Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Использование дифференциальных параметров вызванной поляризации при поисках рудных месторождений

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Сергеев, Сергей Петрович

ПРЕДИСЛОВИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕОРИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

1.1. Дифференциальная поляризуемость.

1.2. Определение приращения дифференциальной, поляризуемости в условиях помех.

1.3. Определение дифференциальной поляризуемости, порождаемой блуждающими токами.

Т.Д. Выводы.

2. АППАРАТУРА ЭВП-703 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВП

2.1. Назначение и технические характеристики.

2.2. Структурная схема и принцип работы

2.3. Описание принципиальных схем основных узлов ЭВП-703. . 4О

2.4. Вывода.

3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ЕЕ ЛАБОРАТОРНОЕ ОПРОБОВАНИЕ

3.1. Измерение разности дифференциальных по-ляризуемостей в искусственных электрических полях

3.2. Измерения разности дифференциальных по-ляризуемостей в условиях промышленных помех.

3.3. Измерения разности дифференциальных по-ляризуемостей, порождаемых промышлен ными помехами.

3.4. Измерения разности кажущегося удельного сопротивления.

4. ПРИМЕНЕНИЕ деФЕРЕНЩШЬШХ ПАРАМЕТРОВ ВП ПРИ ИЗУЧЕНИИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

4.1. Участок "Прикоунрадский (Восточный Казах-. . стан).

4.2. Участок "Акча" (Узбекская ССР).Ш

4.3. Участок "Каратепа" (Узбекская ССР).

4.4. Месторождение "Сары-Чеку" (Узбекская ССР). . 4Н

4.5. Участок "Мискан" (Узбекская ССР)

4.6. Полиметаллическое месторождение (Рудный Алтай).

4.7. Выводы .'

Введение Диссертация по геологии, на тему "Использование дифференциальных параметров вызванной поляризации при поисках рудных месторождений"

Разработка способа измерений дифференциальных параметров вызванной поляризации выполнена по инициативе профессора ЛГУ В.А.ТСшарова в период с Т973 по 1983 гг. сначала в ВИРГе, а затем в отделе электроразведки НПО 'Тудгеофизи-ка", в рамках четырех научно-исследовательских тем, ответственным исполнителем которых является автор Д, 2, 3, 4/.

В разработке теоретических, аппаратурных, методических вопросов и в проведений полевых работ приняли участие сотрудники отдела электроразведки НПО "Рудгеофизика" А.Н.Шу-вал-Сергеев, В.С.Меркулев, А.к.Федоров, А.И.Рокитянский, которым автор выражает свою признательность.

Автор благодарит своего научного руководителя В.А.Комарова за постоянную помощь в проведении исследования, а также А.А.Петрова (НПО "Рудгеофизика"), Г.Н.Михайлова ОТО "Рудгеофизика"), И.И.Попова, В.И.Могильникова, А.В.Петрова (ПРО "Ташкентгеология") за поддержку и содействие при выполнении работ.

ВВЕДЕНЙЕ

Актуальность проблемы. Детальное геологическое изучение промышленно развитых районов, тлеющих горнорудные предприятия, еходит в число важнейших задач, направленных на развитие сырьевой базы металлургической промышлунности страны [5].

Существенную помощь геологической службе в решении этой задачи оказывает дальнейшее соершенствование теории, методики и техники детальных электроразведочных исследований, приемов истолкования полученных материалов и создание ноеых модификаций, позволяющих повысить помехозащищенность, разрешающую способность и глубинность исследований.

