Подземные методы электроразведки

Общая характеристика. Подземные методы электроразведки предназначены для объемного изучения пространства между горными выработками, скважинами и земной поверхностью, т.е. для решения ряда геологоразведочных задач в трехмерном пространстве. При подземных работах можно применять большинство методов поле- вых электромагнитных зондировании и профилировании. Однако особенности измере- ний в горных выработках и скважинах требуют применения специальной аппаратуры, методики, теории и приемов интерпретации. Кроме того, благодаря возбуждению поля вблизи уже обнаруженных полезных ископаемых удается проводить объемное изуче- ние и просвечивание массивов пород. Это повышает глубинность и эффективность электроразведки на этапах детализационных исследований месторождений полезных ископаемых. Наибольшее применение подземные методы электроразведки находят при

разведке рудных месторождений как при подготовке, так и в ходе их промышленной эксплуатации.

Геоэлектрохимические методы. Изучение пород и руд, расположенных в окре- стностях скважин и горных выработок, удобно проводить с помощью методов естест- венной и вызванной поляризации. Например, на сульфидных, некоторых полиметалли- ческих, железорудных, графитовых месторождениях, где существуют естественные по- ля окислительно-восстановительной природы, целесообразно использовать подземные (скважинный и рудничный) варианты метода естественного поля (МЕП) (см. п. 4.1). При этом один приемный электрод остается неподвижным, а с помощью второго изу- чают потенциалы естественного электрического поля как по равномерной сети на по- верхности, так и во всех имеющихся скважинах и горных выработках. На рудных ме- сторождениях весьма перспективны также подземные (скважинный и рудничный) ва- рианты метода вызванной поляризации (ВП). Изучив объемное распределение ЕП или ВП и зная, что объем аномального поля в десятки раз больше объема создавших их рудных тел, можно получить информацию о пространственном положении тел. Это важно для постановки дальнейшей разведки месторождения, например, бурением.

Кроме скважинных методов ЕП и ВП к геоэлектрическим методам относят кон- тактный и бесконтактный способы поляризационных кривых (КСПК и БСПК) и час- тичного извлечения металлов (ЧИМ). Сущность КСПК сводится к пропусканию посто- янного тока через вскрытую скважиной рудную залежь и регистрации контактной раз- ности потенциалов между этой залежью и стандартным электродом сравнения, зазем- ленным на земной поверхности, вдалеке от рудной залежи при плавном увеличении то- ка. Получаемые в результате работ КСПК поляризационные кривые (графики зависи- мости контактной разности потенциалов от пропускаемого тока) позволяют судить о количественном и качественном состоянии руд. В методе БСПК те же поляризацион- ные кривые, что и в КСПК, получают при заряде вне рудного тела. Методы КСПК и БСПК служат для оценки по поляризационным кривым минерального состава и объем- ного содержания выявленных минералов в рудной залежи (см. п. 4.1).

В методе ЧИМ постоянный ток пропускают через постоянно заземленный в за- лежь электрод А и перемещающийся по равномерной сети (с шагом до 20х20—50х50 м) на земной поверхности второй питающий электрод В, называемый элементо- приемником. Пропускание в течение нескольких часов t тока приводит к накоплению вблизи электрода В химических элементов вследствие их электролитического переноса из рудного тела, в которое заземлен электрод А. Измеряя с помощью методов химиче- ского анализа массу mi того или иного химического элемента i, например Fe, Pb, Zn и других, и зная t, можно построить геоэлектрохимический годограф (график зависимо- сти m от t). Получив подобные годографы на всех точках наблюдений и построив кар- ты т (для t=const) или ∆m/∆t, можно по максимумам на них выявить эпицентры руд- ных залежей того или иного состава.

Метод заряженного тела. Метод заряженного тела (МЗТ) или заряда (МЗ) слу- жит для оценки либо формы и положения рудных тел (рудный вариант МЗТ), либо на- правления и скорости движения подземных вод (гидрогеологический вариант МЗТ).

1. Рудный вариант МЗТ сводится к «заряду» с помощью электрода А рудной за- лежи через скважину или горную выработку постоянным или низкочастотным пере- менным током (второй электрод В отнесен «бесконечно далеко», т.е. на расстояние в

5—10 раз больше, чем глубина заземления электрода А). На земной поверхности с по-

мощью приемной линии MN и приборов типа АЭ-72 или АНЧ-3 (см. п. 4.2) изучают распределение потенциалов. В результате строят эквипотенциальные линии. Можно измерять также градиенты потенциала или напряженности переменного магнитного

поля. Так как заряженная рудная залежь является эквипотенциальным проводником, с которого ток стекает равномерно, вокруг нее образуются поверхности равного потен- циала, повторяющие форму залежи. Поэтому по форме эквипотенциальных линий можно судить о местоположении и контуре эпицентра рудной залежи, т.е. проекции его формы на земную поверхность.

2. Детализационным вариантом МЗТ является метод электрической корреляции (МЭК), в котором потенциалы точечного заряда в рудной залежи изучают не только на земной поверхности, но и в соседних скважинах. В результате происхо- дит«просвечивание» целиков пород между скважинами. По форме и аномалиям на кри- вых потенциала в скважинах можно судить о наличии и местоположении в межсква- жинном пространстве рудных тел.

Рис.4.12. Схема определения направления и скорости движения подземного потока по одной скважине МЗТ.

АВ — питающая линия; MN — приемная линия;

Б — батарея; ИП — измерительный прибор;

1 — направление потока; t0, t1, t2. — эквипотен- циальные линии, полученные в разное время после засоления скважины.

3. В гидрогеологическом варианте МЗТ направление и скорость подземного потока определяют по искажению во вре- мени изолиний потенциала от точечного источника, заземленного в подземный по- ток через скважину (рис.4.12). При этом водный поток периодически подсаливает- ся поваренной солью и в нем образуется

«проводящее» тело, которое движется вместе с потоком. Поэтому направление движения потока будет совпадать с на- правлением максимального искажения изолиний, а скорость движения ∆R/∆t, где

∆R—максимальное смещение изолиний за время ∆t. Гидрогеологический вариант МЗТ интересен тем, что динамику под- земных вод можно изучать по одной скважине, в то время как гидрогеологам для этих же целей нужны три-четыре скважины.

Индуктивное просвечивание. Для обследования околоскважинных про- странств в целях обнаружения проводя-

щих рудных тел применяют различные скважинные электромагнитные (индуктивные) методы, которые по физической сущности, применяемой аппаратуре и принципам ин- терпретации похожи на рассмотренные выше НЧМ и МПП. Наиболее известными сква- жинньми индуктивными методами, основанными на применении низкочастотных гар- монических и неустановившихся полей, являются методы незаземленной петли со скважинными измерениями параметров поля (НПС-АФИ или САФИ, НПС-МПП) и ме- тоды скважинного дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМПС- АФИ.ДЭМПС-МПП).

Для предварительных обследований во всех скважинах на оптимальной частоте или времени переходного процесса ведут измерения тех или иных параметров и в ре- зультате вдоль скважин строят графики. На них аномалиями выделяются участки сква- жин, которые ближе всего располагаются от рудных тел. Для детализации аномалий работы проводят на разных частотах или временах переходного процесса. С помощью скважинных индуктивных методов выявляют рудные тела на расстояниях до 40—100 м от скважины, оценивают их электропроводность, а также пространственное положение.