Метод постоянного тока (метод сопротивления)

Заключается в пропускании в горные породы постоянного или низкочастотного электрического тока фиксированной величины I через два электрода А и В (токовые) и одновременном измерении разности потенциалов ∆U между двумя другими электродами М и N (приемными) (рис. 7.1).

В качестве источников тока используют электрические батареи, аккумуляторы или генераторы. Разность потенциалов ∆U измеряют ненарушающим измеряемое поле компенсационным способом с осциллографической, стрелочной или цифровой индикацией.

В зависимости от величины пропускаемого тока, применяется, как переносная аппаратура, так и размещенная на одном или двух автомобилях (генгруппа и лаборатория).

По данным измерений вычисляют сопротивление ρ_к в Ом^.м:

ρ_к = К ∆U / I,

где К - коэффициент установки, величина которого зависит от взаимного расположения токовых и приемных электродов. Этот коэффициент необходим, чтобы можно было сравнивать результаты измерений установками разного размера.

Сопротивление ρ_к называется кажущимся сопротивлением. Оно рассчитывается так, что его величина совпадает с истинной при электрической однородности разреза. В неоднородном разрезе оно характеризует истинное удельное сопротивление исследуемой области разреза в определенной зависимости от совокупности удельных сопротивлений в прилегающей к ней зоне.

Величину ρ_к относят к середине («центру») измерительной установки (точке О).

Наиболее распространенный метод постоянного тока – электропрофилирование (ЭП). Он предназначен для выявления локальных изменений электрических свойств геологического разреза в горизонтальном направлении в пределах некоторого, относительного постоянного интервала от земной поверхности.

В ЭП после выполнения замера вся установка перемещается с обеспечением неизменного взаимного расположения всех электродов на следующую точку измерения, где выполняется очередной замер ρ_к и т. д. По полученным значениям строят графики и планы изолиний ρ_к.

В соответствии с той или иной расстановкой электродов в измерительной установке, различают электропрофилирование симметричное, дипольное, комбинированное, срединного градиента и др.

Интерпретация данных ЭП в основном качественная. По картам и графикам выделяют контакты пород с разным сопротивлением и локальные зоны повышенного или пониженного сопротивления, соответствующие тем или иным субвертикальным геологическим образованиям (рис. 7.2).

Изучение геологического разреза по вертикали осуществляют вертикальным электрическим зондированием (ВЭЗ). Метод основан на том, что при увеличении расстояния между токовыми электродами увеличивается глубина проникновения тока и соответствующее изменение кажущегося сопротивления отражает изменение геоэлектрического разреза по глубине. Чаще всего используется симметричная установка АМNВ, размеры которой последовательно увеличивают, сохраняя неизмененным положение на местности ее «центра», и на каждом расстоянии между электродами А и В измеряют ρ_к. По полученным значениям строят график ρ_к(АВ / 2), называемый кривой ВЭЗ, которая отражает глубинное строение разреза.

Например, кривая ВЭЗ для трехслойного разреза (рис. 7.3) своей начальной ветвью характеризует верхний горизонт (ρ₁, h₁) средней частью - второй горизонт (ρ₂, h₂), а конечной ветвью – третий горизонт (ρ₃, h₃ → ∞).

В результате интерпретации кривых ВЭЗ определяют вертикальную мощность каждого слоя (h_i) и величину его удельного электрического сопротивления (ρ_i). По полученным значениям, с учетом параметрических данных по скважинам, шурфам, обнажениям, строят геоэлектрический разрез.

Метод ВЭЗ применяют для поисков и изучения структур, перспективных на нефть и газ, при поисках месторождений подземных вод, исследованиях грунтов под строительство сооружений, для определения мощности слоев осадочного чехла и глубины залегания кристаллического фундамента на платформах, поисков и разведки месторождений каменного угля, горючих сланцев, каменных солей, бокситов, фосфоритов и других полезных ископаемых.