В. Дипольное электромагнитное и индуктивное профилирование

3.3.8.1.25. Метод дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП) основан на изучении различных характеристик электромагнитного поля при перемещении рамки (магнитного диполя) по профилю исследуемого участка (см. 3.3.8.1.1). В зависимости от используемой модификации измеряются различные характеристики переменного электромагнитного поля. С помощью аппаратуры типа ДЭМП, АЭММ-3, ФАГР-10 или другой аналогичной измеряют составляющие напряженности магнитного поля H_z, Н_r и фазовый сдвиг (j_Нг; аппаратура типа ЭПП-2 позволяет измерять отношение полуосей эллипса поляризации вектора магнитного поля b/а₀.

Метод применяется для поисков и прослеживания объектов низкого удельного сопротивления, в основном сульфидных рудных тел; выделения и прослеживания контактов, зон тектонических нарушений и других объектов при геологическом картировании; выделения магнетитовых тел с большой магнитной проницаемостью, а также при инженерно-геологической съемке (выявление карстовых зон, прослеживание трасс трубопроводов и т. д.).

Глубинность метода соизмерима с разносом между генераторной и приемной рамками, зависит от частоты электромагнитного поля и достигает 60—70 м с аппаратурой (3.3.8.1.25) при поисках рудных тел низкого удельного сопротивления, залегающих во вмещающей среде высокого удельного сопротивления.

3.3.8.1.26. В соответствии с методическими рекомендациями при поисках рудных объектов наиболее употребительным является наблюдение вертикальной составляющей напряженности переменного магнитного поля H_z и фазового сдвига j_Нz (поле создается током в генераторной рамке, расположенной в горизонтальной плоскости).

Для проведения геологического картирования на основе изучения эффективного удельного сопротивления среды более подходящим является измерение двух составляющих (радиальной и вертикальной) либо полуосей эллипса поляризации вектора магнитного поля и угла наклона большой оси эллипса поляризации.

3.3.8.1.27. Рабочая частота выбирается в соответствии с решаемыми геологическими задачами и с учетом возможной дифференциации вмещающих пород и рудных объектов по удельному электрическому сопротивлению р в соответствии с методическими рекомендациями. Так, низкочастотный диапазон (f = 0,125¸8 кГц) применяется при удельном сопротивлении объектов, составляющем единицы и доли ом-метров (при удельном сопротивлении вмещающих пород — тысячи ом-метров). При картировании объектов более высокого удельного сопротивления (например, р = п¸100 Ом-м), залегающих среди вмещающих пород повышенного удельного сопротивления (р =1000¸2000 Ом-м), применяется высокочастотный диапазон аппа­ратуры (например, более 10 кГц).

При поисках и картировании объектов повышенной магнитной проницаемости (m > 1,1 СГС) следует выбирать наиболее низкие частоты. В этом случае удельная электропроводность практически не будет оказывать влияния на измерения, а аномалия будет обусловлена магнитной проницаемостью. На более высоких частотах подчеркивается удельная электропроводность руд повышенной магнитной проницаемости.

При поисках рудных тел низкого удельного сопротивления, залегающих в породах высокого удельного сопротивления, частота выбирается близкой к оптимальной f_ОПТ, Гц, значение которой определяется как

f_ОПТ = (67)

где р_опт = 11 (оптимальное значение индукционного параметра); m₀ =4p×10^-7 Гн/m; L — разнос рамок, м; т — наименьшая мощность пласта, м; s— его наименьшая удельная электропроводность, См/м.

При решении задач геологического, картирования над объектом типа массива горных пород (полупространство) по эффективному удельному сопротивлению частота, Гц, выбирается как

f_ОПТ > (68)

где s — значение удельной электропроводности пород, соответствующее значению пород минимального удельного сопротивления, имеющихся в районе исследований.

Вышеописанные принципы выбора рабочей частоты, основанные на теоретических расчетах и опыте ранее проведенных работ, используются при проектировании. Беря их за основу, следует перед началом работ в новом районе проводить опытные наблюдения над известными типовыми разрезами с различными характеристиками установок и частот для уточнения их оптимальных значений.

При решении поисково-картировочных задач разнос L следует брать максимально возможным по техническим данным аппаратуры, чтобы обеспечить наибольшую глубину исследования. Поскольку значение сигнала находится в прямой зависимости от расстояния между рамками, то чем больше это расстояние, тем меньше точность съемки. Следовательно, расстояние между рамками будет в каждом конкретном случае зависеть от поставленной задачи и геолого-геофизических условий проведения работ. Наиболее часто употребляются разносы рамок 60—80 м (при работе без приставки, увеличивающей мощность генератора).

