Способ геоэлектроразведки

Способ геоэлектроразведки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в том, что через исследуемую среду пропускают импульсы постоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной,поляризации , а во время пропускания тока - разность потенциалов кажущегося сопротивления, по соотношению которых определяют поляризуемость, отличающийся тем, что, с целью повьнпения информативности способа путем определения трешиноватости горных пород, измерения поляризуемости 1 . „ выполняют .при двух различных амплитудах импульсов постоянного тока и рассчитывают коэффициент нелинейности поляризуемости горi к - - t2i ной породы по котороifi му судят о трещияоватости горных пород. //////////// /////////////// 235 2 Г iizj

СВОЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК заев С 01 V 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3599609/18-25 (22) 03.06.83 (46) 07.11.84. Бюп. У 41 (72) А.М. Романов и И.Г. Сковород.— ников (71) Свердловский ордена Трудового

Красного Знамени горный. институт им. В.В.Вахрушева (53) 550.857(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М- 392434, кл. G 01 V 3/02, 1971.

2. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л.

Электроразведка. M. "Недра", 1982, с.275-302 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ГЕОЗЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в том, что через исследуемую среду пропускают импульсы по—

„„SU„, 1122997 А стоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной, поляризации, а во время пропускания тока — разность потенциалов кажущегося сопротивления, по соотношению которых определяют поляризуемость, отличающий ся тем, что, с целью повышения информативности ! способа путем определения трещиноватости горных пород, измерения поляризуемости $ 1 2 Выполняют .при двух

I различных амплитудах импульсов постоянного тока и рассчитывают коэффициент нелинейности поляризуемости горе ной породы К = по котороМ

1 му судят о трещиноватости горных пород.

1322997

Изобретение относится к геоэлектроразведке, а точнее к электроразведке методом вызванной поляризации (an) .

Известен способ геоэлектроразведки методом ВП, согласно которому возбуждают в исследуемой среде электрическое поле посредством разнополяр. ных импульсов тока прямоугольной формы и измеряют амппитуду и фазу элек- f0 трического паля после исключения начальной части возбуждаемых импульсов тока (!).

Измерение параметров поля ВП в гар моническом режиме связано с исключени- 15 ем .индуктивных помех, однако исключить эти помехи удается не всегда.

Наиболее близким к предлагаемому является способ геоэлектроразведки, заключающийся в том, что через ис- 10 следуемую среду пропускают импульсы постоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность потенциалов вызванной поляризации, а во время пропуск ания тока — о аз ноств потенциалов кажуще гося сопротивления, по отношению которых определяют поляризуемость, Измеренную разность потенциалов З0 вызванной поляризации d U gn делят на разность потенциалов кажущегося сопротивления, наблюдающуюся на том же участке исследуемой среды во время пропускания тока ЬБ с, которая характеризует амплитуду первичного

35 п оля, и вычи сля ют поля ри з уе мо сть — — (или = — — " — 1ОО ), " и ьП„

4 кс dUkc по которой судят о вещественном

40 составе среды, в первую очередь о наличии в ней минералов с электронной проводимостью, а также о влажности.

Из ве стный способ применяют при полевых, лабораторных и скважинных исследованиях горных пород j2$ .

Однако известным способом извлекают неполную информацию об исследуемой породе, а именно получают 50 сведения только о вещественном составе породы, но не о ее механическом состоянии, в частности о трещиноватости. В то же время сведения о трещиноватости горных пород 55 имеют большое значение для решения ряда вопросов инженерной, динамической, рудной и нефтяной геологии, а также для правильного ведения буро-взрывных работ.

