Освоение техники и методики полевых измерений

Поверка каверномера

Перед спуском прибора в скважину необходимо провести поверку - операцию по проверке сохранности его метрологических характеристик и подтверждения пригодности прибора к проведению измерений.



Рис.3.3.2.3. шапка программы Registration 3.0

Щелкнув иконку 3, задайте напряжение 150 В и ток 2 мА. Переключатель рода работ SA2 установите в положение «ЗАПИСЬ» и включите тумблер питания SA1. На индикаторе установится напряжение около 43 вольт. Из-за малой величины тока его индикатор может показывать значения от 0 до 2, не отображая точную величину. Наденьте на рычаги каверномера стопорное кольцо (D ок.37,2мм) так, чтобы оно касалось твердосплавных наконечников на концах рычагов, и, щёлкнув кнопки «Старт» и «Имитация подъема», получите запись длиной около одной большой клетки. Остановите «подъём», установите кольцо диаметром 150 мм и повторите операцию записи. Значения диаметров, снятые с записей, запишите в рабочий журнал. Отличие от истинных не должно превышать 5 мм.

Запись кавернограммы

1. Закройте каверномер с помощью специального ключа, опустите его в скважину, проверьте правильность установки контрольной метки и сбросьте на ноль счётчик глубин.

2. Спустите снаряд до первой метки, щелкните иконку 12 включения датчика глубин и иконку 13 вывода на экран информации о глубине и скорости движения снаряда. Щёлкнув правой клавишей мыши, установите значение ЦПM.

3. Щёлкнув правой клавишей мыши, введите данные о скважине, нажмите кнопку 5 «Старт» для начала регистрации данных и спустите зонд на забой. Поскольку рычаги каверномера закрыты, при спуске будет писаться прямая линия.

4. Достигнув забоя, остановите протяжку кнопкой 6 «Стоп», переведите переключатель рола работ в положение «РАСКРЫТИЕ», установите предел значения тока 500 мА и раскройте каверномер нажатием кнопки. На всякий случай нажмите кнопку раскрытия 3-4 раза.

5. Установите значение тока 2.0 мА и переведите переключатель в положение «ЗАПИСЬ». Щёлкнув правой клавишей мыши, установите значение ближайшей вышележащей метки, включив флажок «Установить по ММ». Включив старт протяжки и старт записи, приступайте к подъёму, отмечая метки в момент их прохождения через укладчик кабеля. Скорость подъёма не должна превышать 1200 м/час. При достижении глубины 30 метров снизьте скорость подъёма, и внимательно следите за появлением контрольной метки, чтобы не вытянуть снаряд на блок.

6. После остановки подъёма сцеплением затяните тормоз и включите «нейтраль» раздаточной коробки. Затем, щёлкните иконку 8 «Стоп записи», чтобы сохранить результаты в файл.

7.Вручную вытащите снаряд из скважины и проведите повторную поверку. После этого можно выключить регистратор и ноутбук.

Журнал измерений метода кавернометрии

Прозванивание:

ОК и 1 клемма - 700 Ом

ОК и 2 клемма - 620-370 Ом

ОК и 3 клемма - 235 Ом

Градуировка

Диаметр колец:

1)255 мм

2)170 мм

3)100 мм

4)70 мм



3.3.3 Инклинометрия

Инклинометрией называются операции по измерению искривления скважин. Искривление скважин характеризуется зенитным углом и азимутальным углом.

В ряде скважинных инклинометров измерение зенитного угла производят с помощью отвеса, а азимутального - с помощью магнитной стрелки. Положение отвеса и магнитной стрелки относительно корпуса инклинометра преобразуется в электрический сигнал с помощью реостатных преобразователей и измеряются дистанционно.

Измерения производятся поточечно при остановках прибора в скважине. На каждой точке наблюдения поочерёдно измеряют зенитный и азимутальный углы. Погрешность измерения зенитного угла около ± 0,5°; азимутального ± 5°. Измерения азимута возможны только при зенитных углах от 4° и более.

В последние годы в практику инклинометрии всё шире внедряются более производительные феррозондовые инклинометры с непрерывной записью, что существенно снижает затраты при исследовании глубоких газо-нефтяных скважин.

Рассмотренные типы инклинометров неприменимы в скважинах, обсаженных стальными трубами, или пробуренных в магнитных породах. В таких скважинах используют гироскопические инклинометры, в которых для измерения азимутальных углов используется свойство уравновешенного гироскопа сохранять неизменным заданное положение своей оси в пространстве. геологический гравиметр поляризация сейсмический

Результаты измерений искривления скважин изображают в виде инклинограммы. Построение инклинораммы производят в аксонометрической проекции. Ось Z направляют вертикально вниз, оси Х и Y располагают горизонтально, направляя положительный конец оси Х на север, оси Y - на восток, при этом масштаб построенный по оси Y должен быть вдвое грубее, чем по осям X и Z. Начало координат совмещают с устьем скважины. При построении инклинограммы в геодезической системе координат к измеренным азимутальным углам необходимо добавить значение магнитного склонения, которая В. Сысерти составляет +14 °. При построениях принимают допущения, что скважина в промежутке между двумя измерениями представляют собой прямолинейный отрезок. За зенитный угол ? этого отрезка принимают среднеарифметическое значение зенитного угла верхней нижней точках отрезка. Аналогично поступают и с азимутальным углом ?.

По среднему зенитному и азимутальному углу вычисляют проекции каждого отрезка скважины на координатные оси и так далее до последнего отрезка скважины.

Выполнение исследований с инклинометром МИР-36

Поверка инклинометра

Настройка и поверка инклинометра производится с использованием специального градуировочного стола УСИ-2, позволяющего придавать скважинному прибору зенитные углы в пределах от 0 до 50° и азимутальные - от 0 до 360°. Стол должен быть удалён от стальных конструкций и других магнитных масс на расстояние не менее 2,5 м. Подготовка стола к работе включает две операции - нивелировку и ориентировку.

Нивелировка осуществляется специальным ключом с помощью трёх установочных винтов по двум взаимно перпендикулярным уровням, вмонтированным в корпус стола.

Ориентировка стола заключается в совмещении нуля горизонтального лимба азимутальных углов с направлением на магнитный север. Это легко делается с помощью буссоли, затем буссоль убирается, а азимутальные углы ? устанавливаются поворотом верхней части стола в любой заданный азимут.