В настоящее время среди электроразведочных методов, применяемых для поисков месторождений полезных ископаемых как по кругу решаемых задач, так и по объему работ ведущее место занимает метод вызванной поляризации (ВП), основанный на изучении электрохимических процессов, протекающих в горных породах и рудах под действием электрического тока [б, 49, 50, 51] . Обычным стало применение метода ВП для поисков рудных месторождений: полиметаллических, медных, никелевых, золоторудных и др. Изучение амплитудных, частотных, временных и нелинейных характеристик ВП позволяет дифференцировать аномалии, обусловленные сплошными и прояилковыми сульфидными рудами, графитовыми телами, рассеянной графитовой и сульфидной вкрапленностью. Техническим средством, обеспечивающим комплексное изучение параметров ВП, является серийно выпускаемая станция Еторичных полей СВП-74.

Однако в промышленно развитых районах эффективность метода резко снижается из-за интенсивных электрических помех, создаваемых блуждающими токами, и нередко перспективные в геологическом и экономическом отношении площади остаются не исследованными.

Перед разработчиками современной геофизической аппаратуры, теории и методики метода ВП ставятся Есе более сложные задачи по созданию эффективных способов борьбы с промышленными помехами, которые могло подразделить на периодические и непериодические (импульсные).

Источниками периодических помех являются работающие на переменном токе буровые станки, компрессоры, вентиляторы, высоковольтные линии электропередач и т.д. Спектральная плотность мощности таких помех максимальная по частоте 50 Гц. Подавление периодических помех не является сложной технической задачей и относительно просто реализуется в современной аппаратуре [7] .

Основным источником импульсных промышленных помех (блуждающих электрических токое) являются электрифицированные железные дороги. Форма блуэдавдих токое определяется преимущественно режимом ведения электровоза, на который, в свою очередь, елияют профиль пути, Еес состава и другие причины. Изменение тока происходит доеольно резко и незакономерно. Преобладают импульсы прямоугольной формы, осложненные более короткими треугольными импульсами, амплитуда которых в 5-10 раз меньше амплитуды основных прямоугольных импульсов. Как правило, импульсы следуют группами, внутри которых интервалы между импульсами е 2-10 раз меньше длительности отдельного импульса, а интервалы между группами соизмеримы с длительностью групп. Длительность импульсов в группе колеблется от 0.5 секунд до десятков секунд. Напряженность поля меняется от сотых долей до

-720-50 мВ/м, а 95$ энергии спектра блугдаащпх токов сосредоточено е диапазоне 0.001-0.2 Гц [10, 20].

В районах с высоким уровнем промышленных помех применяют аппаратуру для фазовых измерений на переменном токе типа ВП-Ф, обладающую повышенной помехозащищенностью. При этом изучают параметры ВП на частотах 0.3-78 Гц, что соответствует ранней стадии переходного процесса Ш (2-500 мс).

Для дифференциации аномалии ВП по текстурным особенностям требуется изучение поздней стадии переходного процесса в интервале от единиц до сотен и тысяч секунд, поскольку в этом диапазоне в наибольшей степени проявляется ВП вкрапленных, пронилко-во-вкрапленных и массивных руд [33, 45, 47]. Этот диапазон соответствует частотному диапазону от единиц до сотых и тысячных долей герца. Реализация измерений параметров ВП в указанном частотном диапазоне затруднительна [7]. Станция же СВП-74, предназначенная для дифференциации аномалии ВП в импульсном реяшле, не обладает достаточной помехозащищенностью.

В связи с этим задача повышения помехозащищенности и точности исследований поздней стадии ВП и обеспечения эффективного применения метода ВП в промышленно развитых районах является весьма актуальной.

Цель и задачи исследований. Целью работ является обеспечение применения метода ВП, в частности с использованием станции СВП-74, в районах с высоким уровнем промышленных помех.

Основные задачи исследований:

1. Теоретический анализ и обоснование возможности определения дифференциальных параметров ВП в условиях импульсных помех случайной форш.

2. Создание экспериментальной аппаратуры, позволяющей регистрировать дифференциальные параметры Ш при сложной форме поляризующего тока.

3. Разработка методики полевых измерений и определения дифференциальных параметров Ш.

4. Полевое опробование разработанной аппаратуры и методики е горнопромышленных районах.

