Способ геоэлектроразведки Советский патент 1981 года по МПК G01V3/02 

(54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к геофизичес кой разведке рудных месторождений полезных ископаемых. Известен способ для поисков и разведки рудных тел, использующий электрохимические процессы, возникающие при пропускании тока через горные породы. На границе различных минералов с растворами, содержащимися в порах горных пород, при.пропускании тока возникают электрохимичес сие процессы, которые могут быть зарегистрированы в форме поляризационных кривых, По параметрам электрохимических реакций, нашедших отражение на поляризационшзпс кривых, можно судить о минеральном составе и величине поверхности рудных тел, о количестве каждого минерала в рудных телах р. Недостаток этого способа - низкая разрешавддая способность измерений. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является контактный спо соб поляризационных кривых, заключагош;1 йся в последовательном возбуткдении электрохимических реакций на границе рудного тела с вмещаюпрп и породами при постепенном изменении величикь тока, регистрации и изуче ши поляризационных кривых. Потенциалы электрохимических реакций позволяют определить минеральный состав, а предельные величины токов дать количественную оценку поверхности рудного тела и наличия каждого электропроводящего минерала в рудном теле рJ. . Недостаток этого способа заключается в том, что потенциал электрохимической реакции, нашедшей отражение на поляризационной кривой, является единственным признаком, по которому определяется наличие того или иного ьшнерала в рудном теле. Кроме того, существенно влияние сопротивления измерительной цепи, так как на потенциал минерала, характеризукщий непосредственно электрохимз1ческуго реакя цию, при пропускании тока в цехш наклафшается сумма падений напряжения 4.ли 3 на отделышх участках цепи, которые полагаются линей}|ыьш относительно тока компенсация| йУ с помощью генератора разности потенциалов требует неоднократной записи одной и той же поляризационной кривой. Кнтерцретация поляризацонных 1фивь Х затруднена также из-за влияния причин электрохШШческого характера, связанных с многостадийностью и близостью потенциалов отдельных электро™ Зш iичecкиx реакций, сопровождающихся активационным перенапряжением и различивши видами поляризации. Цель изобретения - повышение точности измерений, Поставленная цель достигается тек что согласно способу, оснонанному на пропускании через нccлeдye atй объект постепенно изменяющегося электрического тока и измере}ши зависимости меж ду величиной тока и измеряе/мым потенциалом, пропускаемый ток yBejm4isBaioT ступенчато, после, заданного интервал времени в каждой ступеш его выключают, измеряют напрйжег-ше вызванной ,поляризации (ВП), а после достижения максимального тока - параметры ВП при саморазряде, затем вновь пропускают ступенчатый ток протквоположкой полярности и измеряют поляризациотш кривые и параметры вызванной поляризации, по которым строят кривые анодной, катодной и суммарной нелинейной вызванной поляризации и судят о мине ральном составе и пористости объекта Это позволяет повысить достовер ность интерпретации результатов щте неоднократного отражения каждой элек рохимической реакции на нескольких кривых: на поляризационной кривой кривой зависимости величи потенциа ла поляризации рудного тапа от велич ны пропускаемого тока. на кривой выз ванной поляризаций (ВП) кривой зави симости величины поляризации рудного тела через определенный промежуток времени при кратковременном вьислючении тока от величи№1 пропускаемого на кривой ВП при пропускании тока противоположной полярности; иа криках суммарной нелинейной вызванной поляризации (НБП)| на кривых саморазряда. Кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации являются новым пр 4 знаком для определения минерального состава и пористости рудного тела. На кривых вызванной поляризации устранено, влияние сопротивления электрической цепи и улучшена возможность дифференцирова шя электрохимических реакций, близких по значению потенциала. На фиг,1 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа в лабораторных условиях} на фиг.2 и 3 - кривые отражанзщие последовательность осуществления предлагаемого способа на примере поляризации пирита и гранита соответственно; на .4 кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации для трех групп образцов: пирит и медно-колчеданная руда. Платина и плотные углеродистые образщя, пористые графиты. В устройстве для ос тцествления способа источником постоянного поляризующего тока служит батарея. Включение тока и изменение направления тока в цепи производят ключами. Величину поляризующего тока в цепи АВ устанавл1-1вагот переменным сопротивлением 2 и измеряют прибором 3. Лия пропускают тока через исследуемое рудное тепо 4 (на схеме исследуемый электрод) и электролит используют вспомогательньй платиновый электрод .5 и солевые мостики 6, Величину поляризации исследуемого электрода относительно насыщенного каломельного электрода 7 измеряют вольтметром 8, используя при этом цепь MN. Коммутирующее устройство 9 позволяет включать и выключать поляризующий ток в цепи АВ, переключать чувствительность измерительного канала одновременно с выключением цепи АВ. Оно обеспечивает Отсчет значения вызванной поляризации исследуемого электрода 4 через определенный промежуток времени после выключения тока. Коммутирующее устройство 9 снабжено компенсатором поляризации. Способ осуществляется следующим образом. Исследуемый минеральный электрод после предварительной чистки помещают в электролит. Значение потенциала минерального электрода 4 выдержанного в электролите в течение суток, измеренное относительно насьпце шого каломельного электрода 7, прикит ают за стащ онарное. Перед снятием поляризационных кривых стационарный потенциал электрода 4 записывают, а затем тш ательно компенсируют, используя для этого кo ffleнcaтop поляризации. В цепи АВ переменным сопротивлением 2 устаналивают определенное значение тока, который пропускают через исследуемый минеральный электрод 4 и вспомогательный платиновый электрод 5 в течение 2 мин. Этого промежутка времени обычно достаточно для стабилизации потенциала электрода 4. Так как стационарное значение потенциала электрода 4 компенсируют перед пропусканием тока, то ламповым вольтметром 8 измеряют знчение поляризации электрода 4, т.е. изменение потевдиала электрода 4 от-, носительно стационарного значения. Регистрируют значение тока и значение поляризации электрода 4 во время пропускаршя тока.

