5 Изучение электроразведочной аппаратуры и методов электроразведки

Электроразведочная аппаратура

Аппаратура, применяемая в электроразведке, должна отвечать целому ряду требований: портативность при работе с небольшими установками, возможность измерения малых сигналов, высокая чувствительность при различном сопротивлении нагрузки. Все это привело к возникновению класса электроразведочных приборов, отличающихся от радиотехнической аппаратуры общего пользования. Одним из наиболее распространенных приборов является электронный стрелочный компенсатор АЭ (автокомпенсатор).

Технические данные

Автокомпенсатор АЭ-72 предназначен для измерения разности потенциалов в измерительной цепи ∆V – в милливольтах; I и силы тока в питающей цепи AB в сантиамперах – сА. Он имеет следующие технические характеристики:

1. Точность измерений – 3%;

2. Пределы измерения: по напряжению: 0-1 mB, 0-3 mB, 0-10 mB, 0-30 mB, 0-100 mB, 0-300 mB, 0-1000 mB. по току: 0-1 сА, 0-3 сА, 0-10 сА, 0-30 сА, 0-100 сА, 0-300 сА.

3. Питание: батарей КБС – 4 шт., одна дисковая батарея.

4. Пределы компенсации ЭДС поляризации ±500 mB.

5. Входное сопротивление – 4 мОм

6. Вес – 3,5 кг.

Принцип измерения

В аппаратуре АЭ-72 реализован принцип автокомпенсации; он состоит в следующем. На вход автокомпенсатора подается разность потенциалов ∆V, которую необходимо измерить. Сигнал поступает на усилитель, усиливается и создается во внутренней цепи ток I₂ намного больший, чем во внешней I₁. Сопротивление – R обратная отрицательная связь. Она подобрана таким образом, что падение напряжения на ней ∆V_к=I₂R почти равно и противонаправлено измеряемому сигналу ∆V.

Таким образом, для измерения ∆V достаточно измерить силу тока I₂, а затем вычислить ∆V_к=I₂R. Практически шкала измерительного прибора ИП проградуирована в величинах ∆V, так что отсчет, снимаемый по шкале прибора, сразу равен измеряемому сигналу (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 Схема авто компенсатора

Конструкция прибора.

Прибор смонтирован в металлическом корпусе. Под его верхней крышкой имеется плато, на котором крепится монтажное шасси. На нем смонтирован усилитель переменного тока, он содержит три каскада усиления напряжения и один каскад усиления по току – эмиттерного повторителя. Кроме этого, здесь же смонтирован симметричный мультивибратор, управляющий работой транзисторного ключа. Ключ преобразует постоянный измеряемый сигнал на входе усилителя в переменный и синхронно выпрямляет переменный сигнал на выходе усилителя. Миллиамперметр служит для измерения силы тока и разности потенциалов, а также для контроля за источниками питания схемы. При погружении приемных электродов в землю на контакте металла и электролита почвы возникают контактные разности потенциалов – ЭДС поляризации, которые не несут положительной информации. Для их исключения применяется компенсатор поляризации (КП), который собран по мостовой схеме. В эту схему подается ЭДС поляризации и разность потенциалов от специального элемента, последняя противонаправлена первой. Меняя соотношения сопротивлений моста, добиваемся их равенства. На рабочей панели прибора (под крышкой) смонтированы – головка миллиамперметра; переключатель пределов измерения; включатель: «выкл», «работа», V₁, V₂; переключатель рода работ «∆V-I»; ручки компенсатора поляризации «грубо», «средне», «точно»; выключатель КП; гнезда для подсоединения линий «MN» и «AB», а также кнопка принудительного включения тока в линию АВ «АВ-Выкл» и инверсор для изменения знака ∆V. Для измерения силы тока в схеме предусмотрен шунт 0,01 Ом, который стоит в линии АВ. При измерении тока ∆V шунта подается на усилитель и измеряется также, как и ∆V из линии MN.

Проверка работы.

Перед производством полевых работ необходимо проверить исправность прибора и его блоков. Основные принципы поверки следующие.

1. Напряжение источников питания. Для этого переключатель «выкл.» ставится в положение «работа», «И₁», «И₂». В положениях «И₁» и «И₂» стрелка прибора должна быть в пределах зачерненной части шкалы прибора. Если это требование не соблюдается, нужно вскрыть отсек питания и соответствующие батареи заменить.

2. Проверка КП. Для этого вход MN закорачивается, включается питание, ручку КП «грубо» (предел 0-300, а переключатель «род работ» на ∆V) вращают, стрелка прибора должна плавно без скачков перемещаться в соответствии с вращением ручки. Аналогично проверяется работа КП ручками «средне» и «точно» при меньших пределах измерений.

3. Проверка идентичности шкал при различных пределах измерения. Для такой проверки вход прибора MN закорачивается. Включается наименьший предел измерения, компенсатором поляризации стрелка прибора устанавливается на наибольшее значение (1 mB). Затем включается следующий предел измерения (3 mB), отсчет в этом случае не должен отличаться более чем на 3%, т. е. проверяются все остальные пределы.

4. Проверка работы усилителя. Прибор включается, вход MN закорачивается, КП выводится полностью, при этом на наиболее чувствительном пределе отсчет должен быть равен нулю.

Порядок измерения с прибором

При измерении ∆V поступают следующим образом:

– Включают прибор в схему установки.

– Устанавливают переключатель рода работы в положение «∆V».

– Включают переключатель пределов на предел 0-1000.

– Включают питание прибора и компенсатора поляризации.

– Компенсатором поляризации стрелку миллиамперметра выводят на «0».

– Включают ток в линию АВ переключателем «АВ-вык» и при малых отклонениях замечают примерную величину отсчета, при отклонении более 1/3 шкалы отсчет берут с точностью до 0,1 деления.

