Вертикальне електричне зондування

Метод вертикального електричного зондування(ВЕЗ) - метод розвідувальної геофізики. Відноситься до електророзвідки, входить до групи методів опору, що здається.

Обладнання, як правило, складається з установки, що включає чотири електроди: по парі приймальних та живильних. Вимірюється різниця потенціалів електричного поля між двома приймальними електродами, а на ті, що живлять, подається електричний струм. Пущений з електродів струм проходить крізь ґрунт, ґрунт та породи, що залягають на глибині, що дозволяє досліджувати ці породи, не розкопуючи над ними кар'єр чи інші виробки.

Зміст

Передумовами використання методу можна назвати його досить просту, якщо не сказати примітивну, теоретичну базу, а також велике поширення в природі горизонтально-шарових геологічних середовищ. Перше забезпечило порівняльну ранню появу методу — він був створений одним із перших через свою очевидність, друге — широке застосування та практичну користь при пошуку родовищ та покладів.

Інтерпретація данихВЕЗ(а щеВЕЗ-ВП) здійснюється в рамках згаданої горизонтально-шаруватої моделі. Кожен шар моделі визначається набором властивостей: потужність, питомий опір і поляризованість.

Через те, що грунт ніколи не буває ідеально однорідним, у нього немає постійного електричного опору, який можна використовувати в розрахунках. Справжній опір можна виміряти в одній точці, але якщо його виміряти зовсім поруч, буквально в 10 метрах, воно вже напевно буде близьким, але іншим. З цієї причини вимірюють так зване «опір, що здається» (КС). Це величина опору - якесь середнє значення, яке було у цієї породи, якби вона була однорідною.

Навіть у XXI столітті, коли електронні технології використовуються чи не в найбрутальніших сферах людської діяльності, робота пов'язана зВЕЗ, як і раніше, залишається принаймні фізичною. З обладнання використовується джерело струму (розташований в автомобілі генератор постійного струму або змінного струму невисокої частоти), величезні бухти електричного кабелю і примітивні металеві електроди (міцні штирі, які забивають в ґрунт перед вимірюванням). Дешева наймана праця дозволяє багаторазово витягувати з ґрунту живильні електроди, повторюючи операцію на великій території і з розносом, що збільшується.

Мета методу - виміряти здавалося опір в уявній точціО. Поблизу неї в ґрунт забивають два вимірювальні електроди (їх називають прийомними). Між ними вимірюють потенціал, самі електроди позначають літерамиMтаN. Так як природних електричних струмів у ґрунті немає, то ці струми необхідно створити на час вимірювання штучно - для цього на деякій відстані від точки вимірювання розміщують ще два електроди, які з'єднують із генератором електричного струму. Ці електроди називають живильними і позначають літерамиAіB. Частина струму, що стікає з них, «губиться» в породі через її опір, а його величина якраз і впливає на потенціал, який знімають з електродомMіN.

Всю комбінацію електродівA,B,M,N, а також точкиO, генератора струму та сполучних проводів називаютьустановкою ВЕЗ. У разі слово «установка» за змістом є синонімом до слова «прилад» чи «устаткування».

Незважаючи на грубість методу, що здається, його точності цілком вистачає для практичного використання, а глибинність дослідження достатньовелика. Природно, що струм буде прагнути в своїй масі йти від електродаAдо електродаBнайкоротшим (в електричному сенсі слова) шляхом, але глибину його проникнення можна збільшувати, збільшуючи відстань між цими електродами .

Суть методу якраз і полягає в тому, що біля точкиОпроводять кілька вимірювань поспіль при різних відстанях між електродами живленняAB. При першому їх електродиAіBстоять відносно близько до неї, при другому їх витягують і відносять далі, знову забиваючи в землю. Потім операція повторюється знову і знову, а максимальне рознесення іноді може досягати багатьох кілометрів! Після завершення вимірювань точку Про переносять у нове місце та виміри повторюються.

При вимірюваннях необхідно стежити, щоб співвідношення між відстаннюABіMNне було занадто великим (не більше 20), в іншому випадку вимірюване наMNнапруга буде занадто маленьким і, як наслідок, рівень перешкод буде надто великим. Щоб уникнути цього, іноді збільшують рознесення MN.

Як правило, точкаОє серединою установки, а приймальні та живильні електроди розташовуються щодо неї симетрично. Така установка називається симетричною. На малюнку схематично подано принцип роботи подібної установки. Існують, проте, й інші схеми установок, зокрема і несиметричні.

УстановкиВЕЗне є повною мірою взаємозамінними. На практиці це означає, що вимірювання, проведені на деякій ділянці за допомогою однієї установки, відрізнятимуться від таких самих, проведених іншою установкою. Тим не менш, істотних складнощів це не волає, тому що існує деяке число, яке враховує вплив установки на вимірювання. Йогоназиваютькоефіцієнт установки, а розраховують геометричним способом із розмірів самої установки. Коефіцієнт установки визначається формулою:

деr- відстань між електродами.

Після обчислення коефіцієнта установки можна приступати до обчислення опору, що здається (ρк). На підставі вимірювань, отриманих раніше при розносі електродів живленняAіB, воно розраховується наступним чином:

Інтерпретація одержаних даних проводиться на підставі залежності ρk(AB/2). Раніше під час інтерпретації застосовувалися спеціальні палетки. Кількість їх була настільки величезною, що з них складали цілі довідники. В даний час для обробки польових даних використовують комп'ютерні програми. Інтерпретація проводиться у ручному, напівавтоматичному та автоматичному режимах. Проблема обліку частоти струму вирішена у низці програм.

Електроди, що використовуються в приймальній лінії, часто виготовлені з латунних або мідних проводів. На контакті середовищ електрод-грунт виникає подвійний електричний шар, внаслідок чого між прийомними електродами виникає ЕРС поляризації. ЕРС поляризації має невеликі значення порядку мкВ-мВ, проте може впливати на точність вимірювань. Існують різні методи компенсації чи усунення спотворень, пов'язаних із цим ефектом.

Постійний струм для вимірювань використовується рідко, переважно використовують змінний струм низької частоти. Такий підхід дозволяє використовувати теорію розрахунку для постійного струму і при цьому отримати низку переваг:

• немає необхідності враховувати ЕРС поляризації електродів,
• з'являється можливість фільтрації сигналу,
• дозволяє використовувати менш потужні джерела великих розносів.

Для того, щоб уникнути індуктивнихнаведення в приймальний ланцюг і в землю, прагнуть використовувати змінний струм якомога меншої частоти. В Україні застосовують частоту 4,88 Гц і нижче.

---