Устройство для горной разведки Советский патент 1935 года по МПК G01V3/04 

Изобретение относится к устройствам для горной разведки измерением сопротивления почвы между щупами. Для измерения этого сопротивления предлагается, согласно изобретению, применять две пары расположенных по одной прямой электродов. Каждая пара электродов соединена со своим источником тока. Щупы, соединенные с компенсатором, помещены между этими электродами.

На чертеже фиг. 1-4 изображают схемы применяемого по этому изобретению устройства и расположение электродов.

На местности отмечены семь точек ACMONDB (фиг. 1), лежащих по одной прямой и расположенных симметрично относительно точки О; в этих точках устроены заземления. Симметричные пары АВ, CD и MN соединены изолированным проводом. В цепь АВ введен последовательно источник постоянного тока Q и реостат R, в цепь С-источник Q и реостат , а в цепь MN- компенсатор Е. Если в цепи АВ идет ток /ив цепи CD ток Г 1 при расстояниях (фиг. 2) и ОС /7й и если при этом напряженность электрического поля в - точке О, определяемая по показаниям компенсатора, равна Е,

(180)

ТО удельное сопротивление определяется по известной формуле:

Е

.7+Т тВ случае однородной среды показания компенсатора ( V, I и /),

обработанные по этой формуле, должны дать одинаковую величину при различных отношениях ) к и при различных значениях d (разносах электродов).

г, ,/fОС

При p --q . е. когда -f - Q-)

мы должны получить напряжение поля, равное нулю и р неопределенное.

В однородной среде с удельным сопротивлением р потенциал точечного электрода (заземления) в точке на расстоянии X от него -выражается формулой

Р/

-V-

т.Х где /-сила вводимого в землю тока.

Напряжение поля Е - -. Если

4иА;2

электрод находится на границе между изолирующим и полупроводящим полуо / „ p / то p : -i-- и с пространствамиrtf , f и (или точнее где .). :й, причем В нашем случае х поле удваивается благодаря действию двух разноименных источников с обеих сторон А и. В. Поэтому Я----. Здесь /Г - вектор, отвечающий току / в цепи АВ. Если еще прибавить вектор .., прибавить вектор д.- , отвечающий электродам С r..+.1 и D, TO получим I (l J JL : P/ f-L I -S- ) .d p2 J T. P откуда кажущееся удельное сопротивление, т. е. удельное сопротивление, определяемое по напряжению поля при данной (условной) установке, без учета неоднородности среды Л . М ч- W Н- Если полупространство заполнено однородной средой, то величина совпадает с ее действительным удельным сопротивлением. В обычной электроразведочной практике принято называть кажущимся удельным сопротивлением условную величину, аналогичную р, которую мы обозначим через р. Эта величина определяется из наблюдений величин Ей в условно принятом раз навсегда поле электродов Л и 5, т. е. при помощи

ft -i-- со

рЛ

/ (2М)

Эта формула выводится из выражения для напряжения поля

Е - - получаемого, например, по методу изображений.

а-

р-7,Jda

(2M)p схемы AMNB, совпадающей с предлагаемой схемой ACMDB, но без цепи CD. При этом р - тс 2, Вышеприведенное определение кажущегося удельного сопротивления получается в результате распространения этого термина на условную величину К, отвечающую любой установке и удовлетворяющую условию- д р в однородной среде. В неоднородной среде величина р не совпадает с р„ (вообще говоря) и обе эти величины в физическом смысле являются условными, фиктивными. В случае /- - в однородной среде имеем 0 и а - Т. е. из опыта в этом случае Рд не определяется. Предлагаемая для оперирования третья - при условная величина р. р , + q этом дает нуль; она принимает вместе с Е значения, отличные от нуля, только при наличии неоднородностей в исследуемом пространстве. Практический интерес, представляемый величиной Рд, резко выступает в условиях горизонтального напластования пород. Как известно (см. напр., В. Р. Бурсиан. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. Г. Т. Т. И. 1933), для случая горизонтальной поверхности раздела на глубине между средами с удельными сопротивлениями Р и Р2 Но в нашем случае

/+00

E4-E

S rc,,.- 2 rf2 + (2M)f/

подставляя P - , получим й + ж P vn fc - 00 Подставляя это выражение t. ,., т или, вводя d

Если правильная дробь , то lgjPii lgjp + lg lgu -Д (Igrf)

Рд - P« lg -Pjlg« -A(lg6f)s Algrf- « илиТакова математическая интерпретация Практически это значит, что там, где обычная в электроразведочной практике кривая зондирования р :/(fif) дает максимумы, минимумы или горизонтальные участки, мы получим . Эти точки будут отвечать исследованию однородной толщи пород. Там, где кривая 8) Дает перегибы, величина р принимает экстремальные значения: максимумы, отвечающие поверхностям раздела с переходом от меньших удельных сопротивлений к большим, и минимумы, отвечающие обратным переходам. Если изучить экспериментальные кривые 1§рд /(lgf/), полученные в результате наблюдений по предлагаемому способу, то на этих кривых каждому пласту, действительно, отвечает одна точка lgp - 00 или глубокий минимум, и каждому горизонтальному контакту- -ОДИНмаксимум с направлением AF, совпа 5V 3- 3 -+ °°jt ,

