Методические указания Методические указания по применению метода вызванных потенциалов при инженерно-геологических исследованиях

В СЕ СОЮЗ НЫЙ НАУ ЧНО-ИССЛЕД ОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ МЕТОДА ВЫЗВАННЫ Х ПОТЕНЦИАЛОВ
ПРИ ИНЖ ЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Мо с ква

19 6 8

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы лабораторией и н женерной геологии и геоф изи ки ЦН ИИСа (руководит ел ь канд. т ехн. н аук А. М. Горелик) проведены полев ые и лабораторные исследования, направлен ны е на выяс нение возможности использования метода вызванных потенциалов (ВП) для классификации песчано-глинистых пород в соотве тствии с их гранулометрической характеристикой. Эти работы подтвердили возможность приме нения метода ВП для дифференциации песчано-глинистых грунтов и це лесообразн ость вклю чения его в ком плекс инженерно-геофизических методов при из ысканиях дорог. В результат е накоплен ия практического опыта сфер а применения метода должна постепенно расширяться.

Рабо т а может служить руководством для геофизик ов при проведении полев ых исследований и обработке результат ов наблюдений по методу ВП. Указания составлены канд. т ехн. н аук В.А. Р яполовой и инж. А.Э. Липской. В э кспериментальных работах наряду с авторами прин имали участ ие инженеры Т.А. Б огомазова, А.А. П остовал ов и В.Я. П ригода; техн ики Г.О. Долгов и Т.Н. Дубинина.

Замечания и пожелания п росим направлять по адресу: М осква, И-329, Игарс кий пр. 2 , Всесоюз ный научно-исследовательский институт транспортного строительства, Отделение изысканий и проектирован ия.

ЗА М. ДИРЕКТОРА ИНСТИТУТА

(А. С МОЛЬЯНИНОВ)

ГЛАВА I . СУЩНОСТЬ МЕТОДА ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ (ВП), СФЕРА ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ И РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ

§ 1. Основы метода и изучаемые параметры

Метод ВП основан н а изучении вторичных электрических полей, источником которых являются ф изико-химические процессы, воз буждаем ые в породе электри ческим током. Природ а этих процессов у горных пород, имею щи х ионную проводи мость, изучена еще недостаточно. Наиболее распростран ена точка зрения , что основная роль в образовании выз ванной поля ризации при надлежит в данном случае вторичным потенциалам диффузии. Подчи ненная роль отводи тся вторичным потенциалам фильтрации. Если в породе имеются при меси минералов с электронной проводи мостью, возм ож ны также потенциалы, явля ющиеся следствием вторичных окислительно-восстановительных реакций.

Гор ны е породы об ла да ют разной способностью поляризоваться под д ей ствием э лектри ческого тока. Э та способность оценивается кол ичественн о безразм ерным параметром, называемым поляризуемостью породы η.

Величины выр а жают в процентах:

,                                                              (1)

Вторичный ток обычно имеет то же направлен и е, что и поляризую щий. Поэтом у величина η, как правило, положительна.

П араметр η у пород с ионной проводимостью не зависит от плотности поляризующего тока j и приложенного на п ряж ения в большом диапазоне и зм енения этих величин.

Реакци и , воз никаю щие в пород е под действием проходящего тока, обратим ы: после его выключения порода постепенно возвраща ется в исходное состоя ние. Соответственно убывают со временем и возбужденные в ней вторичные электрод виж ущие силы.

Вел и чина вызванной поля ризации зависит от времени прохождения ток а через пород у (времени заряд ки). С увеличением времени зарядки она сначала быст ро возрастает, а затем асимптотически стремится к своему предельному значению, которое для большинства пород практически достигается уже при двухминутной зарядке. Разрядка породы длится соответственно тем дольше, чем больш е было время ее зарядки. После того как вы званные потенциалы достигнут предельной величины, скорость их спада остается неизменной при дальнейшем увелич ении времени пропускания тока.

Таки м об разом , измеряемая величина η не является постоянной для данной породы, а существе нно зависит от условий зам ера: момента ее определения t после выключения тока и продолжительности зарядки t _зар . Поэто м у для сравнительной оценки поляризационных свойств различных горн ых пород необходимо польз оватьс я ве личинами поляризуемости, ус тановле нными для одних и тех же з нач ений t и t _зар .

О бычно з а искомый параметр η берут его м аксимальное значение, которое удает ся зафиксироват ь. При раб оте с современной серийной аппаратуро й, служащей для измерения выз ванной поляризации, первый отс чет Δ U _ВП п олучают через 0,5 сек после выключения тока. Время зарядки составляет в большинстве случаев 2 мин.

Функции Δ U _ВП = f ( t ) и η = f ( t ) могут быть представлены в виде суммы экспоненциальных функций^*):

                                                      (2)

^*) См. глава V , § 22.

Каждая составляющая предположительно отвечает некоторому самостоятель н ому процессу, который отличается начальным значением вызванной разности потенциалов Δ U _{ВП i 0} , а след овательно, и поляризуемости η _{i 0} , и временем релаксации τ _i (время, з а которое величина уменьшаетс я в е раз). Параметры уравнений ( 2) также могут служить характеристиками изучаемой среды.

Для приближенной о ценки скоростей убывания во времени вторичных электрических полей часто пользуются параметрами α, выражающими отношение двух величин - вызванной разности потенциалов Δ U _{ВП t 1} и Δ U _{ВП t 2} , замеренных через проме ж утки времени t ₁ и t ₂ п осле выключения поляризующего тока. Чтобы облегчить сопоставление между с обой быстроты спада вызван ной поляризации у разных пород, в качестве параметра α рекомендуется принимать единое отношение:

.

Параметры η , α и τ, полученные при измерениях в неодн ород ной среде , по аналогии с принятой в электроразведк е терминологией, н азываются каж ущ имися.

§ 2. Задачи, решаемые методом ВП.

Метод ВП рекомендуется применять при изучении песчано-глинист ы х отложений, в особенности для разделения их на отдельные раз ности в с оответствии с гранулометрической классиф икац ией. Такого рода задачи часто возникают при исслед овании трасс проектируемых дорог и различных строительных площад ок, при поисках и разведке строительных, балластных материалов, источников вод оснабжения, и зучении оползневых и карстовых районов и т.д.

Постановка мето д а ВП особенно це ле сообразна тогда, когда метод сопротивлений не д ает достаточно четкой дифференциац ии геологического разреза. Глуб инность разве дки методом ВП прим ерно т акая же, ка к и у м етода сопротивлений . Однако производст во работ по ме тоду ВП эффектив но лишь при исследовании ге ологических разрезов на глубину не более 40-50 м.

Ограничением для при м енения метода ВП (при раб оте с прибором ЭСК -1 ) являются районы с интенсивными пром ышленными пом ехами.

ГЛАВА II . АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ

§ 3. Аппаратура для наземных исследований

Принципиальная особенность аппаратуры для измерений по методу ВП состоит в том , что наряду с обычными для метод а сопротивлений измерени ям и она д олжна обеспечивать возм ожность измерений вызванной разности потенциалов после отключения поляризующего тока или в паузах между последовательными его включениями.

И сслед ования м етодом ВП на дорож ных изысканиях могут выполняться или с помощью электроразведочного компенсатора ЭСК -1 , снабженного специальной при ставкой ВП, или со станцией ВПО- 62, серийно выпус каемой промышленностью.

При работе с прибором ЭСК- 1 рекомендуется приставка ВП, сконструированная в лаборатории инженерной геологии и геоф изики ЦНИ ИСа (см. § 4). Для применения этой приставки необходи мо внести небольшие изменения во внутреннюю схему прибора. Приставка позволяет вес ти исследования в режиме длительн ой зарядки среды.

Станция ВПО - 62 размещается на автомашине УАЗ-6 9. Аппаратура, входящая в комплект станции, разборная и приспособлена для ручной переноски. Общий вес ее около 90 кг. Станция ВПО-6 2 приспособлена для работы в двух режимах: с длительной зарядкой среды и в режиме кратковременных разн ополярных импульсов.

Аппаратура ВПО - 62 вклю чает: бензоэлектрический агрегат, пульт управления и измерительный прибор.

Б ен зоэлек трическ ий агрегат служ ит ис точником переменного напряжения, которое, поступая в пульт управления, преобраз уется в постоянное и затем подается на питающие электроды. Максимальная величина постоянного напряжения составляет 560 В. Предельная мощн ость постоянного тока - 0,5 кВт. Наибольшая возможная сила поляризующего тока - 5 А.

В пульте у правления находятся все устройства для управления зарядкой. При длительной зарядке среды польз уются ручным приспособлением, при разнополярной - автоматическим. В последнем случае аппаратура срабатывает таким образом, что токовый импульс длится 1 0 сек, а перерыв между импульсами - 5 сек. Полярность импульсов попеременно меняется.

И змерительн ый прибор пред назначен для измерения приложенной и вызванной разностей потенциалов, снимаемых с приемных электродов. Отсчеты берут визуально по стрелочному прибору. Возможна также непрерывная запись наблюдаемых значений напряжения с помощ ью осциллографа типа ЭПО-7.

§ 4. Приставка к прибору ЭСК-1

Основной действующей частью приставки ВП, сконструирован н ой в ЦНИИСе, является реле марки КД Р. Оно работает таким образом, что при включении токовой цепи од новрем енно с размыканием внешней измеритель ной цепи замин ается накоротко вход усилителя прибора ЭСК-1 на участке до компенсатора поляризации. При размыкании токов ой цепи измерительная цепь замыкается и через компенсатор поляризации подключается к усилителю (рис. 1). Реле срабатывает от специального ключа, который зам ыкает цепь его обмотки, питаемую батареей БАС-8 0. Клю ч включают и выключают вручную.

Если вход усилителя ЭСК при разорванной измерител ьной цепи оставить разомкнутым, то в момент ее под ключения к прибору на гальванометре часто наблюдаются брос ки стрелки вправо. Эти броски маскируют отклонени е стрелки, обусловленное вызванной разностью потенциалов. Дан ное явление не имеет существенного значения при измерениях больших величин Δ U _ВП , но при малых Δ U _ВП , когда замеры произ в одятся на низких пред елах измерений прибора (3 и 1 мВ), работа при таких условиях становится практически невозможной.

В нешняя измерительная цепь при данной схеме приставки должна быть все время разомкнута, пока замкнута токовая цепь. В противном случае в нее будет ответвляться зарядный ток, под влиянием которого измерительные электроды поляризую тся. Электродная поляризация может в несколько раз превосходить по величине вызванную разность потенциалов . Вместе с внешней измерительной цепью обязательно должна размыкаться и цепь компенсатора поляризации, что вызывается следующей причиной. Вел и чина естеств енной разности потенциалов Δ U _ПС обыч н о значительно превышает Δ U _ВП , и поэтому замер Δ U _ВП с т ан овится возможным только после предварительной компенсации Δ U _ПС . Если же после компе н сации Δ U _ПС о д новременно с размыкан ием измерительной линии (в момент включения тока) з амкнуть вход приб ора на участке цепи после компенсатора поляриз ации, то компенсация сразу нарушится и стрелка гальванометра сместится с нулевого положения на величину разности потенциалов, введенной компенсатором. При под ключении измерительной лин ии к прибору снова (в момент выключения тока) процесс восстановления компенсации Δ U _ПС завуалирует процесс изменения Δ U _ВП .

Рис . 1. Схема приставки к прибору ЭСК -1 дл я измерений по методу ВП :

В₁ - тумблер переключения Δ U - J ; В₃ - тумблер включения КП; В₄ - тумблер включения тока; КП - компенсатор поляризации; К - тумблер включения реле.

Ж ирной линией показана схема приставки, тонкой - элементы схемы ЭСК-1.

Нумерация тумблеров В соответствует нумерации заводской схемы, прилагаемой к прибору ЭСК-1.

Монтаж описан н ой приставки показ ан на рис. 1.