– При малом отсчете включают наиболее высокий возможный предел измерения, включают ток, предварительно установив стрелку КП на «0», и выполняют измерение ∆V.

– После окончания измерения устанавливают предел 0-300 и переходят к измерению силы тока.

При измерении силы тока:

1. Переключатель рода работы устанавливают в положение «I».

2. Включают питание и кнопкой «ток АВ» включают ток в линию АВ.

3. Если отсчет более 1/3 шкалы, его берут с точностью 0,1 деления, при меньшем отклонении стрелки замечают значение тока и, включив соответствующий предел измерения, выполняют измерение I.

4. В журнал полевых наблюдений вносится номер пикета, значение к, и вычисленное по формуле ρ_к=к(∆V/I) значение ρ_к.

5. Выключается питание прибора и устанавливается предел 0-1000.

Выполнение измерений методом

электропрофилирования (ЭП)

Методом ЭП изучается изменение геоэлектрического разреза в горизонтальном направлении. Одна из самых простых, но и широко применяемых установок симметричная, четырехэлектронная AMNB. Она применяется для решения большого круга геологических задач, в том числе для картирования крутопадающих пластов высокого и низкого сопротивления. Коэффициент такой установки вычисляется по формуле к=(πAM*AN)/(MN). Здесь учтено, что ∆V измеряется в милливольтах, а I в сантиамперах, все расстояния измеряются в метрах. Установка собирается по схеме, приведенной на рис. 5.2. Собрав схему, производят измерение ∆V в mB, силу тока в сА, вычисляют ρ_к=к(∆V/I). Результаты наблюдений записывают в журнал полевых наблюдений, форма которого приведена в табл. 5.1.

ПР – профиль наблюдения, ПК – пикеты на ПР, Б – батарея, П – прибор

Рисунок 5.2 Схема установки СЭП.

Выполнив наблюдения, переходят на следующую точку наблюдения – пикет и т. д. до окончания профиля. По результатам измерений строят график ρ_к по профилю на миллиметровке. По оси абсцисс откладывают пикеты в масштабе 1 см – 1 пикет, по оси ординат значения ρ_к, чтобы на графике проявлялись хорошо аномальные объекты, а погрешности наблюдений не превышали 0,6 см.

Таблица 5.1 Форма Полевого журнала для работ методом СЭП

Участок			Дата
Профиль			Погода
К=			АВ=		MN=
Прибор
п/п	ПК	∆V, mB	I, сА	ρк	Прим
Оператор			Вычислитель
Проверил			Нач. партии

Погрешность наблюдений оценивается по повторным замерам, она вычисляется по формуле m=(ρ_кр-ρ_кк)/(ρ_кр+ρ_кк)*200% и не должна превышать 15%. Средняя погрешность вычисляется по как среднее арифметическое и не должна превышать 5%; ρ_кр-ρ_к измеренное при общей съемке; ρ_кк-ρ_к измеренное при повторных наблюдениях.

Метод ВЭЗ

Вертикальное электрическое зондирование выполняется для изучения геологического разреза в вертикальном направлении. Методом решается ряд геологических задач, в том числе расчленение горизонтально-слоистой среды. Работы проводятся четырехэлектродной симметричной установкой AMNB путем систематического увеличения расстояния между питающими (токовыми) электродами АВ. По мере увеличения АВ плотность тока в районе измерительных электродов уменьшается ∆V, поэтому по мере увеличения АВ время от времени приходится увеличивать и MN, так как ∆V пропорционально расстоянию MN. Принципиально увеличение АВ и MN можно вести любым образом, необходимо лишь соблюдать условие AB>3MN. Практика полевых работ выработала рациональные размеры АВ и MN, они приведены в соответствующих инструкциях. Одна из таких установок приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.2

АВ/2	3	4,5	6	9	15	15	25	25	40
MN/2	1	1	1	1	1	5	1	5	5
К	0,0126	0,03	0,055	0,126	0,352	0,0628	0,98	0,188	0,495

При выполнении настоящей работы измерения выполняются в баке, размеры установки указаны в см, поэтому коэффициент К уменьшен в 100 раз.

При переходе к большому MN наблюдения на двух разносах АВ выполняются дважды: на большем и меньшем MN/2, такие интервалы ВЭЗ называются перекрытиями.

Для выполнения ВЭЗ собирается схема в соответствии с рис. Для наименьшего разноса АВ. Выполняются измерения ∆V, I и рассчитывается ρ_к. Результаты наблюдений заносятся в полевой журнал, форма которого приведена в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Участок				Дата
ВЭЗ				Погода
Прибор
п/п	AB/2	MN/2	K	∆V, mB	I, сА	ρк, Ом	Прим
Оператор				Проверил
Вычислитель				Нач. партии

По результатам измерений строится график ρ_к=f(АВ/2) по оси абсцисс откладывается АВ/2, по оси ординат – ρ_к. График строится на билогарифмическом бланке с модулем 6,25 см. Значения ρ_к откладываются в виде точек, соединительные линии чертятся сплошными; для каждого MN строится отдельный отрезок графика (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 Пример построения графика ВЭЗ

Ход графика должен быть плавным, в местах резких изменений ρ_к измерения повторяются. Повторные измерения обрабатываются по методике, описанной в предыдущем разделе (m – не должно превышать 5%). По настоящей работе должен быть составлен отчет объемом порядка 3 страницы по следующему плану.

1. Описание автокомпенсатора.

А. Технические данные.

Б. Принцип измерения.

В. Конструкция.

Г. Полевые поверки.

Д. Порядок измерения.

2. Описание работ методом СЭП и полученных результатов.

3. Описание техники работы методом ВЭЗ. Отчет иллюстрируется графиками, полученными в результате измерений.