Методы геофизической разведки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

геофизический магниторазведка горный

Цели и задачи практики:

Учебная геофизическая практика проводится во втором семестре после изучения теоретического курса геофизики. Данная практика проводилась в пределах города Новочеркасск на территории ГГФ. Мы выполняли комплекс работ методами электроразведки, магниторазведки, обрабатывали полученные данные, интерпретировали их с учетом имеющейся геологической информации, сопоставляли данные, полученные разными методами, писали отчет.

Основными задачами учебных геологических исследований являются:

1.Закрепление и углубление полученных теоретических знаний;

2. Изучение геофизических условий конкретного района;

3. Изучение и освоение приборов и оборудования, используемых при проведении полевых работ;

4. Ознакомление с методикой проведения полевых исследований;

5. Ознакомление с содержанием, организацией, методами ведения различных стадий геофизических работ;

Целью практики является ознакомление с содержанием и методами ведения геофизических работ, получение практических навыков для прохождения производственной практики и дальнейшего изучения теоретических дисциплин горного и геологоразведочного циклов.

Практику произвела бригада №2 в составе:

1. Физико-географическая характеристика района работ

Участок работ расположен в г .Новочеркасске Ростовской области на территории университета ЮРГПУ (НПИ) возле Горного корпуса.

Город Новочеркасск - один из наиболее индустриальных центров Ростовской области и Северо-Кавказского региона. Расположен на холме, окруженном поймами степных рек Тузлов и Аксай, в 40 км северо-восточнее г.Ростова-на-Дону. Город состоит из двух крупных селитебно-промышленных образований, разделенных между собой поймой р.Тузлов. население города составляет 250 тыс. человек. Территория города занимает площадь 9258 га.

Влажность воздуха находится в прямой зависимости от температуры. Наибольшая относительная влажность воздуха зимой 70 - 90%, весной понижаются до 60%, летом понижения влажности до 5%.

Среднегодовое количество атмосферных осадков в Новочеркасске составляет 550 мм в год. Самый дождливый месяц - июнь (60 - 70 мм), самый засушливый - март (35 - 40 мм).

Гидрографическая сеть рассматриваемого района представлена реками Аксай и Тузлов с притоками Грушевкой и Кадамовкой, балками Тангаши (приток р.Тузлов) и Западенской балкой (приток р.Аксай).

Природные ландшафты г.Новочеркасска находятся на юге Русской равнины и входят в состав Донецко-Южно-Ергенинской провинции, Донецкой и Нижнедонской геоморфологических областей. Территория Новочеркасского холма расположена на восточной окраине субширотного языковидного останцевого неогенового плато. Максимальные отметки холма 102 - 104 м и относительное превышение около 100 метров над поймами рек, имеющими высотные отметки 2,2 - 3,7 м над уровнем Азовского моря. Склоны Новочеркасского холма достаточно крутые, изрезаны короткими балками и оврагами, по периферии переходят на поверхность понтических известняков.

Северная часть города занимает левый пологий склон долины реки Тузлов, представляющей собой водораздельный участок между левыми (северными) притоками реки Тузлова - реками Грушевкой и Кадамовкой.

2. Краткая геологическая характеристика района работ

Геоморфологические особенности и разнообразие рельефа города Новочеркасска определяются принадлежностью разных его районов к сложным тектоническим структурам в зоне регионального сочленения Скифской плиты со складчатым сооружением Большого Донбасса.

В тектоническом отношении территория города располагается на стыке двух крупных региональных структур герцинского возраста - Ростовского выступа Украинского щита и южной границы герцинского складчатого сооружения Большого Донбасса. Пойма реки Тузлов в городской черте совпадает и орографически обусловлена положением погребенного Тузлово-Ма-нычского разлома, западной ветвью глубинного Манычского грабена субширотного (СЗЗ) простирания. Северный промышленный район целиком занимает южную пограничную зону складчатого сооружения Донбасса с системой погребенных надвиговых тектонических структур (Матвеево-Курганский, Персиановский надвиги).

В геологической строении принимают участие отложения мелового, палеогенового, неогенового и четвертичного возраста. На дневную поверхность выходят отложения неогнового и четвертичного возраста, более древние отложения вскрыты единичными глубокими скважинами.

Стратиграфия

Неоген (N) в пределах рассматриваемой территории несогласно перекрывает отложения палеогена и выходит на дневную поверхность в долинах рек Аксай, Тузлов, Грушевка, Аюта.

Мэотические (N₁²m) генетически аллювиальные отложения несогласно залегают на нижнесарматских и прослеживаются по склонам холма со всех сторон. Мэотические отложения представлены белыми, реже желтыми и серыми среднезернистыми речными отложениями древнего пра-Дона. Мощность пачки кварцевых песков составляет 10-18 м. Кровля мэотических песков имеет довольно постоянную отметку: 34-35 м над уровнем р.Тузлов. Являясь объектом промышленной эксплуатации, эти отложения вскрыты карьерами в северной и юго-восточной частях Новочеркасского холма. В основании толщи песков развиты отложения грубозернистого песка, гальки, гравия с костями наземных животных и окаменевших стволов деревьев.

