DE2405708C3

DE2405708C3 - Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten

Info

Publication number: DE2405708C3
Application number: DE19742405708
Authority: DE
Original assignee: Vsesojuznyj Nautschno-Issledovatelskij Institut Metodiki I Techniki Razvedki, Leningrad (Sowjetunion)
Filing date: 1974-02-06
Publication date: 1978-02-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Erkundung von Erzlagerstätten bestimmte Vorrichtung gemäß

Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten im Polarisationskurven-Verfahren, die im galvanodynamischen Betrieb der Erregung von elektrochemischen Reaktionen arbeitet (US-PS 36 59 192).

Die graphische Beziehung zwischen der Stärke / des Stroms durch die Erzkörperoberfläche und der Potentialgröße ψ der elektrochemischen Reaktion, die beim

ίο Durchfluß dieses Stromes zustandekommt, heißt »Polarisationskurve«.

Wird die Aufzeichnung von Polarisationskurven unter Änderung des durch die Oberfläche eines Erzkörpers nach einem bestimmten Programm durchfließenden Stromes vorgenommen, so ist der galvanodynamische Betrieb der Untersuchung eines Erzkörpers gegeben (Zusammenhang φ = 1(J), FR-PS 15 37 761). Wird die Aufzeichnung von Polarisationskurven unter der Bedingung vorgenommen, daß das Potential der jeweiligen elektrochemischen Reaktionen, die an der Oberfläche des Erzkörpers ablaufen, nach einem Programm geführt wird, ist der potentiodynamische Betrieb der Untersuchung eines Erzkörpes (Zusammenhang J= f[q>]) gegeben.

Die obengenannte Vorrichtung zur gsophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten enthält: eine Gleichstromquelle und ein Mittel zur Änderung der Stromstärke; eine Haupt-Speiseelektrode, die elektrischen Kontakt mit dem Erzkörper aufweist und mit der Gleichstromquelle verbunden ist; sowie eine Hilfsspeiseelektrode, die elektrischen Kontakt mit dem Medium, das den Erzkörper aufnimmt, aufweist und mit der Gleichstromquelle verbunden ist. Ein Stromstärkengeber ist zwischen der Gleichstromquelle und einer der Speiseelektroden, z. B. der Hauptspeiseelektrode, angeschlossen. Die Vorrichtung hat auch ein Potentialmeßgerät für elektrochemische Reaktionen an der Oberfläche eines Erzkörpers, dessen Eingänge mit einem Addierwerk und der Hauptspeiseelektrode gekoppelt sind. Die Eingänge des Addierwerkes sind an eine unpolarisierbare Meßelektrode und einen Kompensationsspannungsgenerator, gekoppelt mit dem Stromstärkegeber, angeschlossen. An den Stromstärkengeber und an das Potentialmeßgerät ist ein Registriergerät zur Aufzeichnung von Polarisationskurven angeschlossen, und ein Geberblock für die Gleichstromerregung eines Erzkörpers ist mit dem Mittel zur Änderung der Stromstärke verbunden.

Durch Änderung der Stromstärke im Stromkreis, der aus der Gleichstromquelle, einem Erzkörper und den Speiseelektroden besteht, nach einem Programm vom Geberblock für die Gleichstromerregung des Erzkörpers werden an der Oberfläche des Erzkörpers serienmäßig elektrochemische Reaktionen erregt. Bei gleichzeitigem Betrieb des Stromstärkengebers, des Kompensationsspannungsgenerators, des Addierwerkes und des Potentialmeßgerätes erscheinen am Ausgang des letzteren die Potentialgrößen der elektrochemischen Reaktionen, die vom Registrierwerk in Form von Funktionen (φ = 1[J]) aufgezeichnet werden.

Aus den Polarisalionskurven, die mehrstufige Kurven darstellen, ermittelt man die Potentiale der elektrochemischen Reaktionen, nach denen man die mineralogische Zusammensetzung von Erzkörpern und die Stromgrenzwerte der Reaktionen feststellt, die zur Errechnung der Größe der Erzkörper und ihrer anderen Parameter dienen.

