Программа и методические указания по учебной геофизической практике

Министерство образования Российской Федерации Ростовский государственный университет Геолого-географический факультет

ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по учебной геофизической практике для студентов 2 курса дневного и заочного отделений геолого-географического факультета специальностей: 011100 - геология, 080100 - геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 011400 гидрогеология и инженерная геология

Ростов-на-Дону 2003

2

УДК 550.83 Программа и методические указания по учебной геофизической практике для студентов 2 курса дневного и заочного отделений геолого-географического факультета РГУ специальностей 011100 - Геология, 080100 - Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 011400 - Гидрогеология и инженерная геология Рассмотрено, одобрено и рекомендовано для издания на заседании кафедры геоэкологии и прикладной геохимии. Протокол № 7 от 21 марта 2003 г. Рецензенты: доктор географических наук, кандидат геолого-минералогических наук, профессор кафедры геоэкологии и прикладной геохимии А.Д. Хованский и ст. преподаватель кафедры общей и исторической геологии А.Н. Леднев. Составитель учебно-методического пособия - кандидат геолого-минералогических наук, профессор кафедры геоэкологии и прикладной геохимии Ю.И. Холодков.

Редактор - заведующий кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Е. Закруткин

Методические указания предназначены - для закрепления теоретических знаний, приобретенных студентами при изучении курса «Геофизика»; - освоения навыков практической работы с геофизическми приборами; используемыми при полевых геофизических работах при проведении геологической съемки и геологического картирования; - обучения методам обработки, интерпретации и геологического истолкования геофизических материалов. Программа и методические указания по учебной геофизической практике для студентов 2 курса дневного и заочного отделений геолого-географического факультета РГУ специальностей 011100 - Геология, 080100 - Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 011400 - Гидрогеология и инженерная геология /Ростовский государственный университет: РГУ, 2003. 40с.

© Ростовский государственный университет, 2003 © Холодков Ю.И., 2003

3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ПРОГРАММА ПО УЧЕБНОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ Геофизическая практика является составной частью учебной практики студентов 2 курса геологических специальностей по геологической съемке и геологическому картированию в Майкопском районе республики Адыгея ПРОГРАММА геофизической части учебной практики по геологической съемке и геологическому картированию студентов 2 курса геолого-географического факультета РГУ специальностей 011100 – геология, 080100 – геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 011400 - гидрогеология и инженерная геология 1. Общие положения Учебная практика по геофизике студентов 2 курса специальностей: 080100 – геология, 080200 - геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 011400 - гидрогеология и инженерная геология является составной частью практики по геологической съемке и геологическому картированию и входит в учебный план геолого-географического факультета РГУ. Программа составлена в соотвествии с методическими рекомендациями Учебно-методического объединения университетов и Научно-методического Совета по геологическому образованию (2000 год). В ней учтен опыт проведения учебных практик студентов геолого-географического факультета РГУ, геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и горногеологического факультета ЮРГТУ. Составитель программы – профессор Холодков Юрий Иванович Цель практики Практика проводится с целью закрепления теоретических знаний, полученных студентами в первом семестре при изучении курса «Геофизика». Она призвана ознакомить студентов с практическим применением геофизических методов исследований при прохождении практики по геологической съемке и геологическому картированию. В процессе учебной практики студенты должны получить навыки самостоятельной работы с геофизическими приборами, проведения геофизических наблюдений, обработки и интепретации результатов. Задачи практики Основными задачами практики являются: - знакомство студентов с полевыми методами геофизических исследований во время геологической съемки и геологического картирования; - освоение приемов геофизической интерпретации и геологического истолкования геофизических данных. Место проведение и продолжительность практики Геофизическая часть практики проводится в течение месяца после 3-го семестра (ориентировочно с 20 июля по 20 августа) для студентов геологических специальностей геолого-географического фаультета. Практика состоит из трех этапов: подготовительного, полевого и камерального.

4

1-й этап проходит в г. Ростове-на-Дону (1-2 дня) и на базе практики Белая речка в п. Никель (1-2 дня), 2-й и 3-й этапы проводятся на базе практики Белая речка, п. Никель. Продолжительность этих этапов 20-25 дней. Форма контроля – дифференцированный зачет Аннотация. Практика проводится для студентов 2 курса геологических специальностей. Численность студентов – 60 человек. Методическое и научное руководство геофизической практикой осуществляется кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии. Практика состостоит из трех этапов: подготовительного, полевого и камерального. Полевые работы прводятся на полигоне, расположенном в Майкопском районе Республики Адыгея, в пределах Даховского кристаллического массива, т.е. в месте проведения геологической съемки. Студенты, не прошедшие геофизическую практику по неуважительным причинам подвергаются мерам административного воздействия с соответствующими последствиями. 2. План проведения, сроки и структура практики Учебная практика по геофизике включает три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. 2.1.Подготовительный этап Осуществляется на геолого-географическом факультете и на базе практики Белая речка в течение 2-3 дней. В этот период производится подготовка геофизической аппаратуры и вспомогательного снаряжения, заряжаются аккумуляторы, и проверяется исправность работы приборов; затем производится консервация оборудования и его отправка на базу практики Белая речка. На базе практики аппаратура расконсервируется и готовится к работе. Одновременно производится разбивка полигона для геофизических профилей и обустройство пикетов. Проводится инструктаж студентов по технике безопасности при работе с геофизическми приборами. Перед выходом на полевые работы студенты разбиваются на отряды (в каждом – по 10-15 человек). Все члены отряда участвуют в подготовке аппаратуры, разбике профилей и обустройстве пикетов. Еще до выезда на практику студенты знакомятся с материалами по геологии района, с физическими свойствами пород, слагающими данный район. Этими материалами сужат лекции, прослушанные студентами при изучении геологических дисциплин и геофизики, а таже рекомендуемая преподавателями учебно-научная литература. 2.2. Полевой этап Полевой этап каждого отряда длится 4 дня. Геофизические исследования ведутся на двух полигонах. Полигон 1 расположен на участке вдоль дороги МайкопГузерипль, по опорному геологическому маршруту. Полигон 2 – непосредственно на базе практики и прилегающей территории, вдоль левого берега ручья Сюг. Геологическое строение и состав разреза, слагающих полигоны, предоставляют отличную возможность для эффективного применения геофизических методов, используемых при решении геологических задач практики по геологической съемке и геологическому картированию. На полигонах студенты проводят исследования методами радиометрии и электроразведки: естественного поля (ЕП), вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), электропотенциальной томографии на основе дипольного осевого зондирования (ЭПТЗ-ДОЗ), электропрофилирования (ЭП) и заряженного тела (МЗТ).

5

Результаты геофизических наблюдений регистрируются в полевом дневнике и специальных (для каждого метода) журналах. 2.3.Камеральный этап Текущая камеральная работа выполняется после каждого рабочего дня. В это время студенты обрабатывают результаты, вычисляют значения параметров изучаемых геофизических полей, составляют таблицы, строят рабочие карты и разрезы. По окончании полевых работ, в камеральный период, студенты завершают интерпретацию (геологичекое истолкование геофизических материалов) и пишут отчет. Этот отчет включается в качестве главы «Геофизические исследования» в общий отчет о геологической съемке и геологическом картировании. Информация о геофизических полях геологических образований дополняет описание особенностей геологического строения и свойств пород изучаемого разреза при написании студентами соответсвующих глав или разделов общего отчета о практике. 3. Отчет о геофизической практике Отчет состоит из текстового описания результатов наблюдений с таблицами и рисунками, а также приложений оригинальных материалов обработки. К отчету прилагается список использованной литературы. План отчета: Введение 1. Геологические условия и физические свойств пород района практики. 2. Геофизические исследования 2.1. Радиометрия 2.2. Электроразведка 2.2.1. Метод естественного поля (ЕП) 2.2.2. Электрическое зондирование 2.2.2.1.Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) 2.2.2.2. Электропотенциальное томографическое зондирование (ЭПТЗ) 2.2.3. Электрическое профилирование (ЭП) 2.2.4. Метод заряженного тела (МЗТ) Заключение Приложения Литература Ниже, в «Методических указаниях по геофизической практике», дается развернутое описание содержания отчета. 4. Техника безопасности Перед выездом на практику студенты знакомятся с правилами техники безопасности и требованиями, которым необходимо следовать при проведении геофизических исследований. В методических указаниях п. 4 рассписан подробно. 5. Рекомендуемая литература Подробный список рекомендуемой литеатуры прилагается в конце брошюры.

6

Методические указания по учебной геофизической практике 1. Общие сведения об учебной геофизической практике 1.1. Цель и задачи практики Учебная геофизическая практика проводится после окончания второго курса в рамках учебной практики по геологической съемке и геологическому картированию. Практика проходит в среднем течении реки Белой, в пределах Майкопского района Республики Адыгея, где для этого имеются благоприятные геологические условия. Цель практики - закрепление знаний, полученных студентами при изучении курса «Геофизика». Задачи практики: - приобретение навыков практической работы с геофизическими приборами; - ознакомление с методикой проведения различных видов геофизических исследований в полевых условиях и способами обработки и интерпретации первичных материалов; - овладение навыками геологического истолкования полученных материалов и их обобщения в форме отчета/главы и его защита. 1.2. Организация учебной практики Учебная геофизическая практика состоит из трех этапов: подготовительного; полевых геофизических наблюдений; камерального. Во время подготовительного этапа студенты знакомятся с литературой по геологическому строению района, готовят аппаратуру к работе и создают опорную сеть для наблюдений. В полевой этап на полигонах разбивается сеть рядовых профилей или точек зондирования и проводятся наблюдения по соответствующим методам. В камеральный этап студенты занимаются обработкой полученных данных, выполняют необходимые графические построения, осуществляют геофизическую интерпретацию и геологическое истолкование результатов. Во время прохождения геофизической практики студенты используют методы радиометрии и электроразведки. Для прохождения практики группа разбивается на отряды из 10-13 студентов, из числа которых назначается командир для исполнения административных функций; остальные члены отряда определяются ответственными исполнителями по отдельным видам геофизических работ. Распределение времени, отводимого на каждый из методов. Радиометрия - 1 день. Электроразведка - 3 дня. Камеральная обработка и интерпретация полученных данных - 2 дня. Защита отчета (зачет) - 1 день. Порядок работы отрядов по методам и месту проведения наблюдений определяется графиком, утвержденным совместно с геологом-руководителем практики по геологической съемке и геологическому картированию. Продолжительность рабочего дня на практике 8 часов. Ненастные дни используются студентами для камеральной обработки материалов.