Отложения плиоцена (N₂) широко развиты в городе и его окрестностях, они хорошо обнажены по всей периферии Новочеркасского холма и представлены понтическими известняками-ракушечниками и скифскими глинами.

Четвертичные отложения (Q) пользуются исключительно широким распространением по всей территории города и его окрестностям. Они характеризуются большим генетическим, стратиграфическим, литологическим разнообразием и представлены преимущественно глинистыми породами, в числе которых эолово-делювиальные, делювиальные, элювиальные, пролювиально-делювиальные, покровные (лессовидные) суглинки, делювиально-аллювиальные и аллювиальные отложения голоцена, верхнего, среднего и нижнего плейстоцена. Аллювиальные и делювиально-аллювиальные отложения (a, da Q_I- Q_1V) слагают террасы и поймы рек Аксая. Тузлова и Грушевки.

Четвертичные покровные отложения (Q_I-IV) пользуются наибольшим распространением в зоне влияния инженерных сооружений и представлены преимущественно делювиальными (на водораздельных пространствах переходящими в эолово-делювиальные, реже эоловые) и элювиально-делювиальными лессовидными суглинками, реже супесями и легкими глинами (в эпизодических случаях - песками), которые залегают плащеобразно на породах различного состава и возраста, чаще - на скифских глинах.. Мощность покровных суглинков изменяется от долей метров на крутых склонах до 15-20 м и более (до 30 м) на водоразделах, зависит от гипсометрического положения, а также от характера кровли скифских глин или других подстилающих пород. По гранулометрическому составу лессовидные суглинки содержат более 50% пылеватой фракции и 35-45% - глинистой.

Аллювиально-делювиальные отложения балок состоят из суглинков, песка, валунов и гальки, разрушенных коренных пород, представленных известняками и песками сарматского и понтического ярусов. Мощность аллювиально-балочных отложений до 5-7 м.

Террасовые отложения рек относятся к верхне- и среднечетвертичному времени. Аллювиальные отложения речных долин в верхних своих частях сложены серовато-желтыми глинами с песчаными прослоями, илом с песчаными линзами и прослоями. Аллювиальные отложения 1-й надпойменной террасы по периферии Новочеркасского холма почти полностью перекрыты делювием и на поверхности обнажаются только в левобережной части долины р.Тузлов. Они представлены серовато-желтыми глинами с песчаными прослоями. Отложения пойменной террасы с поверхности представлены песчано-глинистыми породами, иногда с включениями обломков известняка и песчаными прослоями. Пойменная терраса р. Аксай в верхней части сложена песчаным илом.

Рассмотренные выше отложения покрыты почвенно-растительным слоем и техногенными (насыпными) фунтами. Почвенно-растительный слой представлен преимущественно суглинками темно-бурыми до черного цвета, с корнями растений, гумусированными, мощностью от 0,2 до 1 м, редко более. Техногенные грунты развиты эпизодически и представлены преимущественно глинистым материалом с включениями строительного мусора, щебня, обломков арматуры, кирпича и т.п. Включения часто обильные, вплоть до линз и прослоев мощностью 0,5 и более метров.

3. Физические свойства горных пород

Электрические свойства этих пород в стратиграфическом разрезе оценены по материалам ВЭЗ и справочным данным:

- известняки _к=500 Ом*м, = 4 - 10 отн. ед.

- глины _к=5 - 6 Ом*м, = 150 - 200 отн. ед;

- песок _к=70 Ом*м, = 10 - 15 отн. ед;

Рис. 2. Схематический геоэлектрический разрез

Трансформация геологического разреза в геоэлектрический разрез представлена на рис 2.

Магнетизм осадочных пород связан в основном с их акцессорными минералами. Ферро и ферримагнитные минералы встречаются здесь в виде зерен магнетита, мартита и гематита с эффективным диаметром от 0,01 до 2 мм; образований из лимонита, продуктов окисления сидеритов, пирита и магнетита. Ферримагнетики оказываются в глинистой фракции этих пород в тонкорассеянном состоянии или в виде скоплений и пленок гидроокиси железа.

Магнитная восприимчивость глин, аргиллитов, песчаников и алевролитов находится в пределах (12.5 - 125) *10^-5 ед.СИ, у известняков, доломитов, мергелей (1,25 - 30)*10^-5 ед.СИ. Наименьшей магнитной восприимчивостью обладают ангидриты, гипсы, каменная соль, угли.

Радиоактивность осадочных пород связана с наличием в их составе калийных, уран- и торийсодержащих минералов, а также адсорбированных радиоактивных элементов.

