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Verfahren und Vorrichtung zur Aufsuchung von Erzausbissen oder Erzanreicherungen
in flachen Gewässern oder durchfeuchteten Sanden oder Geröllen Es ist bekannt, daß
über gewissen Erzlagerstätten spontane Potentialdifferenzen an der Erdoberfläche
nachweisbar sind, und man hat ermittelt, daß die Entstehung derselben auf chemische
Prozesse an den Berührungsflächen der Lagerstätte mit einem Elektrolyt, der z. B.
aus oxydierenden Grundwasserschichten bestehen kann, zurückzuführen sind. Durch
Aufsuchung der Punkte gleichen Potentials dieses durch die Lagerstätte erzeugten
elektrischen Erdfeldes kann man Linien ermitteln, die die Projektion der Entstehungsorte
derartiger Erdströme an der Erdoberfläche umschließen und dadurch Schlüsse über
die Gestalt und Lage des Erzkörpers zulassen.
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Diese Methode setzt naturgemäß die Mög-
lichkeit, innerhalb
kürzerer Zeit das Gelände über der Lagerstätte begehen zu können, voraus; in Urwaldgebieten
sind diese Möglichkeiten sehr beschränkt, und auch in sehr gebirgigem, felsigem
Gelände wird man nur selten ein ausreichend klares Bild über die @Terteilung dieser
lokalen Erdströme erhalten können. Mit dieser Methode, in Gewässern erodierte Lagerstätten,
die von mehr oder weniger trübem Wasser überdeckt und daher der direkten Beobachtung
entzogen sind, nachzuweisen, würde wegen der zumeist mit Schwierigkeiten verbundenen
geodätischen Festlegung der Meßpunkte, ferner auch wegen der Kürze der Teilstrecken-
von Äquipotentiallinien nicht nur ein unklares, unzusammenhängendes Beobachtungsmaterial
liefern, sondern auch einen verhältnismäßig großen Zeitaufwand erfordern. Derartige
Methoden dienen hauptsächlich dazu, die gesamte Ausdehnung eines gang- oder lagerförmigen
Erzkörpers zu erfassen; zur Aufsuchung des Muttergesteines von Erzseifen genügt
es jedoch zunächst, die Lage des erodierten Ausbisses im Bette des Gewässers zu
erfahren. Solche Ausbisse sind aber in den meisten Fällen der visuellen Beobachtung
entzogen, und auch an den Ufern lassen sich etwa vorhandene Aufschlüsse, sofern
sie nicht durch dichte Bewaldung oder mineralische Bedekkung der Beobachtung ohnehin
schon entzogen sind, nicht immer in Zusammenhang mit dem Vorkommen der Seifen bringen.
Es ist daher wünschenswert, durch eine objektive Aufsuchungsmethode die der visuellen
Beobachtung entzogenen, durch Erosion freigelegten Muttergesteinsgänge ermitteln
zu können.
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Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren löst
diese Aufgabe und beruht auf folgender Beobachtung. Taucht man zwei aus gleichen
Metallen bestehende Elektroden in Wasser und verbindet beide Elektroden mit einem
hochempfindlichen Galvanometer, so läßt sich zunächst kein Ausschlag am Meßinstrument
beobachten;
befindet sich eine Erzprobe, beispielsweise einer sulfidischen
Verbindung, in demselben Gefäß, welches zweckmäßig - um störende Polarisationserscheinungen
zu vermeiden -aus isolierendem Material besteht, so läßt sich ebenfalls noch kein
bedeutender Ausschlag beobachten; sobald aber eine der beiden metallischen Elektroden
eine Stelle der Erzprobe mit metallisch sulfidischer Oberfläche berührt, zeigt das
Galvanometer eine unter Umständen -mehrere Zehntel Volt betragende Potentialdifferenz
an, die auf die chemische Einwirkung des Elektrolyten .auf die Erzoberfläche zurückzuführen
ist. Mit Hilfe des bei experimentalphysikalischen Arbeitenüblichen Kompensationsverfahren
s kann man die Potentialdifferenz bis zum Verschwinden des Ausschlages im Galvanometer
ausgleichen und durch Bestimmung des Ausgleichpotentials die durch den chemischen
Umwandlungsprozeß an der Erzoberfläche hervorgerufene Potentialdifferenz ermitteln.