Der galvanodynamische Betrieb der Erregung von

elektrochemischen Reaktionen, ausgeführt mittels der bekannten Vorrichtung, weist jedoch als Nachteil auf, daß bei Erregung elektrochemischer Reaktionen, die nahe zueinander liegende Potentiale haben, es schwierig isJ, diese auf der Polarisationskurve zu erkennen. Außerdem ist oft ein stufenloser Übergang von der Registrierung des Potentials einer elektrochemischen Reaktion zur Registrierung des Potentials einer elektrochemischen Reaktion zur Registrierung der anderen elektrochemischen Reaktion (z. B. auf durchaderten Sprenkelerzen) zu verzeichnen, was zur erschwerten Ermittlung der Potentiale der elektrochemischen Reaktionen auf der Polarisationskurve und insbesondere de- Stromstärken-Grenzwerte dieser Reaktionen führen kann und demzufolge zur ungenauen Ermittlung der mineralogischen Zusammensetzung von Erzen, insbesondere bei Aussonderung von Mineralien, die in einer geringen Konzentration vorhanden sind, sowie zur Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Menge der Mineralien und der Größe von Erzkörpern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht unter Beseitigung der genannten Nachteile in der Entwicklung einer Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten, die bedeutend die Genauigkeit der Ermittlung der mineralogischen Zusammensetzung eines Erzkörpers und seiner Abmessungen erhöht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in ü'en Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mittels der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. ! die Gesamtblockschaltung einer Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten,

Fig. 2 die Blockschaltung einer Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten, die eine kontaktlose Ausführung der Erregung von elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche eines Erzkörpers darstellt,

Fig.3 und 4 unterschiedliche Ausführungen einer Gesamtblockschaltung der Vorrichtung,

Fig. 5 ein Beispiel einer Polarisationskurve, nämlich der Abhängigkeit des Polarisationsstromes eines Erzkörpers von den Sollpotentialen elektrochemischer Reaktionen an dfτ Oberfläche des Erzkörpers und

Fig. 6 ein Beispiel einer Polarisationskurve, nämlich der zeitlichen Abhängigkeit des Polarisationsstromes eines Erzkörpers bei konstantem Sollpotential elektrochemischer Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers.

Die Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten enthält eine Gleichstromquelle 1 (Fig. 1) mit einem Mittel 2 zur Änderung der Stromstärke im Stromkreis der Quelle 1, die zusammen eine regelbare Gleichstromquelle bilden. Die regelbare Gleichstromquelle ermöglicht, bei Steuersignalgabe zum Steuereingang den Belastungsstrom in einem breiten Bereich zu verändern: von Werten nahe Null bis zu den Nennwerten. Die regelbare Quelle kann sowohl auf der Grundlage von Gleichstromanlagen, z. B. Cileichstromverstarkermaschinen als auch mit Einsatz von maschinellen Wechselstrom-Gleichstrom-Uinformern (Gleichrichtern) ausgeführt werden, deren Regelung sowohl wechselstromseitig als auch gleichstromseitig z. B. unter Zuhilfenahme von steuerbaren Dioden (Thyristoren) erfolgen kann.

Die Vorrichtung enthält ebenfalls eine Hauptspeiseelektrode 3, die mit einem zu untersuchenden Erzkörper 4 elektrisch gekoppelt ist, und eine Hilfsspeiseelektrode 5, die ein den Erzkörper 4 aufnehmendes Medium kontaktiert; die beiden Elektroden sind an die regelbare Gleichstromquelle angeschlossen und bilden zusammen mit ihr einen Speisestromkreis. In den Speisestromkreis ist ein Stromstärkengeber 6 geschaltet.
Die Hauptspeiseelektrode stellt einen speziellen

ίο Bohrapparat dar, der den elektrischen Kontakt mit dem jeweiligen Erzkörper mittels zwangsläufigen Andrükkens stromführender Elemente des Bohrapparates an die Wände der Bohrung über eine große Fläche gewährleistet, was zu geringen Stromdichten in den Berührungspunkten führt

Die Hilfsspeiseelektrode 5 stellt eine übliche Erdungsanlage, z. B. in die Erde eingeschlagene metallische Stäbe, dar. Diese Elektrode dient für die Gleichstromübertragung von der Stromquelle zum Erzkörper durch aufnehmende Gesteine mit möglichst geringen Verlusten und besteht in der Regel aus einem System von Leitern, die an der Erdoberfläche in einer Entfernung von dem zu untersuchenden Erzkörper eingegraben sind.