Концентрации урана, тория и калия (%)в осадочных отложениях приведены в таблице.

Повышенная радиоактивность глин объясняется повышенной сорбцией урана, радия, тория и калия на глинистых частицах, также в глинистых минералах высоко содержание калия (до 6,5%)

4. Методика и техника выполнения геофизических работ

4.1 Магниторазведка

4.1.1 Предпосылки применения магниторазведки

Магниторазведка применяется при решении задач рудной и структурной геологии. Магниторазведка находится в общем комплексе геолого-геофизических методов геологического картирования территорий, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Использование магниторазведки основано на различии горных пород по магнитным свойствам, сильное превышение или снижение которых приводит к возникновению магнитных аномалий.

Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. С целью поисков месторождений полезных ископаемых магниторазведка применяется в виде наземной, морской или аэромагнитной съёмки. Магнитная съемка проводится, как правило, по сети параллельных линий, или профилей. После ввода необходимых поправок строится карта магнитного поля в виде графиков или изолиний. На карте могут находиться области спокойного поля и магнитные аномалии - локальные возмущения магнитного поля, вызванные неоднородностями магнитных свойств горных пород. Магниторазведка проводится с целью выявления аномалий как непосредственно связанных с полезным ископаемым, так и с контролирующими залежь тектоническими и стратиграфическими структурами.

4.1.2 Магнитная съемка

4.1.2.1 Методика полевых работ

Магнитная съёмка проводилась на территории ЮРГПУ на участке №2, на котором были разбиты три профиля длиной 50 метров, расстояние между ними 3 метра. Схема профилей представлена на рисунке № 1.

Данный метод проводился с помощью протонного магнитометра ММП 203-МС. Магнитометром по профилю с шагом 5 метров делали замеры полного вектора магнитной индукции Д Т, который измеряется в нТл, при положении датчика "вверху" (2 метра над землей) и "внизу" (1 сантиметр от поверхности земли). Каждое десятое значение являлось контрольным. Результаты измерений заносились в полевой журнал в текстовом приложении №1.

4.1.2.2 Применяемая аппаратура

В ходе полевой магнитной съемки применялся полевой протонный магнитометр ММП-203

Магнитометр ММП-203 является прецизионным полевым магнито-измерительным прибором переносного типа и предназначен для измерения абсолютного значения магнитного поля Земли. Основная область применение-выполнение высокоточных наземных магниторазведочных работ в сложных морфологических условиях.

По принципу действия прибор относится к протонным магнитометрам, использующим явления свободной ядерной прецессию. Портативность, экономичность питания, надежность работы и возможность эксплуатации в суровых климатических условиях достигнуты за счет оптимизации функциональной схемы и тщательной обработки конструкции магнитометра. Прибор построен по схеме прямо-отсчетного магнитометра с предварительным умножением частоты сигнала.

Магнитоизмерительный преобразователь (МИП) прибора представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого соосно расположены две последовательно соединенные бескаркасные прямоугольные катушки, совмещающие функции поляризующей и сигнальной обмоток. В качестве рабочего вещества применен керосин, обладающей сравнительно малым временем продольной релаксации (около 1,2 с) и низкой температурой замерзания (-70⁰С). Для повышения помехоустойчивости преобразователя катушки включены встречно и дополнены электростатическим экраном в виде медной сетки на внутренней поверхности цилиндрического сосуда. В верхней части сосуда под крышкой установлена резиновая диафрагма, выполняющая роль компенсатора объемного расширения жидкости при изменении внешней температуры.

Измерительная часть магнитометра включает в себя коммутатор обмотки МИП, усилитель сигнала прецессии, умножитель частоты, электронно-счетный частотомер с цифровым табло и встроенный батарейный источник питания. Основу коммутатора составляет магнитоуправляемое реле, которое по сигналам командного устройства, действующего от пусковой кнопки, обеспечивает во время цикла поляризации подключения обмотки МИП к источнику питания и после завершения этого цикла переключает катушку МИП к входному резонансному контуру усилителя сигнала. Для снижения в момент коммутации уровня переходного процесса, проводящего к расфазировке сигнала, ток поляризации перед его отключением с помощью электрического ключа снижается с 500 до 25мА.

Резонансный контур, образованный индуктивностью катушек МИП и емкостью, определяемой положением переключателя поддиапазонов, подключен к выходу усилителя через согласующий трансформатор. Усилитель сигнала прецессии построен по трехкаскадной схеме, охваченной глубокой отрицательной обратной связью, и дополнен полосовым активным фильтром, обеспечивающим пропускание рабочих частот от 800 до 4500 Гц, что соответствует сигналу прецессии от 20000 до 100000 нТл.