Цель изобретения — повышение информативности способа геоэлектроразведки путем определения трещиноватости горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки, заключающемуся в том, что через исследуемую среду пропускают импульсы постоянного тока, в промежутках между импульсами постоянного тока измеряют разность,потенциалов вызванной поляризации., а во время пропускания тока — разность потенциалов кажущегося сопротивления, по соотношению которых определяют поляризуемость, измерения поляРизУемости (лg выполняют IIPH ДВУХ различных амнлитудах импульсов по" стоянного тока и рассчитывают коэффициент нелинейности поляризуемости

1л- Чг гарной парады КН =, по ко л торому судят о трещиноватости горной породы.

Отличием предлагаемого способа от известных является использование явления вызванной поляризации для определения трещиноватости горных пород(наряду с определением их вещественного состава) .

Решается эта задача путем введения

I новых операций — измерения поляризуемости при двух различных амплитудах первичного поля, т. е. при амплитудах импульсов тока и вычисления ко) эффициента неличейности поляризуемости горной породы.

Предлагаемый способ основан на зависимости между трещиноватостью горной породы и закономерностью нарастания разности потенциалов Ь Ппп при увеличении амплитуды первичного поля Ь Ui . Многочисленные измерения на образцах и на обнажениях горных пород различного состава показали, что в монолитных, нетрещиноватых горных породах разность нотенциалов вызванной поляризации возрастает прямо пропорционально амплитуде первичного поля, а коэффициент нелинейности поляризуемости, вычисляемый по приведенной формуле, близок

«О»

В трещиноватых породах при уве-личении амплитуды первичного поля разность потенциалов вызванной поля—

1 122997 ризации нарастает медленнее, чем в монолитных, линейная зависимость

ЕБбП = Й (Ь U q) нарушается, коэффициент нелинейности отличен от нуля тем больше, чем выше трещинова— 5 тость пород. Обнаруженное явление объясняется тем, что в трещиноватых породах ток в первую очередь распространяется по трещинам, сопротивление которых из-за заполнения 10 их водой значительно ниже, чем со. противление основной массы горной породы. По этой причине плотность тока, распространяющегося по тре— щинам, значительно выше, чем плот — 15 ность тока в основной массе породы. Разность. потенциалов вызванной. поляризации дП „зависит от плотнос ти тока и при больших плотностях .доходит до насыщения, поэтому в трещиноватых породах д. П д быстрее достигает .насыщения, что и находит свое отражение в увеличении коэффициента нелинейности поляризуемости. Значительно увеличивается коэффициент нелинейности, если трещины в породе заполнены хорошо проводящими ток рудными минералами. Отличить породы с открытой трещиноватостью от пород, трещины которых заполнены рудной минерализацией, нетрудно по величине л П д, точнее по абсолютной величине поляризуемости которая в последнем случае в несколько. раз выше, чем в первом

35 (в случае открытых трещин1.

Указанная зависимость между трещи" новатостью и коэффициентом нелиней ности поляризуемости проверена при измерениях на образцах пород различного состава, в том числе и с вкранленностью сульфидных минералов при изменениях амппитуды пер-" ви ног п л о 1 Но 500 В Уста ов 45 ленная зависимост ь прослеживается при любых экспозициях (вреФМнах задержки между окончанием импульса первичного поля и началом измерения вызванной поляризации ) от 0,5 с до

5 мин. Проведенные измерения позволяют установить соотношение между коэффициентом нелинейности и степенью трещинов атости породы.

Таким образом, предлагаемым спо- 55 собом можно не только изучить вещественный состав горных пород, но и определить их трещиноватость.

Определение трещиноватости горпых город играет большую роль при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, так как формирование многих из них контролирует- ся системами трещин при изучении распространения деформирующих напряжений в структурной и динамической геологии, при изучении емкост-ных и фильтрационных свойств трещинных коллекторов в нефтяной геологии, при оценке прочностных свойств гор-. ных пород в инженерно-геологических изысканиях. Сведения о трещиноватости необходимо также учитывать при ведении буровых работ, так как именно -.с трещиноватостью часто связаны аварии в бурении.

Известные технические решения для нахождения трещин в различных материалах не пригодны для исследования горных пород, так как имеют специфическую область применения.