V

, + (2Л/г)Г-у

ёР

(((lgd) . rfs + (2 /feA) d + (2 в формулу для р , получим: fc + oo -sri , - (2M)3f p2 cf2 -L- (2 /е/г) fe -a) ),(Р) (), (gd) еличины Рд. дающим или с / или с /, смотря по тому, каково изменение сопротивления пород с глубиной (увеличение или уменьшение). В первом случае максимум условно называется положительным, а во втором случае отрицательным. Следует отметить, что в случае неточной подготовки р- - q можно пользоваться приближенными поправочными формулами. В случае неоднородной среды распределение поля изменится и при этом же соотношении между р q мы можем получить некоторое значение Е и фиксировать величину d (Эта величина будет зависеть от разноса электродов АВ и CD и от характера неоднородности среды. Если, например, породы под дневной поверхностью на глубине Л разделены горизонтальной или полого падающей ,аз VJ г +/. - Рд-Р«- „Г Р Ра-PI 2+Pl Если менять значение d, то из данных полевых наблюдений сможем построить экспериментальную кривую зависимости (), которая при сраРд( d кривыми f I - I, внении с Pi hJ строенными для разных значений d по приведенной формуле, даст возможность определить глубину h поверхности раздела и удельное сопротивление пород, находящихся под ней В некоторых случаях будет удобно варьировать работу по предлагаемому способу следующим образом: а)удалять некоторые из электродов (S, D и Л/) в бесконечность (на большое расстояние); б)перемещать всю установку по направлению линии ACMNBD или перпендикулярно к этому направлению; в)производить при данном р несколько измерений при различных положительных и отрицательных значениях q. Кривая-- F(q), имеющая в логарифмическом масштабе форму замкнутой петли с четырьмя бесконечно удаленными точками, может быть полезна при интерпретации; г)помещать М и N вне электродов CD, или даже вне АВ; соединять вместе электроды В л D или С и и т. д.; д)ввести добавочные цепи, такие же как цепь С. Следует отметить, что в некоторых случаях вместо удаления какого-либо электрода в бесконечность, можно его поместить на конечном расстоянии, располагая его так, чтобы он не создавал разности потенциалов между точками /И и -ZV, чего, например, легко до/s - 00 L верхностью раздела, под которой электропроводность среды равна р2, то: fij2 | 4/5J /p2fl 2 4A2A3 стигнуть, поместив его в точку, делящую отрезок MN пополам. Однако, благодаря близости очень сильного поля точечного электрода В к точкам MN, незначительности неоднородности дневной поверхности при малейшей неточности в расположении измерительных электродов приведут к сильным искажениям результатов наблюдения. Поэтому вспомогательный электрод всего расположить на значительном расстоянии, симметрично относительно М VI N. Кроме того, имеет смысл его заменить двумя электродами (S, В, вместо В), расположенными симметрично относительно линии MN (фиг. 2). Если мало сравнительно с расстоянием 2d между питающими парами электродов, то вблизи точки О с- Д V с , где Д V есть разность потенциалов между точками М и N, измеряемая при помощи очень простой компенсационной схемы, известной в лабораторной практике (фиг. 4), на которой g-нульцейгер, в и Ъ-ползунковые контакты, а с-градуированный реостатпотенциометр. Затруднения, возникающие благодаря поляризационным явлениям, требуют применения отдельной схемы К, компансирующей разность потенциалов в точках УИ и iV до включения тока питающей цепи. Однако, непостоянство поляризованных явлений во времени требует одновременного замыкания разрыва d в цепи потенциометра и разрыва е в цепи питающего тока. В данном случае наличие трех отдельных цепей (двух питающих и одной измерительной) требует применения тройного синхронного включателя. СледуеТ; однако, заметить, что предположения 0 и (р - 1)- О совсем не обязательны и практически, вполне естественно, не должны быть ссблюдены. Тем не менее ничто принципиально не меняется. Это приводит лишь к некоторому усложнению 1

мул. При не очень больших - и

АВ W

не очень большой разности (р -1) -

обработка результатов наблюдений может быть произведена по простым предельным формулам, причем погрешности лежат за пределами точности измерения.

Можно объединить источники питания и в точках разветвления включать распределительные реостаты с нульцейгерами g или же пользоваться диференциальным индикатором тока (гальванометр с двойной обмоткой-см. фиг. 3.

Предмет изобретения.

Устройство для горной разведки определением сопротивления почвы между заземлениями, отличающееся применением расположенных по одной прямой линии двух пар АВ и CD электродовщупов, соединенных каждая пара со своим источником постоянного тока, между каковыми электродами помещены щупы М л N, соединенные с компенсатором Е.

Лит.

д I

rriLbC

iw

с fiOH

I{i.-VWyvVS

IwvvWVA.WVVJ

ff}J

a b

4иг4

HOl CS