Файл: Филиппов, Е. М. Ядерные разведчики земных и космических объектов.pdf

Плотность рыхлых образований определяется путем введения в исследуемую среду штыря с одним источником или одновремен­ ного введения в среду штыря с источником и зонда с приемни­ ком (рис. 4.2). Одноштыревые плотномеры на поверхности мо­ гут иметь вместо двух приемников один. Штырь с источником при этом вдавливается в грунт не только под прямым углом к исследуемой среде, но и наклонно. Во всех случаях штырь вво­ дится в грунт с помощью специального направляющего устрой­ ства — кондуктора.

Плотность грунтов и почв при помощи гамма-просвечиваю­ щих «весов» можно определять на глубине до 1,5 м с относительной погрешностью 1-г-2% в течение 2—3 мин. При исследовании грунтов с неменяющейся плотностью эти приборы применяются также для определения в них влаги с точностью до 2%.

К настоящему времени созданы также гамма-просвечиваю­ щие плотномеры для определения плотности жидкости в стволе буровой скважины. Нефть из глубокозалегающих горных пород извлекают через буровые скважины. В стволе этих скважин на­ ряду с нефтью находится и вода, попадающая из водоносных пластов или специально закачиваемая в скважину в процессе ее бурения. Различие в величинах плотностей нефти и воды в 0,2 г/см3 четко фиксируется с помощью таких приборов.

§5. «ВЗВЕШИВАНИЕ» ГОРНЫХ ПОРОД

ВКОРЕННОМ ЗАЛЕГАНИИ РАССЕЯННЫМ ПОТОКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ

При определении плотностей горных пород в коренном зале­ гании наибольшее применение находят ГГП, основанные на ре­ гистрации рассеянного излучения. На этом принципе созданы приставные, зондовые и скважинные плотномеры. Для того чтобы защитить приемник от первичного излучения, между ним и источником располагают достаточный слой свинца или воль­ фрама.

Градуировочный график для ГГП в виде кривой представлен на рис. 4.3. С увеличением плотности изучаемой среды скорость счета регистрируемого изучения вначале растет, а затем, достиг­ нув максимума, спадает. Левая, восходящая, часть графика обычно используется при определении сред с плотностью не вы-

Рис. 4.3. Градуировочный график плотномеров, осно­

50

ше 2 г/см3, т. е. таких сред, как торф, почва и грунты. Расстоя­ ние между источником и приемником излучения (размер зонда) при этом выбирается по возможности минимальным. В связи с тем, что между источником и приемником необходимо распола­ гать поглотитель, размер зонда не может быть выбран мень­ ше 4—5 см при использовании вольфрамового экрана и цезиево­ го источника гамма-лучей. Плотность горных пород от 2 г/см3 и выше определяют по ниспадающей ветви градуировочного гра­ фика, выбирая длину зонда свыше 10 см.

средой. Схематическое устройство датчика плотномера со сцинтилляционным счетчиком показано на рис. 4.4. На рис. 4.5 сфо­ тографирован плотномер, входящий в комплект УГГП-1. Свинцо­ вый блок-источника направляет первичное излучение цезиевого источника в породу, защищает приемник излучения и оператора от излучения. Слой свинца у гильзы датчика необходим для до­ полнительной защиты приемника от прямого гамма-излучения источника. Кроме того, этот экран предохраняет приемник от излучения, распространяющегося в приповерхностном слое поро­ ды, и способствует регистрации излучения из глубоких частей по­ роды, расположенных против приемника.

Плотность горных пород на месте залегания с помощью при­ ставного плотномера можно определять с относительной пог­ решностью 1-М,5%.

Для определения плотностей пород в движении по определен­ ным маршрутам созданы автомобильные плотномеры. По устрой­ ству датчика они аналогичны приставным плотномерам. Блоки с источником и приемником в мобильных плотномерах распола­ гаются на специальных салазках, транспортируемых автомоби­ лем. Показания прибора в процессе работ записываются на спе-

Рис. 4.4. Устройство датчика при­ ставного гамма-гамма-плотномера ПГГП-1, разработанного в Инсти­ туте геологии и геофизики Сибир­ ского отделения АН СССР:

/ — блок детектора (алюминиевый кор­ пус, заполненный свинцом); 2 — гнльза радиометра с детектором; 3 — рукоятка, выполняющая роль штангн, соединя­ ющей блок источника с блоком де­

дящее из источника, рассеивается породой и попадает в прием­

ду зондом и породой. Поэтому рассматриваемые плотномеры получили наибольшее применение при изучении рыхлых отложе­ ний: грунтов, насыпных сооружений, подводных донных отложе­ ний и т. п. В. И. Ферронский и другие для изучения этих отложений создали наземные самоходные и плавающие установ­ ки. Зондовое устройство с помощью этих установок залавливает­ ся в изучаемую среду с помощью специальной системы штанг. Схематическое устройство самоходной установки глубинного по­ иска СУГП-10 показано на рис. 4.8. Гидравлическая залавлива­ ющая система установлена на базовой гусеничной машине. Регистрирующая же аппаратура располагается на отдельной автомашине ГАЗ-63. С помощью такой установки зондовое устройство в породы второй и третьей категории прочности мож­ но вдавливать со скоростью 6,25 м/мин.

В последнее время для этих исследований стали выпускаться новые пепетрацнонно-каротажные станции для наземных (типа СПК) и подводных (типа ПСПК) исследований.

В ценетрационно-каротажной станции СПК гидравлическая

система смонтирована на шасси автомобиля повышенной про­ ходимости ЗИЛ-157, а регистрирующая аппаратура— из

53

4

зонд с пультом радиометра; 5 — среда, плотность кото­ рой определяется; 6 — некоторые траектории гамма-кван­ тов, идущих от источника к приемнику.

автобусе повышенной проходимости KAB3-663. Вдавливание зондов с помощью этой установки можно осуществлять со ско­

ростью 3,5 или 8 м/мин.

Подводная пенетрационно-каротажная станция ПСПК смон­ тирована на серийно выпускаемых понтонах типа КС. Схематиче­ ски эта установка показана на рис. 4.9. Основными элементами этой станции являются подводная установка, предназначенная для погружения вдавливанием зонда, навинченного на колонну пенетрационных штанг, и его извлечения; плавсредства с оснаст­ кой для транспортировки установки, ее погружения на дно водо­ ема и извлечения, размещения измерительной аппаратуры, пульта управления установкой и источника электроэнергии, а также размещения экипажа. Зондовые устройства с помощью такой установки можно вдавливать со скоростью 6,25 м/мин.

В 1972 г. для подобного рода исследований донных отложе­ ний спроектировано специализированное судно «Геолог-1». Оно оборудовано соответствующей аппаратурой и может быть исполь­ зовано не только для инженерно-геологических исследований, но и для поисков и разведки полезных ископаемых в зоне шельфа.

Плотность исследуемых отложений пород с помощью рас­ смотренных плотномеров на зондах размером 40 см можно определять с относительной погрешностью 1н-1,5%.

Пенетрационные установки в своих комплектах, кроме плот­ ностных зондов, имеют и другие ядерно-геофизические зонды для комплексных исследований, которые будут рассмотрены ни­ же. Помимо ядерно-геофизических зондов в комплексе этих ус­ тановок имеются зонды и для изучения пород по их механиче­ ским и электрическими свойствам. Совместное использование всех этих зондов позволяет всесторонне судить о различных фи­ зических свойствах изучаемых отложений и оперативно прини­ мать необходимые решения.

54