DE1950956B2

DE1950956B2 - Anordnung zum geophysikalischen erkunden von erzlagerstaetten

Info

Publication number: DE1950956B2
Application number: DE19691950956
Authority: DE
Inventors: Jurij S.; Bachtin Jurij G-; Pantelejmonov Vladimir M.; Aleksejev Aleksej I.; Leningrad Ryss (Sowjetunion)
Original assignee: Vsesojuznyj Nautschno-Issledovatelskij Institut Metodiki I Techniki Razvedki, Leningrad (Sowjetunion)
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1969-10-09
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE1950956A1; DE1950956C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum :oDhvsikalischen Erkunden und Bestimmen der mineralogischen Zusammensetzung und der Maße von Erzkörpern der im vorstehenden Patentanspruch | gekennzeichneten Gattung.

Sie wird zum Erkunden von Erzkörpern, die Elektronenleitfähigkeit besitzen, eingesetzt und dient insbesondere zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten.

Eine derartige Anordnung ist im Zusammenhang eines Verfahrens zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten (FR-PS 15 37 761) bekannt, welches auch einem älteren Vorschlag (DT-OS 16 23 123) entspricht. Bei der bekannten Methode der Bestimmung der Reaktionspotentiale mittels der erfaßten Polarisationskurven lassen sich nicht nur bestimmte elektrochemische Vorgänge auf der Oberfläche von Erzkörpern bei Stromdurchleitupg nachweisen, sondern es wird auch die Erkennung des Gehaltes an Mineralien und der Menge von nutzbaren Mineralien im Erzkörper ermöglicht. Die gerätefechnische Realisierung des bekannten Verfahrens ist insofern schwierig, als die Störspannungen aufgrund von Spannungsabfällen in den Nebengesteinen, Zuführungsleitungen usw. groß gegenüber der Nutzspannung bzw. Polarisationsspannung sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gerätetechnk-che Ausbildung der Anordnung bis zum Aufzeichnen der Polarisationskurven zu schaffen. Insbesondere sollen die Störspannungen mit einfachen Schaltungsmitteln erfaßt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhaft wird mit der durch den Kompensationsspannungsgenerator einführbaren Korrektur um die erwähnten Störspannungen das automatische Zeichnen von Polarisationskurven trotz relativ kleiner Nutz- bzw. Meßspannungen möglich, die die Mineralzusammensetzung, die Lage und Abmessungen der Erzkörper erkennen lassen.

Ein programmgesteuerter Speisestromkreis und ein Kompensationsgerät sind in einem anderen Zusammenhang, innerhalb einer nach dem allgemein bekannten Widerstandsmeßverfahren arbeitenden Anordnung, bekannt (FR-PS 13 70 776). Im bekannten Fall dient das Programmgerät zur Einschaltung verschiedener Programmphasen bei der Kommutierung des Speisestromkreises und der Messung. Das Kompensationsgerät ist für die Kompensation der »natürlichen« Spannungen an den Meßelektroden bestimmt. Diese Spannungen hängen vom statischen Feld ab und nicht vom Strom, der über die Speiseelektrode fließt. Sie werden gerade in den Meßphasen kompensiert, wenn also kein Strom über die Speiseelektrode fließt.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird hingegen programmgesteuert ein stetig in seiner Stromstärke geänderter Gleichstrom erzeugt, während der Strom-Kommutierung erfolgt wegen der Natur der elektrochemischen Reaktionen (Verzögerung) keine Messung. Als Speisestromkreis dient bevorzugt ein Gleichrichter mit einem Regler. Der Kompensationsspannungsgenerator ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung an den Geber für die Stromstärke des Gleichstromes angeschlossen. Die Kompensationsspannung wird damit dem Änderungsgesetz des Gleichstromes entsprechend gebildet. Vorteilhaft ermöglicht es die erfindungsgemäße Anordnung, bei der Messung der Reaktionspotentiale den Einfluß der vorstehend definierten Störspannungen, die beim Durchfließen des polarisierenden Gleichstromes durch die Abschnitte des elektrischen Stromkreises

uftreien, durch Kompensation auszuschließen. Es wird ;ein statisches Feld kompensiert, sondern die Kompenation wird kontinuierlich und synchron mit dem Gleichstrom bzw. Erregerstrom durchgeführt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfiniung gemäß Unteranspruch 2 wird der Hauptstromcreis vom Eingang in die Addiereinheit, die als an sich allgemein bekannter Rechenverstärker aufgebaut ist, während der Bildung der Kompensationsspannung einerseits und bei Aufschalten derselben auf den Verstärker andererseits durch die gekennzeichnete Kondensatorumschaltung galvanisch entkoppelt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt ,«.