7

По окончании геофизической практики студенты поотрядно защищают отчеты, состоящие из разделов, составленных каждым из ответственных исполнителей. К защите допускаются только те студенты, которые прошли практику по всем видам работ. Каждый студент должен быть готов к ответам на вопросы по любому разделу отчета. 1.3. Меры безопасности при проведении работ на учебном полигоне Во время работы на полигоне студенты неукоснительно должны выполнять правила безопасности: - в солнечную погоду работать с покрытой головой; - иметь соответствующую обувь и не ходить босиком; - воздерживаться от питья холодной и некипяченой воды; - не находиться под линиями высоковольтных электрических передач; - действовать при необходимости согласно правилам оказания помощи при поражении электрическим током и незамедлительно сообщить о случившемся руководителю; - прекратить работы при приближении грозы, все металлические инструменты и предметы сложить в стороне от местонахождения людей; запрещается находиться во время грозы на гребне или на открытом склоне; - при легких травмах (порезе или ушибе) необходимо сохранять рану в чистоте и залить ее йодом; - при укусах ядовитых змей не следует останавливать кровотечение, а укушенную ногу опустить вниз, рану промыть крепким раствором марганцовки, а остатки яда прижечь раскаленным гвоздем или углем; укушенную руку или ногу перетягивают жгутом выше места укуса; - при тепловом или солнечном ударе пострадавшего уложить в тени, раздеть и охладить тело: смачивать голову и грудь холодной водой; - во всех остальных срочных случаях немедленно ставить в известность руководителя практики. Помимо ознакомления с настоящими правилами, перед началом практики со студентами проводится инструктаж на рабочем месте с записью в журнале источников повышенной опасности. К таким источникам относятся автомобильные дороги, реки, действующие карьеры, источники электропитания и др. 2. Геологические условия и физические свойства пород в районе практики Геологические условия с достаточной полнотой описаны в работах преподавателей РГУ, проводивших учебную практику по геологическому картированию [2, 3, 5, 8]. 2.1. Геологические условия Район, где проходит геофизическая практика, расположен в среднем течении реки Белой и характеризуется среднегорным рельефом, удовлетворительной проходимостью, наличием дорог с твердым покрытием (Майкоп-Гузерипль, Даховская-Лагонаки), мягким климатом, хорошей обнаженностью, в особенности по правобережью реки Белой. Разнообразие генетических и стратиграфических комплексов пород создают хорошие условия для постановки геофизических исследований в помощь геологическому картированию, изучения гидрогеологических и инженерно-геологических условий района. В тектоническом отношении район находится в пределах Адыгейско-Карачаевского эпиплатформенного массива, на границе сочленения развивающегося 2Кавказского орогена и

8

относительно устойчивой Скифской плиты. Участок проведения геофизической части практики локализован в пограничье Даховского кристаллического массива (ДКМ) и платформенной моноклинали. По признакам метаморфизма, проявления магматизма, степени дислоцированности и другим признакам здесь выделяется три структурноформационных комплекса: фундамент, промежуточный комплекс и параплатформенный чехол. В строении исследуемого района участвуют осадочные, магматические и метаморфическе породы верхнего протерозоя (PR2), палеозоя (PZ), мезозоя (MZ) и кайнозоя (KZ), представляющие фундамент, промежуточный комплекс и параплатформенный чехол. Фундамент объединяет несколько структурных этажей от докембрия (PR2) до среднего палеозоя (PZ), представленных метаморфическми породами: кристаллическими сланцами, кварцитами, амфиболитами и гнейсами. Эти породы прорваны древними ультрабазитами (серпентинитами). Самый верхний этаж представлен осадочными образованиями перми и верхнепалеозойскми гранитами ДКМ. Промежуточный, мезозойский (докелловейские отложения) комплекс отличается от фундамента отсутствием метаморфизации слагающих его пород, а от вышележащего параплатформенного чехла – значительной их дислоцированностью. Именно этими образованиями сложены основные складчатые структуры района: Даховская и Руфабгинская антиклинали, а также Гудская и Дудугушская синклинали. Геофизические исследования проводятся на участке Даховской антиклинали и Гудской синклинали. В ядре Даховской антиклинали выходят кристаллические породы фундамента; крылья сложены осадочными образованиями юры и триаса. Крылья Гудской синклинали сложены смятыми в складки породами нижней юры. Параплатформенный [8] чехол представлен келловейскми, верхнеюрскими и меловыми отложениями, залегающими с резким угловым несогласием на различных, более древних образованиях - от протерозойских до среднеюрских. По условиям залегания, составу отложений и мощности этот комплекс близок к платформенному чехлу Предкавказья, однако отличается от него моноклинальным залеганием (5-7о на северо-восток) и высоким гипсометрическим положением, вызванным активизацией южного фланга Скифской платформы. Венчают разрез аллювиально-деллювиальные отложения неогенового и четвертичного возраста, которые слагают склоны гор и террасы реки Белой. Литологически палеозойские отложения представлены красноцветными и сероцветными песчаниками, гравелитами, известняками и алевролитами пермсокго возраста (Р), которые насогласно залегают на породах протерозойского фундамента и широкой полосой протягиваются на северо-западе района, выше пос. Хамышки. Мезозойские отложения представлены карбонатно-терригенными породами различного состава триасового и юрского возрастов (T, J). Литологически это пестрый набор терригенных и карбонатных осадков: известняков, хлидолитов, песчаников, алевролитов и глин. Неогеновые отложения, представленные гравийно-галечниковым материалом, развиты в верховьях балки Тритоновой, где они залегают на юрских аргиллитах , гипсометрически намного выше третьей надпойменной террасы р. Белой. Четвертичные отложения слагают три надпойменные террасы цокольного типа и представлены аллювиально-делювиальными отложениями: суглинками, супесями, валунногалечниковым материалом. Учитывая ограниченность времени на геофизическую практику и недостаточность материально-технической (аппаратурной) базы, эта практика проводится на небольшом участке - вдоль опорного маршрута, а также на самой территории базы практики, по левому берегу ручья Сюг.

9

Опорный маршрут пролегает вдоль дороги Гузерипль-Майкоп, от места слияния реки Белой и ручья Коваленкова до устья балки Липовой, т.е. через Даховскую антиклиналь и ее ядро – Даховский кристаллический массив. Такое положение участка предопределяет сложность геологического строения и литологического состава пород. Склоны и нижнее течение ручья Коваленкова сложены переслаивающимися песчаниками, алевролитами и аргиллитами байоса и аалена, разделяемыми резким угловым несогласием. Начиная с устья ручья Коваленкова и далее, у моста через р. Белую, в урочище Блокгауз, в склонах долины и устье реки обнажаются среднезернистые гранодиориты. Контакт гранодиоритов с породами аалена, хорошо прослеживающийся по руч. Коваленкова, верховьям ручья Сюг и правым притокам балки Сибирки, явно тектонический, сопровождаемый зоной милонитизации. Ниже моста, после резкого поворота р. Белой на северо-восток, долина ее сужается и образует ущелье с высокими, крутыми, часто обрывистыми склонами, сложенными розоватыми гранодиоритами. Последние прослеживаются на 2-2,5 км вниз по течению р. Белой, секутся многочисленными жилами и дайками мощностью до 2-3 м белых аляскитовых и розовых аплитовидных гранитов. В месте резкого поворота р. Белой с северо-востока на юго-восток ее обрывистые склоны сложены розовато-зеленоватыми крупнозернистыми кварцевыми диоритами. Несколько ниже, вдоль проходящей здесь зоны разлома, породы сильно разрушены и местами превращены в дресву. Склоны ручья Золотого сложены серыми биотит-роговообманковыми гранитами средне- и крупнозернистыми, гнейсовидными. Между устьем ручья Золотого и балкой Липовой (и одноименного ручья) эти граниты рвут черные кристаллические сланцы верхнего протерозоя, образуя среди них крупные дайки, часто содержащие ксенолиты вмещающих пород. В месте пересечения с дорогой балки Липовой и выше по ней прослеживается узкая полоса серпентинитов. В левом склоне балки, у дороги хорошо видно, что серпентиниты рвут кристаллические сланцы и в свою очередь пронизаны гранитоидами. Интрузивный контакт гранитоидов с кристаллическми сланцами подчеркивается также обогащением первых в приконтактовой полосе темноцветными минералами и наличием шлировых выделений, образовавшихся за счет ксенолитов амфиболовых сланцев, захваченных внедрившейся в них гранитной магмой. На правом склоне балки Липовой, у дороги, серпентиниты трансгрессивно перекрыты падающими на север глыбовыми конгломератами, относимыми к среднему тоару (J,t2,). Конгломерат с видимой мощностью 2-3 м состоит из валунов, гальки и гравия кристаллических сланцев, а также всех встреченных разновидностей гранитоидов. Ниже дороги, левый склон балки Липовый сложен серпентинитами, правый – кристаллическми сланцами. В устье ручья обнажаются кристаллические сланцы. В 250-300 м ниже устья Липового, на левом берегу р. Белой, в основании крутого склона, сложенного магматическми и метаморфическми породами, лежат глыбы желтого крупнозернистого песчаника. В коренном залегании эти песчаники, лежащие на описанных выше конгломератах, прослеживаются по руью Сюг. Контакт между осадочными и кристаллическми породами здесь тектонический. Ниже, в уступах 3-й левобережной, а затем и правобережной террас реки Белой обнажаются падающие на север породы верхнего тоара (J1t13). Это темно-серые до черных аргиллиты с линзами и прослойками сидерита. В 500 м ниже, там, где река Белая делает два резких коленообразных изгиба, в уступах террас, под поселком Никель, выходит серия чередующихся пород, среди которых преобладают пласты серых криноидных известняков, разделенных темно-серыми аргиллитами и более редкми пластами песчаников верхнетоарского возраста (J1t23). Описанные разновозрастные породы частично перекрыты четвертичными отложениями, представленными преимущественно галечниками, слагщими пойменную и верхние части надпойменных террас реки Белой. По составу галька весьма разнообразна, так

10

как область сноса охватывает северные склоны Главного хребта, Передовой и Склистый хребты. Галечники слабо сцементированы песчано-гравийно-глинистым материалом. 2.2.Физические свойства пород района практики Как правило, горные породы хорошо дифференцируются по физическим свойствам, что является предпосылкой применения геофизических методов. В районе практики развит широкий комплекс всех генетических типов пород: осадочных (рыхлых и сцементированных), магматических и метаморфических. На основании литературных данных и определений удельных электрических сопротивлений некоторых разновидностей пород во время предыдущих практик, нами составлена таблица основных физических свойств горных пород, распространенных в районе практики. Знание этих свойств необходимо для выбора методов, определения задач и интерпретации геофизических матералов (табл.1). Таблица 1 Физические свойства пород в районе практики Порода

Почвенный слой, ненарушенный Пески чистые, различной зернистости Пески с примесью глинистого материала Супеси Суглинки Глины Валунногалечниковые отложения с песчаным заполнителем Валунногалечниковые отложения с глинистым заполнителем Аргиллиты Глинистые сланцы Песчаники Известняки Доломиты Гипсы Граниты