Ein Potentialmesser 7 der Potentiale der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers 4 ist an ein Addierwerk 8 und die Hauptspeiseelektrode 3 angeschlossen. Das Addierwerk 8 ist durch einen Kompensationsspannungsgenerator 9 mit dem Stromstärkegeber 6 im Speisestromkreis und mit einer unpolarisierbaren Meßelektrode 10 verbunden, die die Information über die Potentiale der an der Oberfläche des Erzkörpers 4 ablaufenden elektrochemischen Prozesse aufnimmt, die beim Durclfluß des Erregungsstromes im Speisestromkreis vor der regelbaren Stromquelle ablaufen.

Als Potentialmesser 7 wird ein Gleichstromverstärker benutzt, der einen stabilen und konstanten Übertragungsfaktor aufweist und in den Potentialgrößen der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers 4 geeicht ist.

Der Kompensationsspannungsgenerator 9 ist zur Gewinnung der sich größenmäßig synchron mit der Stromänderung im Speisestromkreis ändernden Span-

nung vorbestimmt. Der Übertragungsfaktor zwischen der Stormstärke im Speisestromkreis und der Ausgangsspannung des Kompensationsspannungsgenerators 9 kann sich in einem weiten Bereich in Abhängigkeit von den konkreten Untersuchungsverhältnissen des jeweiligen Erzkörpers ändern. Der Kompensationsspannungsgenerator 9 ermöglicht zur Lösung von einzelnen Teilaufgaben, daß voneinander isolierte Eingangs- und Ausgangsklemmen zur Verfügung stehen, d. h. es wird eine galvanische Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang vorgesehen.

Ein Sollpotentialgeber 11 von Sollpotentialen der elektrochemischen Reaktionen ist mit seinem Eingang mit einem Geberblock 12 für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers 4 und mit seinem Ausgang mit einem Vergleicher 13 verbunden. Der zweite Eingang des Vergleichers 13 ist an den Ausgang des Potentialmessers 7 und der Ausgang des Vergleichers 13 durch einti Steuerblock 14 mit dem Mitte! 2 zur Änderung der Stromstärke im Speisestromkreis gekoppelt.

<>s Ein Registriergerät 15, das einen Zweikoordinaten-Selbstschreiber darstellt, ist mit dem λ'-Eingang an den Stromstärkengeber 6 und mit seinem y-Eingang an den Soiipotentiaigeber Ii der elektrochemischen Keaktio-

nen geschaltet. Auf dem Registriergerät 15 wird in Rechteckkordinaten in Form von sogenannten Polarisationskurven der Zusammenhang zwischen den Sollpotentialen der elektrochemischen Reaktionen und dem über die Oberfläche des Erzkörpers 4 fließenden Erregerstrom aufgezeichnet, bei dem die Sollpotentiale auftreten.

Der Sollpotentialgeber 11 der elektrochemischen Reaktionen stellt einen Satz von Präzisionswiderständen mit Umschaltern (oder einen Stellwiderstand) dar, die an eine stabilisierte Speisequelle (nicht gezeigt) angeschlossen sind, deren Ausgangsspannung beliebig eingestellt werden kann. Die Umschalter der Präzisionswiderstände (oder der Stellwiderstand) werden vom Geberbiock !2 für die Gieichstromerregungszeii des Erzkörpers betätigt, der in Form eines Imnuls7ählers mit veränderlicher Impulsfolgeperiode (oder in Form eines kleinen Motors geringer Leistung und mit einem Untersetzungsgetriebe, bei dem die Drehzahl der Abtriebswelle in einem weiten Bereich in Abhängigkeit von den konkreten Verhältnissen der Erkundung variierbar ist) ausgeführt werden kann. Der gemeinsame Betrieb des Sollpotentialgebers 11 der elektrochemischen Reaktionen und des Geberblockes 12 für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers bestimmt die Geschwindigkeit des Ablaufs der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers 4. Die Änderung der Geschwindigkeit des Ablaufes der elektrochemischen Reaktionen ermöglicht es, den optimalen Untersuchungsbetrieb eines Erzkörpers zu finden und einen maximalen Effekt zu erzielen.