Методы исследований. На первом этапе работ развита теория дифференциальных параметров Ш и обоснована возможность определения дифференциальной поляризуемости при сложной форме поляризующего тока. Определены основные требования к измерительной аппаратуре и проведены полевые исследования временного хода блуддающих токов вблизи действующих рудников. Затем была изготовлена аппаратура, разработана методика измерений дифференциальных параметров и проЕедено лабораторное моделирование блуддагацих токов. На протяжении семи полеЕых сезонов проводились опытно-методические полевые работы на Рудном Алтае, в Центральном Казахстане и Узбекистане, позволившие положительно оценить реальные возможности разработанного способа определения дифференциальных параметров ВП.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Теоретически и экспериментально обоснован новый параметр Ш - дифференциальная поляризуемость.

2. Разработан и опробован способ определения дифференциальной поляризуемости временного параметра ВП при сложной форме поляризующего тока.

3. Созданы методика измерений и алгоритм обработки полевых данных, обеспечивающие получение устойчивого значения дифференциальной поляризуемости при воздействии на геологическую среду блулщающих токоб случайной формы.

Практическая ценность. Применение разработанной методики и аппаратуры позволяет:

1. Поеысить геологическую эффективность метода БП при опоискоЕании флангов действующих рудников и других горнопромышленных предприятий за счет высокой помехозащищенности исследований поздней стадии переходного процесса ВП.

2. Снизить требования к стабильности тока б генераторных устройствах, используемых в методе Ш.

3. Увеличить детальность изучения поляризационных свойств геологических объектов за счет прямой регистрации временной характеристики аномального поля ВП.

Экономический эффект от реализации предложенного способа состоит в обеспечении эффективного применения метода ВП на флангах действующих рудников и в других районах, где работы е настоящее время затруднены, а порой и невозможны из-за высокого уровня промышленных помех.

Реализация работ. Макет аппаратуры и методика внедрены в полевые партии научно-производственного объединение "Руд-геофизика" и производственного геологического объединения "Ташкентгеология". ¡комплект принципиальных схем аппаратуры передан в производственное объединение "Уралгеологяя".

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинаре молодых ученых НПО "Рудгеофизика" (май 1977 г., г.Ленинград), на Выездном заседании Экспертного геологического согета Мингео РСФСР (октябрь 1978 г., г.Уфа), на Всесоюзном совещании по разработке методики и рассмотрению результатов применения МГД-генераторов в геологии (апрель 1980 г., г.Апатиты), на Республиканской научно-тех

-конической конференции молодых геофизиков, посвященной 60-летию Советской власти в Армении (май 1980 г., г. Ленинакан), на Всесоюзном совещании по разработке и комплексированию геофизических методов при детальной и эксплуатационной разведке рудных месторождений (октябрь 1982 г., г. Ереван), на заседании геофизической секции Ленинградского общества естествоиспытателей (декабрь 1983г., г. Ленинград).

Образцы разработанной аппаратуры были удостоены Ш премии на конкурсе Научно-технического горного общества в 1980 и в 1984 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 98 страниц текста, 38 рисунков и список литературы из 51 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых", Сергеев, Сергей Петрович

4.7. ВЫВОДЫ

4.7.1. Проведенные в различных геолого-геофизических условиях полевые опытно-методические работы показали, что применение нового способа измерений дифференциальных параметров ВП при поисках рудных месторождений на флангах действующих рудников и других промышленных предприятий позволяет повысить геологическую эффективность метода Ш за счет:

- высокой помехозащищенности этого способа при работах с генератором поляризующего тока на участках, где уровень помех не более чем в 1-3 раза превышает напряжение ВП, обусловленное током генераторной установки. При этом погрешность не превышает 5-7$; - возможности выделения эффектов Ш, порождаемых блуждающими электрическими токами. Погрешность таких измерений не более 10$,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований теоретически обоснован и экспериментально проверен новый способ определения дифференциальных параметров ВП, открывающий перспективу проведения детальных работ методом ВП на флангах действующих рудников и других промышленных предприятий, являющихся источниками блуждающих электрических токов. I. Величиной, удобной для описания свойств ВП, является дифференциальная поляризуемость, определяемая в случае постоянного поляризующего тока как отношение относительного приращения напряжения ВП к приращению логарифма Бремени пропускания тока е интервале их линейной зависимости.