Умножитель частоты работает по схеме фазоимпульсной автоподстройки частоты, реализующий коэффициент перемножения 64. Импульсы с выхода умножителя направляются на выход электронно-счетного частотомера. Последний включает в себя генератор эталонной частоты (1МГц), формирователь временных интервалов, электронный ключ и пять последовательно соединенных счетных декад, состояние которых фиксируется на цифровом табло. За счет выбора интервала времени счета ф показание частотомера соответствует значению измеряемого магнитного поля в нТл.

Конструктивно магнитометр ММП-203 выполнен в виде двух раздельных блоков (рис.3): магнитоизмерительного преобразователя и измерительного пульта, в нижней части которого имеется специальный отсек для размещения батареи сухих элементов. При работе в зимнее время батарея переносится в поясной подсумке, закрепленной под верхней одеждой оператора.

Рис. 3. Магнитометр ММП-203

1-магнитоизмерительный преобразователь (МИП); 2-измерительный пульт; 3-кассета

Основные технические характеристики.

Диапазон измерения, нТл 20000-100000

Отсчетная точность, нТл 1

Систематическая погрешность абсолютных

измерений, нТл не более 2,5

Быстродействие одного измерения, с не более 3

Диапазон рабочих температур, ^о С -3050

Масса рабочего комплекта, кг 6

Источник питания магнитометра ММП-203 - батарея сухих элементов напряжением 133В, обеспечивающая в нормальных условиях не менее 3000 измерений; готовность к работе - сразу же после выключения; регистрация информации осуществляется по цифровому табло. Обслуживает магнитометр один оператор.

В комплект магнитометра входит: магнитоизмерительный преобразователь; измерительный блок; штанга; ранцевая подвеска; кассета; комплект ЗИП с сопроводительной документацией; ящик укладочный.

Управление магнитометром осуществляется с помощью одной ручки, расположенной на лицевой панели измерительного блока и совмещающей в себе функции тумблера включения питания, переключателя рабочих поддиапазонов и пусковой кнопки. Включение и выбор рабочего диапазона осуществляется поворотом ручки, а пуск - кратковременным нажатием.

При подаче импульса «ПУСК» коммутатор подключает обметку МИП к источнику питания, обеспечивая тем самым поляризацию рабочего вещества. Одновременно с этим включается стабилизатор напряжения, питающий все электронные узлы магнитометра. Цикл поляризации заканчивается через 1,5с после отпускания пусковой кнопки. Через время задержки (160мс), необходимое для затухания переходных процессов и вхождения в режим захвата умножителя частоты, происходит пуск частотомера и по истечению времени (примерно 0,36699 с) на табло фиксируется значение измеряемого магнитного поля. После затухания сигнала прецессии до определенного уровня выключается стабилизатор напряжения, и магнитометр переходит в режим экономичного питания с общим потреблением около 2 мА.

Помимо значения магнитного поля, на табло индуцируется длительность сигнала знаком «С» и состояние батарейного источника питания. При уменьшении рабочего напряжения ниже 10 В высвечивается знак «-».

4.1.3 Измерение магнитной восприимчивости

4.1.3.1 Методика полевых работ

Измерение магнитной восприимчивости проводилось также на участке №2, на котором были разбиты три профиля длиной 50 метров, расстояние между ними 3 метра. Схема профилей представлена на рисунке № 1.

Этот метод проводился с помощью прибора ПИМВ-М. Прислоняли прибор к земле и по профилю через каждые 2 метра делали замеры магнитной восприимчивости. Единица измерения 10^-5 СГС. Каждое двадцатое значение являлось контрольным. Результаты измерений заносились в полевой журнал в текстовом приложении №2.

4.1.3.2 Применяемая аппаратура

В ходе измерения магнитной восприимчивости применялся измеритель магнитной восприимчивости ПИМВ-М.

Индукционный метод измерения магнитной восприимчивости горных пород в переменном магнитном поле основан на том, что при внесении магнитной среды или образца в рабочую область датчика (катушек, питаемых переменным током) изменяется поток магнитной индукции или индуктивные параметры катушек.

Достоинство индукционного метода состоит в том, что он позволяет измерять х горных пород непосредственно. Остаточная намагниченность не оказывает влияния на результаты измерений.

Для измерения / используются приборы двух типов: полевые (ИМВ-2, КТ-3, КТ-5 и ПИМВ) и лабораторные (KLY-1, KLY-2). Принцип работы этих приборов следующий. Если расположить на концах Н-образного сердечника из листового пермаллоя 1 две пары одинаковых возбуждающих катушек 2, питаемых током I различного направления (рис. 5), то в индикаторной индукционной катушке 3, находящейся на перемычке магнитопровода, магнитный поток будет практически отсутствовать. При замыкании верхних концов магнитопровода образцом породы 4 магнитный поток, созданный верхними катушками, изменится в соответствии с магнитной восприимчивостью х образца породы.

Рис. 4. Схема действия дифференциального магнитного моста измерителя магнитной восприимчивости

Возбуждающие катушки прибора питаются от генератора переменного тока заданной частоты f, который генерирует в индикаторной катушке ЭДС(е), пропорциональные магнитному потоку Ф (рис.6).