Bei den geologischen Sucharbeiten und bei der Erkundung von Erzlagerstätten kommt es vor, daß der mit geophysikalischen Mitteln ermittelte Erzkörper 4 einer eingehenden Untersuchung bedarf, ein direkter Kontakt aber durch eine Bohrung oder durch einen anderen Aufschluß vorläufig noch nicht möglich ist. Die erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung für geophysikalische Erkundung von Erzlagerstätten ist zweckmäßigerweise auch in solchen Fällen einzusetzen. Hierfür ändert man die Schaltung des Speisestromkreises. Eine Speiseelektrode 16 (Fig. 2) hat keinen elektrischen Kontakt mit dem zu untersuchenden Erzkörper 4 und ist im Raum auf der anderen Seite des Erzkörpers 4 gegenüber einer anderen Speiseelektrode 17 angebracht. Der zu untersuchende Erzkörper 4 befindet sich im Fließfeld des elektrischen Stromes beider Speiseelektroden 16 und 17, und ein Teil des Stromes des Speisekreises fließt durch den Erzkörper 4 und erregt an seiner Oberfläche elektrochemische Reaktionen. Zur 5" Registrierung der Potentiale der ablaufenden elektrochemischen Reaktionen wird der Potentialmesser 7 der elektrochemischen Reaktionen an das Addierwerk 8 und an eine andere, unpolarisierbare Meßelektrode 18 angeschlossen, die an einem frei gewählten, von den Speiseelektroden 16 und 17 entfernten Punkt angeordnet ist Eine solche Schaltung wird hier kontaktlose Ausführung der Erregung der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche eines Erzkörpers genannt

Bei der Durchführung von Messungen nach der kontaktlosen Ausführung der Erregung der elektrochemischen Reaktionen ist es erforderlich, daß die Eingangs- und Ausgangsklemme des Kompensationsspannungegenerators 9 elektrisch voneinander isoliert werden, um eine unerwünschte Polarisation der unpolarisierbaren Meßelektrode 18 (sowie ihren möglichen Ausfall) durch die Energie der Gleichstromquelle 1 zu vermeiden.

Da jede elektrochemische Reaktion in einem bestimmten Bereich für ihren Abschluß eine ganz bestimmte Strommenge Q unabhängig von der Reaktionsgeschwindigkeit braucht, enthält die Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten neben den oben genannten Stufen einen Stormmengenmesser 19 (F i g. 3), der zwischen dem Stromstärkengeber 6 und dem Geberblock 12 für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers 4 geschaltet ist, und ein zweites Registriergerät 20, das einen Zweikoordinaten-Selbstschreiber darstellt, der mit seinem x-Eingang an den Strommengenmesser 19 und mit seinem y-Eingang an den Sollpotentialgeber 11 der elektrochemischen Reaktionen angeschlossen ist, auf dem in Rechteck Koordinaten in Form von sogenannten Polarisationskurven (Fig.5) der Zusammenhang zwischen einem Sollpotential der elektrochemischen Reaktion und der Strommenge, die für die entsprechende elektrochemische Reaktion verbraucht wird, aufgezeichnet wird.

Die erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten kann außer den oben genannten Blöcken auch ein drittes Registriergerät 21 (Fi g. 4) haben, das einen Zweikoordinaten-Selbstschreiber darstellt, der mit seinem x-Eingang mit dem Stromstärkegeber 6 und mit seinem y-Eingang mit dem Geberblock 12 für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers 4 gekoppelt ist, auf dem die zeitliche Abhängigkeit (Fig. 6) des Polarisationsstromes des Erzkörpers bei konstant gehaltenen; Potential der jeweiligen elektrochemischen Reaktion graphisch dargestellt wird.

Vor Stromfluß durch die Oberfläche des Erzkörpers 4 ist ein Gleichgewichtspotential vorhanden, das durch elektrochemische Prozesse im Zusammenhang mit den Oxidations- und Reduktionseigenschaften des den Erzkörper 4 aufnehmenden Mediums bedingt ist.

