Електророзвідувальна апаратура і обладнання

 

4.1.1 Мета і завдання роботи

Метою даної роботи є ознайомлення студентів з електророзвідувальною апаратурою, обладнанням, технікою і методико проведення польових вимірювань методом ВЕЗ, обробкою польових вимірювань і побудовою кривих зондування.

Завданням роботи: вивчити будову автокомпенсатора електророзвідувального АЕ-72, виконати контрольні вимірювання з ним; монтаж симетричної чотирьохелектродної установки, розрахунок коефіцієнтів установок і виконання вимірювань на польових точках профілю. За отриманими результатами вимірювань виконати розрахунки і побудувати криві ВЕЗ.

 

4.1.2 Короткі теоретичні відомості про електророзвідувальне обладнання

Для проведення електророзвідувальних робіт, окрім апаратури, необхідно: заземлювачі (електроди), проводи, джерела струму для створення штучних електричних полів, батареї гальванічних елементів, котушки, кувалди, слюсарний і електротехнічний інструмент.

Для установок при роботі з малими розносами часто використовують польовий телефонний провід або інший у хлорвініловій ізоляції. При використанні великих струмів, лінії живлення виготовляють з спеціального кабелю.

Заземлення в методах електророзвідки виконують за допомогою металічних електродів і електродів, які не поляризуються. У лініях живлення використовують стальні електроди діаметром 15-20 мм і довжиною 0,7-1 м, а в лініях реєстрації - мідні (латунні) електроди і електроди, які не поляризуються.

Електроди, які не поляризуються, сконструйовані таким чином, що метал, до якого під`єднані проводи лінії реєстрації знаходяться у розчині власної солі. Цей розчин є проміжним середовищем між металом і ґрунтом. На границі метал-розчин проходять зворотні електрохімічні реакції, а випадковий склад солей ґрунту впливає тільки на дифузійний потенціал електроду. Останній має значно меншу величину ніж сам електродний потенціал, і тому суттєво не впливає на величину і стійкість потенціалу електрода у цілому.

Найбільш часто використовують мідні і свинцеві електроди, які слабо поляризуються. Загальний вигляд і схема такого електрода показана на рис.4.1.

1 - мідний стрижень;

2 - мідний ковпак;

3 - провід вимірної лінії;

4 - гумові прокладки;

5 - брезентовий кожух;

6 - розчин мідного купоросу;

7 - мідний купорос.

 

Рисунок 4.1 - Схема електрода, який не поляризується.

 

Є і інші конструкції електродів, що слабо поляризуються.

Одним із розповсюджених приладів, які використовуються виробничими українськими організаціями для вимірювання параметрів на постійному струмі, є авто компенсатор електророзвідувальний.

Будова АЕ-72 і робота з ним. Автокомпенсатор електророзвідувальний АЕ-72 призначений для індикації різниці потенціалів у приймальному диполі MN і струму у диполі живлення АВ при виконанні електророзвідувальних робіт методами постійного струму, або методами природного поля. Автокомпенсатор є індикатором напруги постійного струму з безпосереднім відліком.

При вивченні штучних електричних полів окрім визначення різниці потенціалів DU в приймальній лінії MN вимірюється ще сила струму І в лінії живлення АВ за схемою, яка показана на рис.4.2.

 
 

 


R - еталонний опір, через який у землю пропускається струм.

 

Рисунок 4.2 - Схема вимірювання сили струму.

 

Падіння напруги і вимірюються тим же приладом АЕ-72.

Величина опору R підбирається такою, щоб сила струму за законом Ома

(4.1)

не вираховувалась, а за значенням дорівнювала .

У роботі з різними величинами використовують магазин калібрувальних опорів R .

Зовнішня панель АЕ-72. Перемикач “ПИТАНИЕ-КОНТРОЛЬ” призначений для вмикання живлення автокомпенсатора (положення “РАБОТА”) і для перевірки напруги живлення (положення “U1“ і “U2“).

У положенні “U1“ вимірюється падіння напруги живлення підсилювача, а в положенні “U2“ - компенсатора ЕРС (електрорушійної сили) поляризації. При вимірах напруги “U1“ на всю шкалу приладу приходиться 31,6 В, а при вимірах напруги “U2“- 3,16 В. Контроль живлення зручніше здійснювати по нижній шкалі.