Задание углов наклона ? скважинного прибора, помещенного в зажим стола, осуществляется поворотом штурвала вокруг горизонтальной оси в пределах от 0 до 50°.

После нивелировки и ориентировки стола собирают схему поверки. Скважинный прибор подсоединяют к кабелю и помещают в зажимное устройство стола. Отыскав с помощью омметра центральную жилу кабеля по максимальному сопротивлению относительно корпуса прибора, соединяют её с клеммой «ЦЖК» пульта. Оставшиеся жилы могут быть подсоединены к клеммам «З» и «ОК» произвольно. Питание пульта - от сети переменного тока 220 В.

Поверку инклинометра по азимуту производят, установив инклинометр под зенитным углом не менее 4°, изменяя на горизонтальном лимбе стола азимутальные углы от 0 до 360° через 30°.

Порядок поверки следующий:

- установить на столе заданные согласно журналу углы ? и ?;

- кнопкой «ПОЗИЦИЯ» установить позицию 1 - «Свобода»;

- выждав 10 с, включить позицию 2 «Контроль азимута» и ручкой «ИЗМЕРЕНИЕ» установить на отсчётном индексе 360° шкалы азимутов;

- нажав кнопку «АЗИМУТ», ручкой «КОМПЕНСАЦИЯ» установить стрелку нуль-индикатора на 0;

Кнопкой «ПОЗИЦИЯ» установить следующую позицию - 3 «Измерение азимута», нажать кнопку «АЗИМУТ» и, вращая ручку «ИЗМЕРЕНИЕ», вновь установить нулевой отсчёт на нуль-индикаторе;

- взять отсчёт азимута ? по шкале азимутов и записать его в журнал поверки.

В таком же порядке осуществляется измерение зенитных углов ?, только при этом с отсчётным индексом следует совмещать красную риску зенитных углов и нажимать кнопку «УГОЛ». При измерении зенитных углов все позиции переключателя, относящиеся к измерениям азимута, пропускаются (и, наоборот, при измерениях азимута пропускаются позиции измерения зенитных углов).

По результатам поверки подсчитывают среднюю абсолютную погрешность измерений азимута:



,

где ??i - модуль разности между установленным на столе значением азимута и его измеренным значением.

Аналогичным образом подсчитывается погрешность измерения зенитного угла. Если погрешности не превышают допустимых значений, можно приступить к измерениям на скважине.

Журнал инклинометрии

Тип прибора МИР-36 Участок работ База УГГУ Дата раб. 07.07.2021

,



3.3.4 Неэлектрические методы каротажа

Гамма-каротаж (ГК)

Гамма- каротаж заключается в измерении естественной радиоактивности горных пород, слагающих стенки скважины. Естественная Радиоактивность пород определяется содержанием в них урана, тория и калия. Поскольку проникающая способность альфа- и бета-частиц слишком мала, чтобы они могли проникнуть сквозь кожух скважинного снаряда ,регистрируется только гамма излучение, обладающее значительно большей проникающий способностью.
Природный калий содержит радиоактивный изотоп,распад которого сопровождается гамма-излучением.

Скважинные снаряды аппаратуры ГК содержат сцинтилляционные детекторы, которые при попадании в них гамма квантов формируют на своем выходе электрические импульсы, по числу которых можно судить о радиоактивности горных пород.

Рис.3.3.4 Структурная схема скважинного прибора гамма-радиометра

Для работы детектора требуется напряжение от 400 до 2000 В, в которое вырабатывается блоком высокого напряжения из низковольтного напряжения, подаваемого в снаряд с поверхности. Выходные импульсы детектора усиливаются и преобразуются в прямоугольные. В современных приборах скорость счета вычисляется процессором в скважинном приборе, и на поверхность передаются уже результаты обработки в кодоимпульсном формате. Скорость каротажа из-за необходимости измерения средней частоты следования импульсов должна быть низкой: 120 м/час для газоразрядных детекторов и 300-400 м/час для сцинтилляционных.

Диаграммы ГК хорошо дифференцируют разрез, так как каждая из литологических разностей характеризуется своим уровнем естественной радиоактивности. Границы интервалов повышенной радиоактивности для пластов большой мощности определяют по правилу полумаксимума аномалии.

3.3.5 Термометрия скважин (Т)

Термометрия занимается изучением естественных и искусственно созданных тепловых полей в скважинах и окружающих их горных породах.

Естественные поля обусловлены региональным (глубинным) тепловым полем Земли, а также могут быть связаны с местными процессами, такими как окисление сульфидных руд, приток подземных вод или выделение газа в скважину и.т.п. Очень широко температурные измерения используются в нефтяной геофизике, помогая выявлять места дефектов обсадной колонны, наличие затрубных межпластовых перетоков флюидов, определять положение работающей части пласта и.т.д.

Тепловое поле верхней части разреза подвержено влиянию сезонных изменений температуры. Экстраполяция температурного графика, снятого на глубине ниже 50 метров, до уровня дневной поверхности позволяет определить среднегодовую температуру в данном районе.

Искусственные тепловые поля могут быть результатом закачивания бурового раствора или вод в скважину, выделением тепла при схватывании цемента, проведение прострелочных работ или действием специальных нагревателей.

Для измерения температуры в скважине обычно используют термометры сопротивления, представляющие собой тонкий медный или платиновый провод, помещенный в тонкую медную трубочку, омываемую скважинным флюидом. Температурная зависимость сопротивления металлического проводника подчиняется линейному закону:

,

Где это сопротивление проводника при температуре

температурный коэффициент (

У чистых металлов этот коэффициент положителен, его величина имеет порядок 4 * . Задавая через резистор ток постоянной величины, получают напряжение, линейно зависящее от температуры окружающей среды.

Другим типом температурного датчика, является кремниевый диод, включенный в прямом направлении. Падение напряжения на нем уменьшается примерно на 2,3 мВ при повышении температуры на 1 градус.

Как правило, скважинный термометр входит составной частью в комплексные приборы для исследования эксплуатационных скважин нефтяных и газовых месторождений.