Рис. 5. Блок-схема измерителя магнитной восприимчивости

При наложении на верхние концы дифференциального магнитного моста образца породы происходит изменение во времени магнитного потока дФ/дф, что приводит к изменению величины ЭДС на - Де, в связи с чем

,

где С - постоянная прибора.

Накладывая последовательно образцы определенной формы и размеров с известной х₀ и неизвестной х' величинами магнитной восприимчивости, будем иметь

,

откуда

где n и n₀ - числа делений, на которые отклоняется стрелка прибора с образцом к эталоном на магнитопроводе.

Величина измеренной магнитной восприимчивости х' связана с истинным ее значением зависимостью следующего вида

где N_Б - баллистический коэффициент размагничивания, величина которого зависит от типа установки, формы образца и параметров датчика магнитного поля. Коэффициент N_Б определяется экспериментально по данным измерений х' материалов с высокой и известной магнитной восприимчивостью х.

Из отечественных приборов измерения магнитной восприимчивости наиболее современным является переносной измеритель магнитной восприимчивости (ПИМВ) Прибор имеет встроенный микропроцессор, который позволяет производить автоматическое вычисление средних значений магнитной восприимчивости по выборкам, включающим до 16 отсчетов, и автоматическое введение поправочных коэффициентов на влияние размеров образцов горных пород, в частности диаметра керна. Допустимая погрешность измерений ПИМВ находятся в диапазоне 1*10^-5 - 1,0 ед. СИ (не более 10%). В учебных и производственных условиях допускается применение приборов более ранних разработок.

Перед использованием приборы должны быть проэталонированы, т. е. должен быть выполнен их метрологический контроль. После эталонировки выполняют массовые измерения на образцах (в лаборатории или в керно-хранилшцах) или непосредственно на обнажениях (в горны* выработках, карьерах и др).

4.2 Электроразведка

4.2.1 Предпосылки применения электроразведочных методов

Электроразведка применяется для решения практически всех задач, при которых используются геофизические методы.

В частности, с помощью естественных переменных полей солнечно-космического происхождения разведываются земные недра на глубинах до 500 км и ведется изучение таких геосфер, как осадочная толща, кристаллические породы, земная кора, верхняя мантия. Электромагнитные зондирования используются при глубинных и структурных исследованиях, поисках нефти и газа.

Электромагнитные профилирования применяются при картировочно-поисковых съемках, поисках рудных и нерудных полезных ископаемых. Объемные методы применяются при разведке месторождений. Малоглубинные электромагнитные зондирования и профилирования используются при инженерных и экологических исследованиях.

По технологии и месту проведения работ различают аэрокосмические, полевые (наземные), акваториальные (или аквальные, водные, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные) и скважинные (межскважинные) методы электроразведки.

4.2.2 Метод срединного градиента

4.2.2.1 Методика полевых работ

Электроразведочное профилирование методом срединного градиента проводилось на территории ЮРГПУ на участке №2, на котором были разбиты дополнительно три профиля длиной 10 метров, расстояние между ним 5 метров. Схема профилей представлена на рисунке №6.

Метод срединного градиента проводился с помощью электро-разведочной аппаратуры Эра-В-Знак, питающая линия AB = 60 метров и располагалась перпендикулярно разбитым профилям. Таким образом составлена глубинность профилирования: h = 1/4*AB = 15 м. Шаг по профилю равнялся длине измерительной линии MN = 1 метр.

На каждом профиле выполнялись контрольные измерения (5, 8 м.). ДU измеряется в милливольтах. Результаты измерения значений разности потенциалов представлено в текстовом приложении №3.

Рис.6 План участка №2

4.2.2.2 Применяемая аппаратура

В ходе метода срединного градиента применялся прибор Эра-В-Знак.

Аппаратура предназначена для проведения электроразведочных работ на частотах 4.88, 625 Гц и постоянном токе методами сопротивлений, заряда, естественного постоянного электрического поля, методами электромаг-нитного профилирования и зондирования.

Аппаратура применяется для решения следующих геологических и инженерных задач:

-поиск и разведка месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых (черные, цветные, редкие металлы, алмазы, графит, уголь, строительные материалы и др.);

-геологическое картирование пород и структур;

-поиски подземных вод, гидрогеология;

-инженерные изыскания при проектировании и эксплуатации наземных и подземных сооружении (фундаменты зданий, гидротехника, трубопроводы, железные и шоссейные дороги, линии электропередач, связи и др.);

-археология.

На частоте 625 Гц аппаратура дополнительно обеспечивает возможность выполнения наблюдений с незаземленными рабочими линиями при любом типе поверхностного покрова - каменные осыпи (курумы), скальный и мерзлый грунт, сухие пески, снежно-ледовый покров, асфальтовые и бетонные покрытия.