Гніздо “ВНЕШНЕЕ ПИТАНИЕ” використовують для підведення до автокомпенсатора зовнішнього джерела живлення.

Тумблер “∆U – IАВ“ призначений для увімкнення до виходу підсилювача шунта (резистора), а самого АЕ-72 включення по схемі, яке показано на рис.4.2 для вимірювання струму в лінії АВ, або по схемі на рис.4.3 для вимірювання напруги ∆U в лінії MN.

Зміна меж напруги (градуювання в мВ) або струму (градуювання в сА) виконують перемикачем “ПРЕДЕЛЫ ∆U – IАВ“. Кнопка “АВ” дозволяє вмикати струм у лінії АВ тільки на час вимірів.

Рисунок 4.3 - Схема вимірювання напруги .

 

Ручки “ГРУБАЯ - СРЕДНЯЯ і ТОЧНАЯ” - для виключення впливу величини природної ЕРС поляризації на виміри за допомогою зворотної напруги компенсатора поляризації, який вмикається тумблером “КП”.

Тумблер “М (+, -)” дозволяє змінювати полярність на вході підсилювача при зміні полярності сигналу на електродах MN.

Гнізда “АВ” і “MN” - для підключення лінії живлення АВ і прийомної лінії MN.

Ручка “Уст. НУЛЯ” призначена для встановлення стрілки індикатора на нуль при вимкненому компенсаторі поляризації.

Перевірка напруги джерела живлення:

- поверніть ручку перемикача “ПИТАНИЕ-КОНТРОЛЬ” у положення “U1“, а потім у “U2“, перевірте по стрілочному приладу напругу живлення (для “U1“ межі живлення 14+22 В, для “U2“ - 1,2+1,5 В);

- замініть батарею 336Л, якщо напруга “U1“ нижче ніж 14 В;

- замініть також і батарею РЦ854, якщо “U2“ менше 1,2 В.

Перевірка працездатності АЕ-72. У лабораторних умовах використовують зовнішні джерела живлення з напругою від 14 В до 22 В, які під`єднюють до розетки “ВНЕШНЕЕ ПИТАНИЕ (+, -)”.

У польових умовах зовнішні джерела не використовуються, через те що відбувається стікання струму між зовнішньою батареєю і корпусом автокомпенсатора або землею, що призводить до великих похибок. Перевірка здійснюють таким чином:

- поверніть тумблер “∆U-IАВ“ у положення “ІАВ“, тумблер “КП-ВЫКЛ” у положення “ВЫКЛ”.

перемикач “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“ у положення “1000”;

- увімкніть живлення, встановивши перемикач “ПИТАНИЕ-КОНТРОЛЬ” у положення “РАБОТА”;

. - перевірте роботу системи установки нуля, для цього поверніть ручку “УСТ.0.”, щоб встановити стрілку приладу на нульову позначку шкали. Перемикаючи межі вимірів від “1000” до “1” послідовно перевірте установлення стрілки індикатора на нуль на всіх діапазонах від “1” до “1000”;

- встановіть перемикач “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“ у положення “1000”, перемикач “М (+,-)” у положення “(+)”, три ручки “КОМПЕНСАТОР ПОЛЯРИЗАЦИИ” поверніть вправо до упору;

- увімкніть компенсатор поляризації, встановивши тумблер “КП-ВЫКЛ.” у положення “КП”, при цьому стрілка індикатора повинна показувати напругу від 0,5 В до 0,6 В;

- добийтесь нульових показів стрілки індикатора, повертаючи ручки “ГРУБАЯ, СРЕДНЯЯ, ТОЧНАЯ”; перевірте можливість установки нуля ручкою “ТОЧНАЯ” на самому чутливому діапазоні “1”.

Перевірка роботи підсилювача. Ручку перемикача “ПРЕДЕЛЫ ∆U – IАВ“ встановити у положення “1000”, клеми MN закоротити, тумблер “∆U – IАВ“ встановити у положення “∆U”, компенсатор поляризації “КП-ВЫКЛ.” у положення “КП”. З поворотом ручок компенсатора поляризації “ГРУБАЯ, СРЕДНЯЯ, ТОЧНАЯ” стрілка приладу повинна встановлюватись на будь-яку поділку шкали.

