Способ геоэлектроразведки

 

Союз Соэотсиим

Соцнапистичеснин республик

<»>857896 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 18.07. 78 (21) 2645872/18-25 с присоеаииение>и заявки М— (23) Прноритет—

Опубликовано 23; 08. 81, Бюллетень М 31

Дата опубликования описания 25.08.81 б

601 V 3/02 й>еударстванть>й квинтет

СССР ао делам нмбратеннй н открытнй (5З) УДК550 ° 837 (088. S) (72) Автор изобретения

Л. П. Кфер ева

Свердловский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. В. В. Вахрушева (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к геофизической разведке рудFB>Ix 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 электрохимнческие про10 цессы, которые могут быть зарегистрированы в форме полярязационных кривых.

По параметрам электрохимических реакций нашедших отражение на поляризаЭ т5 ционных кривых, можно судить о минеральном составе и величине поверхности рудных тел, о количестве каждого минерала в рудных телах (1 1.

Недостаток этого способа — низкая .

20 разрешающая способность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому

-по технической сущности и достигаемому результату является контактный способ поляризационных кривых, заключатощийся в последовательном возбуждении электрохимических реакций на границе рудного тела с вмещающими породами при постепенном изменении величины тока, регистрации и изучении поляризационных кривых. Потенциалы электрохимических реакций позволяют определить минеральтый состав, а предельные величины токов дать количественную оценку поверхности рудного тела и наличия каждого электропроводящего минерала в рудном теле (2 .

Недостаток этого способа заключа- ется в том, что потенциал электрохимической реакции, нашедшей отражение на поляризационной кривой, является единственным признаком, по которому определяется наличие того или иного минерала в рудном теле. Кроме того, существенно влияние сопротивления измерительной цепи, так как на потенциал минерала, характеризующий непосредственно электрохимическую реард

3 8578 .цию, при пропускании тока в цепи накладывается сумма падений. напряжения

L ЬО ) иа отделыых участках цепи, которые полагаются линейными относительно тока, компенсация (5 U1 ) c помощью генератора разности потенциалов требует неоднократной записи одноЙ H той же поляриз ацнонной KpH= вой. Рчтерцретация поляриз ацонных кривых затруднена также из-за влияния yg причин электрохимическсго характера, связанных с многостадийностью и близостью потенцишов отдельных электроХимических реакций„ сопровождающихся активациОнным перенапряжением и раз я личными Видами ПОляризации»

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Пос; ИВленная цель достигается тему чтО сОгласнО спОсобу, ОснОванному на 20 пропускании через исследуемый Объект постепенно изменяющегося электрического тока и измерении зависимости между величиной тока и измеряемьг1 потенциалОм, пропускаемый тОК увеюпРхивяют 2 ступенчато ПОсле заданнОгО интервала времени в каждой ступени его выклк чают, измеряют напряжение Вызванной ,поляризации (ВП), а посл достижения максимального тока - параметры ВП при саморазряде, затем вновь пропускают ступенчатый чок противоположной полярности н измеряют палярнзациогшые кривые и параметры выэганной поляризации, по которым строят кривые анод- 35 ной, катодной и суммарной нелинейной

ВызВаннОЙ пОляризации H c äÿò О минеральном составе и пористости объекта.

Это позволяет повысить достовер-ность интерпретации результатов путем неоднократного отражения каждой электрохимической реакции на нескольких кривых: на поляризах ионной кривой— кривой зависимости величины потенциа.-" ла поляризации рудного тела от величи- 5 ны пропускаемого тока;, на кривой вызванной поляризации (ВП)- кривой зависимОсти Величины пОляризацин pудногo тела через определенный промежуток времени при кратковременном выключе- 50 иии тока от величины пропускаемого тока на кривой ВП при пропускании

1 тока противоположной полярности; на

KpHBhlx суммариОЙ нелинейной вызВан ной поляризации (НВП); на кривых саморазряда.

Кривые суммарной нелинейной выэ" ванной поляризации являются новым прнзнаком для определения минерального состава и пористости рудного тела.

Ба кривых вызванной поляризации устранено. влияние сопротивления.электрнчесКОЙ цепи и уну виена ВозмОжнОсть диф» ференцирования электрохимических ре« акций„ близких по значению потенциала.

На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа в лабораторных условиях, на фиг.2 и 3 — кривые отражающие последовательность осуществления предлагаемого способа на примере поляризации пирита и графита соответственно; на фиг.4 — кривые суммарной нелинейной выэвачной поляризации для трех групп образцов: пирит и медно-колчеданная руда платина и плотные углеродистые образцы, пористые графиты.