Одна пара контактов реле (или две пары, соединенные параллельно) используется для замыкания и размыкания питающей линии. К этой паре контактов присоединяют концы проводов 1 и 2. Противоположные концы проводов подводят к штырям вилки, включаемой по обычной схеме в клеммы А и В прибора ЭСК -1 . Переключения из мерительн ой цепи осущ ествл яются с помощью двух пар контактов. Подсоединение к ним проводов производят таким образом, чтобы провод 3 поочередно контактировал то с проводом 4 (при включенном токе), то с проводом 5 (при выключенном т оке). Свободные концы проводов 3, 4 и 5 вводят внутрь прибора через отверсти е в корпус е, предназначенное для крепежного винта, и подсоединяют к соответствующим участкам цепи.

§ 5. Оборудование для наземных исследований и подготовка его к работе

Для монтажа измерительных устано в ок можно употреблять провода тех же марок, что и при работе методом сопротивлений. Однако для изготовлен ия токовой лин ии предпочтительнее иметь провода большего поперечного сечения. Исслед ования по методу ВП проводят с относительно большими токами, поэтому к изоляции проводов предъявляют повышенные требования. На концах токовой линии для подключения электродов рекомендуется им еть колод ку с надежно изолированными гнездами.

Э лектроды для питающей линии изготовляют, как и обычно, из прутковой стали диаметром 1 5- 20 мм и длиной примерно 75 см. К каждому электроду з аранее под соединя ют отрезок из олированного провод а длиной около 75 см с вилкой на конце для под ключения к токовой линии. Чтобы обеспечить необходимую величину поляризующего тока на всех разносах линии AB, общее количество подготовленных к работе электрод ов должно быть не менее двадцати.

В качестве измерительных электродов применяют медные н еполяризующ ие электроды заводского изготовления. Медные стержни этих электрод ов погружены в керамические сосуды, которые перед работой заполняют насыщенным раствором медного купороса. Для приготовления раствора желательно употреблять химически чистый купорос и чистую пресную воду, а еще лучше дистиллированную. При выезде в поле всегда необходи мо иметь запасные пары неполяризующихся электродов.

Для сохранения стабильности собственной э .д.с. п риемных электродов за ними должен быть специаль ный уход. Р аствор в сосудах нужно обновлять примерно через тро е суток. П еред тем как заливать свежий раствор, сосуды следует тщательно промыть чистой водой, а медные стержни очистить от образовавшегося налета. Если собственная э.д.с . электрод ов все же оказывается неустойчивой, рекомендуется попарно замкнуть их, когда они не работают, и погрузить в сосуд с насыщенным раствором медного купороса. Сосуд должен быть из готовлен из материала, не реагирующего с раствором (стеклянный, эма лированный и др.). При этом пары электродов надо подбирать с таким расчетом, чтобы величина собственной э.д.с. между ними была минимальной.

При работе с ЭСК-1 источниками питания для токовой цепи служат батареи типа ГР МЦ- 69 или ГРМ Ц-29. Количество батарей, н еобход имое для работы, з ависит от харак тера геоэлектрического разреза и максимальной длины питающей линии. Д ля работы по методу зондирования с максимальной длиной AB - 220 м нужно иметь не менее 4-5 батарей типа ГРМЦ- 69 или 8-1 0 батарей типа ГРМЦ-29. Вспомогатель ное оборуд ование остается таким же, как и при работе по методу сопротивлений.

§ 6. Аппаратура и оборудование для каротажных исследований

Ск в ажи нные исследования методом ВП можно выполнять с любыми видами каротажной аппаратуры (раз борные каротажные установки, полуавтоматические каротажные станции типа ПК С и автоматические каротажные станции типа АЭК С).

Для измерений по методу ВП применяют специальный четырехэлектрод ны й зонд А 0,04 М 0,04 А¹ 2В с неполяризующ имся из мерительны м эле ктродом конструкции МИ НХ и ГП.

Зонд монтируют н а отрезке трехжиль ного шлангового кабеля типа К ТШ-2 или КТШ -0,3, длиной 3,5- 4 м. Электроды изготовляют из свинцовой проволоки или листового свинца. Электрод М устанавливают на зонде на расстоянии примерно 1 м от того конца, который идет к лебедке. На электрод надевают эбонитовую муф ту - ци линдрическую трубку, утолщенную в средней части (рис. 2). Д иаметр внутреннего отверстия трубки немного бо льше д иаметра кабеля с закрепленным на нем измерительным электродом. Для осуществления контакта электрода М со скваж инной жидкостью по цили ндрической поверхности утолщенной части муф ты просверлены сквозные ради альные отверстия. Муфту надев ают на з онд таким образом, чтобы отверстия оказались непосредственно над электрод ом М. На внешней стороне м уф ты разм ещают параллельно соед иненные токовые электроды А и А¹ так, чтоб ы они располагались симметрично по обе стороны от измерительного электрод а. Муфту прочно закрепляю т на кабеле веревкой или изоляционной лентой. Второй токовой электрод В устанавливают на зонде на 2 м ниже электрода А¹.

Рис. 2. Зонд для измерения ВП

По д обная конструкция зонда дает возможность, с од ной стороны, максималь но сблизить между собой пи тающий и изм ерительный электроды и, след ов ательно, произ вод ить из мерения в облас ти н аи больши х плотностей тока, а с другой - не дает возможности электрическом у току проходи ть через из мерител ьный электрод М и оказывать н а него п оляризующее действие.

В остальном оборудо в ание при каротаже ВП не отличается от оборудования для стандартного каротаж а.

ГЛАВА III . МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ НАЗЕМНЫХ РАБОТ

§ 7. Модификации метода ВП, установки для полевых работ и размещение точек наблюдений

Метод ВП при м еняют как в модификации вертикальн ого электрического зондирования (ВЭЗ ВП), так и в мод иф икации электропрофилирования. При инженерно-геологических исследованиях более эффективно его применять в модификации зондирования.

Вертикальные зондирования мето д ом В П дают воз можность судит ь об изменении поляриз ационных пара метров пород по вертикали и о глубине залегания объектов, характеризующихся разной поляризуемостью.

Чтобы не нарушать общепринятой для зон д ирований схемы работ, исследования метод ом ВЭЗ ВП рекомендуется выполнять с обычной установкой Ш лю мберж е, сохраняя стандартную сеть разносов питающей и прием ной линий, хотя некоторые исследователи предпочит ают установку Венн ера. Предельная длина токо вой линии, как правило, не превышает 220-300 м.

Порядок перехода с о д ного разноса MN на другой удобнее несколько изменит ь. Так, в целях повышения производ ительности работ, если расхождения между замерами для одних и тех же разносов AB на двух смежных линиях MN невелики, разрешается осуществлять переход с одной ли н ии MN на другую при о д ном разносе AB. Измерен ия на разнос е MN = 50 м п редлага ется начинать с  = 80 м, а не с  = 11 0 м, как это принято при изысканиях на транспорте^*).

*) см. Горелик А . М ., Ряполова В. А . Электроразведка при изысканиях источников железнод орожного водоснабжения. М., ЦН ИИС Ми нтрансстроя, 1 955.

При слабой поляризуемости поро д целесообразно ввести в схему работ дополнительно одну п ромежуточную приемную линию MN = 5 м. Переход на нее сле д ует осуществлять при  = 8 м.

Раз м ещение и густота разведочных точек зависят от поставленной задачи. В большинстве случаев точки наблюдений располагают по отдельны м профилям или по равномерной сетке.

Применение профилирования методом ВП ограничено относительно невысокой его производительностью по сравнению с профилированием другими м ет одам и инженерной электроразведки.

Для рабо т ы м етод ом профилирования рекомендуются симметричные ус тановки типа AMNB и AA ¹ MNB ¹ B . Другие установки (установка срединного градиента, ди польны е установки и т.д.) нерентабельны, так как для работы с н ими требуются слишком мощные источники тока. Выбор оптимальных разносов AB произво д ят с учетом решаемой геологическ ой зад ачи на основании рекогносцировочных зондирований. Наиболее экономична четы рехп олюс ная установка AA ¹ MNB ¹ B с A ¹ B ¹ = 3 MN и AB = 7 MN при шаге, равном 2 MN . Достоинство это й установки в том, что при каждом новом ее положении два прежних заземления A ¹ и B могут быть использованы вторично уже соответственно в качестве зазем лений A и B ¹ . Это имеет большое практическое значение в сложных условиях заземления. Профили ориентируют вкрест простирания исследуемого объекта.

§ 8. Производство работ методом ВЭЗ ВП с прибором ЭСК-1

Вер т икальные зонд ирования методом ВП (ВЭЗ ВП) выполняют совместн о с вертикальными зондированиями методом сопротивлений (ВЭЗ ρ_к). Основ ные э лементы схемы работ являются общими для обоих методов. Для изм ерений по методу ВП в схему дополнительно вводят лишь приставку ВП. Подготовительные операции остаются теми же, что и при измерениях по методу ВЭЗ ρ_к . Только особое внимание уделяют качеству з аземлений приемных электродов, от состояния которых существенно зав исит точнос ть и быстрота измерений. Электроды помещают в свежевырытые лунки и сверх у плотно утрамбовывают землей . Если почва сухая, з ем лю в лунках слегка увлажняют.

Для получения всех необходимых данных на каждом разносе AB определяют вызван н ую разность потенциалов Δ U _ВП в разные моменты времени после отключения тока, приложенное на п ряжение Δ U _ПР и силу поляризующего тока J .

В первую очере д ь измеряют Δ U _ВП . Перед началом замера н а переклю чателе чувствитель ностей гальванометра прибора ЭС К-1 устанавливают нужный предел измерений и компенсируют естественную разность потенц иалов Δ U _ПС . При первом разносе токовой линии для правильного выбора рабочей чувствительности производят пробное измерение Δ U _ВП , чтобы установить примерный порядок ее величины. При после д ующих разносах порядок в ели чин ы Δ U _ВП обычно легко предусмотреть, и в выборе предела измерений н е возникает затруднений. Чаще в сего измерения ведут на пред елах 1 0 и 3 мВ. Пользоваться пределом 1 мВ рекомендуется лишь в крайнем случа е.

При компен с ации Δ U _ПС стрелку гальванометра следует выводить не на нуль, а на о д но из ближайших к нуля целых делений шкалы (например 0,2; 0,5 и 1 мВ на пределах измерений 1; 3 и 1 0 соотв етс твенно), которое условно примин аетс я за нулевое и обозначается Δ U ^Н ₀ . Это связано с тем, что даже при тщательном уходе з а приемными эл ектродами за время пропускани я заряд ного тока ве ли чи на их собствен ной э.д.с. н ескольк о м еняется и в и тоге имеет место сд виг н уля отс чета. Практически запа с порядка 0,5 мВ м ожно считать достаточным, чтобы новое положение нуля оставалось в пределах шкалы гальванометра.

К ак только Δ U _ПС скомпенсирована, включают ключ реле приставки (см . рис. 1) и одноврем енно нажим ают пусковую стрелку секундомера. Кон такты токовой цепи замыкаются, и ток на чинает поступать в землю.

Зарядка среды продолжается 2 мин . По истечении 2 мин к люч реле р азмы каю т. Токовая цепь в этот момент разрывается, а измерител ьная - подключается к входу прибор а ЭСК -1 . Стрелка гальван ометра под влиянием выз ванной разности потен циалов резко отклоняется вправ о до определ енного деления, а затем , постепенно з амедляя движение, возвращается к нулевом у положению. Оператор отмечает положени е стрелки, соответствую щее ее м аксим альному отклонению, и потом пери оди чески прои зводит отсчеты n н а шкале гальв аном етра по м ере убывания разности потенциалов.

