Sondaj electric vertical

Sondajul electric vertical ( VES ) este o metodă de explorare geofizică. Se referă la explorarea electrică , este inclusă în grupul de metode de rezistență (curent continuu). De regulă, metoda este implementată cu o configurație Schlumberger simetrică clasică cu patru electrozi (AMNB), constând din 4 pini metalici împământați galvanic - electrozi [1] , mai rar cu o configurație Schlumberger combinată cu trei electrozi (AMN + MNB). Câmpul electric este creat în linia de alimentare, constând din 2 electrozi de alimentare (A, B) conectați la un generator de curent electric continuu sau de joasă frecvență [2]. Doi electrozi ai liniei de recepție (M, N) sunt utilizați pentru a măsura diferența de potențial a câmpului electric secundar al mediului geologic studiat. Metoda folosește principiul geometric al sondajului - adâncimea de penetrare a câmpului DC depinde de distanța (împrăștierea) dintre electrozii de alimentare și de recepție (AM sau BN).

Sondajul vertical se realizeaza prin cresterea succesiva a distantei liniei de alimentare (AB) si masurarea la fiecare distanta a rezistivitatii aparente, parametru eficient de prospectare electrica care depinde atat de distributia rezistivitatii electrice in sectiune cat si de tipul si distantarea înființat. În acest caz, separarea liniei de recepție rămâne constantă sau crește după caz ​​când diferența de potențial măsurată devine prea mică.

Sondarea electrică verticală se efectuează, de asemenea, fără contact - folosind o sursă de curent electric alternativ și o linie de alimentare neîmpământată [1] .

Istoria metodei și contextul

Condițiile preliminare pentru utilizarea metodei pot fi numite baza teoretică destul de simplă, dacă nu primitivă, precum și distribuția largă a mediilor geologice stratificate orizontal în natură. Prima a oferit o apariție relativ timpurie a metodei - a fost creată una dintre primele datorită evidenței sale, a doua - aplicare largă și utilizare practică în căutarea depozitelor și depozitelor.

Interpretarea datelor VES (și, de asemenea, VES-VP ) se realizează în cadrul modelului stratificat orizontal menționat. Fiecare strat al modelului este definit de un set de proprietăți: putere, rezistivitate și polarizabilitate.

Deoarece solul nu este niciodată perfect omogen, nu are nicio rezistență electrică constantă care să poată fi utilizată în calcule. Rezistența reală poate fi măsurată la un moment dat, dar dacă este măsurată foarte aproape, literalmente la 10 metri distanță, cu siguranță va fi aproape, dar diferită. Din acest motiv, se măsoară așa-numita „rezistență aparentă” ( RC ). Aceasta este valoarea rezistenței - o anumită valoare medie pe care o anumită rasă ar avea-o dacă ar fi omogenă.

Chiar și în secolul al XXI-lea, când tehnologiile electronice sunt folosite în aproape cele mai brute zone ale activității umane, munca asociată cu VES este încă în cea mai mare parte fizică. Din echipament, se folosește o sursă de curent (un generator de curent continuu sau curent alternativ de joasă frecvență situat în mașină), golfuri uriașe de cablu electric și electrozi metalici primitivi (pini puternici care sunt introduși în pământ înainte de măsurare). Forța de muncă ieftină vă permite să scoateți în mod repetat electrozii de alimentare de la sol, repetând operația pe o suprafață mare și cu o distanță crescută.

Informații generale

Scopul metodei este de a măsura rezistența aparentă într-un punct imaginar O. În apropierea acestuia, doi electrozi de măsurare sunt introduși în pământ (se numesc electrozi de recepție). Potențialul este măsurat între ele, electrozii înșiși sunt notați cu literele M și N. Deoarece în sol nu există curenți electrici naturali , acești curenți trebuie creați artificial pe durata măsurării - pentru aceasta, încă doi electrozi sunt plasați la o anumită distanță de punctul de măsurare, care sunt conectați la un generator de curent electric. Acești electrozi se numesc electrozi de alimentare și sunt notați cu literele A și B. O parte din curentul care curge din ele se „pierde” în rocă datorită rezistenței sale, iar valoarea sa afectează doar potențialul care este îndepărtat de la electrodul M și N.

Întreaga combinație de electrozi A , B , M , N , precum și punctul O , generatorul de curent și firele de legătură se numește instalație VES . În acest caz, cuvântul „instalare” în sensul sensului este un sinonim pentru cuvântul „dispozitiv” sau „echipament”.