F i g. t eine Anordnung im Blockschaltbild,

Fig.2 schematisch eine schaltungstechnische Ausführung der Anordnung nach Fig. 1,

Fig.3 eine weitere Ausführungsvariante der Anordnung im Prinzipschaltbild,

F i g. 4 eine mit der Anordnung nach F i g. 3 erhaltene Polarisationskurve,

F i g. 5 die mit der Anordnung nach F i g. 2 erhaltenen Polarisationskurven.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, erhält die Anordnung zunächst eine Speisestromquelle 1 mit einem programmgesteuerten Gleichrichter 2, der die Veränderung der Stromstärke im Speisestromkreis nach Zeitplan zur Aufgabe hat, damit der Speisestrom zeitlich aufeinanderfolgende Reaktionen auf der Oberfläche des Erzkörpers auslöst. Die Anordnung enthält Stromelektroden 3,4 und einen in Reihe mit der Stromquelle 1 und den Elektroden 3,4 liegenden Stromstärkegeber 5. Die Elemente 1, 2, 3, 4 und 5 bilden zusammen mit Nebengesteinen 6 und einem Erzkörper 7 einen geschlossenen Stromkreis.

Am Stromstärkegeber 5 sind eine Meß- und Registriereinheit 8 und ein Kompensationsspannungsgenerator 9 angeschlossen. Der Generator 9 liegt am Eingang einer Addiereinheit 10, die mit unpolarisierbaren Meßelektroden 11, 12 und der Meß- und Registriereinheit 8 verbunden ist.

Die Stromquelle 1 mit dem Gleichrichter 2 stellt einen Gleichrichter mit einem Regler dar. Die Reglerausgangsspannufig ändert sich selbsttätig nach einem voreingestellten Programm und bewirkt eine Stromänderung im Speisestromkreis nach demselben Programm. Die Stromelektroden 3, 4 ermöglichen den Stromdurchgang von der Stromquelle 1 durch den geschlossenen Stromkreis, in dem das Nebengestein 6 und der Erzkörper 7 liegen.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsvariante der Anordnung ist für das geophysikalische Erkunden von Erzlagerstätten gedacht, bei denen der Erzkörper 7 unzugänglich ist.

Die Anordnung nach F i g. 3 ermöglicht das geophysikalische Erkunden von Erzlagerstätten, dessen Erzkörper, wenn auch beschränkt, erreichbar ist, beispielsweise wenn ein Bohrloch 13 im Erzkörper zur Verfugung steht und die Stromelektrode 3 sich unmittelbar in den Erzkörper 7 absenken läßt.

Der Stromstärkegeber 5 besteht bei den beiden Ausführungsvarianten aus einem festen Hochleistungs-Präzisionswiderstand 5' (F i g. 2,3), dessen Widerstandswert sich nicht ändert.

Die Einheit 8 enthält ein Meß- und Schreibgerät, das über einen V- und einen X-Kanal verfügt, wobei der V-Kanal für die Stromstärkemessung im Speisestromkreis und der X-Kanal für die Spannungsmessung ausgelegt sind. Am Eingang der Einheit 8 liegt der Widerstand 5' und am Eingang X der Ausgang der Addiereinheit 10.

Die Addiereinheit 10 enthält einen Rechenverstärker 14 mit einem Widerstand 15 in der Rückführung und mit Eingangswiderständen !6,17.

Der Generator 9 enthält bei der ersten Ausführungsvariante (Fig. 2) der Anordnung einen verstellbaren Widerstand 18 zur Nachstellung der Generatorausgangsspannung (bzw. des Generatorverstäikungsfaktors), einen Schalter 19 zum Polarisationswechsel der Ausgangsspannung, Kondensatoren 20, 21 und ein Schaltrelais dessen Kontakte 22, 23 die Umschaltung der Kompensationsspannung vom verstellbaren Widerstand 18 auf einen zwischen der Meßelektrode 12 und dem Eingangswiderstand 16 liegenden Kondensator 21 ermöglichen und dabei aus nachfolgend näher erläuter ten Gründen eine galvanische Kopplung zwischen dem äußeren Stromkreis und dem Meßstromkreis vermeiden.