3.3.6 Влагометрия (ВЛГ)

Влагометрия - это метод изучения состава флюидов в стволе скважины на основе измерения их относительной диэлектрической проницаемости. В то время как относительная диэлектрическая проницаемость газа практичски равна единице, нефти 2,0 - 2,5, диэлектрическая проницаемость воды имеет аномально высокое значение-81 (при 20 .В результате диэлектрическая постоянная скважинного флюида практически полностью определяется содержанием в нем воды.

Влагометрию применяют при исследовании эксплуатационных нефтяных и газовых скважин для определения положения водонефтяного раздела, выявления интервалов притока в скважину воды, нефти, газа и их смесей, установления мест негерметичности обсадной колонны и определения обводненности продукции в нефтяных и газовых скважинах.

Скважинные влагомеры представляют собой LC или RC генераторы, в частотозадающую цепь которых включен измерительный конденсатор проточного типа.

Рис.3.3.5 Устройство скважинного влагомера

Между обкладками конденсатора протекает скважинный флюид, изменяющий емкость датчика в зависимости от содержания в нем влаги.
Соответственно изменяется частота колебаний, по которой можно судить о влагосодержании. Как правило, влагомеры являются составной частью комплексных каротажных приборов.

При проведении каротажа в скважинах В. Сысерти по данным влагометрии можно определить уровень грунтовых вод.

3.3.7 Манометрия скважин (МАН)

Манометрия изучает поведение давления или градиента давления по стволу скважины или во времени. Её применяют для определения абсолютных значений забойного и пластового давления, оценки депрессии (репрессии) на пласты, и плотности состава неподвижной смеси флюидов по значениям гидростатического давления.

Рис.3.3.6 Распределение давления в газонефтяной скважине

Приток флюида в скважину происходит благодаря разности давлений в пласте и на забое скважины. Поэтому одним из важнейших методов прогнозирования продуктивности пласта является изучение величины притока при различных значениях депрессии. При гидродинамических исследованиях пластов измерения абсолютных давлений и их изменений во времени проводят на фиксированных глубинах. Время восстановления давления после откачки характеризует величину гидропроводности пласта.

Различия в плотности воды, нефти и газа позволяет по характеру изменения давления с глубиной определять характер заполнения скважинного пространства. В части скважины, заполненной газом, давление с глубиной практически не изменяется. При работе пласта газом через нефть образуется пена с малой плотностью, поэтому градиент изменения давления с глубиной, ниже чем в скважине, заполненной нефтью. В водозаполненный скважине рост давления составляет одну атмосферу на каждые 10 м глубины.



3.3.8 Локация муфт

Магнитные локаторы муфты предназначены для определения местоположения муфтовых и замковых соединений труб, магнитных методов и других магнитных аномалий в колонне и позволяют по ним устанавливать спускаемый на кабеле аппарат на требуемый глубине, а также следить за его движением. Магнитная цепь датчика локатором замыкается через обсадную или насосно-компрессорные трубу, находящуюся напротив его расположения. Магнитный поток создается постоянными магнитами или катушками, через которую пропускается ток. Датчик содержит приемную катушку, магнитное поле в которой они нахождение датчика в однородной (по глубине) среде равно нулю. Если же симметрия по вертикали нарушается (при изменении толщины трубы, наличие в ней отверстий), магнитный поток, пронизывающий витки этой катушки, изменяется, что вызывает появление ЭДС, проявляющиеся на записи в виде коротких всплесков.

КСА-7М1-Т. При измерении ГК, ЛФ, термометрии, монометрии и влагометрии применялся комплексный прибор КСА-7М1-Т. Скважинный прибор подсоединили к каротажному кабелю и с помощью тестера нашли жилу, которая соединена с корпусом прибора порядка 15Ом. Подключили эту жилу к регистратору «Вулкан» к оплетке кабеля (ОК), а третью жилу подключили в гнездо номер 1.

3.4 Интерпретация

1) «башмак» выделяется по локатору муфт и кавернометрии на глубине 59 метров

2) уровень грунтовых вод выделяется на глубине 11,5 метров по показаниям влагометра



3.5 Литология

1) зона дробления отмечается на кавернограмме повышенными значениями, так же они выделяются на КС низкими значениями. Зоны дробления находятся на глубине 59-69 метров, и 82-84 метра.

2) кварцевые жилы выделяются повышенными значениями по КС на глубине 120-134 метра и 145-160 метров.

3) зоны сульфидной минерализации выделяются повышенными значениями по ПС и пониженными значениями по КС они находятся на глубине 130, 134-144, 162-170

4) по пикам ГК мы можем определить гранитовые дайки. На глубине 68-72, 78-81, 112-113,5, 136-137,5, 142-144.

Температура:

1) по графику мы можем определить значение температурного градиента. Мы определяли его на глубине - 68-168 метров, и получили значения 1,4 градуса Формула: 5,7(температура на глубине 168 м) - 4,3(температура на глубине 68 метров)

Давление:

1) так же можем определить градиент давления - 1,25 атмосфер на метр.

Определяем на глубине 90-100 метров.



4. Сейсморазведка

4.1 Условия производства работ

Участок исследований расположен на северо-востоке базы практики УГГУ. В день проведения полевых работ (19.07.21) температура воздуха составляла днем около 25ъ С, погода ясная. Участок заселен. Рельеф в пределах участка работ равнинный. Т.к. полевые работы производятся на базе практики, транспортировка оборудования и аппаратуры не производится, все переносится вручную.

Благоприятным фактором для проведения сейсморазведочных работ является наличие четкой границы между слоями, неблагоприятным повышенная влажность после дождя.

Рис.4.1.1. Участок работ

Характеристика применяемой аппаратуры и оборудования для выполнения сейсмических работ

4.2.1 Сейсмоприемники

В качестве приемников упругих колебаний в инженерной сейсморазведке применяют сейсмоприемники вертикального типа СВ20.

Сейсмический приемник состоит из корпуса, жестко соединенного с корпусом сильного постоянного магнита и подвешенной на специальных пружинах катушки из немагнитного материала с намотанной на нее тонким медным проводом. В результате явления электрической индукции, возникающего при относительном перемещении катушки и магнита при быстром смещении частиц грунта в точке расположения сейсмоприемника, в проводке катушки создается малая и переменная по величине и знаку ЭДС, которая через косу передается в сейсмостанцию для усиления и обработки. Сейсмоприемники являются приборами, имеющими полярность, поэтому правильность их присоединения к сейсмической косе обеспечивается специальными разъемами.