2. Для повышения разрешающей способности и помехозащищенности метода ВП по отношению к блуждающим токам импульсной формы целесообразно непосредственно определять Д - приращение кажущейся дифференциальной поляризуемости от точки к точке профиля.

3. Для определения следует использовать одновременно две приемные линии и измерять не только напряжения электрического поля е них, но и разностное напряжение, получаемое при компенсации одного из напряжений другим, умноженным на определенный коэффициент ск , в некоторый начальных! момент времени. При этом в случае постоянного поляризующего тока непосредственно измеряется разность напряжений ВП в сравниваемых точках профиля, приведенная к единому уровню напряжения первичного поля.

4. В общем случае токов сложной формы, включая блуждающие токи, создаваемые промышленными установками, А можно вычислять путем деления измеренного разностного напряжения на свертку импульсной характеристики Ш заданной гиперболической формы с измеренным напряжением полного электрического поля.

5. Разработанная методика определения дифференциальной поляризуемости эффективна при проведении детальных поисковых работ методом ВП на флангах действующих рудников в условиях интенсивных блуждающих токов.

6. Аппаратура ЭВП-703 обеспечивает достаточно Еысокое качество гальванической развязки входных каналов и измерений разностного напряжения. Ее принципиальные схемы могут лечь в основу опытно-конструкторской разработки промышленного образца аппаратуры для измерений дифференциальных параметров ВП.

Методика измерений дифференциальных параметров ВП и аппаратура ЭВП-703 могут найти применение при изучении изменений ео времени удельного сопротивления горных пород в качестве предвестника землетрясений, при работах с использованием магнитогидродинамических генераторов, форма шпульсое тока которых существенно отличается от прямоугольной, при изучении магнитного тока ВП.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Сергеев, Сергей Петрович, Ленинград

1. Комаров В.А., Сергеев С.П. и др. Изучение возможности создания аппаратуры, регистрирующей эффекты вызванной поляризации, порождаемые блуждающими электрическими токами. Отчет. Тема 36-П, инв. № 1429. ШО "Геофизика. Л., 1975. -100 с.

2. Комаров В.А., Сергеев С.П. и др. Научно-исследовательская разработка аппаратуры и способа регистрации эффектов вызванной поляризации, порождаемых блуждающими электрическими токами. Отчет. Тема 02.03, инв.$ 1827. НП0 "Геофизика". Л., 1977. 129 с.

3. Комаров В.А., Сергеев С.П. и др. Разработка аппаратуры и методики исследований вызванной поляризации в условиях действия многочисленных источников блуждающих токов и аппаратуры ЭВП-701, предназначенной для регистрации полей

4. ВП в условиях помех с любым генератором импульсов постоянкого тока. Отчет. Тема 02.16, инв. 2473. ШО "Геофизика". Л., 1979. 216 с.

5. Комаров В.А., Сергеев С.П. Разработка методики проведения работ методом ВП в условиях промышленных помех. Отчет. Тема 1043, инв.гё 387. ШО "Рудгеофизика", ЛГУ. Л., 1982. 87 с.

6. Постановление ЦК КПСС о проекте ЦК КПСС к Ш1 съезду "Основные направления экономического и социального развития на 1981-1985 гг. и на период до 1990 г." газета "Правда" от 2 декабря 1980 г.

7. Комаров В.А. К вопросу об использовании явления вызванной поляризации в геофизической разведке. Научн.-техн.информация, В I. М.: Госгеолтехиздат, 1955.

8. Бобровников 1.5. Радиотехника и электроника. М.: Недра, 1974. - 358 с.

