Применение электроразведочного метода ЕП при поиске горных пород для производства строительных материалов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежский государственный университет

Кафедра геофизики 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа по теме:

«Применение электроразведочного  метода ЕП при поиске

горных  пород для производства строительных материалов» 

                                                                                              

                                                                                                 Руководитель:

       Закутский С. Н

                                                                                            Выполнил:     

                                                                                                 Широбоков М.А 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Воронеж 2011

Содержание. 
 
 
 

1. Введение.

 

2. Общие сведения об осадочных  породах и их свойствах.

 

3. Методика  и техника проведения ЕП.

 

4. Основные  принципы обработки  полученных данных.

 

5. Пример  проведения метода ЕП для доразведки Чапаевского  месторождения известняков.

 

6. Полученные  результаты работ.

 

7. Заключение.

 

8. Приложения.

 

Список  литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Электроразведка является ведущим методом комплекса  геофизических работ и в зависимости  от решаемых задач и инженерно-геологических условий может применяться либо самостоятельно, либо в сочетании с другими геофизическими и инженерно-геологическими методами.

Электроразведку следует применять для решения  следующих инженерно-геологических  и гидрогеологических задач:

• расчленение разреза на литологические слои;
• определение глубины залегания кровли скальных грунтов;
• картирование погребенных речных долин;
• картирование вечномерзлых грунтов;
• выявление и оконтуривание закарстованных зон;
• установление и прослеживание тектонических нарушений и зон трещиноватости;
• определение положения уровня грунтовых вод;
• определение направления и скорости движения подземных вод;
• определение коррозионной активности грунтов и наличия блуждающих токов.

 

Все вышеперечисленные  задачи решаются, как правило, при  использовании нескольких электроразведочных методов или комплекса геофизических методов, включающих электроразведку. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Общие сведения об осадочных  породах и их свойствах. 

Осадочные горные породы — залегают в верхних  слоях земной коры, где их объем составляет 70 . . . 80 %. Рассматриваемые горные породы представляют особый интерес для строителей, так как служат основаниями для различных сооружений и доступны в качестве строительных материалов. Общими свойствами осадочных горных пород являются одинаковые формы залегания в виде пластов, с которыми связаны их характерные текстурные признаки — слоистость и пористость. Последняя особенно важна, так как оказывает большое влияние на физико-механические свойства пород: прочность, плотность и среднюю плотность, водопоглощение, морозостойкость, механическую обработку и др.

Осадочные горные породы в зависимости от условий  образования делят на три группы: обломочные, иначе называемые механическими  отложениями, химические осадки и органогенные породы.

Обломочные горные породы или механические отложения — продукты выветривания магматических, метаморфических или осадочных пород. Различают рыхлые и сцементированные обломочные породы.

Рыхлые  обломочные осадочные горные породы представляют собой скопление продуктов выветривания скальных горных пород. По происхождению рыхлые обломочные горные породы могут быть: речные или аллювиальные (русловые, пойменные и дельтовые осадки), водно-ледниковые, озерные и морские (прибрежные и глубинные), ветровые или эоловые (дюнные, барханные). По крупности окатанных обломков рыхлые горные породы условно делят на валуны (крупнее 100 мм), гальку, гравий и песок. 
 

Метод естественного электрического поля 

Общие сведения 

В литосфере  существуют многообразные естественные электрические поля, различающиеся по своей природе, характеру и масштабам проявления. Среди них особое место занимают электрохимические поля природных электронных проводников, называемых также полями окислительно-восстановительной или рудной природы. На изучении полей этого типа основан один из методов электроразведки - метод естественного электрического поля (метод ЕП), который используется для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и картирования некоторых типов пород.

Метод естественного электрического поля (ЕЭП) следует применять для поисков источников водоснабжения, выявления мест фильтрации вод из водохранилища и каналов, изучения динамики влагопереноса в зоне аэрации, изучения оползней, выявления зон тектонических нарушений, определения коррозионной активности грунтов и наличия блуждающих токов.

Необходимым условием для проведения работ методом  ЕЭП является наличие благоприятной  гидрогеологической, гидрохимической  и геологической обстановки, способствующей созданию достаточно интенсивных естественных электрических полей. Препятствием для применения метода являются блуждающие токи. 
 
 
 

Физические  основы 

Механизм  формирования естественных электрических  полей над рудными залежами может  быть представлен следующим образом. Любой электронный проводник, помещенный в ионную среду, характеризуется скачком потенциала на границе тела, который называют электродным потенциалом.

Если  электронный проводник и ионная среда имеют постоянный состав вдоль  их границы контакта, то электронный  проводник будет представлять собой эквипотенциальную поверхность, скачок потенциала на границе будет постоянный и внешний электрический ток не возникнет. Изменение состава одной из контактирующих сред или физических условий в пределах контакта влечет за собой изменение скачка потенциала. Различие в значении скачка потенциала в разных частях границы рудного тела является непосредственной причиной образования электродвижущей силы (ЭДС) и электрического поля вокруг этого тела. Рудное тело вместе с вмещающей средой в таком случае можно рассматривать как гальванический элемент, внутренней цепью которого является окружающая ионная среда, а внешней - само графитовое или сульфидное тело, обладающее электронной проводимостью.