Auf diese Weise ist es möglich, charakteristischen Mineralzusammensetzungen zugeordnete
Potentialdifferenzen gegen bestimmte Elektrodenstoffe und Elektrolyte bestimmter
chemischer Zusammensetzung und Konzentration zu ermitteln und umgekehrt aus der
Kenntnis der für bestimmte Mineralien gegen bestimmte Elektrodenstoffe und Elektrolyte
charakteristischen Potentialdifferenzen auf die Natur der von der Elektrode berührten
Mineraloberfläche zu schließen.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Aufsuchen von Erzausbissen
oder Erzanreicherungen in flachen Gewässern oder durchfeuchteten Sanden o. dgl.
durch Nachweis von Potentialdifferenzen zwischen zwei elektrochemisch gleichwertigen
Metallelektroden und besteht darin, daß die bei Berührung eines dieser Elektroden
mit der Oberfläche des zu suchenden Erzes auftretenden Polarisationsspannungen gemessen
werden. Auf diese Weise ist es möglich, unter Wasser befindliche Erzkörper, seien
dies erodierte Erzgänge oder Erzlager, Erzgerölle oder Zerkleinerungsprodukte, in
Seifen enthaltene edelmetallhaltige Bestandteile oder .Edelmetallteilchen, nachzuweisen.
Das Anzeigegerät kann entweder aus einem Meßinstrument bestehen, oder es kann ein
Relais sein, das ein Schauzeichen oder eine andere Signalvorrichtung betätigt; das
Anzeigeinstrument kann ferner auch ein Registriergerät sein, oder es können mehrere
derartige Anzeigegeräte untereinander in leitender Verbindung verwendet werden.
Die bei dem vorliegenden Verfahren verwendeten Elektroden müssen sich elektrochemisch
gleichwertig verhalten, da sonst zwischen den beiden Elektroden im Wasser auch eine
Potentialdifferenz auftreten würde, wenn sie keinen Erzkörper berühren, weil sie
dann in Verbindung mit Wasser als Elektrolyt ein galvanisches Element bilden.
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In der praktischen Anwendung wird man mit Vorteil die beiden Elektroden
in geringem Abstande voneinander starr verbinden; es hat dies den Vorteil, daß durch
den geringen Abstand einerseits die störenden Potentialdifferenzen des natürlichen
Erdfeldes größtenteils so gering werden, daß sie keinen merkbaren Einfluß mehr auf
das Meßergebnis ausüben, andererseits der Widerstand des Elektrolyten gering und
daher die im Stromkreis durch die Potentialdifferenz bei Berührung mit der Erzoberfläche
wirksame Stromdichte und damit der Ausschlag am Galvanometer groß wird. Auf diese
Weise läßt sich auch das Gerät handlicher gestalten, wenn beispielsweise die beiden
Elektroden an einer gemeinsamen Sonde befestigt sind und von dieser nur eine Doppelzuleitung
zum Anzeige-' gerät führt.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist- die Wirkungsweise und die Gestaltung
des Gerätes in schematischer Weise .angedeutet.
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Aus Abb. i ist die prinzipielle Anordnung der Einrichtung ersichtlich.
Es sei beispielsweise angenommen, daß durch die Erosion der Wassermasse i im Flußbett
z eine gangförmige Lagerstätte 3 mit Erzeinlagerungen 4 ausgewaschen und freigelegt
worden sei; von den beiden in das Wasser tauchenden Elektroden 5 und 6 berühre die
Elektrode 5 die Erzoberfläche, so daß im Galvanometer 9, welches über die Zuleitungen
7 und 8 mit den Elektroden verbunden ist, ein Strom fließt und dadurch die Berührung
der einen Elektrode mit der freigelegten Erzoberfläche anzeigt.