Выключают ток в цепи АВ, отмечают значение поляризации обесточенного электрода 4 через определенный промежуток времени после выключения тока, используя цепь MN. Затем вновь замыкают цепь АВ, устанавливают следующее значение величины тока, вьщерясивают электрод 4 при этом токе в течение двух минут, отмечают значение потенциала поляризацииэлектрода 4, выключают ток, измеряют опять значение поляризации обесточенного электрода 4. Таким же образом получают все другие точки для построения поляризационной-кривой и кривой вызванной поляризации. Поделив величиьгу тока на площадь видимой поверхности электрода 4, получают значения плотности тока, для которых известны значения поляризации электрода 4 во время пропускания тока и через опреде-пенньй интерва времени после выключения тока. При низких плотностях тока (малая поляризация) для построения кривых получают 10-15 точек, при высоких плотностях тока (полная поляризация) поляризацию электрода 4 начинают при значениях тока, которые соответствуют двум последним точкам малой поляризации, и заканчивают снятием трех-четырех точек после начала выделения газообразных продуктов электролиза. Последняя точка на кривой вызванной поляризации является начальной точкой при наблюдении кривой саморазряда. Для следующих точек кривой саморазряда значения поляризации электрода 4 отмечают через 5,10,20,30,60,120,180,24 300 с после вы1и1ючения тока.

Затем изменяют направление тока а цепи АВ и снова получают поляризационную кривую, кривую вызванной поляризации и кривую саморазряда. Направление тока, при котором наблюдаеся положительная поляризация электрода (tAM) , соответствует анодной поляризации, а противоположное направление тока - катодной поляризации (-ДЦ) . Точки для кривой суммарной нелинейной вызванной поляризации получают цутем алгебраического сложения значений анодной и катодной поляризации электрода дЧонвп одинаковых плотностей тока при поляризации и одинаковых моментов времени при саморазряде электрода.

Анализируя кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации, судят о минеральном составе и пористости рудного тела.

Опытная проверка способа проводит в лабораторных условиях на примере исследования поляризации пирита (фиг.2) и пористого графита (фиг.З) при низких плотностях тока и на примере анагтза кривых суммарной нелинейной вызванной поляризации в широких пределах изменения плотности тока (фиг.4)для трех групп образцов: пирит (кривая 10) и медно- колчеданна руда (кривая 10, платина (кривая 12 ч плотные углеродистые образ1ц 1 (кривые 13,14), пористые графиты (кривые 15,16). Исследуемые образцы пирита имеют площадь видимой поверхности 0,2 см ,графита - 0,25 см В 1 ачестве электролита используют 0,J N раствор . Измерения вызван- ной поляризации исследуемых образцов производят через 1 с после вьпспючения тока.

Исследования поляризации пирита и пористого графита (фиг.2 и 3) показывают следующее. По поляризациоиньм кривым 10 для пирита (фиг.2) можно отметить одну анодную(,25 В)и две катодные -. Д 0,12 В и-Д 0,30 В) электрохимические реакции, а для пористого графита (фиг.З) практическая нельзя отметить ни одной электрохимической реающи. Облик поляризационных кривых повторяют кривые вызванной поляризации 11, по которым также можно отметить для пирита анодную ( & Ч 0,15 В) и две катодные С-йЧ4-0,13 0,27 В) электрохимические реакции. Так как кривые

вызванной поляризации уже не испытывают влияния сопротивления измерительной цепи, ступени на них получаются более четкими.