Рис. 4.2.1. Сейсмоприемники электродинамического типа

4.2.2. Сейсмические косы

Для присоединения большого количества сейсмоприемников к сейсмостанции служат специальные собранные в один пучок провода. Они называют сейсмическими косами. В качестве материала для кос может использоваться кабель КСП-27 основными параметрами косы являются число ее каналов и шаг между выводами отчетной пары приемников - шаг приемников Дx. Для тестирования кос перед работой применяют проверки на целостность соединительных проводов путем измерения сопротивлений - «прозванивание».

4.2.3. Источники упругих волн

При проведении инженерно-сейсмических исследований применяются, как правило, импульсные источники сейсмических волн. Излучающим элементом импульсного источника является жесткая металлическая плита, по которой производится удар.

Несмотря на определенные достоинства взрывного метода (неограниченная глубинность, широкий частотный спектр), невзрывные источники исключают вредное воздействие на внешнюю среду.

К источникам такого типа относится деревянный или металлический молот. Глубина исследований с этими источниками ограничена 30-50 м.

4.2 Методика и технология проведения полевых исследований

Основным сейсмическим методом, который применяется при решении инженерно-геологических задач, является метод преломленных волн.

Метод преломленных волн (МПВ) основан на регистрации и последующем использовании записей головных, рефрагированных и др. типов волн. Особенностями метода являются: большой диапазон исследуемых глубин (от метров до десятков километров), малая зависимость получения хороших по качеству записей от наличия регулярных волн-помех (многократно отраженных и поверхностных), сравнительно высокая детальность расчленения среды по вертикали. По интерпретации данных МПВ могут быть определены глубина залегания и форма преломляющих границ, скорости в покрывающей толще к глубине залегания и форма преломляющих границ.

МПВ применяется при региональных исследованиях, при проектировании инженерных сооружений, разведке грунтовых вод, для определения упругих параметров пород разреза.

Как правило, при работах МПВ выбирается система наблюдений, которая является полной, обеспечивающей увязку и корреляцию волн для прослеживаемой преломляющей границы. Это достигается получением встречных и нагоняющих годографов первых вступлений волн вдоль всего профиля. Если прослеживается несколько границ, то система наблюдений должна быть полной для самой глубокой (опорной) границы, а другие границы можно изучать по неполным системам. Выполнение названых требований к системе наблюдений позволяет использовать при интерпретации интерпретацию между отдельными точками наблюдений.

Важной проблемой является выбор шага сейсмоприемника по профилю ??x, поскольку надо учитывать, как требование детальности (уменьшение ??x), так и производительности работ (увеличение ??x). Для удобства значение ??x выбирают равными 1,2,5 или 10.

Выбор системы возбуждения и регистрации определяются типом используемых волн. Для получения продольной Р-волны применяют систему Z-Z: вертикальный удар и вертикальный сейсмоприемник. Для записи обменных PS-волн казанную систему дополняют горизонтальными сейсмоприемниками, направленными вдоль профиля (Z-X). Для регистрации поперечных SH-волн используют Y-Y: горизонтальные сейсмоприемники ориентированы перпендикулярно к профилю.



Рис. 4.3.1. Система наблюдений в МПВ, изображенная на плоскости годографа

Метод МОВ пока еще не нашел широкого применения в инженерной сейсморазведке, несмотря на определенные преимущества МОВ перед МПВ в отношении разрешающей способности, точности определения глубин, возможности прослеживать пласты с пониженной скоростью упругих волн. Основные трудности использования МОВ связаны с необходимостью перехода на более высокие частоты, чему препятствует их высокое поглощение в зоне малых скоростей (ЗМС), с трудностью подавления волн-помех вблизи пункта взрыва (ПВ).

4.3 Методика обработки и интерпретации результатов

Задачей интерпретации сейсмических данных является построение геологического разреза, определение состава и физических характеристик изучаемых сред. Процесс интерпретации разделяется на два этапа: предварительную обработку и собственно интерпретацию или решение обратной задачи. В инженерной сейсморазведке МПВ в большинстве случаев обратную задачу решают на основе анализа и обработки годографов, т.е. график t(x), где t - время прихода волны, x - расстояние от источника колебаний до точки измерения. Методы решения обратной задачи основаны на результатах решения прямых задач, т.е. на анализе сейсмических годографов для моделей среды, используемых в инженерной сейсморазведке.



Рис.4.4.1. Корреляция волн, приходящих в первых вступлениях на сейсмограмме МПВ

На первом этапе на основании имеющейся априорной геолого-геофизической информации и просмотра полученных сейсмограмм интерпретатор проводит корреляцию целевых волн, дающих необходимую информацию. Основные трудности при этом связаны с наличием случайных помех-микросейсм и регулярных волн-помех (звуковая, поверхностная, дифрагированные), которые мешают проведению корреляции. Поскольку изменения расстояний от ПВ до точки измерения по сравнению с глубиной изучаемых границ весьма значительны, динамические особенности волн (период, амплитуда) изменяются заметно. Первые вступления волн можно выделить только вблизи ПВ. Как правило, корреляцию проводят по максимумам или минимумам колебаний (Рис.4.4.1.) Оси синфазности, соответствующие различным фазам одной волны, обычно параллельны, и годографы фаз приводятся к годографам первых вступлений сдвигом на фазовую поправку. Признаком смены волн являются изменения кажущейся скорости V и динамических характеристик (амплитуды, частот, фаз). Аналогичные признаки встречаются при осложнениях записи вследствие криволинейности преломляющей границы, наличия вертикальных контактов различных пород. Поэтому для выяснения причин кажущей смены волн используют нагоняющий годограф, на котором мена волн должна наблюдаться примерно на таком же расстоянии от ПВ, а осложнение будет отмечаться на том же ПК.

Для определения природы волн сопоставляют нагоняемый и нагоняющий годографы. Для головных волн они параллельны, для отраженных - расходятся, для рефрагированных - сближаются.

Рис.4.4.2. Пример построения годографов первых волн

По результатам корреляции волн строят графики годографов на базе наблюдений и монтажа сейсмограмм на профиле. Обычные масштабы построения годографов: по горизонтали - в 1 см шаг сейсмоприемников, по вертикали - в 1см 10 или 5мс. (Рис.4.4.2.)