9. Хованов Г.Н. Ошт использования земных токов низкой частоты с разведочными целят.©. Труды Геофиз.ин-та АН СССР, гё 30, с.97-101.

10. Иоффе Л.М., Комаров В.А., Семенов М.В. Об использовании помех промышленных переменных токое для поисковых целей. Вопр. рудной геофизики, 1957, № I, с.128-130.

11. Орлов Г.В., Набоко Ю.С. Электрические промышленные помехи в районах действующих горных предприятий и их использование для целей геологического картирования. Вопр. рудной геофизики в Казахстане, 1973, вып.4, с.106-120.

12. Орлов Г.В., Набоко Ю.С. Промышленные электрические помехи и опыт проведения работ методом ВП при их сильном влиянии. Алма-Ата, фонды КазВЙРГ, 1969.- - 25 с.

13. Егоров М.Н., Карвелис Г.А., Маляревский К.В. Использование электрического поля промышленных токов для геологического картирования. В сб.: Методы разведочной геофизики. Л.: НПО "Геофизика", 1977, с.95-100.

14. Якубовский Ю.В., Доброхотова Й.Н., Ренард Н.В. Опыт использования полей помех на месторождениях магнитных руд. -Изв. бысших учебн. заведений. Сер. Геол. и разведка, 1972,1. В 9, с.107-109.

15. Семенов М.В., Березин Г.И. Об использовании полей блуждающих токов для электроразведки флангов разрабатываемых месторождений. В сб.: Методика и техника разведки. Л., ОНТИ ВИТР, 1976, № 86, с.69-76.

16. Семенов М.В., Березин Г.И. Применение электрическихполей, порождаемых блуждающими токами, в электроразведке рудных полей и узлов. В сб.: Методы разведочной геофизики. Л.: НПО "Геофизика", 1977, с.100-106.

17. Гамоян В.Б. Поле сложных источников блуждающих токов при наличии контакта деух пород. Ереван. АН Арм.ССР, тез. докладов. 1982, с.38-41.

18. Борисов H.A., Шайдуров Г.Я. Об использовании естественных электромагнитных полей для выделения потенциалов вызванной поляризации. В сб.: Методика и техника разведки,

19. J3 81. ОНТИ ВИТР, Л., 1972, с. 50-54.

20. ШайдуроЕ Г.Я., Борисов H.A. Об использовании естественных электромагнитных полей для выделения потенциалов вызванной поляризации. Техн. и методика геофиз. исслед., 1972, ß 81, с.50-54 (ВИТР).

21. Вешев A.B. Электропрофилирование на постоянном и переменном токе. Л.: Недра, 1965. - 477 с.

22. Семенов A.C. Методика электроразведочных работ под гидросооружения. Л.-М., Главн.ред. геол.-развед. и геофиз. лит., 1936, В 78, с.24-28.

23. Дахнов В.Н. Электрическая разведка нефтяных и газовых месторождений. М.: Гостоптехиздат, 1951. - 273 с.

24. Алышн Л.М. Дивергентный каротаж. Лрикл. геофизика, вып.32. М.: Гостоптехиздат, 1962. - 213 с.

25. Сапужак Я.С. Высшие производные электрического потенциала в геофизической разведке. Киев, Наукога думка, 1967. - 154 с.

26. Сапужак Я.С. Дивергентная электроразведка. Киев, Наукова дака, 1977. - 179 с.

27. Назаренко О.В. Опыт применения дифференциальных установок при морских электроразведочных работах на банке Макарова. В сб.: Геология нефти и газа, й 10, 1959.

28. Комаров В.А., Сергеев С.П., Шувал-Сергеев А.Н. Определение эффектов ВП, порождаемых импульсами сложной формы. -В сб.: Метода разведочной геофизики. Л.: НПО "Геофизика", 1977, с.

