Вертикальное электрическое зондирование.Установка Шлюмберже.
Среди методов постоянного электрического поля пользуется широкой популярностью метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). С начала 20-го века он применяется при поисках и разведке нефтяных и рудных месторождений, инженерно-геологических, гидрогеологических изысканиях, ВЭЗ – один из наиболее распространенных, а в ряде случаев и незаменимых методов исследования, так как с его помощью можно решать многие геологоразведочные задачи при низкой себестоимости полевых работ и несложных приемах наблюдения.
Повышение геологической и экономической эффективности метода ВЭЗ связано с разработкой качественно новых, более совершенных приемов истолкования результатов наблюдений, основанных на использовании ЭВМ. Известен ряд работ, в которых предлагаются и опробуются разные варианты решения обратной задачи ВЭЗ с помощью ЭВМ: Страхов В.Н., Матвеев Б.К., Изотова Е.Б., Хорев О.А., Koefoed O., Kunetz G., Rocroi J., Ghosh D. и др.
Техника
выполнения зондирования довольно
проста. В простой схеме измерений
используется четырехточечная установка
AMNB
с двумя питающими
и
и двумя измерительными
и
электродами рис.1. К питающим электродам
и
подключают какой-либо источник постоянного
тока так, что через электрод
в землю втекает ток силой
,
а через электрод
вытекает ток силой (-
).
При этом производят измерения разности
потенциалов
между измерительными электродами
и
.
Рис.1. Рис.2.
Рис.3.
В
случае однородного полупространства
с удельным электрическим сопротивлением
потенциал точки
определяется как сумма потенциала двух
точечных источников
и
.
.
Аналогично,
.
Следовательно,
(1.1)
Заметим,
если растояние между измерительными
электродами
достаточно мало, отношение
стремится к величине
(проекция напряженности поля на линию
)
в точках измерения. Такие измерительные
установки называются предельными. Они
позволяют измерять непосредственно
напряженность электрического поля
на поверхности земли. В часности для
четырехточечной установки
,
(1.2)
На практике применяют следующие разновидности четырехточечных установок.
Прямолинейная четырехточечная установка.
В ней все электроды располагаются на одной линии. (рис.1). При этом обычно измерительные электроды размещают в пределах средней трети отрезка АВ, поскольку в этом случае установка близка к предельной.
Симметричная четырехточечная установка (установка Шлюмберже) наиболее распространенный вид прямолинейных установок. В ней питающие электроды
и
и измерительные
и
расположено
симметрично относительно некоторого
центра
(рис.2). При этом, как правило выбирают
, для того, чтобы установка по своим
свойствам была бы близка к предельной.
Для установки Шлюмберже и, следовательно, (1.1) и (1.2) записываются следующим образом:
,
(1.3)
(1.4)
В
случае точных предельных установок
(при
)
выражение (1.4) переходит в формулу
(1.5)
где
- половина расстояния между питающими
электродами.
3. Трехточечная установка.
Если
в прямолинейной четырехточечной
установке электрод В отнести на
бесконечность (
),
получающаяся схема измерений носит
название трехточечной установки (рис.3).
Такая установка возникает на практике,
если электрод В удален настолько далеко
от точек измерения, что создаваемое им
электрическое мало по сравнению с полем
электрода А. На поверхности однородного
полупространства разность потенциалов,
измеряемая трехточечной установкой,
определяется формулой, получаемой из
(1.1) при
и
:
(1.6)
Предельная трехточечная установка называется установкой Гуммеля. Для нее формула (1.2) записывается как
,
(1.7)
где
- расстояние от точки А до точки измерения
поля О.
Формулы
(1.1) – (1.7) показывают, что измеряемые
разности потенциалов
и электрическое поле
на поверхности однородной Земли прямо
пропорциональны
.
Конечная цель геоэлектрических
исследований – определение удельного
электрического сопротивления земли по
результатам геофизических измерений,
поэтому выразим удельное сопротивление
из (1.1) через остальные величины:
,
(1.8)
где
- геометрический коэффициент установки:
(1.9)
В случае установки Шлюмберже из (1.3)
,
(1.10)