Рис. 4.4.3. Интерпритация

В верхней части изучаемого разреза до 20 метров наблюдается скорости до 0,6 км/с, данная скорость характерна для песка eMz. Ниже наблюдается граница раздела между песком и песчаником, наблюдаемая скорость для песчаника от 1,05 до 1,35 км/с, песчаник C2-C3, низкой прочности, сильновыветрелый, сильнотрещиноватый. Уровень грунтовых вод, по данным скважины, появление 16м, установление 6,5м, дебит 1,4 л/с. Интерпретация выполнена на основе данных бурения скважины, находящиеся около 75 метра профиля.



5. Магниторазведка

5.1 Предпосылки к проведению работ

Средством изучения геологической среды в магниторазведке является магнитная аномалия. Каждая аномалия создается массивом намагниченных горных пород. По распределению магнитных аномалий можно судить о расположении различных горных пород на территории исследований. Массивы сильномагнитных пород будут отмечаться положительными аномалиями, над массивами слабомагнитных пород будет пониженное аномальное поле или даже отрицательные аномалии. Из сказанного следует, что еще одним необходимым условием применением магниторазведки является различие горных пород по намагниченности.

На распределение магнитных аномалий влияет ряд особенностей геологического строения района. Если магнитный объект имеет малую видимую мощность, то и создаваемая магнитная аномалия будет очень узкой в плане и по этой причине легко может быть пропущена при наблюдениях с магнитометром. Из-за малой мощности выявление даже сильномагнитного объекта становится проблематичным.

Важной геологической предпосылкой является глубина залегания геологических тел. Чем глубже залегает намагниченный объект, тем слабее ощущается его аномальное влияние на дневной поверхности. Для объектов небольшой видимой мощности влияние глубины залегания на успех съемки может проявляться еще более резко.

Имеет значение и характер залегания. Так, горизонтально залегающий намагниченный пласт даже при значительных размерах создает очень слабый аномальный эффект. Поэтому применение магниторазведки при изучении горизонтальных-слоистых разрезов мало эффективно. Более благоприятно наклонное или вертикальное залегание объектов.

В районе практики магниторазведка используется в помощь геологическому картированию, значит, по магнитным данным должны быть внесены уточнения и коррективы в результаты геологических наблюдений. Это относиться к уточнению расположения на территории работ массивов различного состава, к уточнению их размеров и формы в плане. Измерениями магнитного поля вся площадь охватывается равномерно. Это позволяет более детально проследить в плане протяженные контакты пород, отдельные слои или их комплексы и т.д.

Приступая к практике по магниторазведке, каждый студент должен изучить физико-геологические предпосылки для применения метода в данном районе. Для подробного ознакомления с геологическим строением района необходимо использовать геологическую карту. Так же использовать данные о магнитных свойствах пород района.

5.2 Аппаратура

5.2.1 Пешеходный оптико-механический магнитометр М-27М

Предназначен для измерения приращения вертикальной составляющей вектора магнитного поля ДZ при пешеходных магнитных съёмках.

Устройство

Чувствительным элементом является стержневой магнит, укреплённый на горизонтальной нити. В момент изменения плоскости качания магнита- индикатора должна быть вертикальной. Центр тяжести магнита смещен относительно точки подвеса. Под действием магнитного поля магнит уклоняется от горизонтального положения. Угол его наклона является мерой поля. Уравнение равновесия имеет вид:

,



M - магнитный момент магнита-индикатора,

Tиз и Тди - магнитная индукция компенсационных полей, создаваемых измерительными и диапазонными магнитами,

Z и Н - вертикальная и горизонтальная составляющие магнитной индукции геомагнитного поля,

А - азимут направления оси магнита-индикатора,

б - угол наклона к горизонту оси вращения магнита-индикатора,

i-угол наклона горизонту магнитной оси магнита индикатора,

m - масса магнита-индикатора,

g- ускорение свободного падения,

l и у - координаты центра тяжести магнита-индикатора,

G- постоянная кручения металлической нити подвеса индикатора,

ц- угол закручивания металлической нити.

Уравнение для вычисления вертикальной компоненты поля:

Уравнение азимутальной кривой: Zаз = HбsinA - HicosA

Основными узлами магнитометра (рис. 3.1) являются блок магнитов (с арретиром), отсчетное устройство, корпус с кожухом. Все узлы и детали магнитометра размещены литом немагнитном металлическом корпусе. Чувствительный элемент прибора представлен постоянным магнитом с зеркалом, укрепленным на металлической нити, с обеспечением одной степени свободы.

Технические характеристики:

Диапазон измерений, нТл ±70000

Ступенчатая компенсация (нТл), не менеe..........±67000

Количество ступеней.................29(от 0 до ±14)

Значение каждой ступени, нТл.................5300±500

Плавная компенсация, нТл ...................6000

Цена деления, нТл......................10±0,2

Масса без упаковки, кг.....................5,3

Масса в упаковке, кг......................8,8

Диапазон рабочих температур, ъС................-50 : +50

Средняя квадратическая погрешность, нТл.............±(3-5)

Рис.5.2.1. Схема устройства магнитометра М-27М

1 - зеркало;

2 - окуляр (увеличивает в 14 раз);

3 - призма;

4 - пластина с подвижным индексом;

5 - объектив;

6 - призма;

7 - объектив;

8 - металлическая нить-растяжка;

9 - зеркало;

10 - подвижный постоянный магнит индикатор;

11 - диапазонный магнит;

12 - металлический стержень на пружинных амортизационных стойках;

13 - бимиталлическая пластина;

14 - измерительный магнит;

15 - шакала;

16 - зеркало.

Работа с магнитометром М-27М

При съемке н каждой точке выполняют следующие операции:

Устанавливают прибор над точкой, предварительно закрепив его на треноге.

Ориентируют его на глаз (обычно на север или ссв).

Нивелируют по уровням (нить подвеса измерительного магнита приводят в горизонтальное положение).

Дезарретируют чувствительную систему магнитометра (магнит-индикатор).

Добиваются компенсации (вращение винта измерительного магнита устанавливают подвижный индекс (бисектор) симметрично относительно нулевой линии шкалы). Отсчет берется по шкале с точностью до 0,1 деления.

Записываем номер пикета и отсчет по шкале прибора.