Wird an der Oberfläche des Erzkörpers 4 ein größeres oder ein kleineres Potential <p_c als das Gleichgewichtspotential vorgegeben, erfolgt bis zur Erreichung eines Potentialwertes, der gleich dem Potential der Reaktion an einem zum Erzkörper gehörenden Mineral ist, keine merkliche Änderung in den Oxidations- und Reduktionsprozessen, die auf das aufnehmende Medium zurückzuführen sind, und der elektrische Strom von der Stromquelle 1 fließt entweder überhaupt nicht, oder seine Größe ist sehr gering.

Wenn das Sollpotentia! <p_c den Wert des Potentials 9: der elektrochemischen Reaktion an einem der vorhandenen Mineralien erreicht, beginnen an seiner Oberfläche Prozesse abzulaufen, die auf den elektrochemischen Reaktionen an diesem Mineral beruhen. Das führt zi einer starken Erhöhung der Stromstärke im Speisekreis die für das Zustandekommen der elektrochemischer Reaktion notwendig ist Mit der Ansammlung dei Produkte der elektrochemischen Reaktion sinkt di« Geschwindigkeit ihres Ablaufes und gleichzeitig verrin gert sich die von der Stromquelle 1 entnommene Stromstärke. Die Verminderung der Stromstärke ist bii auf Null oder bis zu einem gewissen geringen Wen möglich, der den Gleichgewichtsverhältnissen de! Ablaufs einer elektrochemischen Reaktion an dem zi untersuchenden Mineral entspricht, die durch die Eigenart der rntfernung der Produkte der elektroche mischen Reaktion von den reaktionsfähigen Abschnit ten der Oberfläche des Erzkörpers 4 verursacht sind Durch die wiederholte Änderung des Potentials φ an dei Oberfläche des Erzkörpers 4 in positiver oder negative:

Richtung wird früher oder später der Wert des Potentials q> der elektrochemischen Reaktion in einem anderen Mineral, das /.um Erzkörper 4 gehört, erreicht. Das ruft wiederum die Erhöhung der Stromstärke von der Stromquelle 1 und danach ihre Verringerung im Zusammenhang mit der Ansammlung der Produkte der zweiten elektrochemischen Reaktion hervor. Bei weiterer Vergrößerung des Sollpotentials wird eine elektrochemische Reaktion mit entsprechender Erhöhung der Stromstärke im dritten Mineral, dann im vierten usw. ausgelöst. Demzufolge kann man durch die Änderung des Potentials φ an der Oberfläche des Erzkörpers 4 nacheinander elektrochemische Reaktionen in den Mineralien, die zu diesem Erzkörper gehören, erregen I I ΤΛ f^ /Ί 1^^ L' I^ I Γ^ I^- ' * f"f^l /Ί ίΐ t* C/"^ 4T^^ T^ ^ F^ Γ1 ■ ^i η W^ f\ lint¹ O t l#^ ί~ΐ C* L· I ll*l( ίΛ _v ^ UlIVJ VfIV-^V- ■>■ 1 \-J% \\\ YA\*\ jvL VIIUlIIMXf U 1 VSlUI IJU t.l\Sl lOIXUI 1 \^ j I