В устройстве для осуществления способа источником постоянного поляризующего тока служит батарея1. Включение гока и изменение направления тока. в цепи производят ключами. Величину поляризующего тока. в цепи АВ устанавливают переменным сопротивлением 2 и измеряют прибором 3, ля пропускания тока через исследуемое рудное тело 4 (на схеме исследуемый электрод} и электролит используют вспомогательный платиновый электрод .5 и солевые мостики 6. Величину поляризации исследуемого электрода относительно насыщенного каломельного электрода 7 измеряют вольтметром 8, используя прн этом. цепь ИИ. 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 комненсатором поляризации.

Способ осуществляется следующим обр азом.

Исследуемый минеральный электрод после предварительной чистки помещают в электролит, Значение потенциала минерального электрода 4 выдержанного в электролите в течение суток, измеренное относительно насыщенного каломельного электрода У, принимают за стационарное. Перед снятием поляриза- ционных кривых стационарный потенциал электрода 4 записывают, а затем тща 857896 тельно компенсируют, используя для этого компенсатар поляризации. В цепи

АВ переменньм сопротивлением 2 устанавливают 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 стационар- 1а ное значение потенциала электрода 4 компенсируют перед пропусканием така, то ламповым вольтметром 8 измеряют значение поляризации электрода 4, т.е. изменение потенциала электрода 4 ат-. 15 носительно стационарного значения. Регистрируют значение тока и значение поляризации электрода 4 ва время прапускания тока.

Выключают ток в цепи АВ, отмечают щ значение поляризации обесточенного электрода 4 через определенный промежуток времени после выключения тока, используя цепь HN. Затем вновь замыкают цепь АВ, устанавливают следучс- 25 щее значение величины тока, выдерживают электрод 4 при этом таке в течение двух минут, отмечают значение . потенциала поляризации электрода 4, выключают ток, измеряют опять значе- )p ние поляризации обесточенного электрора 4. Таким же образом получают все другие точки для построения поляризационнай кривой и кривой вызванной поляризации. Поделив величину тока íà 35 площадь видимой поверхпости электрода

4, получают значения плотности тока, для которых известны значения поляризации электрода 4 ва время пропускания тока и через определенный интервал4О времени после выключения тока. При низких плотностях тока (малая поляризация) для построения кривых получают

10-15 точек, при высоких плотностях тока (полная поляризация) поляризацию a$ электрода 4 начинают при значениях тока, которые соответствуют двум последним точкам малой поляризации, и заканчивают снятием трех-четырех тачек после начала выделения газообраз- 50 ных продуктов электролиза. Последняя тачка на кривой вызванной поляризации является начальной точкой при наблюдении кривой саморазряда. Для следующих точек кривой саморазряда 55 значения поляризации электрода 4 отмечают через 5,10,20,30,б0, 120,180,240

300 с после выключения тока.

Затем изменяют направление тока в цепи ЛВ и снова получают поляризационную кривую, кривую вызванной поляризации и кривую самараэряда. Направление тока, при котором наблюдается положительная поляризация электрода (1 ЬМ), соответствует аноднай поляризации, а противоположное направление тока - катодной поляризации (- ) . Точки для кривой суммарной нелинейной вызванной поляризации получают путем алгебраического сложения значений анодной и катодной поляризации электрода Ь онап=+ и -аМ дпя 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 проводится

s лабораторных условиях на примере исследования поляризации пирита (фиг.2) и пористого графита (фиг.3) при низких плотностях тока и на примере анализа кривых суммарной нелинейной вызванной поляризации в широких пределах изменения плотности тока (фиг.4)для трех групп образцов. пирит (кривая 10) и медно- колчеданная руда (кривая 11), платина (кривая 12) ч плотные углеродистые образцы (кривые 13,14), пористые графиты (кривые 15,16). Исследуемые образцы пирита имеют площадь видимой поверхности 0,2 см,графита — 0,25 см В

2 качестве электролита используют О,l

Й раствор Йа2 504. Измерения вызванной поляризации исследуемых образцов производят через 1 с после выключения тока.