Удельное электрическое сопротивление (УЭС), Ом.м. 80-1500

Магнитная восприимчивость, χ, нТл*

Естественная радиоактивность, eU, %

200-1200

2-280

Песчаноглинистые породы: 3,1-20,6

100-1200

-

100-700 50-300 5-50 700-4000

0-300 -

200-700

-

20-200 50-500

2-200

100-400 100-700 200-800 1500-1800 3000-10000

0-200 0-380 0-10 4-10 20-50

0,3-5,2 0,4-5,5 0-1,4 9,5-30

11

Гранодиориты Габбро Сланцы слюдистые Кварциты Гнейсы Амфиболиты

1000-10000 20000-200000 5000-100000

10-15 300-700 10-100

1000-100000 20000-2000000 100000-1000000

0-40 10-100 от 10-100 до 15003000

2,6 12,1 3,1 15,5-16,0 0,8-4,0

Таким образом, исходя из приведенной геологической характеристики и анализа физических свойств пород, слагающих разрез, могут быть поставлены следующие геологические задачи: - прослеживание границ между литолого-стратиграфическими комплексами (осадочным, метаморфическим, магматическим); - выделение интрузивнвных фаз в Даховском кристаллическом массиве; - изучение строения и состава пород террасы реки Белой; - изучение морфологии, состава и свойств пород цокаля террасы; - определение положения уровня грунтовых вод (УГВ) и выявление гидрогеологических окон, ослабленных зон в основании террасы. Возможно также решение задач разведочного этапа: - выявление положения в плане «рудного» тела и определение направления и скорости движения подземных вод. Перечисленные задачи могут рещаться методами электроразведки, магниторазведки и радиометрии. 3 Геофизические исследования В настоящей главе рассказывается о сущности применяемых методов, аппаратуре, методике наблюдений, а также о методах обработки и изображения результатов и их геолого-геофизической интепретации. 3.1. Радиометрия 3.1.1. Физико-геологические основы радиометрии Применение радиометрии для решения геологических задач основано на явлении радиоактивности [7]. Радиоактивность – это свойство атомных ядер некоторых элементов переходить самопроизвольно в более устойчивое состояние. Это переход сопровождается выделением энергии, которую выносят выбрасываемые из ядер частицы и фотоны. Существует несколько типов радиоактиных излучений: альфа-, бета- и гамма. Альфа-лучи – ядра гелия – быстро растрачивают свою энергию на столкновение с атомами и молекулами окружающей среды и становятся нейтральными атомами гелия. Бета-распад происходит в ядрах вследствии избытка нейтронов, что обусловливает их неустойчивость. Переход в устойчивое состояние сопровождается превращением нейтрона в протон с образованием пары: нейтрино и электрон. Вылетая из ядра, эта пара уносит высвобождающуюся энергию и вызывает ионизацию среды. Вылет альфа- и бета-частиц сопровождается испусканием электромагнитных волн, составляющих третий вид излучения – гамма-лучей. Последние по природе близки к рентгеновским, но отличаются от них значительно меньшей длиной волны, большими энергиями и, соответственно, значительно большей проникающей способностью. Альфа-лучи, проходя через вещество, поглощаются ничтожными по толщине слоями пород – доли миллиметров; бета-лучи поглощаются сантиметровыми слоями пород, а гамма-

12

лучи – слоем толщиной до метра (60-70 см). Таким образом, измеряя суммарное излучение, мы фактически оцениваем поток гамма-лучей. Обнаружение и измерение интенсивности всех видов лучей осуществляется по тем действиям, которые производят лучи в среде, окружающей радиоактивный объект. Важнейшими из этих действий являются: ионизация газа (воздуха), люминесцентное свечение некоторых кристаллов и жидкостей (сцинтилляция), изменение эмульсии фотопластинок, окрашивание минералов, тепловое воздействие. Для выражения результатов гамма-съемки используется единица интенсивности гамма-излучения – микро-рентген/час, которая в практике получила название «гамма». Рентген/час – единица мощности дозы, т.е. такая мощность, при излучении которой испускаемая за 1 час доза составиляет 1 рентген (Р.). Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облученного тела, называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в грэях (Гр). 1 ГР = 1 Дж/кг = 100 Р). Для оценки способности излучений повреждать ткани организма (например, альфаизлучение считается в двадцать раз опаснее других видов излучения), а также реакций организма на облучение различных частей тела используется эффективная эквивалентная доза - зиверт (Зв). 1 зиверт соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг. Радиационный фон создается в основном космическими лучами и излучениями горных пород, но кроме природных (составляющих 4/5 среднегодовой эквивалентной дозы облучения), существует множество искусственных источников излучения, главные из которых нашли применение в медицине. 3.1.2. Аппаратура для радиометрических исследований Применяющиеся в настоящее время приборы и методы можно разделить на ионизационные и импульсные. Ионизационные приборы измеряют суммарную ионизацию, вызванную радиоактивными излучениями, и представляют собой соединение ионизационной камеры с чувствительным электрометром. К этому типу относятся эманометры, измеряющие концентрацию радона в почвенном воздухе и в воздухе закрытых помещений. Импульсные приборы основаны на регистрации отдельных гамма-квантов или беттаи альфа-частиц при помощи специальных счетчиков, в которых отдельные заряженные частицы и гамма-кванты создают кратковременные токи, называемые импульсными. В этом случае мерою интенсивности излучения служит частота импульса, т.е. число импульсов в единицу времени. На практике используется импульсный прибор СРП-68-01, работающий на принципе сцинтилляции – регистрации люминесцентных импульсов. СРП-68-01 является сцинтилляционным геологоразведочным прибором, предназначенным для поиска радиоактивных руд по их гамма-излучению и для радиометрической съемки местности [6]. Прибор СРП-68-01 позволяет проводить измерения потока-гамма-излучения в пределах от 0 до 213 пА/кг (от 0 до 3000 мкР/ч). Диапазон измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения разбит на диапазоны: от 0 до 30 мкР/ч, от 0 до 100 мкР/ч, от 0 до 300 мкР/ч, от 0 до 1000 мкР/ч и от до 3000 мкР/ч. Градуировка прибора производится по образцовым, 2-го разряда источникам радия226. Время установления рабочего режима не превышает 1 мин с момента включения прибора. Прибор допускает непрерывную работу в течение 8 ч при сохранении основной погрешности в пределах норм, установленных ТУ. Комплект питания состоит из 9 элементов типа 343. Потребляемая мощность – 180 мВт. Прибор сохраняет работоспособность при температуре от минус 20 до + 50 оС. В состав прибора входят пульт и блок детектирования, соединенный кабелем с неразъемной заделкой.

13

Устройство и принцип работы прибора СРП-68-01 представляет собой измеритель потока и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Принцип работы прибора основан на преобразовании физической информации в электрические сигналы с последующим измерением их параметров. Функции преобразователя выполняет сцинтилляционный детектор, состоящий из кристалла NaI (Tl) в качестве сцинтиллятора и фотоэлектрического умножителя в качестве преобразователя световых величин в электрические параметры. Аналоговые импульсные сигналы преобразуются в последовательность логических сигналов, средняя частота повторения которых пропорциональна измеряемой физической величине. Эта последовательность поступает на интегрирующий линейный измеритель средней скорости счета, показания которого выводятся на стрелочный прибор. Шкала стрелочного прибора отградуирована в единицах потока и мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Меры безопасности В комплект прибора входит контрольный радиоактивный источник К-3А на основе изотопа кобальт-60, обращение с которым должно соответствовать нормам работы с радиоактивными веществами. В блоке детектирования вырабатывается напряжение 600 – 1500В, необходимое для питания фотоэлектронного умножителя, поэтому вскрытие блока детектирования должно производиться в лабораторных условиях при отключенном источнике питания, а при ремонте, в случаях, когда требуется включение прибора, должны соблюдаться необходимые меры предосторожности. Подготовка прибора к работе Перед началом работы необходимо: а) ознакомиться с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации; б) извлечь пульт и блок детектирования из укладочного ящика, освободить от упаковки и протереть; в) перевести переключатель режима работы в положение «ВЫКЛ»; г) проверить, находится ли стрелка измерительного прибора на нуле; в протвном случае установить ее на нулевую риску корректором, предварительно отвернув заглушку на панели пульта; д) отвернув винты, открыть крышку батарейного отсека и вставить комплект элементов питания, соблюдая полярность, согласно маркировке на дне кожуха пульта, после чего затянуть винты крышки отсека. Порядок работы и проведение измерений Подготовка к измерениям Исходное положение переключателя пределов измерения – 3 т мкР/ч, переключателя режима работы – «ВЫКЛ». Для переключения прибора в рабочее состояние необходимо: а) включить прибор режима работы в положение «БАТ». По показанию стрелочного прибора определяют напряжение батареи питания, которое должно находиться в пределах от 6.5 до 15В (предел измерения 15 В). Если напряжение батареи питания составляет менее 6.5 В – сменить элементы питания; б) перевести переключатель режима работы в положение «5 В». В этом положении стрелочным прибором контролируется выходное напряжение стабилизатора, которое должно составить 5±0.3 В (предел измерения 10 В). Измерения могут быть начаты не менее чем через 1 мин. после включения прибора; в) перевести переключатель режима работы в положение «5». При этом показание стрелочного прибора соответствует мощности экспозиционной дозы или потоку гаммаизлучения в месте расположения блока детектирования, в зависимости от положения переключателя пределов измерения. Постоянная времени равна 5 с;

14

г) снять крышку контрольного источника, зафиксировать на фланце контрольного источника держатель, входящий в комплект поставки прибора. С помощью держателя присоединить блок детектирования к пульту прибора, ориентируя метку на корпусе блока детектирования к контрольному источнику. Перед проверкой прибора необходимо предварительно снять резиновый колпачок с блока детектирования. С помощью переключателя пределов измерения установить поддиапазон, соответствующий максимальному, в пределах шкалы, отклонению стрелки измерительного прибора. Записать показания прибора; д) отсоединив блок детектирования, проконтролировать уровень фона в месте проведения измерений. Показание прибора при присоединенном блоке детектирования к контрольному источнику за вычетом фона должно соответствовать указанному в паспорте на прибор. е) присоединить вновь блок детектирования к контрольному источнику. После успокоения стрелки нажать кнопку «КОНТР» на пульте прибора. Показания не должны уменьшиться более чем на 10 %; ж) после проведения измерений закрыть контрольный источник крышкой. При измерениях нужно переключатель пределов измерения перевести в положение, соответствующее требуемому пределу. Предел измерения следует выбирать так, чтобы показания прибора были не менее 30 % полной шкалы. В зависимости от величины измеряемой мощности экспозиционной дозы гаммаизлучения необходимо с помощью переключателя рода работы установить постоянную времени измерения 2,5 или 5с. При постоянной времени равной 5с величина статических флуктуаций снижается, то есть повышается точность отсчета, однако вместе с этим повышается и инерционность прибора. 3.1.3. Методика пешеходной гамма-съемки При пешеходной гамма-съемке измерения ведут по предварительно намеченным на рабочей схеме профилям и пунктам фиксированных наблюдений. По ходу следования маршрута ведется непрерывное прослушивание в телефон частоты импульсов с целью обнаружения участков с аномальным значением гамма-активности между пикетами. В случае их выявления производят фиксированные измерения по стрелочному прибору. Торец гильзы перемещается перпендикулярно линии движения на высоте 10-20 см над поверхностью, что обеспечивает охват исследуемой полосы шириной 1,5 – 2,0 м. Результаты наблюдений заносятся в специальный журнал (табл. 2) Таблица 2 Журнал наблюдений гамма-поля Участок – Профиль – Оператор № № обнаточки жения наблюдения (ТН) 1 1 2 2 … N N

Дата Погода Начало наблюдений Конец наблюдений – Вычислитель Характеристика точки Интенсивн Примечание наблюдения (обнажения) ость гаммаполя, Iγ, мкР/час