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Wie bereits erwähnt, treten jedoch bei diesen Messungen verschiedene
Störungen auf; ferner lassen sich die bei der Berührung des Erzes auftretenden Erscheinungen
durch die beschriebene Einrichtung nur qualitativ erfassen. Die Ausgestaltung der
Einrichtung zur quantitativen Messung und zum Ausgleich der verschiedenen Störungen
ist aus der Abb. 2 ersichtlich.
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Zunächst besteht in vielen Fällen eine-Temperaturdifferenz zwischen
den Kontakten der Verbindungsleitungen mit den Elektroden und den Kontakten der
Verbindungsleitungen mit den Anschlüssen des Meßgerätes. Durch diese Temperaturdifferenzen,
hervorgerufen durch verschiedene-Temperatur des Wassers, in welchem sich die Elektroden
befinden, und der über ihr liegenden Luftsäule, welche die Temperatur der Kontaktstellen
außerhalb des Wassers bestimmt, entstehen Thermoströme, die auch
dann
einen Ausschlag am Galvanometer bedingen können, wenn beide Elektroden in das Wasser-tauchen,
ohne eine Erzoberfläche zu berühren; läßt man nun zu Beginn der Messungen das Gerät
unverändert; bis der durch Thermostrom hervorgerufene Ausschlag konstant geworden
ist, so kann man durch eine Hilfsspannung, die ebenso groß ist wie die Spannung
des Thermostromes, diesen Ausschlag wieder vernichten. Ein im Kompensationskreis
befindliches Meßinstrument kann dann die Größe des störenden Potentials bestimmen.
Auf dieselbe Weise kann auch das Potential, das durch Berührung einer Elektrode
mit der Erzoberfläche erzeugt wird und einen Ausschlag am Galvanometer hervorruft,
gemessen werden durch einen weiteren Stromkreis. Diese Stromkreise können natürlich
auch in jede Galvanometer- bzw. Sondenzuleitung gelegt werden.
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Eine für die praktische Messung geeignete Anordnung zeigt die Abb.2.
In der Regel sind die beiden Elektroden 2 und r mit dem Galvanometer 3 verbunden;
in eine der beiden Elektrodenzuleitungen sind die Kompensationskreise ¢-7 und 8-11,
die an eine über einen Schalter 13- anschließbare Spannungsquelle 12 angelegt werden
können, in Serie geschaltet; gegebenenfalls können aber die Kompensationskreise
auch in Parallelschaltung an das Galvanometer angelegt werden.
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Bei der Messung kann man zweckmäßig folgende Reihenfolge , einhalten:
Zunächst werden die Kompensationskreise durch Verschiebung der veränderlichen Angriffe
5 und 9 stromlos gehalten, so daß die Anzeigeinstrumente bzw. Meßinstrumente- ¢
und 8 der Kompensationskreise in ihrer Nullage verbleiben. Nachdem man nun die beiden
Elektroden in Wasser getaucht hat, ohne .sie mit einem bei Berührung eine Potentialdifferenz
erzeugenden Erzkörper oder Metall in Berührung zu bringen, wird bei Auftreten eines
Thermostromes das Galvanometer eine Potentialdifferenz anzeigen, die durch einen
der beiden Kompensationskreise meßbar ausgeglichen werden kann. Bei Berührung einer
der beiden Elektroden mit einem gegen sie eine Potentialdifferenz erzeugenden Erzkörper,
beispielsweise einem sulfidischen Erz, wird das Galvanometer wiederum einen Ausschlag
zeigen, der durch den zweiten Kompensationskreis wieder auf Null zurückgeführt werden
kann. Das im zweiten Kompensationskreis enthaltene Meßinstrument wird dann die zur
Kompensation nötige Potentialdifferenz anzeigen und Schlüsse auf die mineralische
Zusammensetzung des von der Sonde berührten Körpers vermitteln. Nach längerer Berührung
der Elektrode mit einem Erzkörper oder einem Metall bleiben aber nun Polarisationsströme