Арретируют прибор и, не отделяя корпус прибора от штатива, переходят на следующую точку.

Предполевая подготовка

Перед началом полевых работ все магнитометры в обязательном порядке проходят предполевую подготовку. Ее цель - установить соответствие параметров работы каждого экземпляра прибора тем техническим характеристикам, которые установлены для данного типа аппаратуры, а также, если необходимо, экспериментально определить численные значения отдельных параметров. Кроме предполевой подготовки техническое состояние аппаратуры периодически проверяется и в ходе полевых работ.

В процессе методической практики предполевая подготовка магнитометра М27-М, имеет целью, прежде всего, проверку соответствия данного экземпляра прибора тактико-механическим данным, установленным для этого типа измерителей. Из основных характеристик М27-М отметим следующее:

- средняя квадратическая погрешность единичного измерения не должна превышать 3-5 нТл;

Для выполнения работы прибора магнитометра укрепляется на шесте высотой не менее 1 метра. Крепление прибора должно обеспечивать неизменность его положения в плане и по высоте. Ориентировка прибора уточняется с помощью компаса (исходная ориентировка).

Вычисление случайной погрешности

Для оценки среднеквадратической погрешности при неизменном положении прибора выполняется 20 измерений, результаты которых записаны в таблицу определения среднеквадратической погрешности магнитометра М27-М.

Все 20 отсчётов Z берутся друг за другом с остановками в 30 секунд. Каждый из них характеризует величину поля Z (нТл), в точке, но одновременно любой из результатов осложнен некоторой случайной погрешностью д. По 20 отсчетам вычисляется среднее значение:

,

где n - общее число измерений поля

Далее из полученных отсчетов Z вычитаем и возводим полученное значение д в квадрат. Находим среднеквадратическую погрешность m:

,

Полученная среднеквадратическая погрешность магнитометра m = 3,87 нТл, она входит в допустимый диапазон погрешностей (3-5) нТл, что означает, что данный экземпляр находится в удовлетворительном состоянии и может быть использован для измерений. Таблица по расчету среднеквадратической погрешности прикреплена как приложение №5.1.

Оценка азимутальной погрешности

Поверка на оценку азимутальной погрешности связана с тем, что ориентировка МЧП при измерениях выполняется глазомерно. При выполнении операции положение МЧП в плане и по высоте должно оставаться неизменным. Меняется его ориентировка. МЧП необходимо повернуть вокруг вертикальной оси по часовой стрелке на 45ъ снять отсчет и повернуть еще на 45ъ. Так последовательно снимаются 9 отсчетов пока МЧП не пройдет полный круг вокруг вертикальной оси. Результаты измерений заносятся в приложение №5.1 в колонку «влияние ориентировки датчика». По отсчетам строится азимутальная кривая.

По итогам результатов измерений определения влияния ориентировки датчика можно сделать вывод о том, что прибор не допускается вращать в диапазоне больше 45ъ т.к. наблюдается наибольшее отклонение от среднего значения.

Выполнение съемки по эталонному профилю

Третья операция направлена на выявление аппаратурной погрешности -выполнение съемки проводилось на эталонном профиле, протяженностью 100м с шагом 5м, в прямом и обратном направлении. Все результаты записаны в полевой журнал. По результатам измерений строился график. Полученные графики сравниваются у всех бригад, картина эталонного поля схожа. График и значения находятся в приложении №5.2.

5.2.2 Протонный магнитометр ММП-203

Пешеходный протонный магнитометр ММП-203 предназначен для измерения абсолютного значения магнитной индукции поля Т или Т. В качестве протоносодержащего вещества применен керосин. Технические характеристики прибора приведены в табл. 3.1.

Конструктивно магнитометр выполнен в виде двух основных блоков - магнитоизмерительного преобразователя, укрепляемого на штанге, и измерительного пульта управления. Структурная схема магнитометра приведена на рис.5.2.2.1. После выключения поляризующего тока от источника питания 6 сигма с частотой свободной ядерной прецессии, наводимой в обмотке МИП 1, подаётся на вход усилителя 2 и далее через умножитель частоты 3 - на вход электронно-счётного частотомера 4, показания которого воспроизводятся на пятиразрядном световом табло 5.

Таблица 5.2.2.1 Основные технические характеристики магнитометра ММП-203

Диапазон измерений, нТл	20000-100000
Погрешность отсчёта, нТл	1
Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности измерений, нТл	не более 1,5
Систематическая составляющая погрешности измерений, нТл	не более 2,5
Время установления рабочего режима, с	не более 60
Максимальное быстродействие	1 изм. за 3 с
Градиент изменения магнитной индукции, нТл/м	не более 200
Диапазон рабочих температур	от -30 до 50 0С
Напряжение питания, В	133
Тип элементов питания	373
Масса рабочего комплекта, кг	6

Рис. 5.2.2.1 Структурная схема протонного магнитометра ММП-203 со статической поляризацией



Функциональная схема магнитометра (рис. 3.3) состоит из следующих узлов: магниточувствительного преобразователя (МЧП) 1, коммутатора 2, усилителя 3, умножителя частоты 4, ключевой схемы 5, пятиразрядного декадного счетчика 6, цифрового табло 7, кварцевого генератора 8, формирователя временных интервалов (ФВИ) 9, пускового устройства 10, командного узла 11, стабилизатора напряжения 12, батарейного источника питания 13.

Рис. 5.2.2.2 Функциональная схема магнитометра ММП-203

Магнитометр может работать в двух режимах: в режиме автоматического пуска А и в режиме ручного управления Р. В автоматическом режиме начала процесса измерения задаётся временным импульсом, вырабатываемым схемой ФВИ, в ручном режиме - импульсом от кнопки «Пуск». Цикличность работы в режиме автоматического пуска 60 с. С поступлением пускового импульса от ФВИ или копки «Пуск» командный узел 11 через пусковое устройство 10 вырабатывает импульс, управляющий работой коммутатора 2, который подключает обмотку МЧП 1 к источнику питания. Цикл измерений (поляризации) начинается с момента нажатия на кнопку «Пуск» и завершается через 1,57 с после отпускания кнопки. Одновременно с импульсом «t-поляриз.» на втором выходе (2) командного узла 11 появляется импульс «t-шир.», переключающий умножитель частоты в режим широкой полосы пропускания.