15

3.1.4.Обработка результатов и их интепретация Результаты радиометрических наблюдений обрабатываются с вычислением истинных значений мощности эффективной дозы излучения и оформляются в виде графиков по отдельным профилям, карт графиков или карт изогамм. Радиоактивные аномалии с мощностью эффективной дозы гамма-излучения более 60 мкР/час изучаются детально, с установлением природы радиоактивности. Детальная радиометрическая разведка выявленных аномалий настоящей программой не предусматривается. Радиометрические наблюдения выполняются на профиле, проходящем вдоль дороги «Гузерипль-Майкоп» от устья ручья Коваленкова, после впадения его в реку Белую, и далее вдоль дороги, до моста через ручей Сюг. Масшатаб наблюдений 1:5 000. Геологическая характеристика на участке прохождения профиля дана выше. 3.2.Электроразведка Электроразведка, наряду с другими геофизическими методами исследований, является одним из эффективных современных методов геологического картирования и разведки полезных ископаемых, а также исследований при решении инженерно-геологических и гидрогеологических задач. Электроразведка основана на изучении электрических и электромагнитных полей, существующих в земле в силу естественных физико-химических, космических и глубинных процессов, или создаваемых искуственно [4, 6, 9, 10]. Интенсивность и структура электрических или электромагнитных полей зависит от электромагнитных свойств пород и их геолметрических характеристик, т.е. определяется геоэлектрическим разрезом изучаемого района. К электромагнитным свойствам горных пород относятся удельное электрическое сопротивление (ρ), диэлектрическая проницаемость (ε), магнитная проницаемость (µ), электрохимическая активность (α) и поляризуемость (η). Для любой породы эти свойства являются объективным количественным отражением их минерального и петрографического состава, структуры и геологической истории образования, условий залегания, гидрогеологической и геоэкологической обстановки, а также в зависимости от частот поля. Каждый электромагнитный параметр характеризует породу (объект) с определенной точки зрения и служит основой для применения одного или нескольких методов электрической разведки. Определение эленктромагнитных свойств можно производить в лаборатории на образцах или при выполнении полевых работ. Свойства пород необходимо знать как для интепретации результатов полевой электроразведки, так и для установления связи между электрическими свойствами и минеральным составом, генезисом, возрастом пород, структурой, текстурой, трещиноватостью, обводненностью, коллекторскими свойствами и т.п. По изучаемым полям методы электроразведки подразделяются на методы постоянного и переменного тока, а методы постоянного тока – на методы искуственные и естественные. В свою очередь искуственные методы делятся на три группы: сопротивлений, потенциальные и неустановившихся полей. Удельное электричсеское сопротивление пород – УЭС является основным электромагнитным параметром пород и измеряется в омметрах. У различных горных пород УЭС меняется в очень широких пределах: от тысячных долей у самородных металлов до многих миллиардов омметров у таких изоляторов, как слюда, кварц, полевые шпаты. Породы же обладают значительно меньшими сопротивлениями, так как между их зернами присутствует природный электролит – вода, существенно снижающий УЭС.

16

Наземные методы сопротивления служат для изучения геологического разреза по горизонтали (электропрофилирование) и на глубину (методы зондирования). 3.2.1. Метод естественного поля Метод естественного постоянного электрического поля (ЕП) применяется для решения задач геологического картирования, для поисков и разведки сульфидных месторождений, графитовых залежей, пластов антрацита, а также при гидрогеологических и геоэкологических исследованиях (определение направления подземных потоков, выявления мест фильтрации воды из водохранилищ и из-под свалок ТБО; коррозионной активности грунтов, анодных зон и др.). Измеряемыми параметрами естественных постоянных электрических полей являются напряженность электрического поля Е, измеряемая в мВ/км (или мкВ/м), или потенциал U, связанныный с Е соотношением Е = - gradU, а также разность потенциалов ∆U. Необходимым условием для постановки работ методом ЕП является наличие геологической, гидрогеологической и гидрохимической обстановки, благоприятствующей созданию достаточно интенсивнных естественных полей. Препятствием для применения являются блуждающие токи. Работы по методу ЕП проводятся в масштабе 1:50 000 и крупнее. Профили разбиваются вкрест известного или ожидаемого простирания изучаемых объектов. Наблюдения, как правило, производятся по способу потенциала. Способ градиента применяется лишь в условиях помех, когда измерение потенциала невозможно, или при маршрутных работах (например, при изучении коррозии трубопроводов или определении положения «рудного» тела в плане). Наблюдения ведутся при помощи относительно простой аппаратуры типа АЭ-72 («автокомпенсатор электроразведочный»). В качестве заземлений используются неполяризующиеся электроды, для соединения установки – легкие провода типа ГПСМПО. При этом клеммой (-) прибора следует считать ту, которая при проверке прибора батарейкой при переключателе полярности в положении (+) и отклонении стрелки прибора вправо, была соединена с отрицательным полюсом батареи. Монтаж установки метода ЕП Монтажная схема установки при работе способом потенциалов показана на рис. 1

17

Рис. 1. Схема съемки потенциалов естественного электрического поля: а - установка; б – перемещение подвижного электрода по профилям (прямой и обратный ход); П – прибор; К – катушка с проводом; 1, 2, …, - 1, - 2 – номера точек наблюдения; пунктиром показано направление перемещения измерительного электрода. Работа с прибором осуществляется в соответствии с требованиеями заводской инструкции [1]. При работе методом ЕП особое внимание обращается на состояние неполяризующихся электродов. Разность потенциалов между парой работающих электродов (собственная поляризация электродов) не должна превышать первых единиц милливольт (1 – 2 мВ) и должна быть устойчивой во времени. Для выполнения этого требования электроды заливаются химически чистым, концентрированным растовором медного купороса (210 г на 1 л дистиллированной воды). В жаркую погоду электроды следует предохранять от прямых солнечных лучей. Во время перерывов в наблюдениях электроды устанавливаются в одной лунке. Подготовка электродов к работе проводится на базе практики. Керамическую часть электрода погружают на 1 – 1,5 суток в воду для пропитывания. Медные стержни зачищаются мелкой шлифовальной шкуркой, протираются ваткой и свинчиваются с керамической частью, предварительно заполненной раствором медного купороса. Собственная разность потенциалов измеряется путем наблюдения разности потенциалов между электродами, попарно поставленными на расстоянии 10 – 15 см друг от друга во влажную землю. Если увлажнение делается путем полива, то его производят за 1,5 – 2 ч до эксперимента. Устойчивость поляризации проверяется путем многократных (5 – 10 раз) наблюдений с перестановкой и встряхиванием электродов. Изменнеие поляризации не должно превышать 1 – 2 мВ. 3.2.1.1. Методика полевых работ Для измерения разности потенциалов между двумя точками профиля неполяризующиеся электроды устанавливают в лунки с разрыхленной почвой и плотно обжимают (вся пористая часть электрода должна находиться в контакте с почвой). Если

18

вблизи точки заземления имеются участки с растительным слоем, заземления устраивают на них. а) Способ потенциала Измерения в модификации потенциала, как правило, ведут с магистральной точки профиля I/0, на которой устанавливается измерительный прибор и катушка с проводом. Неподвижный электрод (всегда N) располагается вблизи магистральной точки профиля; подвижный электрод (всегда М) перемещается по профилю (в точки I/1, I/2…, и т.д.). Опрератор измеряет разность потенциалов между электродами M и N и, после того как вычислитель запишет результат в журнал, отключает прибор от катушки и подает команду к перемещению электрода M на следующую точку. Поскольку передний электрод M всегда подключен к клемме M прибора, знак ∆U соответствует показанию переключателя прибора. Если потенциал точки стояния неподвижного электрода принять за нуль, то измеряемые разности потенциалов будут соответствовать потенциалам точек наблюдения относительно точки стояния электрода N (нулевой точки). Это позволяет значительно повысить производительность наблюдений, а также упростить обработку наблюдений. Нужно только помнить, что при работе этим способом поляризация (∆U) входит в измеряемые разности потенциалов всегда с одним знаком, в связи с чем, в процессе съемки необходимо тщательно следить за состоянием электродов и их поляризацией. Изменение поляризации не должно превышать 5 мВ на 1 км профиля. Наблюдения ведутся поочередно или одновременно на обеих сторонах профиля (с двумя приемными линиями). По окончании наблюдений на последней точке каждой из сторон профиля производится намотка проводов на катушку с остановками для повторных наблюдений (на каждой 5 – 10 точке). Последнее повторное измерение производится при установке подвижного электрода М на магистральной точке. Результаты наблюдений записываются в журнал (табл. 3) При маршрутных съемках, когда длина провода на катушке мала по сравнению с длиной профиля, наблюдения проводятся поинтервально. При этом неподвижный электрод N обязательно увязывается с предыдущей нулевой точкой путем многократных замеров (3-5 раз). Точка стояния неподвижного электрода выбирается так, чтобы следующий интервал перекрывался предыдущими тремя – пятью точками (перекрытие). Собственная поляризация измеряется до - и после работы на каждом профиле или на каждой стороне профиля в соотвествии со схемой наблюдений. При переходе с профиля, на котором закончены наблюдения, на следующий профиль производится увязка значений поля между профилями по магистральным точкам (точкам стояния неподвижного электрода N). По окончании наблюдений на всех профилях планшета производится повторная увязка значений поля всех профилей по магистрали. Электрод N по возможности остается в одной точке. б) Способ градиента потенциала При съемке естественного поля способом градиента потенциала наблюдения проводят по замкнутым контурам или ходам, образуемым профилями съемочной сети и привязанным к точкам с известным значением потенциала. Протяженность контуров должна быть такой, чтобы съемка каждого заканчивалась в течение одного дня. При работе способом градиента разности потенциалов измеряют между каждой смежной парой точек профиля. Монтажная схема установки изображена на рис. 2.

19

Рис. 2. Схема съемки градиентов потенциала естественного электрического поля: а – установка; б – перемещение электродов по замкнутым полигонам; П – прибор; К – катушка с проводом; 1, 2, …, - 1, - 2 – номера точек наблюдения; пунктиром показано направление перемещения измерительного электрода. Прибор устанавливают у одного из электродов, а клемму М прибора соединяют с ближайшим электродом коротким проводником 1 длиной 1,5-2 м. Второй электрод соединяют с клеммой N проводником 2, длина которого определяется расстоянием между точками наблюдений. В процессе работы всю установку перемещают по профилю. Наблюдения в модификации градиента ведутся по замкнутым полигонам, каждый из которых представляет собой два профиля, увязанных по магистрали и крайним точкам. Наблюдения производятся либо с перестановкой электродов, либо с перемещением пары вперед, по ходу профиля. По наблюденным градиентам вычисляются значения потенциала по профилю. Измерения проводят в следующем порядке (рис. 2). Измерительный прибор устанавливают у точки I/+1 (первая точка первого профиля), электроды ставят на точках I/0 (начальная точка съемки) и I/+1. Задний электрод (на точке I/0) с помощью длинного проводника присоединяют к клемме N прибора, а передний (на точке (I/+1) – с помощью короткого проводника к клемме М; затем измеряют разность потенциалов. Поскольку передний по направлению перемещения установки электрод присоединен к клемме М, знак измеренной величины ∆U соответствует показанию переключателя прибора. Затем студенты-рабочие по команде студента-оператора переносят электроды на следующий интервал. При этом можно либо переставлять одновременно оба электрода, так что один и тот же электрод всегда будет впереди, либо переносить только один задний электрод через два интервала (с точки I/0 на точку I/+2). Второй способ более удобен, так как в замеры входят то с одним, то с другим знаком, и при суммировании замеров по контуру вычисление потенциалов не скажется на конечном результате.

