DE1950956C3 - Anordnung zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten - Google Patents
Anordnung zum geophysikalischen Erkunden von ErzlagerstättenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum e-eoDhvsikalischen hrkunden und Bestimmen der mineralogischen
Zusammensetzung und der Maße von Erzkörpern der im vorstehenden Patentanspruch 1
gekennzeichneten Gattung.
Sie wird zum Erkunden von Erzkörpern, die S Elektronenleitfähigkeit besitzen, eingesetzt und diem
insbesondere zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten.
Eine derartige Anordnung ist im Zusammenhang eines Verfahrens zum geophysikalischen Erkunden von
ίο Erzlagerstätten (FR-PS 15 37 761) bekannt, welches
auch einem älteren Vorschlag (DE-OS 1623 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 Stromdurchleitung nachweisen, sondern es wird
auch die Erkennung des Gehaltes an Mineralien und der Menge von nutzbaren Mineralien im Erzkörper
ermöglicht. Die gerätetechnische 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 gerätetechnische 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 (ΓΡ-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.
Ein programmgesteuerter Speisestromkreis und ein Kompensationsgerät sind in einem anderen Zusammenhang, innerhalb einer nach dem allgemein bekannten Widerstandsmeßverfahren arbeitenden Anordnung, bekannt (ΓΡ-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 Speise^tromkreis dient bevorzug» ein Gleichrichter mit
einem Regler. Der Kompensationsspannungsgenerator
do ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung an den Geber
für die Stromstärke des Gleichstromes angeschlossen. Die Kompensationsspannung wird damit dem Änderungsgcsetz
des Gleichstromes entsprechend gebildet. Vorteilhall ermöglicht es die erfindungsgemäße Anordnung,
bei der Messung der Reaktionspotentiale den Einfluß der vorstehend definierten Störspannungen, die
beim Durchfließen des polarisierenden Gleichstromes
auftreten, durch Kompensation auszuschließen. Es wird
kein statisches Feld kompensiert, sondern die Kompensation wird kontinuierlich und synchron mit dem
Gleichstrom bzw. Erregerstrom durchgefühi L
Bei einer vorteilhaften Ausführungr.form der Erfindung
gemäß Unteranspruch 2 wird der Hauptstromkreis vom Eingang in die Addiereinheit, die als an sich
allgemein bekannter Rechenverstärker aufgebaut 1st, während der Bildung der Kompensationsspannung
einerseits uad 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. 1 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 Anoidnung nach Fig. 2 erhaltenen
Polarisationskurven.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, erhält die Anordnung zunächst eine Speisestromquelle 1 mit einem programmgesteuerten
Gleichrichter 2, der die Ve. änderung der Stromstärke im Speisestromkreis nach
Zeitplan zur Aufgabe hat, damit der Speisestrom zeitlich aufeinanderfolgende Reaktionen auf der Oberfläche d?js
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 Reglerausgangsspannung
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 Fig.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 Verfügung 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 Y- und einen A"-Kanal verfügt, wobei der
für Hie Strornstärkcnicssün*7 irn Sneisestromkreis
und der -Y-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 16,17.
Der Generator 9 enthält bei der ersten Ausführungsvariante (Fig. 2) der Anordnung einen verstellbaren
Widerstand 18 zur Nachstellung der Generatorausgangsspannung
(bzw. des Generatorverstärkungsfaktors), 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 erläuterten 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 oft 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 und genauso groß ist wie die zwischen den unpolarisierbaren
Meßelektroden 11, 12 auftretende Störspannung, jedoch ein anderes Vorzeichen hat.
Die aufgenommenen Polarisationskurven lassen Schlüsse über Mineralzusammensetzung, Lage und
Abmessungen des Erzkörpers zu.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der einzelnen Ausführungsvarianten der Anordnung näher erläutert.
ch d
er ersten
(F i g. 2) wirkt wie folgt:
Fließt ein Gleichstrom veränderbarer Stärke in dem von Stromquelle 1, Widerstand 5', Elektrode 3,
Nebengestein 6, Erzkörper 7, Elektrode 4 und programmgesteuertem Gleichrichter 2 gebildeten s
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 |0
zwischen den Elektroden Il und 12 entstehenden Spannung.