На всех рабочих частотах (0, 4.88, 625 Гц) при хороших условиях заземлений могут использоваться обычные стальные и латунные электроды. В условиях плохих заземлений универсальность аппаратуры в отношении типа поверхностного покрова достигается тремя способами.

Первый способ (рабочая частота 625 Гц) рассчитан на применение точечных активных приемных электродов с очень высоким входным импедансом. Благодаря таким электродам, наблюдения о линией MN становятся возможными практически при любом типе поверхностного покрова при сохранении обычной методики измерений.

1 - зарядное устройство; 2 - генератор "0, 4.88 Гц; 3 - генератор "625 Гц"; 4 - катушка; 5 - измерители аппаратуры; 6 - аккумуляторные блоки, 7 - электрод неполяризующийся; 8 - электрод приемный; 9 - электрод стальной; 10 - электрод латунный.

Рис. 7. Общий вид аппаратуры (без согласующих устройств)

Второй способ (рабочая частота 625 Гц) состоит в использовании емкостных незаземленных линейных электродов, стелющихся по земле. Электроды (отрезки изолированного провода) не имеют гальванического контакта с землей и могут быть как приемными, так и питающими. Применение таких электродов позволяет вдвое, сократить состав электроразведочной бригады.

Третий способ (рабочая частота 625 Гц) состоит в векторных измерениях электрического поля, в том числе наблюдении вертикальной составляющей поля в воздухе, с помощью телескопической активной электрической антенны о действующей длиной (0.5-1.2) м.;

4.3 Радиометрия

4.3.1 Предпосылки применения радиационных методов разведки

Радиометрия -- метод разведочной геофизики изучающий объемное распределение и геохимическое поведение естественных и искусственных радионуклидов в пределах техносферы с помощью радиометрических методов разведки. А также радиометрия занимаетсяся исследованиями строения земной коры физическими методами с целью поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.

При геологическом картировании в обязательном порядке проводится гамма съемка, сопровождающая геологический маршрут. Когда проводятся поиски радиоактивного сырья, поиски фосфорных месторождений, которые сопровождаются повышенной радиоактивностью. Повышенная радиоактивность является следствием загрязнения радионуклидами залежей фосфора. Радиометрия используется в основном в поисках урана, тория и других видов радиоактивного сырья. Естественное рассеяние радионуклидов горных пород является основой проведения радиометрии на местности. При помощи гамма аномалии можно выявлять и разделять различного рода эффузивные породы от осадочных пород, а так же интрузивного рода пород. Применение радиометрии: поиск радиоактивных элементов и литологическое расчленение, которые являются обязательной предпосылкой проведения гамма съемки.

4.3.2 Методика гамма-съемки

4.3.2.1 Методика полевых работ

Радиационная полевая гамма-съёмка проводилась на территории ЮРГПУ на участке №2, на котором были разбиты три профиля длиной 50 метров, расстояние между ними 3 метра. Схема профилей представлена на рисунке № 1.

Данный метод проводился с помощью аппарата СРП-88. Единица измерения - пА/кг. С помощью прибора через каждые 2 метра делали замер мощности экспозиционной дозы гамма излучения, и записывали полученные данные в полевой журнал, а также через каждые 10 метров делали контрольные замеры, а также на нулевой точке первого профиля произвели фоновый замер.

Результаты измерений заносились в полевой журнал в текстовом приложении №4.

4.3.3 Применяемая аппаратура

В ходе гамма-съёмки применялся полевой радиометр СРП-88.

Прибор геолого-разведочный сцинтилляционный СРП-88 предназначен для измерений радиоактивности горных пород и руд при геолого-разведочных работах и мощности экспозиционной дозы -излучения на поверхности горных пород и в искусственных обнажениях. Помимо штатного применения прибор может быть широко использован для контроля окружающей среды, в том числе на АЭС и прилегающих территориях.

Прибор выполнен в виброустойчивом, ударопрочном и герметичном исполнении.

Прибор СРП-88 измеряет поток -излучений как среднюю частоту импульсов в диапазонах: 0-100, 0-300, 0-1000, 0-3000, 0-10000, 0-30000 с^-1.

Мощность экспозиционной дозы -излучения в месте расположения детектора, пА/кг, определяется как частное при делении показаний прибора на чувствительность блока детектирования, указанное в паспорте прибора: x=n_x/k, где n_x - показания прибора, с^-1, к - чувствительность блока детектирования, указанная в паспорте на прибор, с/(пА/кг).

Прибор состоит из блока детектирования, преобразующего кванты -излучения в электрические импульсы и пульта универсального цифрового измерителя средней частоты импульсов.