20

Записав результаты измерений, прибор переносят через два интервала на вторую стоянку, к точке I/+3. С одной стоянки измеряют разности потенциалов между точками I/+2 и I/+3, а затем между точками I/+3 и I/+4. Снова переносят прибор через два интервала на точку I/+5 и т.д. Наблюдения записывают в журнал (табл. 3) в графы 1-4, 8; остальные графы заполняются при обработке наблюдений. В графу 3 заносят значения разности потенциалов, но так как разность потенциалов измеряют между точками, то запись ведут в интервале строк между соответствующмии номерами точек наблюдения. В графу 4 записывают значение поляризации самих электродов. Дойдя до конца первого профиля, измеряют разность потенциалов между крайними точками профилей I и II и т.д. по всем профилям. Повторные наблюдения с целью контроля проводятся через 10 точек (интервалов) в спокойном поле и через 5 – в аномальном. Результаты наблюдений записываются в журналы (табл.3 – при работе способом потенциала, табл. 4 – способом градиента потенциала). Таблица 3 Журнал для записи и обработки наблюдений способом потенциала Профиль №______________________Дата__________________________ Участок________________________Начало наблюдений______________ Конец наблюдений_______________ Положение электрода N____________________Погода________________ Шаг наблюдений, м___________________Прибор №__________________ U, мВ ∆U, мВ Uм Номер Точка Примечание измерения стояния электрода М 1 2 3 4 5 6 Абрис и положение начальной точки Оператор________________ Вычислитель___________ Проверил_____________ Таблица 4 Журнал для записи и обработки наблюдений способом градиента потенциала Профиль №_____________ Дата _________________ Участок________________ Начало напблюдений________________ Погода_________________ Конец наблюдений__________________ Прибор № _______________________________ Пример записи наблюдений: Номер измере ния 1 1 2

Точка стояния электрод ов N/M 2 0_____ +1 ______

∆U, мВ

∆U’, мВ

∆U”, мВ

∆U*, мВ

U, мВ

Примечание

3 + 6,3

4 0,4

5 - 0,1

6 + 6,2

7 __100___

8

+ 4,4

-

- 0,2

+ 4,2

__106,2__

21

3

+2 +3_____ +4

__110,4__

По форме табл. 3 в графе 2 записывается положение электрода М; в графе 3 - U – потенциал точки М относительно неподвижного электрода (наблюдаемая разность потенциалов); в графе 4 - ∆U – собственная эдс (поляризация электродов); в графе Uм разность потенциалов, приведенная к нулевой точке планшета. В графу 6 – повторные замеры, данные о рельефе, перерывах в работе, геологические сведения и т.п. В графе 2 табл. 4 записывается положение электродов N и M; в графе ∆U измеренная разность потенциалов; в графе ∆U’ - поляризация электродов; в графе ∆U” – разность потенциалов, исправленная с учетом поляризации электродов; в графе ∆U* - то же, что и в предыдущей, но исправленное с учетом невязки; в графе U – значение потенциала. Помимо повторных наблюдений на каждой 5-й или 10-й точке, необходимо вести специальные контрольные наблюдения: на профилях, когда по характеру кривые существенно отличаются от соседних, на участках профилей с незакономерным поведением кривых или с большими расхождениями основных и повторных наблюдений, а также в аномальных зонах. Общий объем контрольных наблюдений (не считая повторных) может составлять от 5 до 30 % общего объема работ в зависимости от устойчивости воспроизводимости результатов наблюдений. 3.2.1.2. Способы обработки и изображение результатов Параллельно с записью вычерчиваются графики наблюдаемых величин. Обработка результатов съемки потенциалов или градиентов заключается в вычислении соответствующих величин, т.е. все наблюденные их значения на профилях должны быть пересчитаны к значению поля в одной точке планшета (обычно к магистральной точке одного из профилей). При построении графиков по горизонтальной оси откладываются точки наблюдения (расстояние между точками должно быть равно 5 – 10 мм), а по вертикали – разности потенциалов: вверх - положительные, вниз - отрицательные. При построении карт графиков на карты наносятся профили наблюдений, а перпендикулярно им - значения ∆U. При построении карт потенциалов все пункты съемки наносятся на план, и у каждой точки записывается найденное для нее значение потенциала в милливольтах. Затем проводятся эквипотенциальные линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями потенциала. Такие линии строятся обычно для значений кратных 5 или 10 мв. Результаты измерений везде даются в милливольтах с указанием знака (+) или (-). Оценка точности наблюдений производится по средней разности между основными и повторными наблюдениями. Средняя разность по планшету не должна превышать 5 мВ. Расхождение наблюдений на отдельных точках при этом не должно превышать 15 мВ от измеряемого значения. Помимо повторных наблюдений на каждой 5-й или 10-й точке, необходимо вести специальные контрольные наблюдения: на профилях, когда по характеру кривые существенно отличаются от соседних, на участках профилей с незакономерным поведением кривых или с большими расхождениями основных и повторных наблюдений, а также в аномальных зонах. Общий объем контрольных наблюдений (не считая повторных) может составлять от 5 до 30 % общего объема работ в зависимости от устойчивости воспроизводимости результатов наблюдений. 3.2.1.3. Интерпретация результатов Интерпретация данных съемки ЕП в основном бывает качественной, изредка полуколичественной.

22

При качественной интерпретации по картам потенциалов и графикам потенциалов ЕП проводится визуальное выделение аномалий и, с учетом геолого-гидрогеологической обстановки, которой определяется природа полей, проводится их геологическое истолкование. По форме, интенсивности и знаку аномалий выявляется местоположение поляризующихся объектов, их центры, простирание, примерная форма и пространственное положение. Наличие на карте аномалий одного знака свидетельствует о вертикальной поляризации или сравнительно большой глубине залегания нижней части объекта. Наличие на картах аномалий двух знаков и асимметрии графиков потенциала свиедетльствует о наклонной поляризации. По форме изолиний на картах можно судить о местоположении, примерной форме и простирании тел. Как правило, выходы подземных вод под наносы характеризуются положительными аномалиями, а над участками поглощения поверхностных вод – отрицательными аномиалиями. 3.2.2. Электрическое зондирование Электрическое зондирование – это такая модификация метода сопротивлений, с помощью которой можно изучить геоэлектрический разрез по вертикали. При этом в процессе проведения работ измеряется каужущееся сопротивление установками с разной глубиной исследования путем увеличения разноса, т.е. расстояния между питающими электродами или между питающими и приемными линиями. Электрические зондирования служат для определения мощности и удельного сопротивления отдельных геоэлектрических горизонтов в слоистых разрезах с углами падения <20о. Различают две системы зондирований на постоянном токе, каждая из которых имеет ряд модификаций: вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ) и дипольные электрические зондирования (ДЭЗ). А. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) А.1. Сущность метода вертикального электрического зондирования Метод ВЭЗ заключается в определении ρк установкой AMNB, центр которой остается неподвижным, а разносы питающих заземлений A и B последовательно увеличиваются. По данным ρк и значениям соответствующих разносов AB на билогарифмическом бланке строится кривая ВЭЗ. Анализ кривой позволяет по ее форме установить характер разреза в точке исследования и определить число пластов (геоэлектрических горизонтов). Последующая палеточная или машинная интерпретация кривых позволяет определить не только число горизонтов, но и их мощность и истинное удельное электрическое сопротивление. А.2. Монтажная схема установки ВЭЗ Монтажная схема установки AMNB для работы по методу ВЭЗ с малыми разносами показана на рис. 3.

23

Рис. 3. Схема установки для вертикального электрического зондирования с прибором АЭ-72: а – в разрезе, б – в плане; К – катушки с приводом; Мт – метки на проводах; П – прибор; Б – батарея; пунктиром обозначены токовые линии. Необходимые величины разносов устанавливаются по меткам на проводах, расстояния от которых до начальной метки у внешнего конца провода равны соответствующим полуразносам питающих заземлений. При помощи двух катушек, установленных в центре, можно выполнить зондирование с максимальным разносом питающих заземлений до 1000 м. Постепенное увеличение разносов AB вызывает уменьшение разности потенциалов между заземлениями приемной линии MN, и измерение ∆U становится затруднительным. Поэтому после некоторого разноса AB переходят на измерения с большим разносом измерительных заземлений. При этом отношение MN/AB не должно превышать 1/3. Разносы AB выбираются таким образом, чтобы каждый последующий разнос увеличивался относительно предыдущего примерно в полтора раза. Это обеспечивает равномерное расположение точек графика ВЭЗ на логарифмической сетке. Рекомендуемая последовательность изменения разносов AB и оформление записи измерений приведены в таблице 5. Таблица 5 Журнал полевых наблюдений методом ВЭЗ Участок – Профиль Пикет Оператор Квэз = πxAMxAN/MN

Дата Погода Начало наблюдений Конец наблюдений Вычислитель – ρк = Квэз. ∆U/I;

24

Если сила тока измеряется в амперах, то коэффициент Квэз уменьшается в 1000 раз. Пример составления журнала записи данных ВЭЗ: Номер замера 1 2 3 … N

AB/2, м 0,4 0,75 1,5 … …

MN/2, м 0,125 0,125 0,125 … …

Квэз., м 1,813 6,869 28,06

∆U, мВ

I, мА

ρк , Ом.м

Примечание

Оператор_____________________ Вычислитель________________________ (подпись) (подпись) При построении кривой ВЭЗ, ее точки, полученные при одном и том же разносе приемных заземлений, соединяются в отдельный отрезок прямыми линиями, вследствии чего вся кривая ВЭЗ состоит из совокупности отрезков (рис. 4). Чтобы обеспечить перекрытие отрезков кривой ВЭЗ при переходе от одной приемной линии к другой, измерения с обеими MN производятся на двух смежных, т.е. на одноименных разносах питающих заземлений. Расхождение между значениями ρк, полученными на разных приемных линиях при одном и том же разносе AB, не должны превышать 10-15%. В противном случае нужно сместить положение центра ВЭЗ и повторить все зондирование. А.3. Методика полевых работ Полевые операции включают в себя: а) подготовку установки к работе; б) измерение значений разности потенциалов между приемными заземлениями и силы тока – в питающей цепи; в) вычисление кажущегося сопротивления и перенос его на билогарифмический бланк. Подготовка установки к работе начинается с того, что в точке, намеченной для выполнения ВЭЗ, обустраивается пикет, отмечающий положение центра установки. На нем пишутся номера ВЭЗ, пикета и профиля. Измерительная линия располагается параллельно питающей линии. При малых разносах установки надо особенно тщательно следить за соблюдением размеров разносов и расположением электродов строго по прямой линии, так как нарушение симметрии установки и искажение разносов вызывают большие погрешности по величине ρк. Измерение ρк начинается с проверки прибора. Затем оператор измеряет разность потенциалов ∆U и силу тока I в питающей цепи. По измеренным значениям ∆U и I вычислитель подсчитывает ρк. При этом соблюдаются следующие требования: 1. Во избежание нарушения контактов электродов с землей и соответствующими требованиями техники безопасности рабочие у заземлений во время измерений должны находиться от заземлений на расстоянии не меньше трех шагов. 2. Замеренные оператором величины ∆U и I сообщаются вычислителю, который перед записью в журнал обязан повторить их оператору, чтобы последний мого убедиться в том, что вычислитель правильно его понял. Запись ведется в полевом журнале табл. 5. По измеренным значениям ∆U и I вычислитель определяет величину ρк и записывает его в журнал. Вычисление ρк ведется по формуле ρк = Кх∆U/I, где К – коэффициент установки.