als Abhängigkeit der Stromstärke J (Fig. 5) vom Sollpotential q>,. aufzeichnen. Auf der Polarisationskurve /=ί(ψι) sind die Größen des Sollpotentials φ& die den Maximalwerten der Stromstärke /(die Punkte a, b, cund d) entsprechen, gleich den Potentialen φ der elektrochemischen Reaktionen in den Mineralien. Diese Werte sind für jecos Mineral bekannt, und nach ihnen ermittelt man das Vorhandensein dieses oder jenes Minerals in Erzen. Da der Maximalstromwert /_m„ für jede elektrochemische Reaktion der Menge eines entsprechenden Minerals in Erzen proportional ist, kann man nach den Werten /_mat den Gehalt und die Masse dieses Minerals im Erzkörper 4 beurteilen. Das Potential φ der elektrochemischen Reaktion an der Oberfläche des Erzkörpers 4 wird in Form einer Spannung Uszwischen der Hauptspeiseelektrode 3 und der unpolarisierbaren Meßelektrode 10 gemessen. Die Spannung Us umfaßt die Spannung U₁₁ an der Gren;te des Erzkörpers 4 zu den aufnehmenden Gesteinen, die eine information über die Potentiale φ der elektrochemischen Reaktionen in den Mineralien r-nthält. und eine Spannung Ur, die beim Durchfließen des Stromes durch ohmsche Widerstände des Speisestromkreises auf cen Abschnitten zwischen den Elektroden 3 und 10 (aufnehmenden Gesteinen, Erzkörper selbst, Kabel in der Bohrung usw.) auftritt. Zur Abtrennung der zu ermittelnden Größe U_v am Ausgang des Potentialmessers 7, die in einzelnen Fällen gleich den Potentialen der elektrochemischen Reaktionen φ ist, gelangt die Spannung Us an dessen Eingang durch das Addierwerk 8 zusammen mit der Kompensationsspannung Uk, die im Kompensationsspannungsgenerator 9 erzeugt wird und die ihrem absoluten Wert nach gleich und nach ihrem Vorzeichen entgegengesetzt der Spannung Ur gewählt wird. Die Komjensationsspannung Uk sollte sich synchron mit der Änderung der Stromstärke / im Speisekreis derart ändern, daß |ίΛ!= — \Ur\ und entsprechend am Ausgang des Potentiaimessers 7 die Bedingung U₉ =<p erfüllt wird. Die Gleichzeitigkeit der Änderung der Kompensationsspannung Uk mit der Änderung der Stromstärke J wird mittels eines Signals vom Stromstärkengeber 6, dessen Strom an den Eingang des Kompensationsspannungsgenerators 9 gelangt, erreicht Die Gleichheit I Ui\ — — I Ur\ wird durch die entsprechende Abstimmung des Kompensationsspannungsgenerators 9 her- beigeführt Das Potential φ der elektrochemischen Reaktion gelangt von dem Potentialmesser 7 der Potentiale an den Vergleicher 13, an den gleichzeitig das Sollpotential q>_c vom Sollpotentialgeber 11 gelangt, und am Ausgang des Vergleichers 13 wird ein Signal zur <><; Regelung der Stromstärke im Spersestromkreis durch den Steuerblock 14 und durch das Mittel 2 zur Änderung der Stromstärke erzeugt 1st zu einem Zeitpunkt das Potential φ der elektrochemischen Reaktion kleiner als das Sollpotential <p_ft tritt am Ausgang des Vergleichers 13 ein Signal zur Erhöhung der Stromstärke / im Speisekreis auf. Die Erhöhung der Stromstärke im Stromkreis führt zur Vergrößerung des Potentials φ, bis die Bedingung φ = qi_c erreicht wird. Genauso ist es, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt das Potential φ an der Oberfläche des Erzkörpers 4 größer als das Sollpotential q>e wird; dann erscheint am Ausgang des Vergleichers 13 ein Signal zur Verringerung der Stromstärke j im Speisestromkreis. Die Verringerung der Stromstärke / führt zur Senkung des Potentials φ der elektrochemischen Reaktion, bis die Bedingung φ = ψ_ο erreicht wird Gleicht das Istpotential dem Sollpotential φ_η so erscheint am Ausgang des Vergleichen 13 ein Signal zur Unterhaltung eines bestimmten Wertes der Stromstärke / im Speisekreis. Die Übereinstimmung zwischen dem Sollpotential φ_€ und dem Istpotential ψ an der Oberfläche des Erzkörpers 4 wird schnell erfaßt. Die Größen <p_cund /werden vom Registriergerät 15 erfaßt Durch aufeinanderfolgende Änderung des Sollpotentials g>c mittels des Sollpotentialgebers 11 wird auf dem Registriergerät 15 die Abhängigkeit zwischen <p_c = <)[ und dem Strom / aufgezeichnet, die der Polarisationskurve ]=f(<$) entspricht, nach der die mineralogische Zusammensetzung und die Abmessungen des Erzkörpers 4 ermittelt werden.