Предлагаемый способ геоэлектрораз ведки позволяет в какой-то мере за— полнить этот пробел.

На фиг. 1 показана электрическая схема установки для осуществления способа при измерениях на обнажениях горных пород или в горных выработках; на фиг. 2 — схема установки для измерений на образцах керна; на фиг. 3 — кривые зависимости разности потенциалов вызванной поляризации от амплитуды первичного поля для образца монолитных нетрещиноватых .пород; на фиг. 4 — то же, для трещиноватого образца; на фиг. 5 — то же, для трещиноватого образца, в котором трещины заполнены пиритом, при этом шифр кривых 3-54 — время экспозиции, с или мин; на .фиг. 6 — результаты примененИя способа, полученные по измерениям керна разведочной скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

Собирают электрическую схему для проведения измерений. Схема может быть четырехэлектродной (фиг.!) или двухэлектродной (фиг.2) и включает установленные на исследуемой породе (керне) 1 два токовых электрода 2 и два приемных электрода 3, соединенных подводящими проводами 4 с коммутатором 5, регулируемым источником 6 постоянного тока и измерительным прибором 7. Коммутатор 5 обеспе— чивает включение измерительного прибоI.1122997 ра 7 поочередно для измерения амплитуды. первичного поля

IIIJIIII . При использовании двухэлектродной схемы dUgn измеряют между теми же э электродами, которые используются для возбуждения первичного поля. При четырехэлектродной схеме измерения приемные электроды 3 неполяризующиеся прижимного типа.

Проводят измерения dV>11, при одной величине d U » <, например при

Ь 01,с» = 10 В, которую устанавливают, регулируя выходное налряжение источника 6 постоянного тока. 15

Проводят измерения ЬБвя при дру,гой, более высокой величине d U», 2 например при ЬБкс. =100 В.

Вычисляют коэффициент нелинейности вызванной поляризации 20 вп» " вп

»» " вп» » »

dU кс»

По величине вычисленного коэффициента нелинейности поляризуемости оценивают трещинонатость горных пород. Для получения более точных 30 результатов 3 анисимо сть коэффициента нелинейности от трещинонатости следует установить опытным путем дпя каждого месторождения (или района) . 35

По величине поляризуемости горной

h Uen,» вЦ в»з породы»1 = — — --- или»/ = — — — — cy» dUkc . 1 кс дят о вещественном составе исследуемой порсды, как и н известном 40 способе.

Все измерения разности. потенциалов вызванной поляризации проводят с одинаковыми экспозициями, т,е. интервалами времени после выключения первичного поля .

Пример. Предлагаемый способ применен при исследовании образцов керна н а о дном из руднь»х ме сторождений. При измерениях используют двухэлектродную установку (фиг.2).

Образец керна I произвольно размещают между подставками 9, каждая из к от орых содержит медный ди ско вый электрод 2(3), закрытый слоем поролона 8, пропитанного слабым раствором медного купороса для обеспечения хорошего контакта с образцом, размещенным на подстанках 9. В качестве регулируемого источника 6 постоянного тока используют унифицированный источник питания, в качестве измерительного прибора 7 электронный стрелочный компенсатор.

Коммутатор 5 обеспечивает подключение измерителя к электродам 2, 3 как в момент пропускания импульсов постоянного тока дпя измерения

Ы3»,, так и в пауаах между ними для измерения bV>п . Примерно IOX образцов подвергают детальным исследованиям, в процессе которых иэмеряют разность потенциалов b Б8,„при изменениях 60»,. н пределах от 1 до

500 В с различными экспозициями от I с до 5 мин. Результаты иэмерений изображены графиками в билогарифлинейная зависимость между 11 U8„ и д U<<, н пределах изменения ЬПкс от I до 100 В сохраняется постоянЬ».» яв ство поляризуемости 11 = - и коb Uve эффициент нелинейности поляризуемости, рассчитанный по относительной разности поляризуемости при 6 U»,<, равных О и 100 В, близок к нулю.