Градуювання шкали індикатора під напругою. Закоротити клеми MN, ручку “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“ встановити у положення “1” і за допомогою ручок КП стрілку пристрою встановити на поділці “100” верхньої шкали; ручку “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“ повернути в положення “3”- стрілка приладу повинна знаходитись на поділці 10 1 нижньої шкали. Стрілку індикатора необхідно встановити на поділці “30” нижньої шкали; при перемиканні ручки “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“ у положення “10” стрілка приладу повинна знаходитись на поділці 30 3 верхньої шкали.

Ці операції необхідно провести на всіх діапазонах, щоб переконатись у правильності градуювання приладу під напругою.

ЗАУВАЖЕННЯ: Перед кожним виходом на роботу у польових умовах необхідно перевірити ізоляцію електромережі автокомпенсатора відносно його корпусу. Для цього необхідно закоротити клеми АВ і MN, підключити до них одну клему мегометра з напругою 1000 В, а другу його клему підключити до будь-якої деталі корпуса, яка проводить струм. Опір ізоляції повинен бути не нижче 1000 МОм.

Порядок роботи на профілі. Переведіть тумблер “КП-ВЫКЛ.” у положення “КП”, і, якщо необхідно, скомпенсуйте ЕРС поляризації; за допомогою ручок КП “ГРУБАЯ, СРЕДНЯЯ, ТОЧНАЯ” встановіть стрілку індикатора на нульову поділку шкали. Встановлення стрілки на нуль починається з положення ручки “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“на “1000” з послідовним переходом на більш чутливі діапазони вимірювання до “1”.

Натисніть кнопку “АВ” і зніміть відлік, встановивши такий діапазон вимірювань за допомогою ручки “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“, у якому покази стрілки перевищують третину шкали. Коли взято відлік, відпустіть кнопку “АВ” і запишіть покази в польовий журнал.

Переведіть тумблер “∆U-IАВ“ у положення “IАВ“ і, натиснувши на кнопку “АВ”, зніміть відлік IАВ і запишіть його у журнал.

Після замірів перемикач “ПИТАНИЕ-КОНТРОЛЬ” встановіть у положення “ВЫКЛ.” Якщо роботи проводяться методами, які використовують природні електричні поля, тобто коли компенсувати поляризацію не треба, то тумблер “КП-ВЫКЛ.” постійно залишається в положенні “ВЫКЛ.”

Методу природного поля передбачає порядок виміру напруги такий:

1) встановлення тумблером “М (+,-)” відповідної полярності ЕРС поляризації;

2) вибір необхідного діапазону замірів (перемикачем “ПРЕДЕЛЫ ∆U-IАВ“);

3) взяття відліку і запис у журнал;

4) встановлення перемикача “ПИТАНИЕ-КОНТРОЛЬ” у положення “ВЫКЛ.”

 

4.1.3 Короткі теоретичні відомості про ВЕЗ.

ВЕЗ є різновидністю методу опору, у якому вимірюють позірний опір за допомогою набору установок з різними віддалями між електродами живлення і приймальними, тобто використовується геометричний принцип, а саме, збільшення розміру установки веде до збільшення глибинності досліджень. У результаті вимірювань отримують криві зондування, які несуть інформацію про зміну електричних опорів шарів порід по вертикалі і послідовність їхнього залягання.

Для вимірювання використовують установки, що відрізняються одна від другої числом електродів живлення і вимірювання, а також їх взаємним розташуванням.

Залежно від числа електродів установки можуть бути двоелектродні, трьохелектродні, чотирьохелектродні і т. д. Відповідно до взаємного розташування електродів установки поділяються на прямолінійні - коли всі електроди знаходяться на одній прямій лінії, і непрямолінійні - електроди розміщені довільно.

Чотирьохелектродна прямолінійна установка AMNB (рис.4.4).

Коефіцієнти установок визначаються за формулою

. (4.2)

 

 

Рисунок 4.4 - Установки для вимірювання позірного опору: а) Шлюмберже; б) Веннера.

 

Коефіцієнт К для чотирьохелектродної симетричної, або установки Шлюмберже (рис.4.4,а) розраховується за формулою

. (4.3)

Число 10 у знаменнику означає, що струм вимірюється в сантиамперах, а ∆U у мілівольтах (для АЕ-72).