Второ й отчет берут через 5 сек после разрыва токовой цепи, третий - через 1 5 сек. Далее отсчеты сни мают последовательно, через каждые 1 5 сек, до полного успокоения стрелки. М омент остановки стрелки T фиксируют в журнале. Д еление, на котором стрелка остановилась, приним аю т за новое з начение нуля Δ U ^к ₀ . Д ля перехода от полученных данн ых к значениям Δ U _ВП величину нулевой р а зности потенциалов Δ U ^к ₀ вычи тают из всех отсчетов n , в зятых оператором. Так как при работе с приставкой В П время, прошедшее с мом ента выключения тока до первого отсч ета, точно н еизвестно, максимальную величину вызванной разности потенциалов в этом случае условно обозн ачают Δ U _ВП0 .

При наблюдении за спадом Δ U _ВП следует избегать перехода с од н ого предела измерений на другой. Если первонач аль ное отклонение стрелки оказалось очень незначительным по сравнению с ожидаемым , то лучш е снова полностью повторить замер, перейдя на м еньший пред ел изм ерений .

Если с д ви г нуля превышает допустимый, но стрелка на новом нуле стоит устойчиво, сд виг можн о рассматривать как случайность, и замер повторяется. Но в ряде случаев собственная э.д.с. электродов оказывается неустойчивой, вследствие чего в процессе изм ерений нуль отсчета зам етно сполза ет, что затрудняет его определение. И ногда устранить это явление м ожно зам ыканием накоротк о при ем ной цепи во время подготовки к зам еру на данном разносе (размотки токовой линии, з абивки токовых эле ктродов и т.д.). Если это не помогает, реком енд уется од новременно установить две приемн ые линии с разными парами неполяризующихся электродов и пользоваться ими попеременно. Однако при этом следует иметь в виду , что во время работы с одн ой из пар электродов другую пару ни в коем случае нельзя за корачивать во избежание прохождения через нее б ольшого поляри зующего тока.

Есл и в результате принятых мер все же не удается полностью ликвид ировать сполз ание нуля, то его наход ят приближенно, улавливая момент, когда стрелка перестает ощутимо замедл ять свой ход и начинает перед вигаться почти равном ерно.

После измерения Δ U _ВП опре д еляют Δ U _ПР , применяя те же правила, что и пр и зам ере Δ U в о врем я съемки ВЭЗ ρ_к. Клю ч приставки при этом ставят в полож ение, соответствующее разомкн утой токовой цепи, а ток вклю чаю т, как всегда, тумблером В₄ прибора ЭСК-1 (см. рис. 1). Затем измеряют силу тока.

Для пов ыш ения надеж ности зам еров во всех сомнительных случаях, в особенности при неуверенном отсчете нуля, необхо димо вы полнять контрол ьные изм ерения, добиваясь, чтобы расхождения м ежду полученным и да нны ми не превышали 1 0 %.

На основе вы п олн енных измерений для каждого разноса вычисляют з начения ρ_к; и .

Построен и е и обраб отку кривых Δ U _ВП = f ( t ) производят в камеральных условиях.

П осле того как закончены все вычисления и результаты наблюдений нанесены на граф ики, оператор дает команду о переход е к следующему разносу AB .

С увеличением длины AB , д о переход а на последующую линию MN , постепенно увел и чивают число электрод ов в токовой цепи (от од ного до десяти на кажд ом конце) и силу п оляризующего тока (от нескольких сА до 1 ,5-2 А).

§ 9. Производство работ по методу ВЭЗ ВП с аппаратурой ВПО-62

Применение аппаратуры ВПО - 62 с пособствует значительному повышению производ ительности труда и в ряде случаев дает возможность получать надеж ные результаты даже в условиях заметных промышленн ых помех. Исследования оказываются особенно эфф ективными, когда измерения в режиме длительной (двухмину тной) зарядки среды комбинируют с измерениями в реж им е кра ткопериодных ра знополярны х импульсов. Рациональное сочетание двух видов зарядки позволяет получать практически такую же инф ормацию о разрезе, что и при двухм инутной зарядке, но с меньшей затратой времени.

Результаты исследований, проведенных в режиме разнополярной зарядки, используют для определения глубин залегания и мощностей отдел ь ных слоев, но они не в сегда дают полное пред ставление о характере геоэлектрического разреза. Дан ны е наблюдений, выполненных с длительной зарядкой, дополняю т и уточняю т эти сведения и дают возможность более уверенно суди ть о литологических свойствах горных пород.

О с новной объем ис следован ий выполн яют в режим е кратковремен ных разнополя рны х импуль сов. Для каждого разноса AB находя т ρ_к, а также η_к и α_к, соответствующие кратковрем енн ой заря дке, и строят графики зависимости каждого параметра от полуразноса питающей линии.

Исследования в режиме длительных о дн ополярны х импульсов приурочивают только к тем разносам, которые отвечают асимптотическим значениям η_к или α_к или и х характерным точкам, когда геоэлектрические гори зонты имеют малую мощность. Для каждого из этих ра зносов д ополнительн о получают η_к и α_к и полную кривую спада Δ U _ВП , отвечающи е t _зар = 2 мин. Полученные данные экстраполируют на всю м ощность горизонтов, выделенных по измерениям в реж име разнополярных импульсов .

Схема внешних цепей при прои з вод стве ВЭ З В П со станцией ВП О- 62 остается такой же, что и с прибором ЭСК -1 . Соед инения между с об ой отдельных узлов аппаратуры, подготовка их к работе и все необходимые включения осуществляют в соответствии с инструкцией, прила гаемой к станции.

Если наблюдения проводят в режиме разнополярных импульсов, то за и с комую величину вызванной разности потенц иалов Δ U _ВП прини м ают среднее из двух отсчетов n , соответствующих токовым импульсам разно й полярности. Чтобы найти α_к , после каждого токового импульса определяют два значения Δ U _ВП : Δ U _ВП0,5˝ и Δ U _ВП5˝ . Первая величина отвечает максимал ь ному отклонению стрелки гальванометра, а вторая - положению стрелки в м омент разм ыкан ия измерительной цепи. Перед началом наблюдений обычно пропускают несколько токовых импульсов в ожидании стабилизации отсчетов.

При работе в ре ж име длительной заряд ки съемка значений Δ U _ВП может производ иться двумя путям и: либо путем взятия отд ельных отсчетов в процессе непрерывного наблюдения за спадо м вызванной разности потенц иалов, как и п ри работе с приставкой ВП, либо п утем задержки и фи ксации на гальван ометре дискретных отсчетов Δ U _ВП , пр и уроче нны х к определенн ым мом ен там врем ени. Кривую убыва ния Δ U _ВП в о врем ени можно также записывать на ф отобум аге осциллограф ом.

Опре д еле ние Δ U _ПР с по м ощью аппаратуры ВП-6 2 прои зводи тся так же, как с прибором ЭСК-1. Величина J наход и тся по стрелочному при бору в токово й цепи.

§ 10. Производство работ при профилировании методом ВП

При профилировании методом ВП технология работ и поря д ок измерений на точке сохраняются в основном такими же, как и при производстве ВЭЗ ВП, и зависят лишь от типа измерительной аппаратуры.

В результате исследований в каждом пункте получают три пара м етра: ρ _к , η_к и α_к.

Если профилирование ведется с помощью прибора ЭСК-1 и приставки ВП, то для сокращения времени, необходимого для выпо л нени я наблюдений на точке, м ожно вн ести некоторые уп рощения в проц есс измерений. Прежде всего следует уменьшить врем я заряд ки породы (до 1 мин или даже до 30 сек). Если после отклонен ия стрелка устойчиво возвращается в первоначальное положен ие (к нулю отсчетов), то можно ограничиться при измерениях лишь двумя первыми отсчетами и не дожидаться каждый раз возвращения стрелки гал ьв анометра на нуль. Нуль отсчетов в данном случае удоб но совмещать с нулем гальва ном етра. Устойчивость нуля необход имо периодически кон тролировать.

К огда при проф илировании в качестве изм ерительной аппаратуры примен яется станция ВПО -62, измерения рекоменд уется проводить только в режи ме разнополярны х импульсов.

§ 11. Оформление результатов наблюдений

Резуль т аты наблюдений заносятся в полевые ж урналы: ВЭЗ ВП при ис следова ниях в режиме разнополярн ой зарядки среды; ВЭЗ ВП при исследованиях в режиме длительной зарядки среды; элект ро профилирован ия ВП п ри раб оте в режиме длит ельной зарядки среды; электропрофилирования ВП при работе в режим е разнополя рной зарядки среды.

Ж У РНАЛ ВЭЗ ВП при и с следованиях в режиме разнополярной зарядки с реды ВЭЗ № Участок работ                                                     Дата Аппаратура                                                         Начало работ Погод а                                                                 Конец работ Поверхностный покров                                      Оператор Вычислитель , м MN , м К Δ U ПР , мв J , са ± n 1 , м в Δ U ВП0,5˝ , мв ± n 2 , мв Δ U ВП5˝ , мв ρк, о м м ηк, % αк Примечание 3 1 2,75 800 1 00 1 2 4 22 1 ,5 3

Ж У РНАЛ ВЭЗ ВП при и с следованиях в режиме длительной зарядки с реды ВЭЗ № Участок работ                                                     Дата Аппаратура                                                         Начало работ Время зарядки                                                    Конец работ Погод а                                                                 Оператор Поверхностный покров                                      Вычислитель , м MN , м К Δ U ПР , мв J , са ΔU н 0 , м в t Т сек ΔU к 0 , мв ρк, омм ηк, % αк П риме ча ни е 0,5" 5 " 15 " 30 " 45 " 60 " 75 " 9 0 " 105 " 120 " 135 " 150 " 165 " 180 " 195" 210 " 225 " 240 " 255 " 270 " 285 " 300" 3 1 1,75 250 10 0,5 n 2 ,8 9 1 ,44 1 95 0,4 9 69 0,97 2,52 Δ U ВП t 2,4 0,95 n Δ U ВП t 1 4,95 n Δ U ВП t n Δ U ВП t

ЖУРНАЛ Э Л ЕКТ РОП РОФ ИЛИРО ВАНИ Я МЕТОДОМ ВП при работе в режиме д лительной зарядки сред ы Про ф иль № Участок работ                                                     Дата Аппаратура                                                         Начало работ Схема установки                                                 Конец работ Шаг установки                                                    Оператор Время зарядки                                                    Вычислитель Погода                                                                 Поверхностный покров A 1 B 1 =                 MN =             К = AB =                    MN =             К = Примечание Δ U ПР , мв J , са Δ U ВП0 , мв Δ U ВП5˝ , мв ρк, о м м ηк, % αк Δ U ПР , мв J , са Δ U ВП0 , мв Δ U ВП5˝ , мв ρк, о м м ηк, % αк

ЖУРНАЛ Э Л ЕКТ РОП РОФ ИЛИРО ВАНИ Я МЕТОДОМ ВП

при работе в режиме раз н ополярной зарядки сред ы

Про ф иль № Участок работ                                                     Дата Аппаратура                                                         Начало работ Схема установки                                                 Конец работ Шаг установки                                                    Оператор Погода                                                                 Вычислитель Поверхностный покров A 1 B 1 =                 MN =             К = AB =                    MN =             К = Примечание Δ U ПР , мв J , са ± n 1 , мв Δ U ВП0,5˝ ,мв ± n 2 , мв Δ U ВП5˝ ,мв ρк, омм ηк, % αк Δ U ПР , мв J , са ± n 1 , мв Δ U ВП0,5˝ ,мв ± n 2 , мв Δ U ВП5˝ ,мв ρк, омм ηк, % αк

К журналам прилагаю т ся графики ρ_к, η_к и α_к.

§ 12. Состав рабочей бригады

В сост а в бригады при работе по методу ВЭЗ ВП входят: оператор, вычислитель и трое рабочих. При профил ировании число рабочих ув еличива ется до п яти.

