Пояснения к работе
Сущность электрического зондирования (ЭЗ) в так называемом "электробурении", то есть изучении земной коры на глубину. Как правило, используется постоянный или же переменный, низкой частоты ток. Электрическое поле создается в среде установкой, состоящей из двух электродов (питающих), которым присваиваются индексы A и B, соединительных проводов и генератора тока. Параметры (составляющие) поля измеряются с помощью установки, которая также состоит из двух электродов, но с индексами M и N и которые посредством проводов подключаются к измерителю (микровольтметру). Электроды A,B,M и N представляют собой металлические штыри, погружаемые в землю. В совокупности с соединительными проводами, генератором и измерителем они создают типовую четырёхэлектродную электроразведочную установку. Специальное последовательное изменение геометрических параметров этой установки и приводит к эффекту "электробурения".
Модификаций и технологий ЭЗ достаточно много (не менее первого десятка). Наиболее применяемые из них вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), дипольное осевое зондирование (ДОЗ), электропотенциальное томографическое зондирование (ЭПТЗ) и др. Все они используются для изучения геологических разрезов, в которых слои толщиной (мощностью) h1, h2, h3,….. hN-1 отличаются по удельному электрическому сопротивлению ρ1, ρ2, ρ3,…..ρN. При этом, "идеальными" считаются геологические разрезы, в которых по мере увеличения глубины каждый последующий слой по толщине h больше суммы толщин предыдущих слоев (рисунок 1).
Рисунок 1 Модель геоэлектрического разреза для ВЭЗ
В реальных геологических разрезах, однако, такие случаи крайне редки. Поэтому процесс изучения по данным электрического зондирования геологических разрезов на глубину (интерпретация кривых) в большинстве случаев весьма сложен. К тому же кривые искажаются за счет влияния приповерхностных неоднородностей, если на них попадают (над ними размещаются) линии АВ или MN.
Технология выполнения ВЭЗ следующая. На поверхности земли собирается установка, состоящая из двух питающих электродов А и В и двух измерительных (приемных) электродов М и N, расположенных симметрично относительно центра (точки зондирования). Через электроды А и В от батареи или генератора в землю поступает электрический ток силой I, а между приемными электродами М и N измеряют разность потенциалов ΔU. Сделав первый замер, увеличивают разнос АВ примерно на 20 % и вновь измеряют силу тока I и разность потенциалов ΔU. На одной стоянке прибора выполняют 20-25 измерений при последовательном увеличении разносов. Максимальные разносы выбирают исходя из заданной глубины исследования, которую оценивают приближенно по формуле (Ζэф)mах ≈ 0,1АВ. На каждом разносе по результатам измерений вычисляют кажущееся удельное сопротивление ρк. Выражение для вычисления ρк имеет вид (1):
, (1),
где k определяется по формуле (2):
. (2).
Конструктивно установка ВЭЗ выполняется из двух идентичных крыльев АО и ОВ, смонтированных из провода марки ГСМПО (рисунок 2). На проводах специальными метками отмечаются соответствующие разносы r = АВ/2. Длина приемной линии MN не превышает 1/5 АВ.
Рисунок 2 Схема установки вертикального электрического зондирования
К1,К2 - катушки с проводом; Г – генератор, И - измеритель, A,B,M,N – питающие и измерительные электроды; пунктиром показаны токовые линии
Электрические зондирования можно выполнить постоянным или переменным током низкой частоты. Используется электроразведочная аппаратура ЭРА-В-ЗНАК (рисунок 3). Она применяется при электрических зондированиях с максимальными разносами АВ до 1000 м и позволяет создавать в земной коре ток силой до 100 мА с измерением сигналов электрического поля более 0,01 мВ.
Рисунок 3 Общий вид аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК
Особенность аппаратуры состоит в том, что она предназначена для проведения электроразведочных работ на частотах 4,88, 625 Гц и постоянном токе методами сопротивлений, заряда, естественного постоянного электрического поля. На частоте 625 Гц аппаратура дополнительно обеспечивает возможность выполнения наблюдений с незаземленными рабочими линиями при любом типе поверхностного покрова – каменные осыпи (курумы), скальный и мерзлый грунт, сухие пески, снежно–ледовый покров, асфальтовые и бетонные покрытия. Аппаратура приспособлена для работы в городских условиях с высоким уровнем техногенных помех.