Bei der zweiten Ausführungsvariante (F i g. 3) besteht der Kompensationsspannungsgenerator 9 aus einem verstellbaren Widerstand 18, der zur Änderung der vom Generator 9 erzeugten Kompensationsspannung dient.

Die Anordnung hat folgende Wirkungsweisen:

Wird ein Erzkörper vom elektrischen Strom durchflossen, so setzen aufeinanderfolgend elektrochemische Reaktionen auf seiner Oberfläche je nach der nach einem bestimmten Gesetz erfolgten Änderung der Stromstärke des durch den Erzkörper fließenden Stromes ein.

Die unpolarisierbaren Meßelektroden nehmen die elektrische Potentialdifferenz zwischen bestimmten Punkten des Nebengesteins auf. Die gemessene Potentialdifferenz setzt sich zusammen aus der Nutzspannung, die die Information über den Charakter der sich vollziehenden elektrochemischen Vorgänge trägt, und der Störspannung, die im Erzkörper und im Nebengestein beim Stromdurchgang als ohmscher Spannungsabfall auftritt. Die Störspannung ist in der Regel um 2 bis 3 Größenordnungen höher als die Nutzspannung, während die letztere sehr oh nur wenige Zehntel Millivolt beträgt. Die die Informationen über die elektrochemischen Vorgänge tragende Spannung wird von der Meß- und Registriereinheit 8 in Form von Polarisationskurven registriert, die die Abhängigkeit zwischen dem Potentialwert der Reaktion (Abszisse X) und dem Speisestrom (Ordinate Y) zum gleichen Zeitpunkt wiedergeben. Die an der Meß- und Registriereinheit 8 eintreffende Spannung, die dem Potentialwert der Reaktion proportional ist, tritt am Ausgang der Addiereinheit 10 auf, an deren Eingang die von den unpolarisierbaren Meßelektroden 11, 12 und vom Kompensationsspannungsgenerator 9 ankommenden Spannungen angelegt werden.

Der Kompensationsspannungsgenerator 9 erzeugt eine Spannung, die sich nach dem gleichen Gesetz wie der den Erzkörper 7 durchfließende Strom ändert unc genauso groß ist wie die zwischen den unpolarisierbarei Meßelektroden 11, 12 auftretende Störspannung jedoch ein anderes Vorzeichen hat.

Die aufgenommenen Polarisationskurven lassei Schlüsse über Mineralzusammensetzung, Lage un< Abmessungen des Erzkörpers zu.

Nachstehend wird die. Wirkungsweise der einzelne Ausführungsvarianten der Anordnung näher erläutert.

Die Anordnung nach der ersten Ausführungsvarianl

(F i g. 2) wirkt wie folgt:

Fließt ein Gleichstrom veränderbarer Stärke in dem von Stromquelle t, Widerstand 5', Elektrode 3, Nebengestein 6, Erzkörper 7, Elektrode 4 und programmgesteuertem Gleichrichter 2 gebildeten Stromkreis auf, so wird der Erzkörper 7 auch von einem Teil des Gesamtstroms durchflossen. Dieser Strom löst auf der Oberfläche des Erzkörpers 7 elektrochemische Reaktionen aus. Jeder elektrochemischen Reaktion entsprechen bestimmte Werte des Stromes und der zwischen den Elektroden 11 und 12 entstehenden Spannung.

Indem man der Meßspannung die Kompensationsspannung vom Generator 9 zwecks Korrektur des Störeffektes beim Stromdurchfluß durch das Nebenge- _!5 stein 6 überlagert, erhält man an dem Ausgang der Addiereinheit 10 die den elektrochemischen Prozeß an der Grenze zwischen Erzkörper 7 und Nebengestein 6 kennzeichnenden Potentialwerte. Mit der Meß- und Schreibvorrichtung der Einheit 8 werden die Stromwerte und die Potentialwerte in graphischer Form als Funktion q> = f(l) registriert (Fig.4), wobei die Potentialwerte (ψ) der Reaktionen als Abzissen und die Stromwerte (I) als Ordinaten in einem Schaubild aufgetragen werden; so erhält man die Polarisationskurve 24, (F i g. 4), aus der sich die Mineralzusammensetzung und die Abmessungen des untersuchten Erzkörpers 7 bestimmen lassen.