Nach den aus der Polarisationskurve ermittelten Werten der Potentiale der elektrochemischen Reaktionen q>\\ ψ2; <py, φ<; 9)5 (F i g. 5) ermittelt man durch ihren Vergleich mit bekannten Tabellenwerten das Vorhandensein in Erzen z.B. von Pyrit (qpi=0,5V und <p_ä = - 1,35 V), Chalkopyrit (ψ₇ = - 0,6 V), Galenit (<jD₃=-0,8V) und Sphalerit ((p₄ = l,2V). Nach den ebenfalls der oben genannten Kurve entnommenen Werten von J_max für elektrochemische Reaktionen ermittelt man für jedes Mineral z. B., daß

Jmax\ > Jmaxi > Imaxi -> Imexl gift

Das weist darauf hin, daß die Pyritmasse größer als die Sphaleritmasse im Erz und noch größer als die Galenit- und Chaikopyritmasse ist Es wurden Funktionen (vgl. z. B. ]. S. Ry ss, »Suche und Erkundung von Erzkörpern im Kontaktverfahren der Polarisationskurven«, Moskau, Nedra-Verlag, 1973) aufgestellt, mit deren Hilfe aus den Werten J_max ermittelt werden: Oberflächengröße, Linienabmessungen. Gehalt und Masse der Mineralien der untersuchten Erzkörper.

Bekanntlich ist die Menge der reagierenden Stoffe nach dem Faradayschen Gesetz der Strommenge Q proportional. Diese Größe kann unabhängig von der Trägheit der Meßgeräte und der Reaktionsgeschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion registriert werden. Die Registrierung der Strommenge, die für den Ablauf der jeweiligen elektrochemischen Reaktion erforderlich ist ermöglicht es, die Genauigkeit der Ermittlung der Menge der Mineralien und die Abmessungen des Erzkörpers zu steigern.

Bei der Erregung elektrochemischer Reaktionen, wie bereits oben erörtert, erfolgt im Strommengenmesser 19 (F i g. 3) das Multiplizieren der Stärke des Stroms, dar durch den Speisekreis fließt, mit den Zeitintervallen At, die von dem Geberblock 12 für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers bestimmt werden. Das erzielte Resultat in Form der Strommenge Q wird zum Registriergerät 20 übertragen, wo es in Abhängigkeit von den vom Sollpotentialgeber 11 der elektrochemischen Reaktionen vorgegebenen Scllpotentialen aufgezeichnet wird. Durch das Vorhandensein dieses Messers

kann man die Menge des für einzelne elektrochemische Reaktionen verbrauchten Stromes messen und als Folge die Genauigkeit der Ermittlung der mengenmäßigen Zusammensetzung von Mineralien und der Abmessungen des Erzkörpers 4 erhöhen.

Die auftretenden Polarisationskurven (nicht gezeigt) in Q-ψ-Koordinaten unterscheiden sich in der Form nicht von den Kurven in /-φ-Koordinaten. Die von den Kurven abzulesenden Werte 911; ψ2 usw. sowie Qw Q? dienen zur Ermittlung der Zusammensetzung, der Abmessungen und der Massen von Mineralien und Metallen im Erzkörper 4.

|ede elektrochemische Reaktion in diesem oder jenem Mineral weist ihren eigenen Charakter auf, der in der Geschwindigkeit des Ablaufes der Reaktion und in den Kurven der Abhängigkeit der Stromstärke von der Zeit (F i g. 6), in der der elektrochemische Prozeß in einem Mineral abläuft, zum Ausdruck kommt. Die Polarisationskurven J=f(O ermöglichen es, nach dem neuen Parameter — der Änderung der Ablaufgeschwindigkeit der Reaktionen — die mineralogische Zusammensetzung zu beurteilen und die Meßergebnisse auf den zu registrierenden Polarisationskurven /= f(q>) zu kontrollieren.

Bei der Vorgabe eines Potentials am Erzkörper4 vom Sollpotentialgeber 11, z. B. des Potentials φ? (oder φι, φ) usw.), wird auf dem Registriergerät 21 (Fig.4) eine Kurve aufgezeichnet, die die zeitliche Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit in Form der Funktion /= f(t) bei unveränderlichem Potential der Reaktion charakterisiert.