Члены бригады имеют следующие обяз а нности. Оператор собирает схему ра бот и производит наблюдения с изм ерительной апп аратурой. Вычислитель ведет з аписи в журнале, делает вычисления и строит полевые графики. Рабочие обслуживают центр и концы питающей линии, устанавливают электроды, разматывают и см атывают провода и переносят оборудование с точки на точку. Производительность работ зависит от характера из учаемого геоэлектрического разрез а, категории м естност и, условий з аземлений, стабильности собственной э.д.с. приемных электрод ов, наличия промышленных помех, максим альной длин ы питающей линии и типа применяемой аппаратуры. В зависимости от изменения э тих усл овий норма выработки ВЭЗ ВП колеб лется от 1 ,5 до 5 точек в смену.

§ 13. Правила техники безопасности

Исследо в ания м етод ом ВП провод ятся с относительно большими токами (до 1 ,5-2 А), поэтому обслуживающий персонал должен соблюдать необход им ые м еры предосторожности в соответствии с действующими «Едиными правилам и техники безопасност и при геологоразв едочных работах». Кроме того, начальник отряда перед началом работ должен провести инструктаж по технике безопасности и ознакомить персонал со специф икой работ по метод у ВП.

Провода и приборы, чере з которые проходит электрический ток, должны иметь хорошую изоляцию. Все переходные соединения и контакты токовой цепи должны быть надёжны во избежание случайного м естн ого разрыва цепи на отдель ных участках. Источники питания обязательно должны располагат ься на резиновых ковриках. На верхнюю часть токовых электродов надеваются резиновые трубки.

При подсоединении эл е ктродов к токовой линии рабочие не должны касаться оголенн ых частей схемы.

Включение источника тока производится только после получения сообщения с концо в питающей линии об окончании операций по осущ ествлению заземлений. Перед включением тока оператор дает сигнал, после чего рабочие д олжн ые отойти не м енее чем на 2 м от заземлений. По окончании замера также дается сигнал на концы с указанием характера последую щей операции. При больших разносах питающей линии, когда команда оператора уже не слы шна, сигнализация осуществляется с помощью телеф онов или мегафонов.

Посторонние лица во время измерений не допускают с я к установке.

Персонал, обслуживающий концы питаю ще й линии и ведающ ий вклю чен ием источников питания и отдельных элементов токовой цепи, долж ен быть снаб жен рез иновыми перчатками, а в сырую погоду та кже резиновыми сапогами.

ГЛАВА IV . МЕТОДИКА СКВАЖИННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ 14. Производство работ с полуавтоматической каротажной аппаратурой

Метод В П в скважи нном варианте всегда применяется в ком плексе с метод ами стандартного каротажа.

Схе м а измерений по метод у ВП с полуавтоматической каротажной аппаратурой показана на рис. 3. Переключение токовой и измерительной цепей производится при помощи пульсатора. При вращении п ульсатора в течение полуоборота его коллектора в токовую цепь п оступает электрический ток. Измерительная цепь при этом разомкнута. Во время следующего полуоборота цепь тока размыкается, и измерительные электроды подключаются к потенциометру, спаренному с полуавтоматическим регистратором. Чтобы обеспечить мгновенный разрыв токовой цепи, искрогасящ ие конденсаторы предварительно отключают от пульсатора.

При д вижении зонда по скважине оператор регистрирует изменения разности потенциалов, снимаем ой с приемных электродов. Естественная разность потенциалов ΔU_ПС не отделяется при измерениях от ΔU_ВП. Поэтому на диаграмме фиксируют сумм арную величину ΔU_ВП + ΔU_ПС. Хотя вариации ΔU_ПС в большинстве случаев бывают мн ого меньше, чем вариации ΔU_ВП, в се же характер дифф еренциации диаграммы может быть неправильно истолкован без учета изменений ΔU_ПС. Дл я исключения влия н и я измене ний ΔU_ПС , а так ж е в целях контроля обычно з апи сывают две диаграммы. Пе рвую ди аг рамму ( ΔU_ВП+ + ΔU_ПС ) снимают, когда э лектрод А подсоединен к положительном у полюсу источника тока, вторую ( ΔU_ВП- + ΔU_ПС) - к отрицательно му . Кроме того, регистрируют от дельно кривую ΔU_ПС . Все три кривые, как правило, за п исыв ают в одном и том же масштабе 1 2,5 мВ в 1 см.

Р и с. 3. Схема измерений ВП в скважине

С и ла поляризую щего тока выб ирается в зависимости от характера геологического разреза и обычно находится в предела х от 1 00 до 500 ма.

Для первых точек ка ж дой диаграммы , когда зонд находится на забое, обязательно опред еляют з начен ие начальной компенсации при выведенном к омпенсаторе поля ризаций. Зате м карандаш регистратора сдвигают на середин у диаграмм ной ленты, стрелку гальванометра с помощью к омпенсатора поля ризац ии выводят на нуль и начинают подъем зонда с одновременной зап исью соответствующей кривой. Для конечной точки диа граммы находят в еличин у конечной компенсации.

По окончании регистрации диаграмм для хар а ктерных интервалов разреза устанавливают зависимости ΔU_ВП о т силы поля ризующего тока J . Это осуществляют так: з онд опускают на нужную глубину, компенсируют ΔU_ПС , включают ток и затем снимают с потенциометра з начения ΔU_ВП при последовательном изменении тока от нуля до 250-50 0 ма и в обратном направлен ии. Потом меняют полярность тока, и операции повт оряю т. Промежутки времени между з амерами с ох раняют пос тоянными.

§ 15. Производство работ с автоматической каротажной станцией АЭКС-900

При рабо т е по методу ВП со станцией АЭКС-900 схема измерений остает ся той же, что и для полуавтоматической каротажной установ ки. Соответственно в схему внутренних соединений аппаратуры вносят н екоторы е изменения. Порядок измерений полностью сохраняетс я т аким же. Подготовку станции к исследованиям, необходимые включе ния на ап паратурных стендах и установление выбранного масштаба записи производят в соответствии с инструкцией по э ксплуатации станции АЭКС-900. Аппара тура АЭКС-900 позволяет д оп олнительно регистрироват ь в отдел ьн ых точках раз реза изменен ия ΔU_ВП во времени в виде непрерывных кр ив ых ΔU_ВП = f ( t ) .

Спо с об непрерывной регистрации основан на использ овании для движения бумаги лентопротяжного механи зма при неподвижном з онде.

Порядок измерений следующий. Сначала устанавливают на пульте предел из м ерений, соотве тс твующий выбра нн ому масштабу записи. Зат ем при вращающемся п ульсаторе ка ран даш регистратора выводят с помощью компенсатора поляризации в положение, близкое к нулю. Для фикса ции этого положения, которое принимается условно з а нулевое, дают небольш ую протяжку бумаги. После в ключения тока, постепенн о увеличивая его, добиваются смещения к ар ан даш а са мописца в кра йнее пра вое полож ение диаг рам мы, чтобы полу ч ить м аксималь но в оз можн ое з начение ΔU_ВП, которое можно з арегистриров ать на ленте при данной чувствительности измерений. Для от метки этого положения включают лентопротяжный механизм и снова немно го протягивают бумагу. Затем ток выключают, и карандаш самописц а на чинает записывать процесс изменения ΔU_ВП во времени.

Масштаб шкалы времени зависит от скорости движени я бумаги, которая определяется выбором масштабной шестерни. При включении шестерни 1 /200 масштаб шкалы времени составляет 2 сек в 1 см.

Выключение тока следует осуществлять только путе м непосредственного отсоединения от пульта управления одного из питающих проводов. При выключении вып рямителя регист рируе мый графи к отраж ает по с ущест ву изменения в разрядном токе конденсаторов, у становленных в выпрямительном блоке.

При проведении исследований методом В П необходимо соблюдать те же прав ила безопасн ости, что и при выполнении обы чны х ка ротажн ых опе раций. Эти прав ила указаны в действующих « Единых правила х техники безопасности при геологораз ведочных работах».

§ 16. Оформление результатов наблюдений

При каротажных исследованиях м етодом ВП первичным документом яв ляются каротажные диаграммы.

Каждая диагра м ма должна быть снабжена заголовком. В заголовке указываю тся: дата наблюдений, район исследований, № скважины, забой, глубина обсадки, диаметр скважины, зонд, масштаб записи, сила поляризующего тока, удельное сопротивление бурового раствора, начальная и кон ечная компенсации.

Результаты съемок кривых ΔU_ВП = f ( J ) и ΔU_ВП = f ( t ) заносят в специальные журналы. В п е рвом случае в журнале зап исы вают: дату, № скважины, глубину исследован ий и данные измере ний. Во втором случае - дату, № скважины, глубину и сследований, предел из мерений, силу поляризующего тока и масштаб шкалы времени.

ГЛАВА V . МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

§ 17. Построение кривых η_к, α_к, р_к и Δ U _ВП = f ( t ) по данным исследований методом ВЭЗ ВП

Для каж д ой точки зондирования на логариф мических бланках вычерчивают граф ики зависимостей ρ_к, η_к и α_к от полуразноса линии AB . Все гра ф ики размещают на одном и том же бланке таким образом, чтобы ось пол уразносов у них являлась общей. В расположении кривых на бланке придерживаются указ ан ной последовательности (рис. 4).

Рис. 4. Гр аф ики ρ_к, η_к и α_к :

 - песок пыл ев атый;

  - глина пы лев атая;

 - урове н ь грунтов ых вод

П омим о этого, строят графики ΔU_ВП = f ( t ) либо для всех ра зн ос ов AB ( п ри раб оте в р еж им е дли тельн ой зар ядки сре ды), либо для отдельных разносов (при ра боте в к омбинированн ом режиме зарядки).

Построение кри в ых ΔU_ВП = f ( t ) производи тся в полулогариф мическом масштабе. Шкалу оси врем ен предста вляют в ариф метическом масштабе, равном сек в 1 см, а ось ординат в лог арифми чес ком масштаб е с модулем 6,25 см.

§ 18. Определение параметров η

Истол к овани е графи ков η_к п роизвод ится с п ом ощью альбом а палеток ВИ ТР ( 5). Альбом содержит 43 п алетки (1 3 палеток дл я двухслойных сред и 30 - для трехслойн ых).

Характер кри вых каж ущей ся поляри зу емости п ри одн ом и том же расп ределении по разрезу истинны х поляризуемостей η _i не сохраняется постоянн ым в случа е и змен ени я соотношений уд ельных сопр оти вл ений слоев ρ _i . В след стви е эт ого теоретические кривые η_к сгруппированы т аким об разом, что кажд ой палетке соответствуют определен ные значения модулей  и  (в случае трехслойного раз реза), кото рые и служ ат индексами палеток^*). Трехслой ные палетки од но го и того же индекс а делятся еще на под группы, отличающиеся разными м од улями , где h ₁ и h ₂ - мощности первого и второго слоя. Коли ч ество трехслойных палеток ограничен о. Они рассчитаны для раз рез ов ρ ₁ = ρ ₂ = ρ ₃ , ρ ₁ < ρ ₂ > ρ ₃ и ρ ₁ > ρ ₂ < ρ ₃ при  и . Только для ра з рез а ρ₁ = ρ₂ = ρ₃ при v ₂ = 5 в альбоме и меются палетки с разн ыми значениям и .

*) На палетках указаны п р ов одимости слоев .

Чтобы выбрать нуж н ую палетку для расшиф ровки практической кривой η_к , необход имо прежде всего иметь д анные об удель ных сопротивлениях отд ельных слоев разреза. Поэтому обработку полученных материалов всегда начинают с анализа кривой ρ_к . В зависимости от результатов анализ а различают три в озможных варианта:

1) распределение по ра з резу сопротивлен ий удовлетворяет одному из индексов пал еточных кривых; 2) диф ференциация разреза по соп ротивлению практически отсутствует и 3) разрез принадлежит к многослойным или соотношение сопротивлений между слоями не соответствует ни одному из индексов. В каждом из этих случаев поступают по-разному.