На анодной кривой вызванной поля- 5 ризации пирита для одной ступени ( + Ч|),15 В) имеются три области равного потенциала(,16 Е+д. - 0,17 В ,4 0,19 В ; которые могут характеризовать три электрохимичес- ю кие реакции, близкие по значению потенциала, или являться отражением отдельных стадий одной электрохимической реакции, В любом случае для изучения сложной природы анодного 15 процесса на пирите области равного потени иала указывают на то, при каких плотностях тока необходимо прежде всего исследовать продукты электрохимических реакций.20

Катодным кривым 11 вызванной по ляризации пирита и графита почти симметричны катодные кривые 17 саморазряда. На катодной кривойсаморазряда для пирита так же, как и на ка- 25 тодной кривой вызванной поляризации, находят отражение две электрохимические реакции. По кривым саморазряда графит обладает пониженной скоростью спада как анодной, так и катодной 30 поляризации по сравнению с пиритом. Наибольшее различие между пиритоми графитом можно установить по кривым 12,18 суммарной нелинейной вызванной поляризации, построенным по кри- 35 вым 11 вызванной поляризации и кривым 17 саморазряда. Д)7я пирита кри- I

вые суммарной нелинейной вызванной поляризации лежат в области отрицательных значений поляризации и по облику напоминают катодные кривые вызванной поляризации и саморазряда. Для графкта кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации лежат в .области положительных значений поляризации и по 5 облику схожи с анодными кривыми вызванной поляризации и саморазряда, Например, при плотности тока, равной 200 мкА/см суммарная нелинейная вызванная поляризация пирита имеет зна- 50 чение Д снвп 20 ,72 В, а для гра

фитач-йЧсивп 265 ,2б5 В,

От значений поляризации, характе. ризующих злектрохимические реакции, нетрудно перейти к значению потенциа- 55

лов этих реакций -Чcтt u, значение стационарного потенциала фиксируется в самом начале измерений.

В известном контактном способе поляризационных кривых определяют наличие минерала в рудном теле только по потенциалам ступеней на поляризационных KpHBibix, При этом необходимо выполнить компенсацию суммы падений напряжения на отдельных участках измерительной цепи. Качественная компенсация требует неоднократной записи одно и той же поляризационной кривой.

Анализ кривых суммарной нелинейной вызванной поляризации, представленных на фиг.4, позволяет установить следующее.

При малой пол яр из.ации до (100 мкА/cN) пирит и медно-колчеданная руда имеют отрицательную суммарную нелинейную поляризацию, которая по абсолютной величине сначала медленно возрастает до 100 мВ при 60 мкА/см j а затем быстро - до 400 м при 100 мкА/см . Положительная суммарная нелинейная вызванная поляризация плотных углеродистых образцов сразу резко возрастает, проходит через максимум + (200-300) мВ в области 50 ivficA/CM, а затем уменьшается до нуля при 100 мкА/см . Для пористых графитов суммарная нелинейная вызванная поляризация по величине не превьшает 5Q мВ и может изменять знак с положительного на отрицательный и наоборот.

По кривым суммарной нелинейной вызванной поляризации можно разделить образцы на пиритовые и графитовые, а графитовые образцы подразделить на плотные и пористые.

Кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации для пирита и медноколчеданной руды отличаются тем, что они лежат только в области отрицательных значений поляризации и имеют две ступени соответственно ступеням на катодных кривых вызванной поляризации. Кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации для графитов имеют максимум в области положительных значений поляризации: крутой в области низких плотностей тока для плотных графитов, пологий в области высоких плотностей тока дпя пористых графитов.

Таким образом, анализируя кривые суммарной нелинейной вызванной .поляризации для групп образцов можно достоверно судить о минеральном составе и пористости образцов.

Использование предпагзймого способа позволяет построить кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации и повышает, в конечном итоге, достоверно,сть определения минерального сое тава и пористости рудных тел, не требуя дополнительных затрат.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, основанный на пропускании через исследуемый объект постепенно изменяющегося электрического тока к измерения зависимости между величиной тока и измеряемым потенциалом, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, пропускаемый ток увеличивают ступенчато, после заданного интервала времени в каждой ступени ток выключают и измеряют напряжение вызванной поляризации ЧВП), а после достижения максимального тока - параметры ВП при саморазрядке, затем вновь пропускают ступенчатый ток противоположной полярности и измеряют поляризационные кривые и параметры вызванной поляризации, по которым строят кривые анодной, катодной и суммарной нелинейной вызванной поляризации и судя о минеральном составе и пористости объекта.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Рысс Ю.С. Поиски и разведка руд-ных тел контактным способом по-г ляриза1 ионных кривых. Л., Недра, 1973, с.168 (прототип). & & ЧЭ S « & «5 J4j