Можно выделить две основные причины изменения  скачка потенциала на границе электронного проводника и ионной среды: 1) изменение состава электронного проводника; 2) изменение состава электролита, окружающего проводник. Иллюстрацией к первому случаю может служить полиминеральная залежь, например сростки сульфидов. Примером второго случая служит графитовая залежь в ионной среде.

Графит  является практически инертным электродом, т.е. обмен ионами между ним и  раствором почти отсутствует. Роль потенциало- пределяющего фактора играет окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) раствора, и скачок потенциала характеризует установление равновесия какого-либо окислителя с его восстановленной формой. Окислитель отнимает у электрода электроны и смещает его потенциал в положительную сторону. Восстановитель отдает электроны электроду и смещает потенциал в отрицательную сторону. Графит играет роль проводника электронов от восстановителя к окислителю. В окружающей ионной среде носителями тока являются катионы и анионы. ЭДС графитовых залежей определяется разностью величин ОВП подземных вод на разных глубинах. В концентрированных растворах окислительно-восстановительных систем сульфиды также ведут себя подобно инертному электроду. Основной причиной изменения ОВП вод с глубиной является изменение концентрации кислорода, в меньшей степени - наличие различных химических элементов с переменной валентностью, например Fe²⁺/Fe³⁺, S^2-/S⁶+.

Пространственное  распределение потенциалопределяющих  факторов обычно таково, что верхняя часть ионной среды на границе ее с проводником заряжается отрицательно, а нижняя - положительно. Вследствие этого наблюдаемый на поверхности земли потенциал имеет отрицательный знак. 

Аппаратура

Для работы по методу ЕЭП применяется аппаратура типа АЭ-72. При стационарных наблюдениях  в случае непрерывной регистрации  сигналов следует использовать записывающие приборы типа ПАСК-9, ФР-5, Н-361 и др.

В качестве измерительных  электродов используются неполяризующиеся электроды, для соединения - легкие провода типа ГПСМПО, ПСРП. Измерения  следует проводить с использованием тщательно выбранных неполяризующихся электродов, имеющих малую разность собственных потенциалов (не более 1-2 мВ) и устойчивых во времени. В процессе работы электроды необходимо устанавливать в разрыхленную почву в лунки; во время перерывов в наблюдениях электроды содержатся в идентичных условиях; после работы электроды устанавливают во влажной почве, политой медным купоросом, и соединяют друг с другом медным проводом.

Применение  обычных заземлителей в виде железных или медных шпилек в методе естественного поля невозможно из-за большой и непостоянной разности их электродных потенциалов. Это связано с тем, что контакт металла с ионной средой осуществляется в неравновесных системах, т. е. на границе раздела металл - раствор происходит обмен ионами разного типа и состав солей в среде носит случайный характер. Следовательно, при перестановке металлических электродов по профилю они каждый раз будут приобретать новый электродный потенциал и приобретенный потенциал будет неустойчивым во времени.

В самом  неполяризующемся электроде металл (медь) соприкасается с раствором своей собственной соли (медным купоросом), который является промежуточной средой, обеспечивающей электрический контакт электрода с землей. В этом случае на границе раздела металл – и раствор происходит обмен ионами одного типа по схеме и металл в таких системах приобретает равновесный обратимый потенциал. По такому принципу работают медные неполяризующиеся электроды.

В качестве прибора для измерения разности потенциалов между двумя электродами  можно использовать любой измеритель постоянного напряжения с большим входным сопротивлением (не менее 1 МОм).

Для присоединения  электродов к измерителю применяют  тонкие многожильные провода с эластичной изоляцией. Перед началом работ провода размечают с помощью цветной изоляционной ленты для контроля за правильностью передвижения подвижного электрода. Используют стандартные облегченные катушки с клеммой для подключения к прибору. Необходимо следить, чтобы провода были тщательно изолированы, особенно при работе в сырую погоду. 

Методика  полевых работ 

Наблюдения  в методе ЭП проводятся двумя способами - потенциала и градиента потенциала. При использовании способа градиента измеряют разность потенциалов между соседними точками профиля. Этот способ бывает незаменим в случаях, когда нет возможности использовать длинные провода, например, в населенных пунктах или в районах интенсивных промышленных помех. С другой стороны, измерения по способу градиента зачастую сопровождаются накоплением большой погрешности, а результаты требуют дополнительной обработки.

Наиболее  часто используемой и простой  для обработки является съемка ЕП по схеме потенциала, когда один электрод устанавливается неподвижно, а с помощью второго идентичного  электрода производят измерения  разности потенциалов между неподвижным электродом и остальными точками пространства. Для выполнения работ по такой методике достаточно двух человек. Мы предлагаем использовать систему наблюдений с переносной катушкой (рис. 1). Один конец провода закрепляют у неподвижного электрода N и подсоединяют к последнему, а катушку К с проводом и измерительный прибор переносят вместе с подвижным электродом М. Неподвижный электрод N стараются устанавливать в область с наиболее спокойным характером поля. Необходимо строго следить за тем, чтобы неподвижный электрод всегда был связан с клеммой N измерителя напряжения И, а подвижный - с клеммой M.