In F i g. 5 sind auf der Abszissenachse bei Darstellung der Kurven 25, 26, 27, 28 die algebraische Summe der Störspannung, der Kompensationsspannung und des Potentials φ', das den Potentialwerten ψ der Reaktionen proportional ist, und auf der Ordinatenachse die Werte der Stromstärke /aufgetragen.

Die Ermittlung der Störspannung mit Hilfe des Kompensationsspannungsgenerators 9 erfolgt folgendermaßen. An dem Eingang der Addiereinheit 10 trifft von den unpolarisierbaren Meßelektroden 11, 12 die Summe von zwei Spannungen U- U\ + φ ein, wobei U\ die Störspannung, die dem durchfließenden Strom proportional ist, und φ die den Potentialen der Reaktionen proportionale Potentialdifferenz darstellt.

Bei linear von Null bis zu einem vorbestimmten Maximalwert ansteigendem Strom und einer Kompensationsspannung, die am Generator 9 gleich Null _4S eingestellt wird, ergibt sich in der Einheit 8 eine Polarisationskurve 25 (F i g. 5), die in der Richtung der Abszissenachse stark ausgedehnt ist und dadurch sich schwer auswerten läßt. Viel günstiger ist eine Polarisationskurve mit minimalen Verzerrungen durch die Störspannung U\. Um eine solche zu gewinnen, stellt man am Widerstand 18 einen bestimmten Betrag her und mit dem Umschalter 19 das Vorzeichen der Kompensationsspannung ein. Diese Spannung wird über vibrierende Rclaiskontakte 22,23 vom Kondcnsa- s.s tor 20 auf den Kondensator 21 übertragen, der als Ausgangsclcmcnt des Generators 9 dient.

Der eine Eingang der Adcliercinheit 10 wird über den Eingangswiderstand 17 von der Spannung U zwischen den unpolarisierbaren Mcßclektrodcn 11 und 12 und der (*> andere über den Eingangswiderstand 16 von der am Ausgang des Generators 9 abgenommenen Kompensationsspannung U2 beaufschlagt.

Bei der Stromänderung im Speisestromkreis erscheint am Ausgang der Addiereinheit 10 eine Spannung, die eine algebraische Summe aus der Störspannung U\, der Kompensationsspannung LZ₂ mit einem der Störspannung gegenüber entgegengesetzten Vorzeichen und der Potentialdifferenz φ, die dem Potentialwert der elektrochemischen Reaktionen proportional ist. Die Ausgangsspannung der Addiereinheit 10 steht am Eingang X der Einheit 8. Der andere Eingang Y der Einheit 8 wird in dieser Zeit von der am Widerstand 5' abgegriffenen Spannung zum Registrieren des durchfließenden Stroms beaufschlagt. Liegt die Kompensationsspannung i7₂ am Ausgang des Generators 9 unter der Störspannung U\, so wird in der Einheit 8 die Polarisationskurve 26 gezeichnet. Ist aber LZ₂ größer als U\, so hat die Polarisationskurve den Verlauf der Kurve 27.

Den günstigsten Verlauf hat die Kurve 28, die sich bei Einhaltung der Bedingung LZ₂= U\ ergibt.

Bei Anordnung der Elektroden 3, 4 auf der Erdoberfläche in der Nähe der Meßelektroden 11, 12 besteht die Gefahr, daß durch die letzteren, auf Kosten der Energie der Stromquelle 1, ein Strom fließt, der beträchtlich über dem für diese Elektroden 11, 12 zulässigen Wert liegt und den Ausfall derselben bewirken kann. Um die Beschädigung der unpolarisierbaren Elektroden 11, 12 zu vermeiden, ist im Gleichstromkreis des Generators 9 der Eingang für die am Widerstand 5' abgegriffene Spannung vom Ausgang galvanisch entkoppelt. Bei der Ausführungsvariante des Kompensationsgenerators 9 nach F i g. 2 wird die galvanische Entkopplung, wie bereits erläutert, durch die Kondensatoren 20, 21 und den Umschalter 19 erreicht. Der Kondensator 20 wird durch Relaiskontakte 22,23 abwechselnd am Verstellwiderstand 18 und am Kondensator 21 angeschlossen, wobei er sich im ersten Falle auflädt und im zweiten Falle entlädt. Dieser Vorgang dauert so lange, bis die Spannung am Kondensator 21 gleich der am Verstellwiderstand 18 abgegriffenen Spannung wird.