Для монолитных фельзитов при экспозиции I с коэффициент нелинейности равен нулю..

При исследовании трещиноватых об— разцов (фиг.4) независимо от их состава с Увеличением dU „. Рост b,Uв замедляется, поляризуемость при больших dUg становится меньше, чем при малых, и коэффициент нелинейности поляризуемости отличается от О (растет . Для среднетрещиноватых фельзитов при той же экспозиции 1 с коэффициент нелинейности К> составляет 0,24.

На основании сопоставления вычисленных коэффициентов нелинейности поляризуемости и трещиноватости образцов, оцененной традиционными визуальными способами для данного месторождения установлены следующие соотношения i

Трещнноватость

К1»

О-О, 10

O,l0-О,2О

Отсутствует

Слабая

О, 20-0,30

Средняя,мическом масштабе.

На монолитных образцах (фиг.3) независимо от их состава наблюдается

1122997

0,30-0,40 Интенсивная

Свыше 0,40 Наличие вкрапленности сульфидов по

1 трещинам

Вещественный состав образцов, в том числе и наличие вкраппенности сульфидных минералов сказывается только на абсолютной величине поляризуемости, т.е. на высоте кривых на графиках зависимости hUBA =f(6Ukc)

Лля примера на фиг.5 приведены результаты измерений на образце алевропесчаников, трещины в котором

15 заполнены пиритом. Наряду с высоким коэффициентом нелинейности поляризуемости такие образцы отличаются большим абсолютным значением поляризуемости { g = 14,5Х при h (1<„=10 P)

Проведенные исследования позволяют выработать оптимальную методику измерений, выбрать две конкретных амплитуды первичного поля hOI,< =10 В и

h0 с = 100 В и оптимальную экспо сг 25 зицию 1 с.

На фиг. 6 приведены результаты применения способа по измерениям кер-. на разведочной скважины на одном из рудных месторождений..Скважина пройдена по безрудным породам — фель 30 зитам 10, которые почти не дифференцируются по поляризуемости, изменяющейся у них в пределах от 0,6 до

1,67р (кривая g)

На диаграмме коэффициента нели- 35 нейности поляризуемости имеющей сле) ва масштаб глубины коэффициента нелинейности поляризуемости (кривая К,), четко выделяются две зоны пород со средней и интенсивной тре- 40, щинонатостью 11, одна и интервале ! 00-136 м, другая в интервале 238274 м. Несмотря на то, что в скважине эти зоны не содержат рудных минералов, дальнейшая разведка месторождения показала, что к продолжению этих зон, трещиноватых пород приурсчено гидротермальное оруднение с промышленным содержанием рудных минералов.

Предлагаемый способ проверен при измерениях в горных выработках и на обнажениях горных пород в условиях естественного залегания показал хорошие результаты. При измерениях на обнажениях способ дополнительно открывает возможность для определения -направления трещиноватости.

Зтот вопрос решается посредством измерений при различных ориентировках измерительной установки. Наибольшая поляризуемость наблюдается при ориентировке измерительной установки вкрест направления основной системы трещин. При определении направления трещиноватости измерения могут проводиться при одном режиме возбуждения (т.е. при одном ЬП„.).

Применение предлагаемого способа обеспечивает быстрое и довольно точное определение трещиноватости горных пород в образцах и на обнажениях и,. кроме того, исключает субъективные ошибки, присущие способам, основанным на визуальной оценке размеров и густоты трещин.

Предлагаемый способ может быть применен и при измерениях в скважинах, т.е. при каротаже методом вызванной поляризации.

1122997

1122997 gall М

10РЫ

7РОР

ВНИИПИ Заказ 8134/38

Тираж 710 Подписное

Филиал mjij нпатентнэ

r. Ужгород, ул. Проектная, 4