Блок детектирования представляет собой цилиндр, внутри которого расположено шасси с элементами электронной схемы. Детектор расположен в передней части корпуса блока детектирования, в торцевой части которого имеется окно из тонкого алюминия, пропускающего -излучения. Между кристаллом и ФЭУ оптический контакт осуществляется через кремний органическую смазку, вытекание которой предотвращается резиновой манжеткой. Детектор защищен от случайного попадания света при разобранном блоке детектирования специальным светозащитным и одновременно магнитным экраном (попадание света при включенном питании может вывести ФЭУ из строя). Для удобства эксплуатации блок детектирования снабжен ручкой с удлинителем, позволяющим менять его длину, и ремнем для переноски.

Измерительный пульт выполнен в прямоугольном корпусе из алюминиевого сплава, состоит из кожуха и панели управления. Пульт управления снабжен 2-мя измерительными приборами: цифровым измерителем средней частоты импульсов с выводами показаний на цифровое ж.к. табло и аналоговым интенсиметром с выводом результатов на стрелочный индикатор (микроамперметр). В нижней части кожуха расположен отсек питания, герметизированный от остального объема корпуса и от наружной среды. На лицевой панели пульта управления размещены органы управления и индикации, переключатели рода работ и диапазона измерений. Для выполнения контрольных измерений стабильности работы прибора в боковой части пульта вмонтирован контрольный источник Со-60.

Блок-схема прибора приведена на рис.1.

Детектор излучения преобразует действие -кванта в электрический импульс. Основной частью детектора является сцинтилляционный счетчик.

Рис. 8. Блок-схема радиометра СРП-88

Сцинтилляционные детекторы

Принцип действия.

Сцинтилляционный детектор состоит из люминофора, в котором возникают световые вспышки (сцинтилляции) и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего их в электронные импульсы. Люминофор соединяется с катодом ФЭУ непосредственно или через светопровод.

Принципиальная схема сцинтилляционного детектора изображена на на рисунке:

Рис. 9. Принципиальная схема сцинтилляционного детектора:

1-люминофор; 2-светопровод; 3-фотокатод; 4-фокусирующий электод; 5-11-эмиттеры или диноды; 12-фнод; R_a-анодная нагрузка; C-разделительная емкость.

Заряженная частица, проходя через люминофор, возбуждает атомы вдоль своей траектории. Возбужденные атомы с малым временем жизни переходят в основное состояние, испуская электромагнитное излучение, часть спектра которого приходится на световую область. Попадание -кванта в люминофор вызывает вспышку света, обусловленную вторичным электроном и позитроном, образующимися при поглощении квантов веществом люминофора.

Часть вспышек через светопровод падает на полупрозрачный сурьмяно-цезиевый катод ФЭУ, откуда выбиваются электроны, которые собираются фокуструющим электродом на первый динод ФЭУ. Количество электронов пропорционально интенсивности вспышек, следовательно поглощенной энергии излучения.

Попадая на динод, каждый фотоэлектрон выбивает с его поверхности несколько вторичных электронов. Образующиеся электроны направляются на следующий динод, потенциал которого на некоторую величину превышает потенциал предыдущего. Тормозясь на диноде, каждый вторичный электрон выбивает несколько третичных электронов. В результате такого процесса умножение электронов, повторяющегося на каждом последующем диноде, на аноде собирается 10⁶-10⁹ электронов в зависимости от числа динодов в ФЭУ.

Такое количество электронов создает достаточный заряд для регистрации его в виде импульса амплитудой порядка нескольких вольт. Диноды изготавливаются из сплава Al, Mg и Si с коэффициентом вторичной эмиссии электронов больше единицы.

Способностью люминесцировать обладают лишь немногие вещества - неорганические кристаллы и органические твердые и жидкие соединения. Поскольку кристаллы с правильной формой не люминесцируют, то для создания дефектов, искажающих кристаллическую решетку, к основному веществу добавляется небольшая примесь другого вещества - активатора. Последний также увеличивает выход света и уменьшает его поглощение в люминофоре. Наиболее распространенным люминофором является NaI(TI) - (монокристаллы йодистого натрия, активированные таллием).

Источник высокого напряжения представляет собой электронный генератор, преобразующий напряжение низковольтного источника питания в напряжение величиной 1200-1500 вольт. Высокое напряжение подается на эмиттеры ФЭУ.

Предварительный усилитель вместе с детектором и источником высокого напряжения помещается в выносном блоке прибора (гильзе). Предварительное усиление импульсов необходимо для того, чтобы довести их по соседнему кабелю до пульта прибора.

Усилитель предназначен для усиления импульсов до величин, обеспечивающих четкую работу последующей электронной схемы.

Интегрирующий блок служит для преобразования отдельных импульсов в постоянный ток, сила которого пропорциональна частоте поступления импульсов. Импульсы при выходе с усилителя проходят так называемые дозирующие емкости, которые выполняют функции нормализатора, и заряжают накопительный конденсатор. Так как количество электричества, приносимое на конденсатор каждым импульсом, одинаково, то заряд конденсатора пропорционален скорости следования импульсов.