3.3.8.1.28. Если перекрывающие рыхлые отложения и вмещающие породы имеют сравнительно высокое удельное электрическое сопротивление и не искажают наблюдаемое поле в диапазоне частот, смежном с f_ОПТ, то в качестве рабочей следует взять более высокую частоту, чем f_ОПТ. Если же влияние указанных геологических образований начинает сказываться, т. е. происходит снижение значений аномалии или изменяется ее знак, то следует взять более низкую частоту, чем f_ОПТ, или уменьшить разнос рамок.

3.3.8.1.29. Согласно выбранному для съемки разносу приемная и генераторная рамки устанавливаются на соответствующих точках изучаемого профиля. Направление расположения генераторной и приемной рамок относительно нумерации точек сохраняется для всего участка. В журнале (прил. 81) отмечаются дата, участок, номер профиля, рабочая частота и в виде схематической зарисовки приводится разнос и направление перемещения рамок. Далее производится измерение искомых величин. Их значения записываются в полевой журнал (прил. 81). Точка записи наблюдений относится к середине разноса генераторной и приемной рамок. В графе «Примечание» ведется абрис рельефа. Здесь же отмечаются источники помех (ЛЭП,- линия связи, железные дороги и т. д.), значение помехи U_п, а также опорного сигнала U_О.С.

3.3.8.1.30. Выделенные аномалии детализируются с целью расчленения аномальной зоны на отдельные объекты и определения их более точного местоположения, формы, удельной электропроводности и условий залегания. Аномалии должны прослеживаться на двух-трех смежных профилях. Если аномалия наблюдается только на одном профиле, то работы проводятся на дополнительных (промежуточных по отно­шению к основной сети) профилях, расположенных по обе стороны от профиля, на котором выделена аномалия.

Для расчленения аномальной зоны необходимо последовательно уменьшать разносы между рамками в 1,5—2 раза, но так, чтобы наблюдались уверенные анома­лии над каждым проводником, а также уменьшить шаг измерения до 2—5 м.

Аномальные участки профиля должны быть исследованы с различными разносами на оптимальных частотах с целью более точного определения элементов залегания возмущающих объектов.

3.3.8.1.31. Площадные работы методом ДЭМП в масштабах 1: 25 000—1: 10 000 и крупнее проводятся по заранее разбитой сети (см. 3.2). Масштаб съемки выбирается в зависимости от размеров исследуемых объектов. Наиболее часто употребляемое расстояние между точками в зависимости от масштаба и сложности геоэлектрического разреза составляет 10—20, в простых условиях — до 40 м.

3.3.8.1.32. При производстве наблюдений выдерживаются следующие требования.

а. Измерение вертикальной составляющей магнитного поля и фазы производится в следующем порядке.

Включается генератор и при отключенной приемной рамке по показанию индикаторного прибора измеряется опорный сигнал U_О.С. После отключения кабеля опорного сигнала рамки приводятся в рабочее положение по уровням и пикетам, а поступающий с приемной рамки сигнал посредством аттенюатора доводится до значения опорного сигнала. После этого подключается опорный сигнал и фазовращателем устанавливается минимум отсчета по индикаторному прибору. Окончательная компенсация выполняется на наиболее чувствительной шкале. При положении полной компенсации с аттенюатора снимается отсчет в делениях N_c (или долях вольта U_Нz) сигнала, пропорционального напряженности суммарного поля H_z, а со шкалы фазовращателя — отсчет суммарного фазового сдвига j_с. Полнота компенсации проверяется выключением генератора. При этом стрелка индикатора не должна изменять своего положения. Отклонение ее определяет сигнал помехи U_П. Если нет особых причин, U_О.С и U_П измеряются и записываются только в конце смены. После указанных измерений на первой точке по команде оператора установка перемещается на следующую точку, где проводится лишь компенсация и считывание значений N_c и j_с-При переходе от точки к точке не следует выключать аппаратуру и изменять положения аттенюатора и фазовращателя, установленные при компенсации на предыдущей точке, так как в нормальном поле эти положения сохраняются. В случае же изменения поля проводится лишь докомпенсация. Все измерения записываются в полевой журнал (прил. 81).

б. При измерении угла j наклона большой оси эллипса поляризации магнитного поля генераторная рамка ориентируется горизонтально по уровню. Антенный столик приемной рамки устанавливается горизонтально и ориентируется таким образом, чтобы горизонтальная ось вращения антенны рамки была направлена перпендикулярно вертикальной плоскости, проходящей через центр генераторной и приемной рамок.