В первом случае интерпретация кривой η_к сводится только к получению истинных значений η _i . Мощности слоев h_i устанавли в ают при инт ерпретации кривых ρ_к. По модулям μ и v , найденным при истолковании кривой ρ_к , отыскивают нужную палетку ВП . На бланк с эксперим ентальной кривой η_к наносят ось h ₁ . Б ланк накладывают на выбранную палетку так, чтобы ось h ₁ совпадала с вертикальной осью палетки. Затем график η_к двигают по вертикали, соблюдая совмещенность осей, и добиваются наилучшего совпадения интерпретируемого графика с одной из палеточных кривых. Величины η ₁ и η₃ с нимают с верти кальной шкалы бланка, а η₂ вычисляют по модулю кривой.

Во втором случае по кривым η_к определяют не только поляризуемости, но и мощности слоев. При этом пользуются палетками ВП с индексом μ₂ = μ₃ = 1^*). Руководствуясь формой п рактической кривой η_к, из данной серии выбирают наиболее подходящую палетку. Наложение кривой на палетку выполняют по тем же правилам, что и при интерпретации граф иков ρ_к. Оценку параметров и мощностей слоев осуществляют обычн ым порядком.

*) На палетках указано σ₁ = σ₂ = σ₃.

Третий случай наиболее сложен. Для него предлагается следующий приближенны й способ, основан ный на совместном использ овании двухслойных палеток ВП и вспомогательных палеток ρ_к.

Сначала экспериментальную кривую ρ_к интерпретируют с помощью вспомогательных палеток соответствующего типа. В итоге получают значения ρ _i и h_i для каждого i -го слоя, а также мощности и сопротивления эквивалентных горизонтов. На бланке с практической кривой η_к проводят ось h ₁ и из к о мплек та двухслойных палеток ВП берут такую, индекс которой наиболее близок к μ₂ . Бланк с практическим графиком η_к наклады ваю т н а палетку так же, как и в первом случае, и добиваются с овмещения наибольшего числа точек левой ветви графика с начальной ветвью какой-либо двухслойной кривой η _к . По э той кривой находят η₁ и η₂ , значения которых непосредственно считывают с бланков. Потом на графике проводят ось h _{1 ,2} с абсциссой, отвечающей мо щ ности фиктивного слоя, эквивалентного по сопротивлению двум первым. Путем деления ρ₃ на величину сопротив ления фиктивного слоя ρ₁₂ определяют модуль  и, следовательно, индек с следующей двухслойной палетки ВП. Теперь б ланк накладывают на палетку так, чтобы с ос ью пале тки совмещалас ь ось h ₁₂ . В таком положении его передв игают по вертикали, ст ремясь сопоставить участок практической кривой η_к , отвечающий третьему слою, уже с правой ветвью какой-либо теоретической кривой. Добившись совмещения кривых, по вертикальной шкале бланка устанавливают величину η₃. Если разрез многослойн ый, то опе рации продолжаются до получения поляризуемости нижнего слоя.

Пример определения η указанным способом показан на рис. 5.

По данным интерпретации графика ВЭ З ρ_к 37 (см. рис. 4) устан овлено, что разрез являетс я трехслойным типа Q . Его параметры - ρ₁ = 1 20 ом м, h ₁ = 1 ,2 м, ρ₂ = 44 омм, h ₂ = 2 м, ρ₃ = 5 омм . Параметры эквивалентной среды ρ_1,2 = 66 омм; h _1,2 = 1, 75 м и . Для определения поляризуемостей двух пер вых слоев выбрана двухслой ная палетка ВП с индексом . Путем расшифровки левой части кривой η_к найдено, что η₁ = 0,6 % и η₂ = 1 ,8 % (см. рис. 5а). Для оценки поляриз уемости третьего слоя взята палетка ВП с индексом . По положению правой ветви экспериментальной кривой на этой палетке сделан вывод, что η₃ = 1 ,25 % (см. рис . 5б ).

Наиболее неблагоприятен разрез, когда границы слоев, различающихся по сопротивлению, не совпадают с границами слоев разной поляризуемости. Если не т уверенности в совпадении указанных границ, то в опорных скважинах необходимо ставить каротаж ВП. Данные каротажа используются для получения опорных геоэлектрических разрезов. Зная мощности h_i и сопроти в ления ρ _i отдельных пла с тов разреза, можно найти э квивалентные параметры (ρ_э и h _э ) толщи, покрывающей интересую щ ий слой, и далее, пользуясь описанными выше правилами, о ценить истинную поляризуемость слоя. Если геоф изические свойства пород раз рез а достаточно выдержан ы по площади, то вариации мощнос ти с лоя могут быть обнаружены методом сопоставлений.

§ 19. Определение параметров α

В настоящее врем я еще не разработаны точные приемы интерпретации граф иков α_к. Однако в силу того, что пределы изменения α у разных пород невелики, кривые α_к, как правило, слабо диф ференцированы, и истинные значения α мало отличаются от ка жущ ихся. Это дает возможность прибл иженно оц енивать α непосред ственно по графика м α_к. Для установления более пра виль ного соответствия найд енных значений α определенным интервалам глубин граф ики α_к необходимо рассматривать в сов окупности с граф иками η_к и ρ_к. При этом следует иметь в виду, что кривые α_к в условиях одного и того же разрез а могут несколько раньше выходи ть на асимптоты, чем кривые η_к.

Рис. 5. Пример интерпретации гра фи ков η_к при помощи палет ок:

 - η₂/η₁;  - экспери м ентальная кривая η_к

t , с ек .	0,5	1	2	3	4	5	7	9	1 1	13	1 5	20	25	30
Δ U ′″ВП - ΔU ВП3 = Δ U ″ВП	_7,9 1,23 6,67	_6,1 1,22 4,88	_4,7 1, 21 3, 49	_3,85 1, 1 8 2,67	_3, 18 1 ,1 6 2,02	_ 2,8 1 ,1 3 1,67	_2,2 1,1 1, 1	_ 1 ,85 1 ,05 0,80	_1 ,6 1,01 0,59	_ 1 ,4 0,98 0,4 2	_1,25 0,94 0, 31	_1,0 0,86 0,14	_0,84 0,77 0, 07	_0,73 0,7 0,03
Δ U ″ВП - ΔU ВП2 = Δ U ВП1	_6,67 2,30 3, 7 7	_ 4,88 2,60 2,28	_3,49 2,24 1 ,25	_2,67 1,9 2 0,75	_2,02 1 ,64 0,38	_1 ,67 1 ,42 0,25

Рис . 6 . Прим ер г рафик а Δ U _ВП = f ( t ) и р а зложение его на соста вляющие экспоненты

§ 20. Определение параметров τ и η₀

П ри разложении эксперимента льной кри вой   на составляющие м огут быть пол учены парам етры , характеризующи е каж дую составляющую в отдельности : врем ена релаксац ии τ _i и нач а льные интенсив ности Δ U _{ВП i 0} ка ж до го проц есса.

О сн овой для разл ож ени я сл ужит то, что любая экспоненци альная функц ия A ( t ) = A ₀ e ^{- t / τ} , по дста вленная в полу лог арифми ческом м асшта бе, вы ражает ся прям ой, л иней ная связь lg A ( t ) и t становитс я оче видной после логарифм ирова ния ф ун кц ии , которая приним ает вид: . Н аклон этой прямой оп ред еляет п арам етр τ (т анген с углы наклона прям ой равен ), а отрезок, отсека емый ею на оси ординат ( lg A ₀ ) , - вели чину начального зна чени я функц ии .

Т ак к ак п ра кти ческий графи к ΔU _ВП = f ( t ) составл я ет сумму н еск ольки х эк споненциа льных функций , то, буд учи построен в п олулогарифми ческ ом ма сш табе, он д олжен иметь кри волинейный характер (рис. 6), но конечна я ветвь его, начиная с того момента, когд а в се сост авл яющие, кроме одной, уже исчезли, буд ет прямолинейной. По положению и накл он у п рямолин ейн ог о отрезка судят о параметрах самой д олгоживущ ей экспоне нты . Вычитая най денную экс поненту из общей сум мы, по лучаю т новую ф ун кцию, график к оторой в том же м асш табе опят ь будет иметь прямоли ней ную конечн ую ветвь, соответ ствую уже следующе й составляющ ей. Таким образом, процесс разложения криво й ΔU _ВП = f ( t ) состоит в поочередном выделени и из общей суммы по одной экспон енци альн ой фун кции , опред елении ее парам етров и да льней шем и сключении ее из рассмотрен ия.

Д ля определения параметров практической кривой ΔU _ВП = f ( t ), в особенност и τ _i , удобно пользоваться палеткой, пре д ложе нной Л. Н. Пи скун овым (рис. 7). Палетка представляет соб ой семейство прямых , разли чаю щи хся по величине τ (индекс пря мых).

По оси абсц и сс па летки отложен о время t в мас ш табе 5 сек в 1 см, по оси орди нат - отношения  в логарифмическом масштабе с модулем 5,25 см.

Б ланк с интерпрети руемой кри вой ΔU _ВП = f ( t ), построенной в то м же м асштабе, что и палетка, н акладывают на п оследнюю таким образом, чтобы вертикальные оси кри вой и пале тки либо совпадали , либо были параллельны. Соблюдая это услов ие, бланк передвигают в вертикал ьном направ лении до тех пор, пока прям олинейная часть пра кти ческой кривой, описываемая ура внением ΔU _{ВП n} = ΔU _{ВП n 0} e ^{- t / τn} , н е совпадет с одн ой из прям ых палетки. Значение τ_n с нимают н епосредс тв енно с п ал етк и, а ΔU _{ВП n 0} находят по ординате точ к и пере сеч ения прям ой с в ертикальной осью бланка. Зная ΔU _ПР , оценивают величи н у .

Опыт показы в ает, что у песчано-гли нисты х отложений функция ΔU _ВП = f ( t ) содержит три или, реже, две сос т авляющие.

На рис. 6 приведен при м ер разложений трехком понен тной крив ой ΔU ′″_ВП = f ( t ).

После т ого, как определ ены параме тры трет ьей составляющей ΔU _ВП3 , ее графически вычитают из эксперим ентальной фун кции. Для э того на ча льную часть оси абс цисс раз бивают на н еболь шие ин тервалы, постепенно увеличивающ иеся с ростом t и чере з соответствующие точк и проводят прямые линии, параллельны е оси ординат (см. рис . 6). Они перес екают н а с воем пути прямую ΔU _ВП3 и гра ф ик ΔU ′″_ВП = f ( t ) . Для ка ждой линии на суммарн ой ордин аты ΔU ′″_ВП вы ч итают ординату ΔU _ВП3 . По полученным разно ст ям на т ом же бланке строят к рив ую, представляющую собой сумму двух оставшихся эк спонент ΔU ″_ВП = ΔU _ВП10 e ^{- t / τ 1} + ΔU _ВП20 e ^{- t / τ 2} . Далее описанн ым спос обом находят парамет ры в торой по скорости спада с ос тав ляющей, а з атем первой. Однак о на практ ике чаще ограничиваются т олько опреде лен ием парам етров пос ледней экспоне нт ы. И ндекс «3» у τ в э том случае опус кают.

В у с лови ях неоднородной среды получае т кажущиеся парамет ры τ_к .

Есл и параметры τ_к найден ы для достаточно больш ого числа разносов AB , то рекомендует с я строить графики  в принятом логарифмичес ком мас штабе на общем бланк е с остальными кривыми. При малом количестве данных на бланк нанос ят отдель ные з начения τ_к.

Д л я правиль ного опреде ления τ вес ьма важно, чтобы величины ΔU _ВП , по которым с троит ся кривая ΔU _ВП = f ( t ), были зам ерены как мож но т очн ее. Т очност ь этих определений главн ым образ ом зависит от точности, с к оторой на йден нуль отсчетов ΔU ^к ₀ . Если последний почему-либо не мог быт ь ус тановлен уверенн о при измерениях в поле, то его можно прибл иженн о найти с помощью графического построения. Для этого кривую ΔU _ВП = f ( t ) строят предварительно в арифметическом масштабе и намечают примерно е положение ее асимптоты. Орди ната данной асимптоты с оответс твует з начению Δ U ^к ₀ .

