Электрическая разведка

А. ГЛАГОЛЕВ

При поисках минерального сырья район, в котором предполагается присутствие какой-либо руды, сначала изучается геологически, т. е. определяют, какие горные породы там встречаются и в каком порядке они налегают друг на друга. Если в каком-нибудь пласте горных пород находят признаки руды, начинают пробивать в известном порядке шурфы (колодцы) или бурить скважины, чтобы разведать, много ли там руды и какая она.

Обыкновенно залежи руды скрыты под так называемыми наносами (песок, глина, земля). Наносы эти бывают очень глубокими, и для того, чтобы получить образцы руды, залегающей так глубоко, нужно во многих точках пробивать шурфами или буровыми скважинами всю глубину наносов.

Такие разведочные работы стоят очень дорого и требуют много времени. Поэтому совершенно понятно, что геологоразведчики постоянно стремились найти такие способы разведки, которые позволили бы исследовать и понять геологическое строение района без ведения дорогостоящих, медленных работ шурфования или бурения.

Такие способы разведки найдены. Это так называемая геофизическая разведка. На обследование самым дорогим геофизическим способом 1 кв. км площади потребуется восемь-десять дней, при этом придется затратить около трех тысяч рублей, бурение же на этой площади до глубины 50 м, хорошо и подробно освещающее район исследования, займет полгода и будет стоить сто тысяч.

Геофизические способы разведки стали возможны лишь в самое последнее время, когда физика и техника точных научных приборов сделали огромные успехи.

Точные приборы позволяют теперь обнаруживать присутствие залежей руды, нефти и угля, даже когда эти приборы находятся на значительном расстоянии от них. Это возможно потому, что всем горным породам и рудам присущи определенные физические свойства, которые могут быть обнаружены даже на значительном расстоянии.

Так, например, разные горные породы обладают неодинаковым удельным весом, поэтому сила тяжести в любой точке земной поверхности зависит от того, легкая или тяжелая горная порода лежит на глубине.

Способ определения состава земной коры, основанный на разнице удельного веса горных пород, называется гравиметрией.

Магнитометрия — способ, помогающий обнаружить присутствие руд, — основана на магнитных свойствах, которые особенно резко проявляются у железных руд.

Другой способ — сейсмометрия. Он основан на том, что разные тела обладают разной упругостью, от которой зависит скорость распространения сотрясений. По тому, как распространяется искусственно вызванное сотрясение, можно судить о строении земной коры.

Многие весьма распространенные в природе руды цветных металлов гораздо лучше проводят электрический ток, чем все другие тела, составляющие земную кору. Некоторые из этих тел, как, например, чистая каменная соль, слои льда, замерзшие почвы, обладают особенно большим сопротивлением. Хорошей электропроводностью руд также пользуются при разведке, которая в данном случае называется электрометрической разведкой, или электрометрией.

Для того чтобы найти районы с грунтом, имеющим хорошую проводимость, т. е. районы, в которых имеются рудные залежи, обыкновенно возбуждают в грунте искусственным путем электрические токи и изучают их.

Часто простое измерение электрического сопротивления почвы достаточно для решения вопроса о том, встретили мы хорошо проводящую руду или нет.

Но не всегда при электроразведке нужно искусственно вводить в почву электрический ток. Сама руда рождает электрическую энергию, которая позволяет найти минерал, содержащий эту руду. Так, например, может быть обнаружена сернистая руда. Дождь и поверхностная вода просачиваются в грунт, доходят до сернистых соединений и окисляют их. В верхних частях рудной жилы обыкновенно окисление действует более сильно, чем в нижних, глубоких. В результате такого химического действия появляется разность электрических потенциалов (плотностей электрических зарядов), — так же как в гальванических элементах. Верхняя часть руды становится отрицательным электродом, а нижняя — положительным. Вследствие разности потенциалов возникают токи, которые текут вниз по хорошо проводящей руде и возвращаются по плохо проводящему грунту, окружающему руду. Образуется круговой ток. Вследствие большого сопротивления грунта возвращающиеся токи отклоняются, уходят на значительные расстояния от руды.

Если наблюдать за этим процессом на поверхности земли, то можно заметить, что электрические токи собираются в месте залегания руды, или, как говорят геологи, в отрицательном центре на местности.

Отрицательный центр на местности можно найти по направлению и величине токов, или же по эквипотенциальным линиям, т. е. линиям равного электрического потенциала.

Для лучшего уяснения сущности и значения этих линий удобно пользоваться теми представлениями, которые ввел в учение об электрическом токе Фарадей и которые, в общих чертах, сводятся к следующему.

Если между двумя точками проводящей среды (в нашем случае почвы) течет ток, то мы можем в этой среде мысленно выделить линии, вдоль которых совершается перенос электрических зарядов. Эти линии назовем линиями тока. Вдоль них плотность (потенциал) электрического тока падает, потому что самый ток рождается вследствие разности потенциалов на концах линий. Если соединить между собой точки на линиях тока, которые имеют один и тот же потенциал, то мы получим эквипотенциальные линии, т. е. линии одинакового потенциала, одинаковой плотности.

Измерить величину и определить направление электрических токов вблизи окисляющейся руды можно при помощи железных кольев, которые в данном случае будут выполнять функции электродов. Для этого нужно прочно вбить их в грунт на расстоянии нескольких метров друг от друга, соединить изолированными проволоками и включить гальванометр (прибор для измерения тока, получающегося в результате химического действия кислоты или соли на металл).

В последнее время разработан и применяется на практике еще более простой способ, при помощи которого можно определять местонахождение хорошо проводящих руд. При этом способе кладут на грунт две медные проволоки (около 1 тыс. м длиной каждая) параллельно одну другой. Расстояние между ними — 700 м. Через каждые 25 м проволоки эти прибиваются колышками к грунту. К концам проволок подводится напряжение от динамомашины, и по ним начинает течь ток.

Если грунт однородный, то линии тока между двумя проволочными электродами параллельны друг другу и составляют прямые углы с проволоками, а эквипотенциальные линии параллельны проволокам.

Если же в земле находится значительная масса проводящей руды, то плотность тока будет не одинаковая, и линии тока изогнутся и соберутся к так называемому отрицательному центру местности. Наоборот, присутствие плохо проводящего материала в грунте заставляет линии тока расходиться.

Жила сернистой руды BC. Пунктиром показаны приблизительные линии электрических токов, которые возникают в результате окисления сернистых соединений подпочвенными водами. Токи текут вниз по хорошо проводящей руде и возвращаются по плохо проводящему грунту. Вследствие большого сопротивления грунта возвращающиеся токи будут отклоняться, уходить на значительные расстояния от руды.

В местах рудных минералов эквипотенциальные линии расходятся, и это дает возможность обнаружить рудные залежи. Существует еще немало других геофизических способов разведки.

Может появиться вопрос: почему же геофизика не вытеснила других способов разведки?

Во-первых, потому, что геофизические способы помогают обнаружить залежи руды, но не всегда можно определить количество и сорт ее; во-вторых, некоторые геофизические способы не позволяют проникнуть вглубь дальше 100 м; в-третьих, не все полезные ископаемые, на которые ведется разведка, обнаруживают свои свойства так сильно и резко, чтобы геофизические приборы могли их уловить.

Таким образом, наилучшее освещение геологического строения района достигается в тех случаях, когда геофизические способы соединяются и применяются вместе с обычными способами разведок — бурением и шурфованием.