Die zweite Ausführungsvariante (F i g. 3) hat folgende Wirkungsweise:

Durch den Erzkörper 7 wird über die Elektrode 3 Strom geleitet, dessen Stärke geändert wird, wobei auf der Oberfläche des Erzkörpers 7 elektrochemische Reaktionen angeregt werden. Zwischen der Elektrode 3' im Erzkörper 7 und der unpolarisierbaren Elektrode H wird unter Berücksichtigung der Kompensation der Störspannung durch die Spannung vom Generator 9 die algebraische Summe der Spannungen gemessen, die it diesem Fall den Potentialen der an der Grenze /.wischer dem Erzkörper 7 und dem Nebengestein 6 stattfinden den Reaktionen gleich ist.

Mit der Einrichtung werden die Stromwerte und di< Potentiale in Form von Polarisationskurvcn rcgistricrl welche die Mincral/.usnmmcnsctzung und die Abmcs siingen des Erzkörpers 7 erkennen lassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum geophysikalischen Erkunden und Bestimmen der mineralogischen Zusammensetzung und der Maße von Erzkörpern mit einem Speisestromkreis mit steuerbarer Stromquelle und mit Stromelektroden zum Durchleiten eines in seiner Stromstärke stetig geänderten Gleichstromes zur Erregung von kathodischen elektrochemischen '^u Reaktionen bei seiner einen Polarität oder anodischen elektrochemischen Reaktionen bei seiner anderen Polarität an der Grenze eines Erzkörpers und von Nebengesteinen, mit Meßelektroden und einer Meß- und Registriereinheit, wobei von der '5 gemessenen Potentialdifferenz zwischen den Meßelektroden die durch den Strom hervorgerufenen Spannungsabfälle (Störspannung) in den Nebengesteinen abgezogen werden und Polarisationskurven und somit die Reaktionspotentiale an der Grenze zwischen Erzkörper und den Nebengesteinen bestimmbar sind, gekennzeichnet durch einen programmgesteuerten Gleichrichter (2) zur Programmsteuerung des Speisestromes, einen Kompensations-Spannungsgenerator (9) zur Bildung einer Kompensationsspannung, die sich nach dem gleichen Gesetz ändert wie der den Erzkörper durchfließende Strom und etwa so groß ist wie die zwischen den unpolarisierbaren Meßelektroden (11, 12) auftretende Störspannung, jedoch ein anderes Vorzeichen hat, eine diesem nachgeschaltete Addiereinheit (10), an deren Mischpunkt auch die Meßelektroden(11,12)liegen und anderen Ausgang die Meß- und Registriereinheit (8) mit ihrem X-Eingang angeschlossen ist, und durch einen Stromstärkegeber (5) im Speisestromkreis, der ausgangsseitig mit dem Kompensations-Spannungsgenerator (9) und mit dem Y-Eingang der Meß- und Registriereinheit (8) verbunden und mit diesen synchronisiert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensations-Spannungsgenerator (9) einen parallel zum Geber (5) geschalteten, veränderbaren Widerstand (18) zum Nachstellen der Generatorausgangsspannung, einen Schalter (19) zum Polaritätswechsel dieser Spannung, ausgangsseitig einen ersten und einen zweiten Kondensator (20 bzw. 21) und ein Schaltrelais aufweist, über dessen Kontaktteile (22, 23) der erste Kondensator (20) mit dem veränderbaren Widerstand (18) oder mit dem zweiten Kondensator (21) wechselweise galvanisch verbindbar oder entkoppelbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 zur Bestimmung der elektrochemischen Reaktionspotentiale an erreichbaren Erzkörpern unter Anordnung einer Stromelektrode im Erzkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensalions-Spannungsgenerator als parallel zum Geber (ii) liegender veränderbarer Widerstand (18) ausgebildet ist und sein Abgriff über einen Widerstand (16) am Mischpunkt &⁰ eines als Addiereinheit dienenden Rechenverstärkers (14) liegt.