29. Комаров В.А., Сергеев С.П., Шубникова К.Г. 0 влиянии электрического сопротивления вмещающей среды на временные параметры ВП электронных проводников. В сб.: Методы разведочной геофизики. Л., НПО "Рудгеофизика", 1981,с.28-40.

30. Сергеев С.П., Щувал-Сергеев А.Н. Некоторые результаты изучения эффектов ВП, порождаемых блуждающими токами. -В сб.: Методы разведочной геофизики. Л.: НПО "Рудгеофизи-ка", 1981, с.77-84.

31. Комаров В.А., Сергеев С.П. Способ компенсации промышленных помех инфранизких частот при работах методом ВП. -В сб.: Методы разведочной геофизики. Л., НПО "Рудгеофизи-ка", 1981, с. 98-104.

32. Сергеев С.П. Измерения естественных электрических полей в условиях промышленных помех. В сб.: Методы разведочной геофизики. Л., ШО "Рудгеофизика", 1983, с.97-101.

33. Комаров В.А. Временные характеристики вызванной поляризации. В сб.: Методика и техника разведки. I., ОНГЙ ВИТР, 1965, Л 49.

34. Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации. I.: Недра, 1972. - 340 с.

35. Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации. Л.: Недра, 1980. - 390 с.

36. Блох И.М. Электропрофилирование методом сопротивлений. М.: Госгеолтехиздат, 1962. - 237 с.

37. Бермухалов Ш.Б. Дифференциальная установка измерения вторых производных естественного электрического поля Земли. Информ. сб. научн.-исслед. работ Ин-та геолог, наук АН Каз.ССР. 1974, с.121-123.

38. Кормильцев В.В. Вызванная поляризация в уравнениях электродинамики. Свердловск, АН СССР Уральский научн.центр, 1981', - 43 с.

39. Гальперин М.В., Злобин Ю.П., Павленко В.А. Усилители постоянного тока. М.: Энергия, 1978. - 240 с.

40. Гальперин М.В. Особенности выполнения аналоговых операций на дифференциальных операционных усилителях. Автоматика и телемеханика, 1970, $ I, с.198-200.

41. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители. М.: Энергоиздат, 1982. - 127 с.

42. Анисимов В.И., Голубев А.П. Транзисторные модуляторы. М.: Энергия, 1964. - 224 с.

43. Гальперин M.B.', Павленко В.А., Злобин Ю.П. Бесконтактные модуляторы сигналов постоянного тока низкого уровня. Приборы и системы управления, 1970, ß 2, с.19-23.

44. Иоффе Л.М. Аппаратура для работ по методу вызванной поляризации. В сб.: Методика и техника разведки, ОНТИ ВИТР, 1957, Ш 8, с.50-53.

45. Шаповалов О.М. Экспериментальное изучение переходных характеристик вызванной поляризации. В сб.: Методика и техника разведай. ОНТИ ВИТР, 1972, 81, с.15-21.

46. Тархов А.Г. Об электроразведочных методах чистой аномалии. В сб.: Изе. АН СССР, м., АН СССР, В 8, 1957, с.979-989.

47. Иоффе JT.M., Комаров В.А., Михайлов Г.Н. Методические указания по применению электроразЕедочной станции СВП-74. JL, ОНТИ НПО "Рудгеофизика", 1979. - 139 с.

48. Petra« P. PossibLltces and Limitations of the Indused poLarlzatLon method In centraL gradient eLectrod arrav.- Uita Geof, 4983, N48, p. Í35-Í56.

49. SeLtjeL H. Induced poLarizatIon and Its roLe in mlneraL expLoratlon.- Canadian Mln MetaLL BuLL., -1962, 1/55, кбОО, р.242-2Д9.

50. Sei^eL H. Magnetic induced poLarLzation method. — &eophvs1974, v/. 39, //3, jb. 321-339.

51. Sumi F. The induced paLarLzation method in ore Ln destination. — Geophys. prosp., 1961, y. 9, K3, p. 300-310.