После окончания импульса «t-поляриз.» коммутатор отключает ток поляризации и подключает МЧП к входу усилителя сигнала прецессии. Для устранения переходных процессов во входном тракте МЧП - усилитель после снятия поляризующего тока предусмотрена задержка импульса «t-шир.» на 40 мс относительно времени окончания поляризации. Одновременно с окончанием поляризации на выходе 3 командного узла появляется импульс «t-разр.», открывающий ключ 5, а на выходе 4 возникает импульс сброса «t-сбр.» счетчика длительностью 160 мс. Следовательно, счёт импульсов начинается через 160 мс после открытия ключа. Такая задержка необходима для устранения влияния переходных процессов в умножителе частоты после переключения (т.е. снятия импульса «t-шир.») его в режим узкой полосы.

Время счета t выбрано таким, чтобы с учетом умножения частоты прецессии на 64 число импульсов, зарегистрированных счетчиком 6, соответствовало значению измеряемой индукции в нТл.

Работа счётных декад постоянно контролируется на световом табло 7. Сегмент шестого разряда цифрового табло используется для контроля длительности сигнала во время измерения и состояния батарейного источника питания. При наличии импульсной помехи или уменьшении отношения сигнал/шум до 3 при измерениях в умножителе частоты формируется импульс «сбой», блокирующий работы частотомера. Показания счётчика устанавливаются в нулевое положение. Включение стабилизатора напряжения 12 на период измерения осуществляется импульсом «t-изм.». Операции по подготовке магнитометра к работе следует проводить в соответствии с технической инструкцией.

Предполевая подготовка магнитометра ММП-203

В процессе методической практики предполевая подготовка магнитометра ММП-203, имеет целью, прежде всего, проверку соответствия данного экземпляра прибора тактико-механическим данным, установленным для этого типа измерителей. Из основных характеристик ММП-203 отметим следующее:

- средняя квадратическая погрешность единичного измерения не должна превышать 0-1 нТл;

Для выполнения работы прибора магнитометра укрепляется на шесте высотой не менее 1 метра. Крепление прибора должно обеспечивать неизменность его положения в плане и по высоте. Ориентировка прибора уточняется с помощью компаса (исходная ориентировка).

Вычисление случайной погрешности

Для оценки среднеквадратической погрешности при неизменном положении прибора выполняется 20 измерений, результаты которых записаны в таблицу определения среднеквадратической погрешности магнитометра М27-М.

Все 20 отсчётов Z берутся друг за другом с остановками в 30 секунд. Каждый из них характеризует величину поля Z (нТл), в точке, но одновременно любой из результатов осложнен некоторой случайной погрешностью д. По 20 отсчетам вычисляется среднее значение:

,

где n - общее число измерений поля

Далее из полученных отсчетов Z вычитаем и возводим полученное значение д в квадрат. Находим среднеквадратическую погрешность m:

,

Полученная среднеквадратическая погрешность магнитометра m= 0, 85 нТл входит в допустимый диапазон погрешностей 0-1 нТл, что означает, что данный экземпляр находится в удовлетворительном состоянии и может быть использован для измерений. Таблица по расчету среднеквадратической погрешности прикреплена как приложение №5.2.

Оценка азимутальной погрешности

Поверка на оценку азимутальной погрешности связана с тем, что ориентировка МЧП при измерениях выполняется глазомерно. При выполнении операции положение МЧП в плане и по высоте должно оставаться неизменным. Меняется его ориентировка. МЧП необходимо повернуть вокруг вертикальной оси по часовой стрелке на 45ъ снять отсчет и повернуть еще на 45ъ. Так последовательно снимаются 9 отсчетов пока МЧП не пройдет полный круг вокруг вертикальной оси. Результаты измерений заносятся в приложение №5.1 в колонку «влияние ориентировки датчика». По отсчетам строится азимутальная кривая.

По итогам результатов измерений определения влияния ориентировки датчика можно сделать вывод о том, что прибор не допускается вращать в диапазоне больше 45, т.к. наблюдается отклонение от среднего значения.

Влияние наклона датчика

Для оценки влияния наклона датчика прибор устанавливается на КП и отклоняется на -30ъ и 30ъ от вертикальной оси, ориентировка датчика на север не изменяется. Результаты измерений заносятся в приложение №5.1 в колонку «влияние наклона датчика». По отсчетам строится график отклонения МЧП от минимальной ориентировки.

По итогам результатов определения влияния наклона датчика можно сделать вывод о том, что прибор не допускается наклонять в диапазоне -30ъ до 30, т.к. наблюдается наибольшее отклонение от среднего значения (3 нТл).

Выполнение съемки по эталонному профилю

Третья операция направлена на выявление аппаратурной погрешности - выполнение съемки проводилось на эталонном профиле, протяженностью 100м с шагом 5м, в прямом и обратном направлении. Все результаты записаны в полевой журнал. По результатам измерений строился график. Полученные графики сравниваются у всех бригад, картина эталонного поля схожа. График и значения находятся в приложении №5.2.

5.3 Полевые измерения

Применительно к условиям учебно-методической практики, методика магниторазведочных работ включает следующие элементы:

- наблюдение на рядовых пунктах;

- контрольные измерения;

- измерения вариаций;

- топогеодезические работы;

5.3.1 Рядовая сеть

Рядовая сеть - это систематизированная совокупность множества точек, измерения поля в которых выполняются для решения поставленной геологической задачи. Сетью с необходимой густотой покрывается вся территория исследований. Измерения, выполненные по рядовой сети, позволяют выявить распределение магнитных аномалий, которые затем используются для выявления и изучения геологических объектов. Создание рядовой сети напрямую связано с характеристикой геологических объектов, подлежащих исследованию. На местности рядовая сеть представляет собой систему профилей с расстояниями между ними Ду. По профилям с равномерным шагом Дх располагаются точки наблюдений. Обе величины являются параметрами рядовой сети, ее размером.

Профили рядовой сети прокладываются в крест простирания горных пород. Размер рядовой сети непосредственно связан с размерами изучаемых объектов. В тесной связи находятся размер рядовой сети и масштаб съемки. Если Ду=250м, то масштаб съемки 1:5000. Отношение х к у не должно превышать 10. Только в этом случае съемка является площадной, и ее результаты могут быть использованы для построения карты аномального поля. Если расстояние Ду превышает 10Дх, то съемка считается профильной, а по ее результатам построение карты изодинам не допускается. Измерения по рядовой сети выполняются по однократной схеме, т.е. в каждой точке измерение поля магнитометром производится 1 раз.

