Способ определения границ рудного тела Советский патент 1984 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к способам геофизической разведки месторождений полезных ископаемых, например алмазоносных кимберлитовых тел и сульфидных руд.

Известен способ определения границ рудного тела, предусматривающий регистрацию и изучение во времени абсолютно величины сейсмоэлектрического потенциала, возникающего под действием искусственных сотрясений 1.

Недостатком этого способа является его низкая помехозащищенность, что в ряде случаев делает невозможной его реализацию.

Известен способ определения границ рудного тела, в котором наряду с упругими воздействиями, через горную породу дополнительно пропускают постоянный электрический ток и величину сейсмоэлектрического эффекта измеряют в постоянном электрическом поле 2.

Однако этот способ сложен в осуществлении, а также не позволяет четко ограничивать рудные тела, так как при регистрации сейсмоэлектрического эффекта оценивается изменение потенци.ала поля, характеризующего значительный объем изучаемых пород.

Наиболее близким к изобретению по числу существенных признаков и решаемой задаче является способ определения границ рудных тел, заключающийся в возбуждении сейсмоэлектрического эффекта рудных тел упругими колебаниями и измерении градиента потенциала электрического поля с последующим определением по результатам измерений границ рудного тела.

Способ предусматривает следующие операции: возбуждение упругих колебаний, регистрацию во времени градиента электрического (поля) потенциала, в том числе и аномального, обусловленного сейсмоэлектрическим эффектом рудного тела, определение скорости сейсмических волн и вычисление расстояния от пункта возбуждения до аномального объекта путем умножения скорости на время, прошедщее с момента возбуждения до момента регистрации аномального градиента электрического поля 3

Однако способ не позволяет определять границы рудных тел с достаточной точностью, так как в его основе лежит определение скоростей упругих волн на участках работ. Известно, что упругие волны имеют дифрагированный характер и, что возможны значительные ощибки в определении скоростей, а следовательно и в вычислении расстояния до искомого рудоносного объекта.

Кроме того, точность установления границ рудного тела данным способом зависит от количества взрывов и для единичного (возбуждения) взрыва мала.

Указанный способ предполагается использовать только в подземных выработках, т. е. решать сравнительно узкий круг поисковых задач.

Кроме того, в данном способе невозможно отличить пьезоэлектрические сигналы от сейсмоэлектрических.

Цель изобретения - повыщение точности определения границ рудных тел.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения границ рудных тел, заключающемуся в возбуждении упругих колебаний и измерении градиента потенциала электрического поля с последующим определением по результатам измерений границ рудного тела, измеряют три взаимно перпендикулярных компоненты градиента потенциала электрического поля по крайней мере в трех пунктах наблюдений, размещенных вдоль прямой, и времена возникновения электрического поля TEJ , Tg,, , TEJ в каждом пункте, вычисляют по результатам измерений модули напряженности электрического поля в каждом пункте EI , Ег, ЕЗ и при выполнении

условий E{,(EI, ЕЗ) и ТЕ определяют границу рудного тела под вторым пунктом наблюдения.

Данный способ осуществляется следующим образом.

На исследуемом профиле задают точки измерения, расстояние между которыми равняется 3-50 м в зависимости от конкретных геологических условий.

Возбуждают упругие колебания в изучаемом массиве горных пород путем подрыва заряда взрывчатых веществ (ВВ) (на поверхности Земли или на забое специально пробуренной скважины), или любым механическим путем. Прохождение сейсмическими волнами границы рудного тела с вмещающими породами приводит к возникновению аномально высокого сейсмоэлектрического эффекта, обусловленного искомой границей.

Регистрируют в трех пунктах наблюдения, лежащих на одной прямой, вдоль изучаемого профиля амплитуду и время возникновения компонент градиента потенциала электромагнитного поля по трем взаимно перпендикулярным осям: X, У - горизонтальная плоскость, - вертикальная пло

скость.

Измерения проводят с помощью установки симметричного типа, которая позволяет осуществлять регистрацию компонент градиента потенциала в трех пунктах на&пюдения одновременно. В каждом пункте наблюдения располагают три взаимно перпендикулярных датчика, которые регистрируют горизонтальные (gradfn и gjrad/y и вертикальные (gradV, ) компоненты градиента потенциала электрического поля соответственно. В качестве приемного датчика используют пару стальных стержнейэлектродов (расстояние между электродами 10-20 м). При.этом одну пару электродов для регистрации grad YX и grad Yy располагают вдоль профиля, другую перпендикулярно профилю на поверхности Земли. В третьей паре один из приемных электродов для регистрации grad г размещают в скважине на глубине 10-20 м, другой - на поверхности Земли. Пункт наблюдения относят к точке пересечения всех трех пар приемных датчиков. Расстояние между пунктами наблюдения (база измерительной установки) и между приемными электродами определяют опытным путем, исходя из условия наилучшей помехозащищенности приемных каналов записывающей аппаратуры и решаемой геологической задачи. В общем случае расстояние между пунктами наблюдения в измерительной установке равняется 20-50 м. Центр измерительной установки соответствует среднему (второму) пункту наблюдений.

Таким образом, центр измерительной установки размещают в точке измерения на исследуемом профиле. Пункт взрыва располагают на расстоянии 10-30 м (в зависимости от условий и мощности взрыва) от крайнего (первого) пункта наблюдения. Возбуждаемое сейсмическими волнами электромагнитное поле сейсмоэлектрического эффекта регистрируют при помощи серийной аппаратуры.

Осуществляют вычисление модуля вектора напряженности электрического поля в каждом пункте наблюдения по формуле:

(6ad fx Y + 6radfy)+(ra(iVz)/

гдеE -модуль вектора напряженности в данном пункте наблюдения;

fad.i компоненты градиента потенциала электромагнитного поля по осям X, У, Z в данном пункте наблюдения.