In F'g. 6 ist ein Beispiel einer solchen Kurve angeführt, aus dem ersichtlich ist, daß die Erhöhung des Stromes bei dem Sollpotential q>_c am Erzkörper zu unterschiedlichen Zeilpunkten ungleich ist, d. h. diese Erhöhung weist keine konstante Größe ψ- auf. Diese Änderungen sind mil dem aufeinanderfolgenden Auslösen der Reaktionen in unterschiedlichen Mineralien verbunden. Im Bereich von Null bis zum Punkt A lösen sich die elektrochemischen Reaktionen im ersten Mineral aus: bis zum Punkt B — im zweiten Mineral; bis zum Punkt C — im dritten Mineral; bis /um Punkt D — im vierten Mineral. Nach der Anzahl der Stufen auf der Kurve, die durch die Abschnitte OA, AB, BC, CD gekennzeichnet werden, kann man die Anzahl der Mineralien im Erzkörper 4 und ihr Verhältnis zueinander feststellen. Beim Übergang von Gangerzen zu Sprenkelerzen verschwindet das präzise Auftreten der Stufen und die Zeit t\; i₂; fj; U des Überganges von einem Prozeß zum anderen vergrößert sich. Deswegen kann man nach der Schärfe der einzelnen Stufen und den Zeitwerten t\; I₂; ty, U den Charakter der Struktur der Erze beurteilen.

Dadurch ermöglicht die Vorrichtung mit der Erfindung einen trzkörper bei begrenztem Zugang zu ihm bzw. ohne diesen Zugang eingehender und mit einem höheren Genauigkeitsgrad als alle bekannten Vorrichtungen zu untersuchen. Unter Zuhilfenahme der Vorrichtung kann man die Abmessungen eines Erzkörpers, seine mineralogische Zusammensetzung, insbesondere bei geringen Stoffkonzentrationen, das Verhältnis von Mineralien im Erzkörper usw. ermitteln. Mit Hilfe der erfindungsgemäß gestalteten Vorrichtung wird auch die Aufgabe der Ermittlung der Zugehörigkeit der Verkreuzungen von Erzkörpern zu ein und demselben Erzkörper oder zu unterschiedlichen Erzkörpern leicht gelöst.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur geophysikalischen Erkundung von Erzlagerstätten, bestehend aus einer Gleichstromquelle mit einem Mittel zur Änderung der Stromstärke, mit dem eine Hauptspeiseelektrode, die elektrischen Kontakt mit einem Erzkörper hat, eine mit einem den Erzkörper aufnehmenden Medium elektrisch kontaktierende Hifisspeiseelektrode und ein Stromstärkengeber elektrisch verbunden sind, an den angeschlossen ist eine Reihenschaltung eines Kompensationsspannungsgenerators, eines mit einer unpolarisierbaren Meßelektrode verbundenen Addierwerks und eines Potentialmessers der Potentiale der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers, der mit der Hauptspeiseelektrode verbunden ist; sowie bestehend aus einem Geberblock für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers, der elektrisch verbunden ist mit einem Registriergerät; gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung eines Sollpotentialgebers (11) der Sollpotentiale der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers (4), dessen Eingang an den Geberblock (12) für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers (4) angeschlossen ist, eines Vergleichers (13), dessen zweiter Eingang mit dem Potentialmesser (7) der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers (4) gekoppelt ist, und eines Steuerblocks (14), dessen Ausgang mit dem Mittel (2) zur Änderung der Stromstärke verbunden ist; wobei das Registriergerät (15) an den Sollpotentialgeber (11) und den Stromstärkengeber (6) angeschlossen ist zur Aufzeichnung der Abhängigkeit zwischen den Sollpotentialen der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers (4) und den Strömen durch die Oberfläche des Erzkörpers bei den Sollpotentialen in Form von Polarisationskurven.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Strommengenmesser (19), dessen einer Eingang an den Stromstärkengeber (6) und dessen anderer Eingang an den Geberblock (12) für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers (4) angeschlossen ist, und durch ein zweites Registriergerät (20), das an den Ausgang des Strommengenmessers (19) und an den Sollpotentialgeber (11) angeschlossen ist für die Aufzeichnung der Abhängigkeit zwischen den Sollpotentialen der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers (4) und der Strommenge, die für den Ablauf der elektrochemischen Reaktionen bei den Sollpotentialen verbraucht wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein drittes Registriergerät (21), das an den Stromstärkengeber (6) und den Geberblock (12) für die Gleichstromerregungszeit des Erzkörpers angeschlossen ist und das die zeitliche Änderung der Stromstärke bei konstanten Poten'ialcn der elektrochemischen Reaktionen an der Oberfläche des Erzkörpers (4) registriert.