5.3.2 Контрольные измерения

Контрольные измерения выполняются с целью определения погрешности рядовых наблюдений. Они проводятся выборочно, их объем составляет 5-10 % от объема рядовых измерений. Контрольные измерения должны выполняться независимо, что означает проведение этих измерений в другое время, другим прибором и другим оператором. Контроль также выполняется по схеме рейса, продолжительность которого такая же, как у рядового рейса. Наиболее представительным является секущей контроль, когда контрольным рейсом охватываются точки, первичные измерения в которых выполнялись в разных рядовых рейсах.

По результатам контрольных измерений образуется некоторое количество рядовых точек, в каждой из которых имеется по два определения поля - в первичном и контрольном рейсах. Сходимость этих результатов характеризует качество измерений поля по рядовой сети. В нашем случае контроль проводился на 3х профилях, на IV и V профилях контроль проводился с 8 по 11 пикет, на III профиле с 9 по 12.

5.3.3 Измерение вариаций

Измерение вариаций необходимо для устранения их влияния на результаты полевой съемки. Основные источники этих вариаций внешние, связи с геологическим строением они не имеют, но непосредственно влияют на показания магнитометров. При решении геологических задач вариации поля создают мешающее влияние и поэтому из результатов измерений должны быть исключены. Чтобы исключить их, надо знать, каков характер вариаций. Для этой цели используются МВС. Магнитовариационная станция (МВС) измеряет магнитное поле во времени, поэтому точка ее установи остается неизменной в течение всех полевых работ. Однако поле вариаций неоднородно, и на больших площадях (многие сотни, тысячи кв. км) приходится использовать несколько МВС, увязывая их работу между собой.

Точка установки МВС выбирается в малоградиентном поле. Должны быть приняты меры к стабилизации температурного режима станции, защита ее от погодных влияний и от мешающих влияний каких-либо металлических масс. МВС работает в автоматическом режиме, ее показания фиксируются через заданный интервал времени. Так, при съемках средней точности этот интервал составляет 1 мин.

На производстве нередко вместо специальной МВС используется обычный полевой магнитометр ММП-203, М-33, М-60, обслуживаемый одним оператором.

МВС включается до начала работы полевых магнитометров и прекращает измерения с окончанием их работы. В обязанность оператора МВС входит построение вариограммы по показаниям МВС за текущий день. Вариограмма строится в виде графика, по оси абсцисс которого откладывается время, а по оси ординат - показания МВС через заданный временной интервал.

В процессе всех измерений, выполняемых с магнитометром ММП-203, должны наблюдаться вариации геомагнитного поля. В качестве МВС используется магнитометр ММП-203. С учетом требований, предъявляемых к месту установки, МВС располагается ежедневно в одной точке. Регистрация вариаций начиналась до начала работы полевых магнитометров. В ходе работ оператор МВС ведет запись вариаций с интервалом в 1 минуту.

5.3.4 Задание на выполнение полевых работ

Основной объем работ выполняется на участке «Слезы ГИСов». Площадь участка 0,75 км2, его размеры составляют 1,5 км по широте и 0,5 км - по мередиану. В пределах участка на местности разбивается на 3 профиля с интервалом Ду=250м, название профилей III, IV, V, так же был разбит дополнительный профиль в 100м от IV профиля на юг. В соответствии c геологическими условиями, ориентировка профилей широтная.

Южный профиль III проложен по дороге, V профиль проложен по просеке.

Пикетаж на профилях разбит через 50 м, нумерация пикетов - от 0 на западе и 30 на востоке. Указанная схема разбивки используется для выполнения наблюдений на площади различными геофизическими методами.

Детализация. Выполняется для более детального изучения сложной аномальной зоны в восточной части V профиля участка «Слезы ГИСов».

5.4 Камеральная обработка результатов измерений

В магниторазведке для изучения геологической среды используются магнитные аномалии. По определению магнитная аномалия есть разность между измеренным магнитным полем Т и его нормальным значением :

,

Инструкцией по магниторазведке для площадей, имеющих сравнительно небольшие размеры, допускается при определении аномалии использовать фоновое значение магнитного поля . Фоновое значение отличается от нормального на некоторую постоянную величину, которая определяется как региональное влияние. Его источником является магнитное поле, создаваемое крупными очень крупными массами горных пород, которые могут быть расположены даже за пределами площади съемки.

Как следует из определения, магнитная аномалия не может быть измерена с помощью какого-либо магнитометра, а может быть только вычислена по результатам полевых измерений. Эти вычисления выполняются в ходе камеральной обработки. Таким образом, основная задача камеральной обработки - это определение магнитных аномалий по материалам полевых измерений. Также в процессе такой обработки в результаты полевых измерений вводятся необходимые поправки, направленные на достижение качества, требуемого при изучении распределения аномального поля на территории участка. Эти поправки определяются особенностями геомагнитного поля и методикой полевых работ.

Основные материалы, используемые для камеральной обработки, включают полевые журналы с записью показаний магнитометров и времени наблюдения на каждой точке, вариограмму МВС, материалы контрольных наблюдений.

Отклонение между вариационной кривой и базовой линией может отмечаться как в положительной области, так и в отрицательной. Отклонение в положительной области указывает на то, что вариационное колебание поля увеличивали все отсчеты, которые наблюдались в это время, следовательно, значение поля, свободное от влияния вариаций, можем получить, вычитая величину вариационной поправки из результата показаний магнитометра. Если же отклонения фиксируются в отрицательной области, то это означает, что все отсчеты, полученное время, оказались заниженными за счет влияния вариаций. Поэтому значение поля, свободное от величины вариаций, должно быть выше, чем отсчет на табло магнитометра. Следовательно, для таких моментов времени величины вариационной поправки должны добавляться к результату измерения. Из этого следует, что поправка за вариацию, определенная по вариограмме, должна вводиться с обратным знаком. После введения поправки получаем исправленное значение поле Тисп. Для продолжения камеральной обработки рейса необходимо вычислить величину аномального поля по формуле ?Та=Тисп?Тф

...