Затем включаются генератор и измеритель. Приемную рамку плавно вращают вокруг горизонтальной оси до получения минимальных значений на шкале измерительного прибора. Если поляризация поля близка к круговой, а также в случае помех угол j измеряется несколько раз при подходе к минимуму сигнала с разных сторон. При этом угол наклона определяется как среднее арифметическое из нескольких отсчетов. Значение угла j отсчитывается по вертикальному лимбу в направлении, противоположном движению часовой стрелки. При этом предполагается, что наблюдатель обращен лицом к приемной антенне, а генератор расположен слева от него.

Обычно значения j находятся в пределах 0°£ j £ 90° и нижний конец нормали к плоскости витков приемной антенны наклонен в сторону, противоположную от генератора. В непосредственной близости от искомого объекта значение i|) может превышать 90°.

в. Отношение | Н | /ú H^z_r | определяется путем раздельного измерения электроразведочных сигналов U_H , U_H .|При измерениях генераторная рамка устанавливается горизонтально, а приемная — последовательно в горизонтальном и вертикальном положении (горизонтальная ось вращения плоскости витков приемной рамки устанавливается перпендикулярно вертикальной плоскости, проходящей через центр генераторной и приемной рамок).

г. Определение отношения |а|/|b| производится вращением приемной рамки вокруг горизонтальной оси и измерением значений последовательно в положениях, при которых наблюдаются максимум и минимум сигнала. Во всех случаях измерения выполняются с таким расчетом, чтобы стрелка прибора измерителя отклонялась за пределы первой трети шкалы. Данные полевых наблюдений записываются в полевой журнал (прил. 81).

Результаты измерений j, | Н | /ú H^z_r | или |а|/|b| пересчитываются в значения (прил. 82—83).

3.3.8.1.33.Оператор должен хорошо знать факторы, влияющие на точность наблюдений, и уметь уменьшать влияние помех.

Значение помехи U_П определяется по показанию индикатора измерителя при Подключенной приемной рамке и выключенном генераторе или в рабочем положении всейустановки в момент компенсации.

Значение помехи U_П фиксируется в журнале наблюдений для положения аттенюатора, соответствующего компенсации. Точность измерения при помехах может быть увеличена за счет роста амплитуды измеряемого сигнала. Это можно сделать уменьшением разноса L, что не всегда возможно, так как уменьшение разноса приведет к резкому снижению глубины исследования. Если съемка на участках проводилась при наличии помех, то наблюдения обязательно должны быть проконтролированы в соответствии с требованиями, изложенными в 3.3.8.1.34 и 3.3.8.1.36. Наибольшая погрешность в измерении составляющей может оказаться из-за несоблюдения расстояния между рамками. Рассчитано, что погрешность в расстоянии, равная 1 %, обусловливает погрешность при наблюдении составляющей в 3 %. Для того чтобы избежать погрешности за счет разориентации генераторной и приемной рамок, достаточно их плоскости установить горизонтально с погрешностью ±5°.

3.3.8.1.34. Для определения точности полевых работ необходимо делать не менее 5 % контрольных измерений от общего объема выполненных работ. Контрольные измерения должны быть равномерно распределены по площади съемки (см. 3.9). Погрешность измерений вычисляется по формуле, %

d = (69)

где D= U₁ — U₂; U₁ — рядовое измерение; U₂ — контрольное. Опыт работ показывает, что с увеличением частоты создаваемого поля точность съемки понижается. На частотах до 10 кГц можно проектировать точность съемки 1—3 %, а на частотах свыше 10 кГц она не должна превышать 5—7 %, по фазовому сдвигу — 1°.

Контрольные измерения должны записываться в специальный журнал и, как правило, делаться другим исполнителем, а при возможности — другими приборами.

3.3.8.1.35. Обработка результатов наблюдений начинается с выбора значений нормального поля напряженности и фазового сдвига — Н_Z и j_H соответственно. Это средние значения на равных протяженных интервалах профилей, где распространены породы наиболее высокого удельного сопротивления, практически не вызывающие перераспределения наблюдаемого поля. Значения Н_Z и j_H устанавливаются для каждого профиля, разноса и комплекта аппаратуры самостоятельно. Выбранные значения записываются в графу «Примечание» (прил. 81).

Выбор способа построения графиков наблюденных величин определяется зада­чами проводимых работ. Если основной задачей является обнаружение локальных объектов, то по оси ординат графиков откладываются значения модуля напряженности магнитного поля H_z в единицах нормального поля Н_Z

h_Z = úH_z |/| H_zо | (70)

(h_z — обозначение, принятое для изображения результатов теоретических или модельных работ). Линия нормального поля при построении графиков совмещается с линией профиля. Вертикальный масштаб графиков выбирается с таким расчетом, чтобы в 1 см укладывалось значение, превосходящее трехкратную среднюю арифметическую погрешность измерений. Строят также графики аномальных значений фазового сдвига j_aH_z (прил. 81).