Выполнения полевых работ начинается с монтажа на точке зондирования линейной электроразведочной установки AMNB и подсоединения к ней генератора и измерителя. Первоначально включают измеритель кнопкой «F». Последовательное нажатие этой кнопки изменяет режимы (0 - контроль питания, 1 – измерения на частоте 4,88 Гц, 2 - измерения на частоте 625 Гц). Нажатие на измерителе кнопки «a» переключает поддиапазоны измерений от наиболее грубого (a=0) до наиболее чувствительного (a=4). Все измерения необходимо начинать на наиболее грубом поддиапазоне (a=0), последовательно повышая чувствительность так, чтобы отсчёт «n» цифрового табло на всех поддиапазонах, кроме наиболее чувствительного, был не менее 100-200. Одновременное нажатие кнопок «F» и «a» выключает измеритель независимо от режима, в котором он находится. Включение генератора производится переводом тумблера «ВКЛ.ПИТ.» или в положение «ВНУТР» или «ВНЕШ», в зависимости от подсоединённого (внешнего или внутреннего) источника питания. Переключателем «b» устанавливается выходной ток, достаточный для устойчивых измерений (как правило, для разносов АВ < 200 м сила тока не превышает 10-50 мА). При этом переход с одного диапазона на другой производится только при выключенном генераторе.
Для удобства и ускорения полевых наблюдений разработаны типовые таблицы ВЭЗ, которые включают рекомендуемые для рядовых и детальных зондирований полуразносы линий АВ и MN и соответствующие им значения коэффициента установки (k). В полевых журналах дополнительно предусматриваются графы для занесения измеренных в процессе ВЭЗ значений I и ΔU и вычисленных значений ρк (таблица 1).
Таблица 1 Журнал для симметричных AMNB установок ВЭЗ
| Участок___________________________ Дата_________________________________ | |||||||
| Профиль__________________________ Начало, конец наблюдений______________ | |||||||
| ПК центра MN_____________________ Погода_______________________________ | |||||||
| № точки | AB/2, м | MN/2, м | k | ΔU, мВ | I, мА | ρk, Ом м | Примечание |
| 0,4 | 0,125 | 1,813 | |||||
| 0,75 | 0,125 | 6,869 | |||||
| 1,5 | 0,125 | 28,06 | |||||
| 1,5 | 0,5 | 6,28 | |||||
| 0,125 | 50,04 | ||||||
| 0,5 | 11,78 | ||||||
| 2,5 | 0,5 | 18,84 | |||||
| 0,5 | 27,47 | ||||||
| 3,5 | 0,5 | 37,68 | |||||
| 0,5 | 49,45 | ||||||
| 0,5 | 77,71 | ||||||
| 0,5 | 112,2 | ||||||
| 7,5 | 0,5 | 175,8 | |||||
| 0,5 | 253,5 | ||||||
| 0,5 | 379,2 | ||||||
| 0,5 | 529,9 | ||||||
| 0,5 | 705,7 | ||||||
| 62,8 | |||||||
| 0,5 | |||||||
| 117,8 | |||||||
| 188,4 | |||||||
| 274,8 | |||||||
| 494,6 | |||||||
| 376,8 | |||||||
| 586,1 | |||||||
Результаты ВЭЗ изображают графически в виде кривой изменения кажущегося сопротивления ρк в зависимости от разноса r = АВ/2. Графики строят в билогарифмическом масштабе с использованием стандартных компьютерных программ типа EXCEL (рисунок 4).
Рисунок 4 Пример построения кривой ВЭЗ
Площадка выполнения работ методом ВЭЗ находится в западном жилом массиве Советского района г. Ростова-на-Дону по улице Зорге между зданиями Геолого-географического и Химического факультетов Южного Федерального университета. Участок представляет собой ровную газонного вида поверхность, где отсутствуют строения. Через площадку проходят подземные трассы водопровода, теплоснабжения и телефонных кабелей. План-схема площадки приведена на рисунке 5, а геологическая колонка по данным инженерно-геологических изысканий на рисунке 6. Результаты документации проведенного бурения показывают, что геологический разрез, в котором проложены подземные коммуникации, сверху вниз представлен насыпным слоем из суглинка, перемешанного со строительным мусором. Мощность толщи 2,7-2,9 м. Ниже по разрезу залегают темно-серые суглинки однородного состава с буроватым оттенком, местами перемежаемые с растительными остатками. Суглинки являются водонасыщенными. Уровень грунтовых вод (УГВ) в осенний период фиксируется на глубинах 4,5-4,8 м. Водоупором являются глины, кровля которых уверенно отмечается и по данным бурения и по результатам статического зондирования (пенетрационного каротажа).
Рисунок 5 Схема площадки изучения геологического разреза методом ВЭЗ
Рисунок 6 Геологический разрез верхней части грунтовой толщи на эталонной площадке по ул. Зорге в г. Ростове-на-Дону А) – фактический разрез, Б) модель геологического разреза, используемая при интерпретации кривых ВЭЗ
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Сущность ВЭЗ и описание методики полевых работ.
3. Компьютерная обработка результатов полевых наблюдений, включая графические построения.
4. Основные результаты и выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Электричесое зондирование, как основная модификация электроразведки.
2. Переносная электроразведочная аппаратура ЭРА-ЗНАК.
3. Методика полевых наблюдений при проведении ВЭЗ.
4. Стандартные компьютерные программы, используемые для обработки результатов электрозондирования.
5. Качественное истолкование графиков ВЭЗ.