Аналоговый регистратор представляет собой микроамперметр. Ток, проходящий через амперметр, пропорционален заряду на накопительном конденсаторе и равен скорости счета импульсов.

Цифровой регистратор представляет собой жидкокристаллический цифровой индикатор, на который поступают входные импульсы, прошедшие предварительно четырехразрядный декадный счетчик импульсов и дешифратор.

5. Обработка и интерпретация данных

Обработка полевых данных осуществлялась вручную и с применением программного обеспечения: Microsoft Word, Microsoft Exel, Surfer 9_0.

5.1 Магниторазведка

5.1.1 Полевая магнитная съёмка

1. Посчитали погрешность:

E==0.02%,

где = ; =

2. По значениям прибора при положении датчика внизу построили карту магнитных аномалий, представленная в графическом приложении №1

3. По значениям прибора при положении датчика внизу и датчика вверху построили план-графиков магнитной съёмки, представленная в графическом приложении №2

5.1.2 Измерение магнитной восприимчивости

1. Посчитали погрешность:

E==0.07%, где = ; =

2.Привели все значения к 10^-5 СГС

3.Определили наиболее вероятное значение из трех

4. По результатам построили гистограмму восприимчивости, представленная в графическом приложении №3

5.2 Электроразведка

1. Посчитали погрешность:

E==0.15%,

где = ; =

2. Значения перевели в милливольты

3. По результатам построили карту срединного градиента, представленная в графическом приложении №4

5.3 Радиометрия

1. Посчитали погрешность:

E==0.004%,

где = ; =

2. Перевели единицы измерения пА/кг в мкР/час

3. Умножили полученные значения на коэффициент кристалла=220

4. Из каждого измеренного значения вычли значение фона

5. По полученным значениям мощности экспозиционного поля построили карту радиационной съёмки, представленная в графическом приложении №5

6. Результаты работ

1.Карта магнитных аномалий

На построенной карте магнитных аномалий (графическое прил. №1) выделены три зоны: первая зона пониженных значений, находящаяся от 0 до 13 метра по всем трем профилям со значениями ДT до 50 тысяч нТл; вторая зона повышенных значений, находится на центральной части участка от 14 до 28 метра со значениями ДT до 90 тысяч нТл и приурочена к забетонированной площадке буровых скважин; третья зона пониженных значений ДT до 55 тысяч, от 30 до 50 метра на всех трех профилях, представляет собой спокойное распределение магнитного поля.

2.План-графиков магнитной съёмки

По построенному плану графиков в графическом приложении №2, графики в положении датчик вверху значения имеют практически постоянное значение приблизительно равное 50 тысячам нТл.

При положении датчик внизу на втором и третьем профилях выделены повышенные значения ДTв центральной части профилей, привязанное к подземным коммуникациям, на первом профиле ДT при положении датчик внизу имеют резко выраженное колебание, без четкой привязки, приуроченность которой сложно определить без априорных данных.

3.Гистограмма восприимчивости

Гистограмма восприимчивости (графическое прил. №3) показывает наиболее вероятное распределение значения каппа по профилям. Большинство значений расположено в пределах от 30 до 40*10^-5 единиц СГС, аномальных значений на участке №2 не наблюдается.

4. Карта срединного градиента

На карте срединного градиента (графическое прил. №4)ДU MN (милливольт) распределен от 0,01 до 0,25 милливольт. Максимальные значения расположены на первом профиле и привязаны к подземным коммуникациям на участке работ. На остальной территории участка поле изолиний спокойное, включает минимальные и средние значения, четкой привязки не обнаруживается, аномальных значений нет.

5. Карта аномалий гамма-поля

Данная карта подразделяется на три участка:

1) находится в пределах 0-5 метров по трем профилям, на которых наблюдаются отрицательные значения поля;

2) участок содержит средние показания от 0 до 1 мкР/ч;

3) участок с повышенными значениями до 3 мкР/ч. Повышение мощности экспозиционной дозы можно привязать к подземным коммуникациям.

Заключение

геофизический магниторазведка горный

В ходе прохождения учебной геофизической практики, на территории ЮРГПУ (НПИ) мы познакомились с методикой проведения магнитной съемки, гамма-съемки, каппаметрией, электроразведки, метрологическим контролем аппаратуры. Научились работать с приборами: радиометром, магнитометрами различных классов; научились строить карты, графики, гистограммы; научились вести полевые журналы.

Список литературы

1. Чернышова Н.А. «Методические указания к учебной геофизической практике» - НГК, 2007г.

2. Бондаренко В.М. и др. «Общий курс геофизических методов разведки», -М.: Недра, 1986г..

Графическое приложение

Карта магнитных аномалий

Гистограмма восприимчивости

Карта срединного градиента



План-график магнитной съёмки

Размещено на Allbest.ru