§ 21. Обработка результатов профилирования методом ВП

Данные про ф илирования предста вляются в виде графиков изм енения по профилю к ажущейся поля риз уемост и. Иногда к ним прилы гают граф ики изм енений α_к. Ан омальные участки на профилях выделяются по з аметным на о бщ ем фоне максимумам ил и мин имумам η_к или α_к. Вертикальный масшта б графиков определяется степенью дифференциации пород рай она по данному пар аметру и выбирается с таким расчетом, чтобы граф ики имели наи большую наглядность. Выбор гориз онта льного масштаба зависит от необходимой детальнос ти иссл едований и шага из мерени й.

Ри с. 7 . Пале тка дл я определения значений τ (по Л. И. П иск унов у)

Графики η_к, α_к и ρ_к вычерчивают на одном листе и интерпретируют совме ст но. При анализе материала и составлении заключения о характере геоэлектрического разреза следует иметь в виду, что упомянутые графики, будучи построенным и д ля од ного и того же разноса AB, не вс егда отвечают одной и той же глубине. Кроме того, при значительном изменении по профилю уд ельных сопротивлений отдельных слоев разреза можно ожидать, что на граф иках η_к будут наблюдаться в ариации, д аже если поляризуемости этих слоев б удут ос таваться неизменными. Поэтому для более уверенного истолкован ия граф иков профили рования метод ом ВП не обход имо учитывать данные зони рований ВП , поставленных на наиболее характерных участках профилей.

§ 22. Обработка каротажных материалов

Материалы каротажных иссле д овании методом ВП представляются по каждой скважине в виде обобщенной диаграммы ВП, содерж ащей три крив ые: ΔU _ВП+ + ΔU _ПС ; ΔU _ВП- + ΔU _ПС ; и ΔU _ПС (рис. 8). Взаимное расположение кривых обусловливается их начальны м и компенсациями. Совм ещ ение кривых на одной диаграмме позволяет учесть влияние ΔU _ПС на характер кривых ΔU _ВП + ΔU _ПС .

Интерпрета ц ия диаграмм ВП сводит ся к расчленению разреза на отдельные слои в с оответствии с относительной величиной их поляризуемости. При этом границы пластов отбивают так же, как и по кривым ΔU _ПС .

Графики ΔU _ВП = f ( J ) строят на миллиметровке в произвольном масштабе. Д л я песчано-глинистых пород в большинстве случаев они прямолинейны, но иногда наблю дается заметное вы полажи вание кривых при сравнительно больших значениях J (рис. 9). При обратном ходе кривые часто приобретают гистерезисн ы й характер. Истолкование графиков ΔU _ВП = f ( J ) состоит в опре д елении отношений при J →0, которые служат своеобразно й характеристикой среды. Площадь гистерезисно й петли являет ся критерием длительности процесса спада ΔU _ВП . Граф ики ΔU _ВП = f ( t ), снятые при работе со станцией АЭ К С, ра сш ифров ывают по тем же правилам, как указано в § 20.

§ 23. Геологическая интерпретация результатов наблюдений

По найденным значениям ρ, η , α и τ составляют заключение о литологической характеристике каждой горной породы, выделенной в геологическом разрез е.

При изучении песчано-глинистых грунтов руково д ствуются след ующими общими положениями, установленными в рез ультате теоретических и экспериментальных исследований.

Рис. 8. При м ер диаграммы ВП :

 - ΔU _ПС ;  - ΔU _ВП+ + ΔU _ПС ;  - ΔU _ВП- + ΔU _ПС ; зонд А 0,04 М 0,04 А¹ 2В; J = 150 ма; α = 100 мм; ρ_с = 7,5 омм

 - песок;  - суглинок;  - глина;  - супесь

Параметр η у обломочных пород определяетс я главным образ ом строением порового пространства. Чем больш е разли чаются по поперечн ому сечению отдельные поровые каналы породы, тем выше ее поляризуемость. Таким образом, породы, од нород ные по фракционному составу (хорошо отсортированные пески, жирн ые глины, пылеваты е суглинки), будут име ть миним альные величины η . Наоборот, породы с примесью фракций, резко отличных по д иаметру от основной массы частиц ( супеси, легкие суглинки, пески с включением глинистого материала и др.), должны обладать относительн о высокой поляризуемостью.

Поляризуемость резко уменьшается с увеличением кон ц ентрации растворов, насыщающих породу. Если минерализация превышает 1 0 г/л, вызванная поляризация почти полностью исчезает. На величине поляризуемости отражается также химический состав солей в растворе. С увеличением валентности господствующего в растворе катиона поляризуемость породы уменьшается. Кроме того, д ля пород с щелочн ыми водами η обычно выше, чем для пород, насыщенных нейтральными растворами.

Сильное влияние на поляр и зуемость пород оказывает и х влажность. М аксимальные значения η отм ечаю тся у пород с весовой влаж ностью порядка трех -пяти процентов. С изменением ее в одн у или в д ругую сторону η уменьшается. Согласно л абораторным д ан ным колебания влажности сказываются на поляризуемости, когда влажность меньше 12 -1 3 %. При большей влажности ее изменения не отража ются н а велич ине поляризуемости.

Р и с. 9. Пример граф иков Δ U _ВП = f ( J ):

а) Скв. № 29. Г луб ин а 1 6,5 м. Гли на с небольшим включением щ еб ня;

б) Скв. № 4 3. Глубин а 11 м. Суглинок с включением облом ков кав ернозного известняка

Величина п оляризуемости зав исит также от минералогического состава породы. Так, отмечено, что монтмориллонитовые глины характеризуются зна чительно больш ей поляризуемостью, чем каоли нитовы е, а среди песков относительно более высокой поляризуемостью отлича ются полевошпатов ые разности.

О б щий характер распред еления η по величине для всех разновидностей песчано-глинисты х грунтов показан на диаграмме (рис. 10), составленной по данным полевых экспериментальных работ. И з диаграммы видно, что м аксим альные зна чения η н аблюд аются у пород, которые по инж енерно-геологи ческой класси фикации располагаю тся в интервале от мелких песков до л егких суглинков. При этом самые большие зна чения η встречены у тяжелых супесей и легких суглинков. Низкие вели чины η типичны , с одной с тороны, для водоносных крупнообломочных пород, а с другой - для од нородных глинистых грунтов. Особ енно м алые значения η обн аруж ены у пылеваты х суглинков и некоторых видов жирных глин.

П ове ден ие параметра α наиболее характерно для песчаных грунтов. Величин а его обусловливается, в осн овном, гранулометрическим составом песка . С увеличением диаметра преоб лада ющей в песке фракции величина α закономерно ум еньшается. Таким образом, при переходе от м елкого песка к гравелистому, при прочих равных условиях, величина α падает. Только для к рупнооблом очных грунтов подмечен об ратный ход зависимости от разм ера основ ной ф ракции.

Параметр α д овольно устойчив для каждой разновидности песка и не зависит ни от концентрации с олей в растворе, ни от их ионного состава. Зам етно сказы ваются на величине α л и шь изменения во влажности песка. О пыт показывает, что у маловлажных, практически безводн ых пород α в большинстве случаев выше, чем у водоносных.

Дл я глин истых грунтов одн ого и т ого же вида α может кол ебаться в з начительных пределах. Установлено, что малые α чаще всего бывают свя зан ы с наиболее высокими значениями η и, наоборот, большие величин ы α согласуются с относительно малыми η.

Характер изменения параметра τ особенно выра з ителен для глинистых грунтов. При постепенном переходе от супесей к жирным глинам величина τ уменьшается. Д ля грубых песчаных грунтов τ неско лько понижает ся с увеличением размера основной фракции. Крупнообломочные грун ты характеризуются обычно весьма низкими значениями τ. Параметр τ так же, как и α, не зависит от минерализации поровых вод.

Д алее привод ится табл. 1 с типичными значениями параметров ВП для различных категории песчано-г линистых грунтов, сос тавленная на основе ма териалов, по лученных лабора торией инженерной геологии и геоф изики ЦНИИ Са по шестнад цати объектам. Параметры η и α, данные в таблице , о пред елялись п ри заряд ке среды кратковременными разнополярны ми им пульсам и, а τ - при д лительной зарядке. При измерениях в режиме д ли тельной з аряд ки η будут несколько выше (в среднем в 1 ,1 -1 ,3 раз а), а α, н аоборо т, ниже (прим ерно в 1 ,5 раза).

Ри с. 1 0. Д иаграм ма значений η для песчано-глинисты х грунтов:

 - значения η для влажных и во д он асыщен ны х грунтов;

 - з н ачения η для маловлажн ых песков;

  - область значений η для влажных и в од онасыщ енны х грунтов;

  - обл а сть значений η для маловлажных песков

Таблица 1

Наименование грунта				ρ, о мм	η, %	α	τ, сек
1			2	3	4	5	6
Крупноо б ломочные и песчан ые грунты	крупнообломочный грунт		во д онасыщ енны й и очень влажный	>1 00	0,2-0,5	2 ,8 -3,5	40
			маловлажный	200-500	≤1 ,2	>3	1 5- 40
	Песок	гравелис т ый	водонасыщенный и очень влажный	>1 00	0,25-0,7	2,2-2,5	~50 - 60
			маловлажный	> 200-300	≤1 ,2	≤ 3,2	55 - 65
		крупный	водонасыщенный и очень влажный	70 -2 20	0,3- 1 ,0	2,2-2,8	60 -8 0
			мал овл ажны й	200	≤1 ,5	≤3,2	-
		сред н ий	водонасыщенный и очень влажный	40-200	0,35-2,0	2,2-3,2	~80-90
			маловлажный	>200	≤ 2,0	≤3,5	-
		м елкий	вод онасыщ енный и очень влажный	30-200	0,4-2,3	2,4-3,4	30 - 80
			маловла ж ный	>200	≤3	≤4	70-90
		п ы лева ты й	водо н асыщ енный и очень влажный	<1 20	~0,5≈2,8	2,6-3,4	50-90
			м аловлажный	-	-	-	-
Глинистые грунты	Супесь	легкая		30-70	0,8-3, 1	2,4-3,5	70- 1 00
		тяжелая		30-70	1 ,5-3,5	2 ,4- 4	60- 1 00
		пылеватая		30 - 40	1 ,0≈3,9	2,2-4, 2	70- 1 00
	Суглинок	легкий		30- 110	0,4-4	2 - 4,5	80- 11 0
		тяжелый		30- 11 0	0,2- 1 ,3	2-5	50- 11 0
		легкий пылеват ы й		1 5-50	0,1-0 ,6	2- 8	5-70
		тяжелый пылеватый		15-50	0, 1 -0,5	2 - 8	5 - 80
	Глина	песчаная		20 - 40	0,3- 1 ,2	2- 5	20 -8 0
		пылеватая		7-35	0,2- 1 ,2	2,4 - 4	5 - 40
		полужирная		1 5-30-	0, 1 -0,8	2,6-3,2	1 5-50
		ж ирная		1 0-30	0,07 - 0,7	≥ 3	5-50

Наименования гру н тов в таблице даны в соответст вии с прин ятой инженерно-геологической классификацией.

При переходе из одного района в другой параметры ВП могут меняться по величине в пре д елах, указанных в таблице. Поэт ому, перед тем как приступить к истолкованию рез ультатов полевых работ, необходимо тщательно рассмотреть материалы параметрических измерений, выполненных около опорных скважин, и установить основные поисковые критерии для отдельных разновидностей грунта. Как правило, для од ного и того же района хорошо сохраняются общие тенденции в изменении параметров ВП для разных пород в соответствии с приведенной таблицей. Отдельные примеры расчленения геологического разреза по данным метода ВП см. на рис. 11- 15.