25

Для симметричной установки K = π/10xAM.AN/MN. Изменение разносов производится по команде оператора «вперед», подаваемой голосом. Получив эту команду, рабочий на центре отключает от катушек вилки вспомогательных соединений, рабочие на электродах A и B извлекают из земли электроды и тянут провода в намеченном направлении. Рабочий на центре следит за метками и задерживает провода, как только появляется очередная метка. Метки прижимаются к центральному пикету, провода натягиваются и у начальных меток забиваются электроды. Переход на каждый следующий разнос питающих электродов осуществляется лишь псле того, как вычислитель убедится в том, что полученная при данном разносе точка на графике зондирования не нарушает плавного хода кривой. На разносах AB/2, равных 1,5; 3; 9; 15; 40; 65 м, производится переход с меньшей на большую измерительную линию. Контрольные замеры на каждом разносе питающей линии выполняют только на одной приемной линии. По окончании зондирования в журнал заносятся местоположение центра зондирования, азимут разносов, дата и погода во время работы, фамилии оператора и вычислителя. Затем установка разбирается и переносится или перевозится на новую точку. А.4. Способы обработки, изображение и интерпретация результатов наблюдений Конечной задачей обработки результатов зондирования является представление полевых материалов в виде, пригодном как для их качественной и количественной интерпретации, так и для оценки качества полевых материалов. В обработку полевых материалов, полученных в процессе зондирований, входят следующие операции: 1. Проверка вычисления ρк в полевом журнале во вторую руку. 2. Построение полевых кривых ВЭЗ на билогарифмических бланках. 3. Построение профилей кривых ВЭЗ, для чего точки зондирования наносят на профиль и над каждой точкой строят кривую ВЭЗ таким образом, чтобы ось сопротивлений была горизонтальной, а ось разносов – вертикальной. 4. Построение карт и графиков сопротивлений для отдельных разносов, значения ρк на которых наиболее характерно отражают особенности разреза. 5. Качественная интерпретация результатов зондирований. Обычно выполняется на основе построения картой типов кривых, вертикальной картой изоом (разрез кажущихся сопротивлений). Для построения указанного разреза на профиль, вдоль которого проводились зондирования, наносят точки ВЭЗ, и в каждой точке, вдоль вертикальной прямой, на глубине, равной половине разноса питающей линии, выписывают значение ρк, полученное на данном разносе. Такая операция производится для каждого полуразноса всех ВЭЗ, выполненных на данном профиле. В образованном поле чисел проводятся изолигнии (изоомы). Конфигурация вертикальной карты изоом качественно отражает поведение опорных электрических горизонтов. 6. Количественная интерпретация результатов зондирований в полевых условиях осуществляется обычно при помощи палеток и номограмм. Сущность палеточного способа интерпретации сводится к сопоставлению полевой кривой с теоретическми кривыми, построенными на основании расчетов или графическим способом. Полное совмещение полевой кривой с одной из теоретических кривых, свидетельствует о совпадении изучаемого геоэлектрического разреза с расчетным разрезом. Наиболее проста и удобна номограмма-палетка В.К. Хмелевского (рис. 4).

26

Рис. 4. Палетка-номограмма В.К. Хмелевского Результатом интепретации является определение мощностей и удельных электрических сопротивлений выделенных пластов, и построение геоэлектрического разреза. Порядок интепретации кривых ВЭЗ (как и кривых ДОЗ) при помощи номограммыпалетки В.К. Хмелевского: а) перенести кривую ВЭЗ с бланка на кальку и совместить левую ветвь полевой кривой с одной из двухслойных кривых на палетке. Нанести на кальку крест палетки, который соответствует координам h1, ρ1, найти модуль µ1 = ρ2/ρ1 и вычислить ρ2: ρ2 = ρ1. µ1; б) перенести кальку влево и совместить ее со следующей (правой) ветвью кривой ВЭЗ. При этом крест палетки (h1, ρ1) должен располагаться на соответствующей кривой номограммы с модулем µ1. Учитывая тип кривой, по одной из 4-х шкал найти второй модуль ν1 = h2: h1.ν1; в) на кальке с наблюденной кривой нанести следующий крест (hэ, ρэ) и записать следующий модуль – µ2. Найти ρ3. ρ3 = ρэ.µ2. Если кривая ВЭЗ многослойная, все операции продолжаются до тех пор, пока последняя правая ветвь кривой ВЭЗ не совместится с двухслойной кривой на палетке. По

27

найденным координатам крестов и значениям модулей µ и ν вычисляются соответветсвенно, мощности и удельные электрические слпротивления пластов. Количество геоэлектрических горизонтов определяется числом изгибов наблюденной кривой. Результаты количественной интепретации используются для построения геоэлектрического разреза, структурных и иных карт изучаемого участка. Для построение геоэлектрического разреза выбирается горизонтальный и вертикальный масштабы, причем таким образом, чтобы получить наглядный, читаемый геоэлектрический разрез. После этого в выбранном вертикальном масштабе вдоль профиля наносится линия рельефа, а на профиль выносятся и подписываются номера точек ВЭЗ. Отмечается положение профиля по отношению к странам света, указываются местоположение и данные буровых скважин, горных выработок (если таковые имеются на участке) и т.д. Под каждой ВЭЗ в выбранном масштабе откладывают мощности или интервалы изменения геоэлектрических горизонтов, а внутри слоев выписывают значения ρ или интервалы его изменения. На разрез соответствующими условными обозначениями наносятся литологические данные и разрез приобретает геологический смысл. Для построения структурной карты по высотным отметкам точек ВЭЗ и мощностям горизонтов предварительно вычисляют абсолютные отметки кровли выделенных по рензультатам зондирования горизонтов. На план наносят положение этих точек. Около них записывают отметки горизонтов ив полученном поле чисел проводят изогипсы. Графически или текстовым примечанием должны быть даны ответы на все вопросы, поставленные перед геофизическими исследованиями. Если, например, ставилась задача определения уровня грунтовых вод, то эта граница должна быть выделена особым знаком и дана в условных обозначениях. Если ставилась задача установления амплитуды сброса, то должно быть указано, какова амплитуда смещения и какой блок является относительно приподнятым или опущенным. Б. Электрпотенциалное томографическое зондирование (ЭПТЗ) Б.1. Сущность метода электропотенциального томографического зондирования На основе дипольного осевого зондирования (ДОЗ) во ВНИГРИуголь (Э.Г. Порфилкин и др.) разработан весьма эффективный по глубинности и производительности метод электропотенциальной томографии (ЭПТЗ), который используется во время геофизической практики. Поскольку кривые, стрящиеся по данным ЭПТЗ аналогичны кривым ДОЗ, то в дальнейшем будем пользоваться этой аббревиатурой. В ЭПТЗ совмещены элементы дипольного осевого зондирования и электропрофилирования профилирования и принадлежит к группе методв сопротивлений и заключаетсся в вычислении кажущегося удельного сопротивления ρк по измеренным значениям силы тока, подаваемой в диполь АВ и разности потенциалов в измерительном диполе MN установкой A∞BMN. В комплект установки входят: два измерительных прибора (тестер, автокомпенсатор АЭ-72), токовые (питающие) и измерительные электроды, 2 катушки с геофизическим проводом и соединительные линии. Диполь АВ остается неподвижным, а диполь MN последовательно перемещается вдоль линии профиля. Анализ кривой ДОЗ позволяет по ее форме установить характер разреза в точке исследования, определить количество горизонтальных или слабонаклонных пластов под дневной поверхностью до глубины, охваченной исследованием. Палеточные, машинные, статистические и другие методы интепретации позволяют определить число горизонтов, слагающих разрез, их мощности и удельное электрическое сопротивление. Основными условиями применимости метода являются: достаточно отчетливая дифференциация геологических образований по удельному электрическому сопротивлению,

28

пологое их залегание (углы падения не более 10-15о), спокойный слаборасчлененный рельеф дневной поверхности. Методика разделения суммарного сигнала на составляющие зондирования и профилирования построена на основе исключения влияний наиболее часто представленных горизонтов одной и той же литологической разности. В этом отношении кривые ЭПТЗ должны обладать избыточностью наблюдений по ряду параметров: 1) по густоте наблюдаемых точек на одной кривой (∆х=2 м), 2) по величине максимальных разносов (ВОmax = 50 м при исследовании глубин 10– 15 м ), 3) по азимутальному набору направлений разносов зондирований (оптимальный набор – 2-4 азимута). Другой способ разделения сигналов ЭПТЗ на составляющие зондирования и профилирования основан на методе подбора предельного сигнала зондирования (с использованием решения прямой задачи электроразведки для слоистого разреза). Сигнал может приниматься сверху или снизу, с учетом свойств асимптот теоретических кривых зондирований (правые асимптоты кривых типа H и A не могут превышать углы 45, а Q и K 77 градусов). Б.2. Монтажная схема установки ЭПТЗ Монтажная схема установки A∞B MN для работы по методу ДОЗ с малыми разносами достаточно проста: электрод А, питающего диполя АВ, относится в «бесконечность», а электрод В выставляется на 1/2 интервала MN от начальной точки «О» центра установки. Таким образом, при первом измерении электрод М забивается за электродом А. Оператор у прибора при электроде В измеряет силу тока, а второй оператор измеряет разность потенциалов между электродами MN. Необходимые величины разносов диполей и размера измерительного диполя MN определяются проектыми условиями геологического задания. Постепенное увеличение положения измерительного диполя позволяет увеличивать глубинность исследования. Для условий полигона рекомендуется использовать установку с размером линии (диполя) АВ = 100м, а MN – 10 м. Первые измерения производятся на расстоянии центра установки (BO) равном 10 м, а затем ВО последовательно возрастает до минимума сигнала при измерении ∆U. Положения диполя (ВО), измерения силы тока J и разности потенциалов ∆U вместе со значением коэффициента установки записываются в журнал, приводимом в табл. 6. Таблица 6 Журнал полевых наблюдений методом ЭПТЗ (ДОЗ) Участок – Профиль – Пикет – Оператор Номер АВ, м замера 1. 100 2. … … N.