Затем определяют время возникновения компонент сейсмоэлектрического поля по трем осям соответственно, и проверяют условие

.

Далее сравнивают модули векторов напряженности по трем пунктам наблюдения и время их возникновения и при выполнении условия Ег(Е,Е5) и Tgj ТБ2 TEJ определяют границу рудного тела под вторым пунктом наблюдения.

Для выполнения указанного условия последовательно уменьшают расстояние (по профилю) между точками измерения до 3 м и повторяют всю технологическую последовательность операций для каждой точки измерений так, чтобы крайние пункты наблюдения совпадали между собой (одна точка перекрытия). Таким образом, при достижении условий E(Ei, ЕЗ) и Tg Tg2 ТЕЗ определяют точку пересечения исследуемого профиля с искомой границей рудного тела на поверхности. Далее проводят аналогичные исследования вблизи найденной точки, и тем самым прослеживают горизонтальную проекцию границы рудного тела, т. е. определяют контуры рудного объекта на поверхности Земли с достаточно высокой точностью.

На чертеже показана схема расположения измерительной установки на профиле наблюдений, пункты взрыва и соот0 ветствующие осциллограммы сейсмоэлектрических сигналов, зарегистрированные на одной из кимберлитовых трубок в зимнее время.

На чертеже обозначены пункт взрыва 1, точка измерения 2 (центр измерительной установки), искомая граница кимберлитового тела 3, исследуемый профиль 4-4, номера приемных датчиков и электрических каналов осциллограммы SK, 5у, бх, бу, 7у,7х.

В качестве приемных датчиков сейсмоэ0 лектрических сигналов в данной измерительной установке использовались две взаимно перпендикулярные пары стальных стержней электродов (расстояние между электродами 15 м), расположенные на поверхности Земли (ось У ориентирована профилю 4-4). 5 При такой схеме измерений приемными датчиками регистрируются горизонтальные компоненты градиента потенциала электрического поля (grad fx и grad Yy ) в каждом пункте наблюдения соответственно. Расстояние между пунктами наблюдения 20 м, пункт взрыва удален от первого пункта наблюдения также на 20 м.

Представленные осциллограммы получены в момент нахождения центра измерительной установки (датчики 6х и 6у) в указанной на рисунке точке измерения. На осциллограммах видно, что через 15 мс (Tpj Tf2 ТЕЭ 15 мс) всеми приемными датчиками измерительной установки (каналы 5у, 5х, 6у, 6х и 7у, 7х) регистрируется импульсный сигнал, при этом датчики, расположенные по осям X и У регистрируют соответственно компоненты grad УХ и grad Yy в каждом пункте наблюдения. Простым расчетом определяют горизонтальную составляющую модуля вектора напряженности электрического поля в каждом пункте наблюдения по формуле

ЕГОР.УС t-ad Ух)2 -I- (й-ас- у)

гор.)ч-(5о-8) VIS SOQ;

Itof-b V(20-9)4«5-3) 34425

I /

Егор.г-У(80-25)Ч (20-Mf V 4073400 и сравнивают

Ё гор. 2 ME гор-1 Frop- 3/

5ТЯ, ТЕ,ТЕВ

Следовательно, искомая граница рудного тела находится под вторым пунктом наблюдения.

1 е()|)ход11 и) отметить, что при выиолне ним аналогичных исследований на точках измерения, удаленных от. показанной на чертеже, на расстояние более трех метров (но профилю) неравенство Ejbf,j,7(Erofij; Егорл) нарушается, а время возникновения сейсмоэлектрического сигнала увеличивается. Таким образом, положение точки измерения (второй пункт наблюдения) над границей рудного тела определено с достаточной точностью. Пробуренная в данной точке скважина вскрыла границу кимберлитовой трубки, залегаюпяунэ на глубине 10 м.

Предлагаемый способ опробован в алмазоносной провинции как в зимних, так и в летних условиях, выявлена принципиальная возможность выделения кимберлитовых тел, глубина залегания которых не превышает 50 м. Следует отметить, что зарегистрированные сейсмоэлектрические сигналы граничных зон кимберлитовых тел имеют

частоту, соизмеримую с частотой сейсмических волн, проходящих через эти границы, следовательно, сейсмоэлектрические сигналы отличаются от соответствующих пьезоэлектрических как более низкочастотные.

По сравнению с известными способами предлагаемый обладает следующими преимуществами: измерение модуля вектора напряженности сейсмоэлектрического поля позволяет повысить точность определения

границ рудного тела; поисковые работы данным способом могут вестись как в щахтах, так и на поверхности Земли; при использовании поверхностных взрывов (без бурения специальных скважин) существенно снижается стоимость поисковых работ и

возрастает их мобильность.

Таким образом, предлагаемый способ сокращает трудовые и временные затраты при геофизических исследованиях и является надежным и экономичным.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ РУДНОГО ТЕЛА, заключающийся в возбуждении упругих колебаний и измерении градиентов потенциала электрического поля с последующим определением по результатам измерений границ рудного тела, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измеряют три взаимно перпендикулярных компоненты градиента потенциала электрического поля по крайней мере в трех пунктах наблюдений, размещенных вдоль прямой, и времена возникновения электрического поля Tg , Tta , ТЕЗ в каждом пункте, вычисляют по результатам измерений модули напряженности электрического поля в каждом пункте Е, Ej, ЕЭ и при выполнении условий Ед(Е1,Ез) и Т Tg T определяют границу рудного тела над вторым пунктом наблюдения. 5х -Ф- / i % --h )( Ф-.7Х 7j/ // СО оо