În ciuda rugozității aparente a metodei, acuratețea acesteia este destul de suficientă pentru utilizare practică, iar adâncimea studiului este destul de mare. Desigur, curentul va tinde să meargă de la electrodul A la electrodul B pe calea cea mai scurtă (în sensul electric al cuvântului), dar adâncimea de penetrare a acestuia poate fi mărită prin creșterea distanței dintre acești electrozi.

Esența metodei constă tocmai în faptul că în apropierea punctului O se fac mai multe măsurători pe rând la distanțe diferite între electrozii de alimentare AB . Cu primul dintre ei, electrozii A și B sunt relativ aproape de acesta, cu al doilea sunt scoși și duși mai departe, lovind din nou în pământ. Apoi operațiunea se repetă iar și iar, iar distanța maximă poate ajunge uneori la mulți kilometri! După finalizarea măsurătorilor, punctul O este transferat într-o nouă locație și măsurătorile sunt repetate.

La măsurare, este necesar să se asigure că raportul dintre distanța AB și MN nu este prea mare (nu mai mult de 20), altfel tensiunea măsurată la MN va fi prea mică și, ca urmare, nivelul de zgomot va fi prea mic. înalt. Pentru a evita acest lucru, distanța MN este uneori mărită .

De regulă, punctul O este mijlocul instalației, iar electrozii de primire și de alimentare sunt amplasați simetric față de acesta. Această configurație se numește simetrică. Figura arată schematic principiul de funcționare a unei astfel de instalații. Există însă și alte scheme de instalare, inclusiv cele asimetrice.

Justificare teoretică

Instalațiile VES nu sunt complet interschimbabile. În practică, aceasta înseamnă că măsurătorile efectuate la un anumit loc folosind o instalație vor diferi de cele efectuate de o altă instalație. Cu toate acestea, acest lucru nu provoacă dificultăți semnificative, deoarece există un anumit număr care ia în considerare influența instalației asupra măsurării. Se numește coeficient de instalare și se calculează geometric din dimensiunile instalației în sine. Factorul de instalare este determinat de formula:

unde r  este distanța dintre electrozi.

După calcularea coeficientului de instalare, puteți trece la calculul rezistenței aparente (ρ la ). Pe baza măsurătorilor obținute mai devreme când electrozii de alimentare A și B sunt separați , se calculează după cum urmează:

unde k este coeficientul de instalare,  este diferența de potențial dintre electrozii M și N ,  este curentul în linia AB .

Interpretarea datelor obţinute se realizează pe baza dependenţei ρ k (AB/2). Anterior, pentru interpretare se foloseau palete speciale. Numărul lor a fost atât de mare încât au alcătuit cărți întregi de referință. În prezent, se folosesc programe informatice pentru prelucrarea datelor din teren. Interpretarea se realizează în moduri manual, semi-automat și automat. Problema luării în considerare a frecvenței curentului este rezolvată într-o serie de programe.

Electrozii utilizați în linia de recepție sunt adesea fabricați din fire de alamă sau cupru. Un strat electric dublu apare la contactul dintre electrod-mediul sol, în urma căruia apare o EMF de polarizare între electrozii receptori . EMF de polarizare are valori mici de ordinul μV-mV, cu toate acestea, poate afecta în mod semnificativ precizia măsurării. Există diferite metode pentru a compensa sau elimina distorsiunea asociată cu acest efect.

Curentul continuu este rar utilizat pentru măsurători, se folosește în principal curent alternativ de joasă frecvență . Această abordare vă permite să utilizați teoria de calcul pentru curent continuu și, în același timp, să obțineți o serie de avantaje:

Pentru a evita pickup-urile inductive în circuitul de recepție și în pământ, acestea tind să folosească un curent alternativ de cea mai mică frecvență posibilă. În Rusia, se utilizează o frecvență de 4,88 Hz și mai mică.

Software gratuit pentru rezolvarea problemelor VES directe și inverse

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 Gruzdev Roman Viktorovici. Posibilitatea utilizării metodei măsurătorilor fără contact a câmpului electric în modificarea sondajului în studii inginerești și geologice.Buletinul  Universității de Stat Transbaikal. - 2018. - T. 24 , nr. 5 . — ISSN 2227-9245 .
  2. ↑ Andrei Aleksandrovici Ivanov, Konstantin Valerievici Novikov, Petr Viaceslavovici Novikov. Atelier de laborator de prospectare electrică . — Universitatea de Stat de Prospecție Geologică din Rusia. S. Ordzhonikidze.

Literatură