BO, м

К, м

10 20 … 10xN

47,5 238,78 … …

Дата Погода Начало наблюдений Конец наблюдений – Вычислитель J, mA ∆U,mB ρк, Ом.м Примечание

Оператор (на линии АВ)_____________________ Оператор (на линии MN)_____________________ Вычислитель_______________________________

MN = 10 м

29

(подписи операторов и вычислителя) ρк = Кх∆ U/J; K = 2π/(1/AM – 1/AN – 1/BM + 1/BN). Если сила тока измеряется в амперах, то коэффициент K уменьшится в 1000 раз. Б.3. Методика полевых работ Полевые работы состоят из следующих элементов: а) подготовки установки к работе; б) измерения силы тока в диполе АВ и разности потенциалов в MN; в) вычисление кажущегося удельного сопротивления и построение кривой ДОЗ. Подготовка установки к работе начинается с того, что в точках, намеченных для выполнения ДОЗ, обустраиваются пикеты, отмечающие центры установок. На пикетах (деревянные колы длиной 0,5-1,0 м) пишутся номер ДОЗ и профиля (например, 1/II). Оба диполя располагаются на одной оси, вдоль линии профиля. Работа по вычислению ρк аалогична той, что выполняется при ВЭЗ и начинаетсся с проверки приборов. Затем операторы (на приборе для записи силы тока на диполе АВ и на приборе для записи разности потенциалов на диполе MN) производят измерения, а вычислитель записывает их в журнал (табл. 8) и, прежде чем перейти на следующий пикет, вычисляет ρк и наносит его на бланк. По вычисленным значениям ρк на билогарифмическом бланке строится кривая ДОЗ (аналогичной кривой ВЭЗ), которая затем становится объкетом обработки и интерпретации. После окончания зондирования в журнал заносятся местоположение центров зондирования, азимут разносов, дата и погода во время работы. Фамилии операторов и вычислителя. Затем установка переносится на новый пикет. Б.4. Способы обработки и изображение результатов наблюдений Конечной задачей обработки результатов зондирования является представление полевых материалов в виде, пригодном для их качественной и количественной интерпретации, а также оценки качества полевых материалов. В обработку полевых материалов, полученных в процессе зондирований, входят следующие операции. 1. Проверка вычисления ρк в полевом журнале во вторую руку. 2. Построение полевых кривых ДОЗ на билогарифмических бланках. 3. Построение профилей кривых ДОЗ, для чего точки зондирования наносят на профиль и над каждой точкой строят кривую ДОЗ таким образом, чтобы ось сопротивлений была горизонтальной, а ось разносов – вертикальной. 4. Построение карт и графиков сопротивлений для отдельных разносов, значения ρк на которых наиболее характерно отражаются особенности разреза. Качественная и количественная интерпретация результатов ДОЗ аналогична той, что описана ранее для ВЭЗ. Результаты опытных зондирований используются также для выбора установки электропрофилирования. В отчетном материале, вместе с геоэлектрическим разрезом, необходимо отражать сам процесс интерпретации кривых ВЭЗ с приложением бланков и калек с кривыми, и со всеми вспомогательными линиями и эквивалентными точками. 3.2.3. Метод электропрофилирования 3.2.3.1. Сущность электропрофилирования

30

Электрическое профилирование (ЭП) – это такая модификация метода сопротивлений, при которой вдоль заданных направлений перемещается установка с постоянными разносами и определяется кажущееся сопротивление. По изменениям кажущихся сопротивлений можно судить об изменении геоэлектрического разреза вдоль этих профилей на примерно одинаковых глубинах. Электропрофилирование можно применять там, где имеется дифференциация пород по удельному сопротивлению в горизонтальном направлении. Существует несколько модификаций электрического профилирования. Они отличаются друг от друга количеством, взаимным расположением питающих и приемных электродов на профиле (т.е. установками) и методикой работ. Наиболее распространенными являются симметричная установка типа AMNB, комбинированная установка AMN и BMN со вторым питающим заземлением C, общим для обеих установок и отнесенным в “бесконечность”, установка съемки срединных градиентов. При таком способе профилирования питающие заземления в пределах определенного участка исследуемой площади остаются неподвижными, а заземления M и N перемещаются по профилям, параллельным линии AB и по длине равным AB/3. На практике используется профилирование с симметричной установкой AMNB (метод СЭП). Отличительным признаком симметричной установки является то, что приемные заземления M и N располагаются на линии, соединяющей питающие электроды, симметрично относительно центра O отрезка AB. Коэффициент установки расчитывается по формуле: К = πxAMxAN/10MN Установка для профилирования состоит из двух цепей (линий) – питающей и измерительной (приемной). Питающая цепь состоит из блока питания (батарея, аккумулятор), заземлений A и B, а также соединительных проводов. Для включения и выключения тока в питающей цепи имеется выключатель. В измерительную цепь входят зазеиления M и N, измерительный прибор и соединительные провода. Заземления питающей линии обычно изготавливаются из стержневых электродов, размер и количество которых определяются размерами установки и удельным сопротивлением покровных отложений, в которые забиваются электроды. В качестве измерительного прибора при профилировании применяются измерители кажущегося сопротивления (микровольтметры) аппаратуры АЭ-72, ИКС-1, АНЧ-3, ЭРА и др., катушки с геофизическим проводом типа ГСМПО, металлические электроды (стальные – токовые и латунные, медные – приемные), катушки, кувалды, резиновые коврики, набор инструментов. 3.2.3.2.Монтажная схема установки Монтажная схема симметричной установки AMNB, в которой в качестве измерительного прибора применен автокомпенсатор АЭ-72, изображена на рис. 5.

31

Рис. 5. Схемы установок для электрического профилирования: а – симметричная с двумя разносами; б – по схеме срединного градиента; в – дипольная осевая; г – комбинированного профилирования с измерением двух составляющих; д – дивергентная. Г – генератор; П – приемник; пунктиром показано продолжение профилей. Питающая линия обычно готовится из двух отрезков провода, требуемой длины, связанных на центре и раздельно присоединенных внутренними концами к штырям полевой вилки. При помощи этой вилки питающая линия подключается к блоку питания. К внешним концам проводов присоединяются полевые вилки с гнездами. Заземления A и Bподключаются к линии при помощи полевых вилок со штырями. Измерительная линия изготовляется также из двух отрезков провода теребуемой длины. Оба отрезка связываются на центре и раздельно подключаются внутренними концами к штырям полевой вилки, посредством которой лигния подключается к микровольтметру. К внешним концам линии наглухо присоединяются измерительные заземления M и N. 3.2.3.3. Методика полевых работ Началу измерений предшествует подготовка аппаратуры, провешивание профиля и закрепление точек наблюдений (пикетов) на местности. Полевые измерения производятся в следующем порядке. Сначала по профилю прокладывается мерный шнур. Далее, после того как центр установки совмещен с пикетом, забиты и подключены заземления и питание, микровольтметр включен в питающую и измерительную линии, оператор производит измерение разности потенциалов в измеорительной цепи и сылы тока – в питающей, вычислитель заносит эти величины в полевой журнал и по формуле ρк = Кх∆U/I подсчитывает значение кажущегося сопротивления в данной точке. Затем по команде оператора рабочие на питающих электродах увеличивают их сопротивление, выдергивая из земли часть электродов, оператор подсчитывает второе значение ρк. Если это значение отличается от первого более чем на 5%, повторный замер производится еще раз, при этом сопротивление заземления питающих электродов снова изменяется. Добившись сходимости основного и повторного замеров ρк в пределах 5% погрешносьти, вычислитель наносит среднее значение ρк на график и подает команду к переходу на следующую точку. Перед эти оператор отключает питание, освободив, таким образом, пиремную и питающую линии для их переноса. Закончив переход на новую точку, рабочие забивают заземления, а оператор на новом центре установки подключает к линиям блок питания и микровольтметр. Повторные замеры с изменением сопротивления заземлений выполняются обычно на каждой пятой или десятой точке в зависимости от условий заземления, наличия, блуждающих токов и других помех, а также в точках с резким изменением формы кривой ρк.

32

Для удобства перехода с точки на точку размеры четырехэлектродной установки выбираются такими, чтобы расстояния между питающими и приемными заземлениями равнялось или было кратным шагу установки по профилю. Данные полевых наблюдений записываются в журнал (табл. 7). Таблица 7 Журнал полевых наблюдений методом электропрофилирования установкой AMNB Участок – Профиль – AB = K= № п/п 1 2 … N

м; MN = Шаг = ∆U, мВ

Дата Погода м. Начало наблюдений м. Конец наблюдений – I,мА ρк, Ом.м.

Оператор___________________

Примечание

Вычислитель_________________

В графе «Примечание» вычислитель зарисовывает рельеф местности вдоль профиля, отмечает факторы, которые могут повлиять на величину кажущегося сопротивления и на условия замеров – заболоченность, свалы пород, горные выработки, описывает характер растительного покрова, результаты проверок установки и т.д. 3.2.3.4. Обработка и интепретация результатов электропрофилирования Результаты профилирования установкой AMNB изображаются в виде графиков ρк, карт равных значений ρк (карт изоом) и карт графиков ρк. Интерпретация результатов электропрофилирования в большинстве случаев бывает качественной. При качественной интепретации по графикам ρк, картам графиков ρк (корреляционным планам) определяют тип геоэлектрического разреза исследуемой площади, визуально выделяются и прослеживаются контакты, тектонические нарушения, рудные тела, объекты пластообразного типа с углами падения >10о. Аномалии на профилях и картах сопоставляются с геологическими разрезами и картами, что позволяет установить их геологическую природу. Необходимо помнить, что интерпретация материалов электропрофилирования может осложнится не только из-за разнообразия природных условий, но и применением различных типов установок, каждой из которых над одинаковым разрезом можно получить аномалии ρк, отличающиеся по форме. 3.2.4. Метод заряженного тела 3.2.4.1. Сущность метода заряженного тела Сущность метода заряженного тела (или “заряда”) заключается в том, что один из полюсов источника электрического тока заземляется непосредственно в прослеживаемом теле, а второй полюс заземляется за пределами исследуемой площади на расстоянии достаточно большом, чтобы с влиянием его поля на результаты измерений можно было не считаться. Электрическое поле заряженного таким образом тела исследуется на дневной поверхности тем или иным способом, и по характеру распределения этого поля делается заключение о размерах, форме и положении разведываемого тела. МЗТ применяется и для определения направления и скорости движения подземных вод, когда в водоносный горизонт, вместе с питающим электродов, в мешке из пористой ткани погружают соль. Растворяющаяся в воде соль резко повышает ее проводимость.