На рис. 11а представлен пример разделе н ия по параметрам ВП разных типов водоносн ых аллювиальных песков: среднего, крупного и мелкого. Минерализация воды в песках одинакова и равна 31 5 мг/л. При этих условиях кривая ρ_к мало выразительна. В то же время при совместном рассмотрении кривых ρ_к, η_к, α_к и τ_к раз рез расчленяется достаточно уверенно. Пески характеризуются следующими параметрами:

средний песок ( 1 ,4- 2,7 м) - ρ ≈ 80 омм; η ≈ 0,9 %; α = 2,7 крупный песок (2,7 - 4,5 м) - ρ ≈ 80 омм; η ≈ 0,3 5 %; α = 2,4	τ3 = 80 сек,
мелкий пе с ок (4,5- 8 м) - ρ ≈ 80 омм; η ≈ 0,7 %; α = 2,8;	τ3 = 30 сек.

Более низкая поляризуемость мелкозерни с тых песков по сравнению со средними, очевидно, о бъ ясняется их большей однородностью.

Пример расчленения п о кривым ρ_к, η_к и α_к сухих флю ви огляциаль ны х песчаных грун тов приведен на рис. 11б . Рассматривая в совокупности кривые ρ_к, η_к и α_к можно разграничить песчаные грунты достаточно отчетлив о. Переход от мелкого песка (1- 4 м) к гравелистому (4-1 0,4 м) выражается подъемом кривой ρ_к (с 90 до 1 50 омм) и снижением η_к (с 1 ,5 до 0,95 %) и α (с 4 до 3). Лежащие ниже гравийно-гал ечны е отложения отмечаю тся небольшим повыш ением значений η_к и α_к. Кровля коренных пород, представленных мергелями, доломитами и глинами, наиболее четко устанавливается по спаду кривой ρ_к.

На рис. 12а дан пример диф ференц иации по η жирной (ВЭЗ 36) и пы леватой (ВЭЗ 37) глины. Кривые η_к в обоих случаях принадлежат к трехслойному типу К. Первый слой соответствует почве и пов ерхностным суглинкам, второй - пескам, третий - глинам. Правые ветви кривых выходят на асимптоты, отвечающи е истинным значениям поляризуемости глин. Для жирной глин ы η = 0,8 % , для пылеватой - η = 1, 2 %.

На рис. 12б можно проследить изменение хара к те ра кривой η_к при переходе от песчаной глины к полужирной, когда одна непосредственно залегает над другой. Кривая ρ_к в данном случае принадлежит к неясно выраженному трехслойному типу Q и трудно интерпретируется. Кривая η_к относится к тому же типу, но граница между ра з ными видами глин обнаруживается на ней более отчет ливо. Первый спад кривой η_к обуслов лен переходом от песков к песчан ой глин е, а второй - границей межд у глинам и раз ного типа. Для песчаной глины η ≈ 0,8 %, для полужирной - ≈ 0,3 % . Переход к полужирной глине вызывает также резкое снижение τ_к.

Рис. 11. Примеры расчленения водонасы щ енных и сухих песков (условные обознач ения см. на рис. 14)

Рис . 12. Приме р расчл енения разных видов глин (усл овн ые обоз начения см. на рис. 14)

Рис. 13а иллюстрирует ра с член ен ие по парам ет рам ВП разре за, сложен ного пы леватым и грунт ами (ломо м и т яжелым с углинк ом и гл ин ой).

^*) Данные получены при длительной зарядке среды.

Рис. 1 3. Прим ер рас членения суглинков и супесей (условные обозначения см. на рис. 14)

Глина бли з ка по чис лу пластичности к тяжелому суглинку, но сильно от личается от н его по гран ул ометричес кому с ос таву. Кри вая ρ_к в э тих условиях слабо дифференцируется и показывает лишь общую тенденцию к снижению удел ьного сопротивления с глубиной. На кривых η_к, α_к, и τ_к все слои раз рез а отмечаются очень четко.

На фоне низких η_к, характерных для п ыл еватых грунтов, кривая поляризуемости образует максимум (η_к = 0,3 %), который отвечает слою легкого с углинка. Тяжелый суглинок и глина проявляются на кривой весьма низ кими значениями η_к. На участке кривой α_к, приуроченном к легко му суглинку, наблюдается резкий максимум. Амплитуда максимума дости гает с еми. Для тяжелых суглинков значения α_к падают до 2,5. Переход от тяжелых суглинков к глинам сопровождается снова небольшим подъемом кривой α′_к′. Особенно выразительна для дан ного разреза кривая τ _к . При переходе от тяжелых суглинков к легким значения τ_к падают с 40 до 9 сек. Для нижнего слоя тяжелых суглин ков они снова под нимаются и зат ем резке падают до 7 с ек при переходе к пы леваты м глинам.

На рис. 13б показан пример разделени я по кривым η_к и α_к легкой и тяжелой супеси. Последние расчленен ы между собой полуметровым гравийно-галечны м слоем и залегают на юрских песчаниках. Кривая ρ_к для этого разреза постепенно снижается с увеличением AB, образуя лишь небольшой перегиб в с редн ей части, отраж ающий появление гравийно-галечны х отложений. По кривой η_к супеси разграничи ваются отчетливо. Для легкой супеси η_к ≈ 1 ,1 %, α_к = 2,5; для тяжелой - η_к ≈ 3 %, а α_к = 2,7. На кривой α_к слой гравийно-гал ечны х отложений отмечается по минимуму. Переход от тяж елой супеси к песчаникам определяется по дальнейшему повышению η_к.

На ри с. 14 дан пример определения по данным метода ВП кровли сухих песчан о-гравийны х отложений, залегающих под слоем песчаной глин ы с включением дресвы. На кривой ρ_к, имею щей четырехслойный характер типа НА, отчетливо проявляются лишь верхние слои разреза. Подошва слоя песчаной глины по ней выделяется с трудом. Между тем на кривой η_к п ереход от песчан ой гли ны к гравийно-песчан ой массе выраж ается характерным подъемом, за которым следует уверенный выход на асимптоту при η_к ≈ 0,45 %. По значению α песчано-гра вийны е отложения также заметно отличаются от вышележащих пород. Для первых оно близко к 3,5, а для вторых - лежит в пределах 2,6-3. Весьма отчетливо расчленяется разрез по параметру τ_к. Для полужирной глин ы τ_к = 23 сек, для песчаной глины - 30 сек и для песчан о-гравийной массы - 1 7 сек.

В работе не рассматриваются вопросы интерпретации результатов метода ВП для ра з резов, с одержащих другие раз новидности пород, кроме приведенных в табл. 1. В этих случаях до накопления опыта следует опирать ся на данные пара мет рических из мерений у скважин. Известно лишь, что для карбонатных пород (известняки, мергели, доломита) η в большинстве случаев составляет 0,8-1 %, а колеблется около двух, а τ равня етс я прим ерн о 1 00-1 50 с ек. По величин ам τ и α можн о раздел ять межд у с обой раз ные категори и карбонатных пород. Н априм ер, доломи ты в сравнени и с извест няками вы де ляются об ыч но по отн ос ит ельно вы соки м τ и н из ки м α.

Ри с . 1 4. Пример расчленения мо ренны х отложений

Ре з ультаты исс ледовани й поз воляют з аключ ить, что переход от ры хлы х от ложе ний к скальным часто более отче тливо фикс ируетс я по к ривым параметров ВП , чем по кривой ρ_к см. р ис. 15^*). Зд ес ь коренны е породы, вскрытые на глубин е 21 м, предс тавлен ы п ереслаиван ием известняков, доломитов и мергелей карбона. С 40 м в раз рез е преобладают глин ы. На корен ных породах залегаю т ледн иковые отложен ия разного с остава от с углинка до крупнообломочного материала. Уровень грунтовых вод с овпадает с кровл ей коренных пород. При с овместном рассмотрен ии кривых ρ_к , η_к , α_к, и τ_к можно видеть, что верхняя граница коренны х пород отмечается н аиболее уверенн о по резкому возраст ан ию параме тра τ_к (с 50 до 90 сек). Переход к толще глин фикс ируется по з аметн ому уменьш ению з начений ρ_к, τ_к и η_к. По величине τ_к хо рош о расчленяютс я также моренные отложения. Левая ветвь кривой τ_к постепенно снижается с 90 до 25 сек, от ражая смену мелкого пес ка гравели стым и затем крупнообломочным материалом, подошва которого выражается на кривой началом ступеньки, отвечающей нижележащим слоям мелкого песка и с углинка.

^*) Приведен н ые данные получен ы при длител ьной зарядке среды.

В приведенных примерах геологиче с кий р аз рез часто слабо дифференцируется по удельн ому сопротивл ен ию. Одн ако из этого не следует, что постановка метода сопротивлений не всегда о бяз ательна. Знание соотн ошений сопротивлений слоев в раз рез е необходимо для правильного истолкования кривых к ажущейся поляризуемос ти. Кроме того, следует иметь в виду, что наиболее полное освещение геологического разреза может быть получено лишь при комплекс ном использ овании четырех геофизических параметров (ρ, η, α и τ), а роль каждого из них в з ависимост и от конкретной обстановки может быть больш ей или меньшей.

ГЛАВА VI . ПРИМЕРЫ ПОЛЕВЫХ РАБОТ

§ 24. Объект 1

Исследования проводились в Московско й обл асти на оползневом косогоре, т рассы автомобильн ой дороги (объект Союзд орпро екта). Цель работ - выяснение воз можност и использования метода ВП дл я изучения геологического строения оползн евых районов, когда они сложены преимущественно глинис тыми грунтами.

Ри с . 15. Пример разд еления мал овл ажны х рыхлы х отл ож ений и скальных пород (усл овные обозначени я см . на рис. 14)

Рис . 1 6. Г еоэлек трич ески й разре з по объекту 1

Рис. 17 . Кривые ρ_к , η_к и τ_к по объекту 1

Геологический разрез исследованного участка представлен в нижней части породами сред н его карбона - известняками , мергелями и п естроц ветным и глинами. М ощность глин колебле тся от 2 до 6 м. Н а глинах залегают водоупорны е т яж елы е моренные с углинки, мес тами в верхне й части (верхняя морена) пыл еваты е. Мощность их меняет ся по участку от 3 до 9 м, ч астично он и пер екрыт ы легкими делюв иальн ыми с углинк ами мощн остью до 6 м. Подзе мные воды вс крыты в де лювиальны х сугл инк ах и кор енны х м ергелях.

Результа ты исследовани й приведены на рис. 16 и 17. При рассмотрении кривых ρ_к ви дно, что разрез слабо р асчленяется по уд ельному сопротивлению (см. рис. 17). В бо льшинстве случаев по кривым ρ_к совершенно не раз деляются м оренные суглинки и каменн оугольные глины .

Кривы е η_к в основном многослойн ы, но тоже не резко дифф еренцированы. Тем не менее по значен иям η хорошо различаются мо ренные сугли нки, каме нноугольные глины и скальные коренные породы благодаря тому, что их поляризуемость мало меня ется п ри п ереходе от точки к точке (см. рис. 16).

Наиболее отчетл и во разрез расчленяется по кривым τ_к. По ним уверенно определяются все ли тологические гра ницы , включа я границу между верхней и нижней мореной на том участке , где первая п редста влена пы леваты ми суглинками. Пользуясь методом сопоставлений, с помощью кривых τ_к можно най ти полож ение границ между всеми горизонтами разреза.

По кривым ВЭ З, снятым у скважин, установлено соотве тствие между отд ель ными геоэлектрическими горизонтами и литологическими разн остями пород.

В табл. 2 приводятся значения геоэлектр и чески х параметров, соответствующ их каждой разновидности пород, встреченных в районе.