Чотирьохелектродна установка Веннера. Для даної установки віддалі AM=MN=NB, (рис.4.4,б). Для такої установки коефіцієнт К визначається за формулою

. (4.4)

 

4.1.4 Методика польових робіт

Існує декілька видів електричних зондувань, з яких найбільш поширене симетричне вертикальне електричне зондування, умовно позначене AMNB. У процесі робіт електроди живлення АВ розносять в діаметрально протилежних напрямках відносно центру установки

точки О), розміщеного посередині приймальних електродів MN. На рис.4.5. показано схему розміщення електродів живлення та приймальних електродів відповідно до методу симетричного вертикального зондування. При цьому електроди MN розміщують вздовж лінії АВ. Для кожного положення електродів лінії живлення та приймальної лінії вимірюються напруга між приймальними електродами (∆U) MN і струм між електродами живлення (IАВ).

М1

Рисунок 4.5 - Схема розміщення електродів.

 

При виконанні ВЕЗ у лінії живлення застосовуються стальні електроди діаметром 2 см і заввишки 60-70 см, а у приймальній лінії - з кольорових металів та їхніх сплавів (мідь, латунь). В процесі проведення польових робіт проводиться перевірка лінії живлення на витоки струму. Для цього один електрод (А) заземлюється, а електрод В встановлюється на ізолятор. Приладом АЕ-72 вимірюється струм, який повинен бути рівний “0”. Після цього електроди міняють, тобто електрод В заземлюють, а А кладуть на ізолятор. Знову вимірюють струм. Якщо величина струму більше 0, то це означає, що в лінії живлення АВ має місце порушення ізоляції проводів. З такою лінією працювати не можна. Вимагається ремонт такої лінії або її заміна.

Заміри починають з невеликих розносів АВ (АВ/2 = 0,4 м). У такому разі струм розповсюджується на незначну глибину, а підрахована величина позірного опору характеризує породи тільки верхньої частини геологічного середовища. Початкова віддаль між приймальними електродами MN становить не більше 1/3 довжини АВ.

При стабільних значеннях сили струму і опорі гірських порід різниця потенціалів між MN змінюється приблизно обернено пропорційно квадрату віддалі між електродами АВ. З зростанням лінії АВ у процесі зондувань настає мить, коли (на даній лінії MN) заміряти ∆U з похибкою не більшою 5% вже неможливо. Тоді, з зростанням довжини лінії АВ, збільшують віддаль між електродами MN. Як правило, ця віддаль повинна бути не більшою, ніж 1/3 АВ. Необхідно мати на увазі, що чим менша довжина лінії MN, тим точнішими будуть результати вимірювань при інших рівних умовах.

Коли переходять від замірів ∆U з однією віддаллю між до наступної - , два останніх заміри дублюються з двома розносами лінії АВ.

Максимальна довжина лінії АВ повинна у 5-10 разів перевищувати заплановану глибину досліджень.

За результатами замірів ∆U та IАВ вираховують значення для кожного положення електродів АВ та MN і будується крива ВЕЗ на спеціальному бланку з білогарифмічним масштабом. Модуль такого бланку рівний 6,25. На горизонтальній вісі відкладається величина напіввіддалі АВ (тобто ), а на вертикальній - вирахувані значення (див. рис.4.6). Ця крива відноситься до центру приймальної лінії MN. Позірний опір розраховується за формулою:

, (4.5)

де К - коефіцієнт установки, який визначається за формулою (4.3).

Одиниця вимірювання отримана з формули (4.5)

Результати вимірювань у процесі проведення робіт та розрахунки заносять у польовий журнал (див. табл.4.1).

 

 

Рисунок 4.6 - Крива ВЕЗ.

 

 

Таблиця 4.1 - Взірець польового журналу ВЕЗ

 

N п/п К DU IAB rn Примітка
  0,4 0,75 1,0 1,5 1,5 0,125 0,125 0,125 0,125 0,5 0,5 0,125 0,5 0,5 0,5          

 

У графі “Примітки” записують результати перевірки лінії на витоки струму.

 

4.1.5 Запитання для самоперевірки

1. Які джерела струму використовуються в електророзвідці?

2. Які електроди використовуються в лінії живлення, а які у лінії реєстрації?

3. Розкажіть будову електрода, який не поляризуються?

4. Для чого призначений авто компенсатор електророзвідувальний?

я чого призначений автокомпенсатор електророзвідувальний?

5. Яким способом вимірюється різниця потенціалів?

6. Як здійснюється перевірка напруги джерел живлення?

7. Як перевірити працездатність АЕ-72?