33

Измерение потенциалов электрического поля на поверхности земли позволяет определять направление и скорость движения потока подземной воды. Подробнее об этом варианте МЗТ рассказано ниже. Первый способ получил название “рудного”, а второй – “гидрогеологического”. Рудный вариант чаще всего реализуется в съемке градиента потенциала или потенциала вдоль профилей, проходящих над заряженным телом вкрест их простирания. МЗТ применяется в основном для разведки вытянутых, крутопадающих тел или тектонических нарушений. А. Рудный вариант МЗТ. Способ съемки градиента потенциала А.1 Монтажная схема установки градиента потенциала Монтажная схема включает в себя питающую и приемную линии, а также приборы для измерения силы тока в цепи питающих заземлений и разности потенциалов между приемными заземлениями. В качестве измерительных приборов используются автокомпенсатор АЭ-72 и милливольтметр. Питающая линия систоит из заземлений А и В, и соединительных проводов источника тока. Одно из заземлений располагается в прослеживаемом теле, а второе отнесено в "бесконечность” т.е. на расстояние, в 10-15 раз превышающее линейные размеры исследуемой площади. Приемная цепь состоит из заземлений M и N и проводов, соединяющих эти заземления с измерительным прибором. Монтажная схема установки при работе практически не отличается от описанной выше. А.2. Методика наблюдений Полевые работы производятся следующим образом. На исследуемой площади разбивается сеть профилей. Обычно по предполагаемому простиранию прослеживаемого тела задают базисный профиль, проходящий непосредственно над точкой зарядки. Перпендикулярно к этому профилю разбиваются поперечные профили, на которых пикетами отмечаются будущие точки стояния измерительных заземлений. Шаг измерительной установки по профилю и длина профилей прямым образом зависят от глубины залегания верхней кромки заряженного тела. Измерения градиентов потенциалов вдоль профилей начинается с того, что измерительные заземления устанавливаются на первых двух точках профиля таким образом, чтобы заземление M располагалось впереди заземления N. После этого измеряются разности потенциалов между точками M и N, а также сила тока в питающей цепи. Измеряемой разности потенциалов приписывается тот знак, на который указывает стрелка на перключателе автокомпенсатора или микровольтметра. В том случае, если выдержана указанная полярность питающей цепи, сила тока всегда берется с положительным знаком. После выполнения замера заземление M переносится в следующую точку профиля, а заземление N в точку стояния заземления M. При новом положении заземлений снова измеряются ∆U и J, заземления переносятся в следующее положение, и таким образом проходитсся весь профиль. По измеренным силе тока и разности потенциалов между соседними точками профиля, а также по известному расстоянию между этими точками RMN, вычисляется среднее значение градиента потенциала на участке между измерительными заземлениями ∆U/J. Результаты измерений и вычислений записываются в журнал (табл. 8). Таблица 8 Журнал полевых наблюдений при съемке градиента потенциала МЗТ Профиль №_________ Участок ____________ Положение электродов

Дата_____________ Начало наблюдений____________________ Конец наблюдений ____________________

34

А ____________ Погода_______________________________ В ____________ Напряжение источника питания___________ Прибор №_____________________________________ Номер измерения

Точка стояния ∆U, мВ I, мА электродов M N

∆U/I,

Оператор______________ Вычислитель______________

Исправленное

Примечание

Проверил__________________

А. 3. Обработка и интерпретация результатов Камеральная обработка результатов полевых наблюдений заключается в проверке и пересчете полевых журналов, построении графиков потенциала и его градиента, а также карт эквипотенциальных линий или карт графиков градиентов потенциала (рис. 6).

Рис. 6. Результаты наблюдения методом заряда по схеме съемки потенциалов (а) и градиентов (б). А1,А2, А3, - положение питающих электродов (точки заряда); Г –генератор; 1 – скважина; 2 – рудное тело; 3 – изолинии потенциала при положении питающих электродов А1 и А2 ; 4 – графики градиента потенциала; 5 – ось проекции рудного тела на поверхность; 6 – токовые линии.

35

Чтобы построить карту графиков градиента потенциала, на план в определенном масштабе наносят профили, вдоль которых были проведены наблюдения, и на этих профилях строят графики градиента потенциала. Вертикальный масштаб на графиках выбирают с учетом интенсивности измеряемого поля, руководствуясь возможной наглядностью графиков, стремясь к тому, чтобы при построении карты кривые на соседних профилях не пересекались. На карту наносят положение электрода A и подводящих проводов, а также геологические данные. Основная задача интерпретации – определение положения оси выхода заряженного тела под покровные отложения. При этом нужно руководствоваться тем, что градиент потенциала над заряженным телом меняет свой знак. Следовательно, линия, соединяющая на плане переходы градиента через нуль, является проекцией оси выхода заряженного тела на земную поверхность. Б. Гидрогеологический вариант МЗТ Определение направления и скорости движения подземных вод осуществляют следующим образом. В скважину на глубину водоносного пласта опускается токовый электрод (А). Второй токовый электрод (В) относится в бесконечность (на расстояние в 1015 раз больше глубины погружения электрода А). В этом случае поле электрода В практически окажется равным нулю и электрическое поле на поверхности вблизи скважины можно рассматривать как поле точечного источника. От устья скважины разбивается система лучевых линий наблюдения. Количество лучей зависит от требуемой точности работ и может меняться от 4 до 16. Лучи размечаются пикетами через 5-10 метров. Нумерация пикетов производится от устья скважины. На луче, направленном в сторону противоположную предполагаемому направлению потока выбирается одна или несколько неподвижно закрепленных точек N (N1, N2, …). Точки следует располагать на расстоянии превышающих глубину залегания водоносного горизонта. Результаты наблюдений записываются в журнал (табл. 9). Таблица 9 Журнал полевых наблюдений при гидрогеологическом способе МЗТ I изолиния II изолиния III изолиния Приме №№ №№ серий лучей t, ч R, м ∆R, м t, ч R, м ∆R, м t, ч R, м ∆R, м чание 1 1 2 3 4 5 6 2 1 2 3 4 5 6 3 1 Примечание. Выходные данные к журналу те же, что и при съемке градиента потенциала. На каждом из лучей определяется положение точек M (M1, M2, …) имеющих равный потенциал с соответствующими точками N (N1, N2, …) и строится «базисная» линия равного

36

потенциала. Обычно «базисная» изолиния имеет форму близкую к окружности с центром у устья скважины. После снятия «базисной» линии в скважину опускают узкий мешок из пористой ткани, наполненный хорошо растворимой солью. Подземный поток, растворяя соль, будет выносить раствор в направлении своего движения, создавая «заряженное тело» высокой проводимости. Спустя некоторое время после «зарядки» скважины солью вновь определяется положение точек равного потенциала по всем лучам относительно первоначальных точек N (N1, N2,…), При этом форма линий равного потенциала изменится – они превратятся в овальные кривые, вытянутые в направлении движения подземного потока, т.к. линии равногопотенциала, измеренные на поверхности, повторяют форму «заряженного тела» ). Луч, по которому происходит максимальное положительное смещение точки равного потенциала по сравнению с точкой на «базисной» изолинии принимают за направление потока. Определив максимальное смещение по лучу (Rmax), зная моменты времени измерения «базисной» и переменных изолиний (ti), легко определить скорость потока по формуле V = ∆Rmax/∆ti Опыт показывает, что в начальные моменты времени после «зарядки» скважины полученные значения скорости обычно занижены относительно истинных. Лишь через некоторый промежуток времени вычисленные скорости приближаются к истинной. Поэтому рекомендуется строить график зависимости скорости от времени, прошедшего со времени «зарядки» скважины. Выход кривой на горизонтальную асимптоту считается истинной скоростью подземного потока (рис. 7).

Рис. 7. Определение направления и скорости движения подземных вод методом заряда. а - схема измерений изолиний потенциала; б – результаты обработки в виде графика зависимости смещений изолиний вдоль потока от времени; Г – генератор.

37

4. Отчет об учебной геофизической практике Оглавление: Введение (1-2 стр.) 1. Геологические условия и физические свойств пород района практики (2 стр.) 2. Геофизические исследования (15-20 стр.) 2.1. Радиометрия 2.2. Электроразведка 2.2.1. Метод естественного поля (ЕП) 2.2.2. Электрическое зондирование 2.2.2.1. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) 2.2.2.2. Электропотенциальное томографическое зондирование (ЭПТЗ) 2.2.3. Электрическое профилирование (ЭП) 2.2.4. Метод заряженного тела (МЗТ) Заключение (1-2 стр.) Приложения Литература Содержание отчета: Во Введении указывается район практики, местоположение полигона, сроки ее проведения, перчисляются основные виды работ, выполненных отрядом, состав отряда, авторы разделов отчета. Краткая геологическая характеристика должна содержать сведения о районе практики, составленной на основании литературных данных и базисных маршрутов. Отдельно приводятсся данные о физических свойствах горных пород, слагающих геологический разрез района практики. Глава, посвященная описанию методики и результатов геофизических работ, должна состоять из разделов, причем для каждого метода, с которыми знакомились студенты в процессе практики, отводится свой раздел. В каждом разделе должны быть описаны: а) монтажная схема установки и характеристика прибора; б) методика полевых наблюдений; в) приемы контроля за качеством полевых наблюдений; г) способы обработки и изображения результатов полевых наблюдений; д) результаты полевых наблюдений и их краткое геологичекое истолкование. В Заключении следует привести соображения авторов о роли и месте геофизических методов в общем комплексе геологических картировочных и поисковых исследований в районе практики. В Приложении должны содержаться следующие материалы: а) первичные полевые журналы, графики, построенные в полевых условиях, и др.; б) основные результативные карты и графики. Список литературы, приложенный к отчету, должен включать в себя основные литературные материалы, использованные отрядом в процессе работы над отчетом. Отчет подписывается всеми его авторами и защищается во время зачета. По результатам зачета студентам выставляются оценки. 5. Рекомендуемая литература

38

1. Автокомпенсатор электроразведочный АЭ-72. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М. 1978. 2. Власов Д.Ф. Методические указания к учебной практике по геологическому картированию. РГУ, Ростов-на-Дону, 1973 г. 3. Власов Д.Ф. Майский Ю.Г. Геологическое строение среднего течения реки Белой. РГУ, Ростов-на-Дону, 1982 г. 4. Геофизичесмкие методы исследования земной коры./Под ред. В.К. Хмелевского. М.: Недра, 1988. 5. Закруткин В.В., Грановский А.Г. Метаморфические комплексы и магматические формации Белореченского полигона геологической практики. В 2-х частях. РГУ, Ростовна-Дону, 1997 г. 6. Инструкция и технические данные к прибору СРП-68-01. М. 1982. 7. Хмелевской В.К. основной курс электроразведки. Часть 1. Издательство Московского университета. 1970. 8. Щиров В.Т. Введение в учебную практику по гекартированию. РГУ, Ростов-на-Дону, 1995 г. 9. Электроразведка: Справочник геофизика. В двух книгах/Под ред. В.К. Хмелевского и В.М. Бондаренко. Книга первая. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1989. – 438 с.: ил. 10. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л. Электропразведка. М.: Недра, 1988.

39

Учебное издание

Программа и методические указания по учебной геофизической практике для студентов 2 курса дневного и заочного отделений геолого-географического факультета РГУ специальностей 011100 - Геология, 080100 - Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 011400 - Гидрогеология и инженерная геология. Может использоваться при проведении комплексной геоэкологической практики студентами 2 к специальности 013600 – геоэкология.

Составитель: Юрий Иванович Холодков

Редактор ___________________________________________________________________________ Темплан 2003 г. Подписано в печать Формат Усл.п.л. Заказ . С.

2003 г. Уч.- изд. л.

Ростовский государственный университет Редакционно-издательский отдел РГУ Типография РГУ Адрес университета: Адрес типографии:

Усл. кр.-отт.

Тираж 80 экз.