zurück, die das Ergebnis der ferneren Messungen fälschen können. - Diese Restströme
können ähnlich wie die Thermoströme mittels eines weiteren Kompensationskreises
ebenfalls unwirksam gemacht werden; der Ausgleich kann aber auch mit dem Kompensationskreis
zur-Vernichtung der Thermoströme von Fall zu Fall oder nach jeder Messung geschehen;
es können ferner auch alle anderen störenden Erscheinungen, wie Erdströme des natürlichen
elektrischen Erdfeldes usw., durch getrennte Kreise oder durch wenige, mehrere Störströme
gleichzeitig ausgleichende Kompensationskreise oder einen gemeinsamen vernichtet
werden. Schließlich ist auch die Anwendung nur eines -Kreises zulässig, um quantitative
Bestimmungen der bei Berührungen auftretenden Potentialdifferenzen auszuführen,
wie sie durch Anwendung geeigneter Kombination und Reihenfolge der Messungen ausführbar
sind. Man kann ferner durch eine geeignete Umschaltvorrichtung zunächst Ausschläge
des Galvanometers beobachten, mit Hilfe eines Kompensationskreises das Galvanometer
auf Null zurückführen und dann dieses als Spannungsmesser in den Kompensationskreis
- durch geeignete Umschaltvorrichtungen einsetzen, wodurch die Anwendung mehrerer
Instrumente erübrigt wird.
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Will man nur qualitative Messungen zum Nachweis der Lage der gegen
die Sonde eine Potentialdifferenz erzeugenden Körper anstellen, so genügt es, die
beiden Elektroden mit dem Galvanometer zu verbinden; sämtliche störenden Effekte
können gegebenenfalls gemeinsam durch einen Kompensationskreis unwirksam gemacht
werden.
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Nicht nur durch die Erosion freigelegte Erzkörper werden bei Berührung
mit einer der beiden Elektroden durch die beschriebene Anordnung bemerkbar, sondern
auch alle Einlagerungen in durchfeuchtetem Geröll und Sand, welche bei Berührung
mit einer der beiden Sonden Potentialdifferenzen zwischen den beiden Sonden erzeugen,
wie z. B. erzhaltige Geröllstücke, edelmetallhaltige Teilchen in feinem Sand (Gold-
und Platinseifen) usw. Man wird beispielsweise die Verteilung der aus einem erodierten
Gestein stammenden Erzteilchen längs eines Flußbettes verfolgen und dann bei Annäherung
an das Muttergestein eine größer werdende Konzentration der Erzanreicherung beobachten
können durch Vergrößerung der Ausschläge bei gleichem Sondenabstand; die Erzkonzentration
nimmt dann- bei Überschreiten des Muttergesteins plötzlich ab. Man kann somit die
Stelle der Erosion ermitteln und in der Umgebung derselben mit der gleichen Methode
das Muttergestein selbst im Flußbett
aufsuchen. Sie ist in Gebieten
mit Gewässern, deren Ablagerungen und Bett man mit diesem Verfahren erforschen kann,
unvergleichlich weniger zeitraubend als die bekannten Verfahren, mit denen sich
beispielsweise Seifenablagerungen und die Verteilung derselben nur in bestimmten
Fällen und verhältnismäßig selten mit Erfolg bestimmen lassen; in keinem Fall aber
liefert irgendeines der bekannten eingangs beschriebenen Verfahren so klare Zusammenhänge
zwischen Seifenablagerungen und deren Muttergestein als das Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung.
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Auf die Untersuchung trockener Sande bezüglich ihres Gehaltes an Erz-
oder Metallteilchen kann die Methode ebenfalls Verwendung finden, und zwar durch
Anfeuchtung des Bodens oder Durchtränken desselben; in diesem Falle bildet die zur
Durchfeuchtung verwendete Flüssigkeit, die auch etwas angesäuert werden kann, den
Elektrolyt.