидами залежей фосфора. Радиометрия используется в основном в поисках урана, тория и других видов радиоактивного сырья. Естественное рассеяние радионуклидов горных пород является основой проведения радиометрии на местности. При помощи гамма аномалии можно выявлять и разделять различного рода эффузивные породы от осадочных пород, а так же интрузивного рода пород. Применение радиометрии: поиск радиоактивных элементов и литологическое расчленение, которые являются обязательной предпосылкой проведения гамма съемки.

.3.2 Методика гамма-съемки

Радиационная полевая гамма-съёмка проводилась на территории ЮРГПУ на участке №2, на котором были разбиты три профиля длиной 50 метров, расстояние между ними 3 метра. Схема профилей представлена на рисунке № 1.

Данный метод проводился с помощью аппарата СРП-88. Единица измерения - пА/кг. С помощью прибора через каждые 2 метра делали замер мощности экспозиционной дозы гамма излучения, и записывали полученные данные в полевой журнал, а также через каждые 10 метров делали контрольные замеры, а также на нулевой точке первого профиля произвели фоновый замер.

Результаты измерений заносились в полевой журнал в текстовом приложении №4.

.3.3 Применяемая аппаратура

В ходе гамма-съёмки применялся полевой радиометр СРП-88.

Прибор геолого-разведочный сцинтилляционный СРП-88 предназначен для измерений радиоактивности горных пород и руд при геолого-разведочных работах и мощности экспозиционной дозы g-излучения на поверхности горных пород и в искусственных обнажениях. Помимо штатного применения прибор может быть широко использован для контроля окружающей среды, в том числе на АЭС и прилегающих территориях.

Прибор выполнен в виброустойчивом, ударопрочном и герметичном исполнении.

Прибор СРП-88 измеряет поток g-излучений как среднюю частоту импульсов в диапазонах: 0-100, 0-300, 0-1000, 0-3000, 0-10000, 0-30000 с^-1.

Мощность экспозиционной дозы g-излучения в месте расположения детектора, пА/кг, определяется как частное при делении показаний прибора на чувствительность блока детектирования, указанное в паспорте прибора: x=n_x/k, где n_x - показания прибора, с^-1, к - чувствительность блока детектирования, указанная в паспорте на прибор, с/(пА/кг).