Исследования поляризации пирита н пористого графита (фиг.2 и 3) показывают следующее. По.поляризационнъм кривым 10 для пирита (фиг.2) можно отметить одну анодиую (+69=-0„25 В)и две катодные (-Ь g< 0,!2 В и-М =

=.0,30 В) электрохимические реакции, а для пористого графита (фиг.3) практически нельзя отметить ни одной электрохимической реакции. Облик поляриэационных кривых повторяют кривые вызванной поляризации 11, по которым также можно отметить для пирита анодную (Ь 9 = О, 15 В) и две катодные

f-М.1= 0,13 и 69g 0,27 В) электрохимические реакции. Так как кривые

85789 выэваннои поляризации уже не испытывают влияния сопротивления измерительной цепи, ступени на них получаются более четкими.

На анодной кривой вызванной поляризации пирита для одной ступени (+ ф0,15 В) имеются три области равного потенциала(ФЬЧ =0,16 В+ЬЧ =

И г

О, l 7 В,+ Ь9 О, 19 В ) которые могут характеризовать три электрохимичес- 1О кие реакции, близкие по значению потенциала, или являться отражением отдельных стадий одной злектрохимической реакции. В любом случае дня изучения сложной природы анодного $5 процесса на пирите области равного потенциала указывают на то, при

I каких плотностях тока необходимо прежде всего исследовать продукты электрохимических реакций. 20

Катодным кривым 11 вызванной поляризации пирита и графита почти симметричны катодные кривые 17 саморазряда. На катодной кривой саморазряда для пирита так же, как и на ка- 25 тодной кривой вызванйой поляризации, находят отражение две электрохимические реакции. По кривым саморазряда графит обладает пониженной скоростью о спада как анодной, так и катодной поляризации по сравнению с пиритом.

Наибольшее различие между пиритоми графитом можно установить по кривым

12,18 суммарной нелинейной вызванной поляризации, построенным по кри" вым 1! вызванной поляризации и кривым 17 саморазряда. Дпя пирита кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации лежат в области отрицательных значений поляризации и по облику Ж напоминают катодные кривые вызваннои поляризации и саморазряда. Для графита кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации лежат в .области положительных значений поляризации и по облику схожи с анодными кривыми вызванной поляризации и саморазряда. Например, при плотности тока, равной

200 мкА/см суммарная нелинейная вызванная поляризация пирита имеет значение-Иснбп=?20 мВ=0,72 В, а для графита+ь9сн ш = 265 мВ=0,265 В.

От значений поляризации, характеризующих электрохимические реакции, нетрудно перейти к значению потенциа- >5 лов этих реакций Р=Ч с „Ф ф так как значение стационарного потенциала фиксируется в самом начале измерений.

6 8

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

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

При малой поляризации до (100 мкА/см "/ пирит и медно-колчеданная руда имеют отрицательную суммарную нелинейную поляризацию, которая по абсолютной величине сначала медленно возрастает до 100 мВ при 60 мкА/см а затем быстро до 400 мВ при

100 мкА/см . Положительная суммарная нелинейная вызванная поляризация плотных углеродистых образцов сразу резко возрастает, проходит через максимум + (200-300) мВ в области

50 мкА/см, а затем уменьшает я до нуля нри 100 мкА/см . Для пористых графитов суммарная нелинейная вызванная поляризация по величине не превышает 50 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 графиl тов имеют максимум в области положительных значений поляризации: крутой в области низких плотностей тока для плотных графитов, пологий в области высоких плотностей тока для пористых графитов.

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

85789

Использование предлагаемого способа позволяет построить кривые суммарной нелинейной вызванной поляризации и повышает, в конечном итоге, достоверность определения минерального сос- з тава и пористости рудных тел, не требуя дополнительных затрат.

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, осно- 1О ванный на пропускании через исследуемый объект постепенно изменяющегося электрического тока и измерения зависимости между величиной тока и измеряемым потенциалом, о т л и — Л ч а ю шийся тем, что, с целью повышения Точности измерений, пропускаемый ток увеличивают ступенчато, после заданного интервала времени в каждой ступени ток выключают и из- 20

6 10 меряют напряжение вызванной поляризации (ВП), 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 судят о минеральном составе и пористосуи объекта.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N- 360630, кл. 501 V 3!ОО, 1913.

2. Рысс Ю.С. Поиски н разведка рудных тел контактным способом поII 11 ляризационных кривых. Л., Недра

1973, с. 168 (прототип) .

85У896!

Составитель В. Зверев

Техред 3. Фанта

Редактор О. Малец

Корректор: Н. Швыдкая

Заказ 2 5 Тираж 732

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное тнлнел ППП Патент, г. Унгороя, ул. Проентнея, 7