Т абли ца 2

Наименование породы		ρ, о мм	η, %	τ, с е к
Насыпной грунт		1 9	0,05-0 ,3
Суглинок делювиальный		11 -37	0,4 - 0,6	4 5- 60
С у глино к морен ный	в ерхняя морена	1 7-30	0 ,45-0,6	30 -4 5
	ни ж няя мо рена		0,45	20-25
Гли н а кам енноугольная		1 9-26	0,3	6-1 2
Известняк и мергель		>20÷50	>0 ,5÷ 0,6	>30÷70

Таким образом, резу л ьтаты исслед ован ий показали целесооб раз ность при менения метода ВП в подобных геологи ческих условиях, для боле е д е т альн ого расч ленени я ры хлых отложений и определени я кровли коренных глин и под стилающих их скальны х пород.

§ 25. Объект 2

Об ъ ек т 2 расположен в Ростовской облас ти. Район работ приурочен к водораз дел ьному участ ку и долинам рек Дона и Сала.

В гео л огическом с тр оении района принимают участие т ретичные и четвертичные отложения общей мощ ностью от 50 до 200 м. Третичные отложения пр едставлены чередованием глин, песков и промежуточных между ними разностей. Они не выдерж аны ни по площади, н и по глубине. Чет вертичные отложения выражены глинами и суглинками. Мощность их варьирует от 3 до 40 м. Минерализация подземных вод колеблется в больших пределах. Наряду с пресными водами встречаются солоноватые и соленые.

Работы должны были выяв ить геофизические критерии дл я расчленения пород разреза в усл овиях пестрой минерализ ации подземных вод. Они проводились в компл ексе наз емн ого и скважи нного вариантов. Дл я исследований были выбраны участки с хорош о изученной геологией. Результаты работ отражены на рис. 18.

Д л я каждой точки ВЭ З приведены графики ρ_к и η_к^*) , а также геологические колонки скважин, сост авл енн ые по данным бурения. Дл я тех точек, кот орые освещены каротажо м ВП, здесь же, для н агляднос ти схематично нан есены диаграммы ВП и КС, оси глубин которых д аны в логариф мическом масштабе.

^*) Величины η_к определялись при длите л ьн ой зарядке среды.

При совместном рассмотрении графиков ρ_к и η_к обращает внимание несоответстви е их характеров для одних и тех же точек. Среди графиков ρ_к преобладают кривые типа К, НК и Н АК . Максимумы на кривых ρ_к приурочены к водоносным пескам. Амплитуда их тем больше, чем меньше минерализ ац ия подземных вод. Спад правых ветвей кривых ρ_к отв ечает либо переходу к глинам, либо постепенному повышению ми нерали зации поровых вод с глубиной. Формирование левых ветвей кривых ρ_к обусловливается поверхностными суглинками. Иногда они проя вляются слабым подъемом кривой перед перех одом к максимуму, что зат рудняет определение точного положения кровли водоносн ых песков (ВЭЗ 2 и 4).

Графики η_к более дифференцированы, чем графики ρ_к, и имеют в основном пятислой ны й характер. Это служит показ ателем больш ей чувствительности метода ВП к литологическим из менениям в разрезе по с равнению с методом сопротивлений. Из-за большой неоднородности геологичес ких условий при переходе от одного участка к другому графики η_к н е сохраняют своего типа.

Рис. 18. Кривые ρ_к и η_к по объе кту 2

Р ис. 19 . Каротаж ные кривые скважины № 264

При сопоставле н ии данн ых метода ВЭЗ с данными каротажа по методу ВП было установлено, что максимальной поляризуемостью в районе работ характеризу ю тся суглинки и супеси. Суглинки почти повсем ес тно залегают под почвенн ым слоем до глубины 5÷9 м и прослеж иваю тся на всех точках ВЭЗ, за и склю чением ВЭ З 9. В точк ах ВЭ З 3 и ВЭ З 5 они встречаются также и глубже в виде отдельн ых прослоев. Суглинки, слагающие верхнюю часть раз рез а, в ызывают резкий подъем левы х ветвей кривых η_к . Отдельные маломощные прослои суглинков отраж аются на кривых η_к в виде узколокализованных максимумов (ВЭЗ 5). Супеси имеют меньшее распространение в районе работ, чем суглинки, и встречаются только в виде прослоев небольшой мощности. На графиках η_к и диаграммах Δ U _ВП они проявляются примерно так же, как и суглинки (ВЭЗ 1 , 3 и 5).

Миним а льными значениями η отличаются глины. Мощный слой глин обнаружен в точке ВЭЗ 9, где он залегает прямо от поверхн ости земли до глуби ны 1 4,5 м. Глинам соответствует левая затян утая ветвь графика η_к, расположенная в области весьма низ ких значений данного парам етра (η_к ≈ 0, 5 % ). Глины, залегающие в нижней част и разреза, обусловливают крутое снижение прав ых ветвей кри вы х η_к (ВЭЗ 1 и 7). Прослои глин, даже сравнительно небольшо й мощн ост и, выделяются в разрезе по заметным понижениям или перегибам кривых η_к (ВЭЗ 1, 5, 7 и 8) .

Поляризуемость песков изме н яется в широких пределах в з ависимости от их состава и минерализации насыщающей их воды. М елкозернистые пески, неоднород ные по гран улометрическому составу, приближаются по поляризуемости к с углинкам (ВЭЗ 2; 4 и 7). Пески с минерализованной водой не отличаются по поляризуемости от глин (ВЭЗ 3; 6 и 8).

На рис. 19 приведены типичные результаты скважинн ы х исследований методом ВП .

Сравнивая д иаграмму ВП с диаграммами стандартных методов каротаж а, можно убедиться, что аномалии Δ U _ВП в большинстве случаев не со в падают с аномалиями других параметров. Наиболее высокими значениями Δ U _ВП (до 1 50 мВ) облад ают суглинки и супеси. Глины, слагающие верхнюю и нижнюю части разреза, проявляются в сближении двух кривых Δ U _ВП , сняты х при токах разной полярности. Величина Δ U _ВП д ля песков определяется главным образом ми нерализацией пластовых вод. В скважине имеются два разобщенных вод оносны х горизонта. В верхнем горизон те (24,2-33,2 м) минерализация воды равна 0,4 г/л, в нижнем (40,8-52 ,7 м) - 4 г/л. Соответствен но э тому при переход е от верхнего горизон та к нижнему Δ U _ВП падает с 60 до 1 0 мВ и становится практически рав ной величи не Δ U _ВП , наблюдаемой проти в глин. На участке диаграммы ВП , отвечающей пескам , наблюдаются отдельные «пики» Δ U _ВП , связанные с прослоями мелкозернистого глинистого песка.

На основании полученных материалов были установлены общие критерии для расчленения п есчано-глини сты х отложений района, которые сведены в табл. 3.

Таблица 3

Характери ст ика по роды		ρ, омм	η, %	J , интенсивность гамма-излучения им п /мин
Песок с пре сн ой водой	крупный и средний	>20	1 ,2- 2	низкая
	мелкий и глини с тый	>20	1 ,5-4	низкая
Пе с ок с минерализ ованной водой		<20	< 1	низкая
Суглинок и с упесь		<20	2-5	с редняя
Гл и на		< 1 5	~ 0,5	высокая

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 . Добрынин В. М ., Латыш ова М. Г., Лепарс кая Н. Д . Исследование скважин мет одом потенциалов вызванной поляризации. М., ГОС ИН ТИ, 1 958.

2. Иоффе Л. М ., Комаров В. А . Инструктивные указания по электроразведке методом выз ванной поляризации. Сб. «Обмен опытом», вып. 53, Л., ВИТ Р, 1 962.

3. Комаров В . А . О природе электрических полей вызванной поляризации и воз можностях их использования при поиск ах рудных месторождений. Л., вест . ЛГУ. № 6, серия геологии и географии, вып. 1, 1 957.

4. Комаров В . А., Иоффе Л. М., Хлопонина Л. С., Семенов М. В . Вызванная поляризация горн ых пород и руд и использование ее в электроразведке. Труды ВИТР, сб. № 1, Л., Гостоптехи зд ат, 1 958.

5. Комаров В . А., Пишпарева Н. А., Семенов М. В., Хлопонина Л. С . Вопросы т еории метод а вызван ной поляризации, ин ф., с б. № 30. Л., ВИТР, 1 961.

6. Комаров В . А., Пишпарева Н. А., Семенов М. В. и Хлопонина Л. С. Теорет ические основы интерпретации наб людений в методе вызван ной поляризации. П ., «Недра», 1 966.

7. Кузьмина Э. Н. Некоторые ре з ультаты изучения связи вызванной поляризации образцов карбонатных пород с их плотностны ми и водн о-коллекторскими свойствами. М ., вестн. МГУ , серия IV , геология, № 5, 1 964.

8. Кузьм и на Э. Н. К вопросу о знаке потенциала вызванной поляризации ионопроводящи х пород. Геофизические исследования сб. № 1. М., из д. МГУ, 1 964.

9. Кузьмин а Э. Н . О возм ожности испол ьзов ания метода вызван ных потенциалов для изучения грунтовых вод. Разв едоч ная геофизи ка, № 9. М., 1 965.

1 0. Нечаева Г. П . О некоторых результатах из мерений пол яризуемости образцов горных пород. Геофизические исследования, сб. № 1. М ., изд. МГУ, 1 964.

11 . Нечаева Г. П . Завис имость вызванной поляриз ации от времени пропускания тока как характеристика среды. М., вестн. МГУ , серия 4, геология, № 3, 1 965.

1 2. Постельников А. Ф . К вопросу о природе вызванной поляризации в ос адочных горных породах. Известия высших учебных заведений, геология и разведка, № 2. Л., 1 959.

13. Постельников А. Ф. К расчету полей вызванной поляриз ации. Труди ЦН ИИГРИ , вып. 59. Л., 1 964.

1 4. Ф рид ри хсберг Д. А . Исследование связи явления вызванной поляризации с электрокинетическими свойствами капил лярн ых с ис тем. Л., вестн. ЛГУ, № 4, серия физики и химии, вып. 1, 1 961 .

1 5. Ярославцев А. М. Интерпретация графиков η_к ВЭ З и ВП . Развед ка и охрана н едр, № 11. М ., 1 965.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1 Глава I. Сущность метода вызванных потенциалов (ВП), сфера его применения и решаемые задачи . 1 § 1. Основы метода и изучаемые параметры .. 1 § 2. Задачи, решаемые методом ВП. 3 Глава II. Аппаратура и оборудование . 3 § 3. Аппаратура для наземных исследований . 3 § 4. Приставка к прибору ЭСК-1 . 4 § 5. Оборудование для наземных исследований и подготовка его к работе . 5 § 6. Аппаратура и оборудование для каротажных исследований . 6 Глава III. Методика полевых наземных работ . 6 § 7. Модификации метода ВП, установки для полевых работ и размещение точек наблюдений . 6 § 8. Производство работ методом ВЭЗ ВП с прибором ЭСК-1 . 7 § 9. Производство работ по методу ВЭЗ ВП с аппаратурой ВПО-62 . 9 § 10. Производство работ при профилировании методом ВП .. 10 § 11. Оформление результатов наблюдений . 10 § 12. Состав рабочей бригады .. 12 § 13. Правила техники безопасности . 12 Глава IV. Методика скважинных исследований . 13 § 14. Производство работ с полуавтоматической каротажной аппаратурой . 13 § 15. Производство работ с автоматической каротажной станцией АЭКС-900 . 14 § 16. Оформление результатов наблюдений . 15 Глава V. Методика обработки и интерпретации результатов наблюдений . 15 § 17. Построение кривых ηк, αк, рк и Δ UВП = f( t) по данным исследований методом ВЭЗ ВП .. 15 § 18. Определение параметров η . 16 § 19. Определение параметров α . 18 § 20. Определение параметров τ и η0 20 § 21. Обработка результатов профилирования методом ВП .. 22 § 22. Обработка каротажных материалов . 23 § 23. Геологическая интерпретация результатов наблюдений . 23 Глава VI. Примеры полевых работ . 34 § 24. Объект 1 . 34 § 25. Объект 2 . 38 Рекомендуемая литература . 42