Горизонтальный масштаб графиков должен соответствовать масштабу съемки или имеющейся геологической документации. На графиках отмечаются интервалы заметных изменений наблюденного поля из-за рельефа, ЛЭП и других помех.

3.3.8.1.36.Контрольный пункт для проверки аппаратуры выбирается в нормальном поле. На контрольном пункте снимают отсчеты составляющих поля Н в делениях шкалы приемника. Значения составляющих Н, измеренные утром и вечером, должны совпадать в пределах погрешности наблюдений (формула-69). В случае большого расхождения отсчетов на отработанных профилях следует сделать повторные измерения для удовлетворения требований 3.3.8.1.34 (см. также 3.9.5). В начале и конце полевого сезона, а также при разных расхождениях в отсчетах на контрольном пункте определяется коэффициент преобразования (чувствительности) рамки.

3.3.8.1.37. В соответствии с методическими требованиями при решении задач геологического картирования материалы представляются в виде графиков эффективного удельного сопротивления или ú Hú / Н_Z . Вычисление по результатам измерений производится с помощью прил. 82—83. Для этого по значениям j, | Н | /ú H^z_r , |а|/|b| и соответствующим кривым определяют /(L²f) и умножают это значение на L²f (L, км; f, Гц). Для ускорения вычислений рекомендуется вычерчивать палетку для используемых L и f и определять непосредственно по соответствующим кривым.

3.3.8.1.38.Влияние рельефа приводит к тому, что генераторная и приемная рамки располагаются на разных уровнях поверхности земли. При углах наклона рельефа до 3—5° поправка не превышает 1 % и ее можно не учитывать. Если наклон рельефа сохраняется или монотонно изменяется на большом расстоянии, поправку, определяющую влияние рельефа, можно не учитывать и при больших углах, так как в этом случае наблюдается плавное уменьшение значений нормального поля, которое отличается от аномалии над рудным объектом. При пересечении резких перегибов рельефа форма изменения наблюденного поля на склонах имеет большое сходство с аномалиями над маломощными крутопадающими пластами. Поскольку фазовая аномалия наблюденного поля не зависит от разности высот рамок, это помогает отбраковывать аномалии, обусловленные влиянием рельефа. Но так как фазовые аномалии могут отсутствовать и над пластами низкого удельного сопротивления, то в сложных случаях поправку, учитывающую влияние рельефа, следует вводить и, таким образом, проверять аномалию напряженности поля на склонах. Коэффициент, учитывающий влияние рельефа, К_p вычисляется по формуле

К_p = (71)

где b — угол наклона рельефа. Для определения в условиях пересеченной местности можно использовать также зависимости | H_zú/ú H_rúи j от (L²f) для горизонтальной поверхности, если наблюдения проводить по способу «взаимного визирования». В этом способе плоскости витков генераторной и приемной рамок устанавливают горизонтально и затем визируют друг на друга. При этом для установки, ориентиро­ванной перпендикулярно простиранию склона, плоскости витков устанавливаются параллельно дневной поверхности и измеряется составляющая, перпендикулярная склону. Для измерения составляющей, параллельной склону, приемная рамка поворачивается на 90°.

3.3.8.1.39. По графикам напряженности составляющих поля и его фазового сдвига определяют геометрические и физические характеристики возмущающих объектов: местоположение в плане, глубину залегания, мощность, угол падения, размеры по простиранию, удельную электропроводность, индукционный в низком диапазоне частот (электромагнитный — в широком) параметр (для метода ДЭМП).

Способы определения указанных характеристик изложены в методической литературе.

3.3.8.1.40. Приемной комиссии представляются следующие полевые материалы; 1) полевые журналы, 2) полевая графика, 3) журналы контрольных измерений, 4) аппаратурные журналы, 5) данные вычислений точности наблюдений.

3.3.8.1.41. На стадии разведки и детализации аномалий, полученных при поисковых работах с аппаратурой типа ДЭМП, возможно измерение полуосей эллипса поляризации с аппаратурой типа ЭПП. Запись наблюдений производится по форме прил. 84.

3.3.8.1.42. При геоэлектрическом картировании рабочая частота выбирается так, чтобы измерения проводились при заданном разносе в области малых параметров (b/a₀ £ 0,2) для пород низкого удельного сопротивления. При картировании пород высокого удельного сопротивления частота ограничивается требованием b/a₀ ³ 0,01; b/a₀ — малая полуось эллипса поляризации магнитного поля магнитного диполя в единицах нормального значения большой полуоси а₀ (а₀ определяется из результатов наблюдений большой полуоси эллипса поляризации а путем усреднения ее значений на безаномальном участке).