8. Як проградуювати шкалу індикатора?

9.Яка послідовність вимірювання приладом АЕ-72 на профілі?

10. В чому суть методу ВЕЗ?

11. Які Ви знаєте типи установок, і за якими формулами розраховуються коефіцієнти цих установок?

12.Яким повинно бути співвідношення довжин ліній MN і АВ?

13. Від чого залежить глибинність дослідження у методі ВЕЗ?

14. Що є результатом польових вимірювань методом ВЕЗ?

15. Розкажіть порядок проведення польових вимірювань ВЕЗ.

16. У яких одиницях вимірюється IАВ, ∆U, і К?

 

4.1.6 Прилади і матеріали

1. Автокомпенсатор електророзвідувальний АЕ-72.

2. Магазин опорів.

3. Джерела живлення.

4. З`єднювальні проводи.

5. Комплект стальних і латунних електродів.

6. Дві котушки з проводом ПВР, завдовжки 500 м.

7. Молоток.

8. Мірна стрічка.

9. Гумовий килимок.

 

4.1.7 Завдання роботи

1. Перевірити напругу джерел живлення, виконати перевірку працездатності приладу і перевірти роботу підсилювача, виконати градуювання шкали індикатора.

2. Розрахувати коефіцієнти установок для розносів, що наведені в таблиці 4.1.

3. Виконати монтаж симетричної установки і провести польові вимірювання по заданому профілю з розносами, що наведені в таблиці 4.1.

У В А Г А! При виконанні польових вимірювань дотримуватись правил техніки безпеки:

1) всі проводи повинні бути ізольовані;

2) перед включенням струму в лінію АВ обов`язково оповістити бригаду, що працює на лінії АВ;

3) вимірювальний прилад і батареї живлення розміщуються на гумовому килимку.

4. Провести необхідні розрахунки і побудувати криві ВЕЗ.

5. Оцінити точність замірів.

У разі неможливості виконання польових вимірювань, для побудови кривих ВЕЗ використати дані, що наведені в таблиці 4.2.

 

4.1.8 Порядок виконання роботи

1. Перевірити працездатність приладу АЕ-72, виконавши всі необхідні для цього вимірювання.

2. Підготувати лінію живлення. Для цього розмотати провід з котушки і за допомогою мірної стрічки відкласти віддалі АВ/2, які наведені у таблиці 4.1. Мітки на проводі ставити так, щоб вони не зміщувались при намотуванні і розмотуванні з котушки.

3. Аналогічно підготувати приймальну лінію MN.

4. На заданому профілі змонтувати установку згідно з схемою, що показано на рис.4.7.

 

Таблиця 4.2 - Польовий журнал ВЕЗ

№ п\п (м (м К (мВ) І(сА)
  1,3 2,4 5,5 9,9 15,5 63,0 12,0 14,0 27,5 49,5 11,5 20,0  

 

 

Рисунок 4.7 - Схема монтажу чотирьохелектродної установки ВЕЗ.

 

Стальні електроди використати для живлення лінії АВ, а латунні для приймальної лінії MN.

5. Вирахувати коефіцієнти К для різних розносів.

6. Виконати вимірювання ∆U і IАВ. Результати записати у польовий журнал.

7. Збільшити лінію АВ, тобто перейти на новий рознос, і знову виконати заміри. Виконати вимірювання на всіх розносах, які наведені у таблиці 4.1.

8. Виконати контрольні заміри.

9. Виконати розрахунки за формулою (4.5).

10. На подвійному логарифмічному бланку з модулем 6,25 побудувати криву ВЕЗ.

 

4.1.9 Форма звітності

1. Всі дані контрольних замірів запишіть у зошит у вигляді таблиці.

2. Зробіть висновок щодо можливості використання даного приладу для польових вимірювань.

3. Накресліть схему монтажу чотирьохелектродної установки ВЕЗ.

4. Наведіть коефіцієнти установки з заданими розносами.

5. Зведіть у таблицю дані вимірювань ∆U, IАВ та розрахункові значення позірного опору .

4. Побудуйте криву ВЕЗ.

5. Визначте тип кривої.

6. Оцініть точність вимірювань .

 

Література

Основы геофизических методов разведки \ Толстой М.И. и др. – К.: Вища школа. Головное издательство, 1985. – 327 с.

 


Лабораторна робота № 4.2