Indem man der Meßspannung die Kompensaiionsspannung
vom Generator 9 zwecks Korrektur des Siörcffektes beim Stromdurchfluß durch das Nebengestein
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
(φ) der Reaktionen als Abzissen und die Stromwerte (I) als Ordinaten in einem Schaubild
aufgetragen werden; so erhält man die Polarisationskurve 24, (Fig. 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 J0
Störspannung, der Kompensationsspannung und des Potentials φ', das den Potentialwerten φ der Reaktionen
proportional ist, und auf der Ordinatenach.se 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\+<p 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 eingestellt wird, ergibt sich in der Einheit 8 eine
Polarisationskurve 25 (Fig. 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 Relaiskontakte 22, 23 vom Kondensator 20 auf den Kondensator 21 übertragen, der als
Ausgangselement des Generators 9 dient
Der eine Eingang der Addiereinheit 10 wird über den Eingangswiderstand 17 von der Spannung U zwischen
den unpolarisierbaren Meßelektroden 11 und 12 und der andere über den Eingangswiderstand 16 von der am
Ausgang des Generators 9 abgenommenen Kompensationsspannung (.^beaufschlagt
Bei der Stromänderung im Speisestromkreis erscheint am Ausgang der Addiereinheit 10 eine
Spannung, die eine algebraische Summe aus der Störspannung U\, der Kompensationsspannung Ui mil
einem der Störspannung gegenüber entgegengesetzter Vorzeichen und der Potentialdifferenz φ, die dem
Potentialwert der elektrochemischen Reaktionen proportional ist. Die Ausgangsspannung der Addiereinheil
10 steht am Eingang X der Einheit 8. Der andere Eingang Yder Einheit 8 wird in dieser Zeit von der am
Widerstand 5' abgegriffenen Spannung zum Registrieren des durchfließenden Stroms beaufschlagt. Liegt die
Kompensationsspannung Lh am Ausgang des Generators 9 unter der Störspannung U\, so wird in der Einheil
8 die Polarisationskurve 26 gezeichnet. Ist aber U1
größer als LA, so hat die Polarisationskurve den Verlaul der Kurve 27.
Den günstigsten Verlauf hat die Kurve 28, die sich be
Einhaltung der Bedingung L/2= U\ ergibt.
Bei Anordnung der Elektroden 3, 4 auf dei Erdoberfläche in der Nähe der Meßelektroden 11, \Ί
besteht die Gefahr, daß durch die letzteren, auf Kostcr der Energie der Stromquelle 1, ein Strom fließt, dei
beträchtlich über dem für diese Elektroden 11, Yi zulässigen Wert liegt und den Ausfall derselber
bewirken kann. Um die Beschädigung der unpolarisierbaren
Elektroden 11, 12 zu vermeiden, ist irr Gleichstromkreis des Generators 9 der Eingang für die
am Widerstand 5' abgegriffene Spannung vom Ausgang galvanisch entkoppelt. Bei der Ausführungsvariante de:
Kompensationsgenerators 9 nach F i g. 2 wird die galvanische Entkopplung, wie bereits erläutert, durch
die Kondensatoren 20, 21 und den Umschalter Ii erreicht. Der Kondensator 20 wird durch Relaiskontak
te 22, 23 abwechselnd am Verstellwiderstand 18 und arr Kondensator 21 angeschlossen, wobei er sich im erster
Falle auflädt und im zweiten Falle entlädt. Diesel Vorgang dauert so lange, bis die Spannung arr
Kondensator 21 gleich der am Verstellwiderstand If abgegriffenen Spannung wird.
Die zweite Ausführungsvariante (F i g. 3) hat folgende Wirkungsweise:
Durch den Erzkörper 7 wird über die Elektrode 2 Strom geleitet, dessen Stärke geändert wird, wobei aul
der Oberfläche des Erzkörpers 7 elektrochemische Reaktionen angeregt werden. Zwischen der Elektrode
3' im Erzkörper 7 und der unpolarisierbaren Elektrode
11 wird unter Berücksichtigung der Kompensation dei
Störspannung durch die Spannung vom Generator 9 die algebraische Summe der Spannungen gemessen, die ir
diesem Fall den Potentialen der an der Grenze zwischer dem Erzkörper 7 und dem Nebengestein 6 stattfinden
den Reaktionen gleich ist.
Mit der Einrichtung werden die Stromwerte und di<
Potentiale in Form von Polarisationskurven registriert welche die Mineralzusammensetzung und die Abmes
sungen des Erzkörpers 7 erkennen lassen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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 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
gemessenen Potentialdifferenz z-vischen 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 Kornpensations-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 an deren 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 V-Eingang der Meß- und Registriereinheit (8) verbunden und mit diesen
synchronisiert ist.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensations-Spanr.ungsgenerator
(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 Kompensatioms-Spannungsgenerator als parallel zum Gtber (5) liegender veränderbarer
Widerstand (18) ausgebildet ist und sein Abgriff über einen Widerstand (16) am Mischpunkt
eines als Addiereinheit dienenden Rechenverstärkers (14) liegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691950956 DE1950956C3 (de) | 1969-10-09 | 1969-10-09 | Anordnung zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691950956 DE1950956C3 (de) | 1969-10-09 | 1969-10-09 | Anordnung zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1950956A1 DE1950956A1 (de) | 1971-04-29 |
DE1950956B2 DE1950956B2 (de) | 1977-10-06 |
DE1950956C3 true DE1950956C3 (de) | 1978-06-01 |
Family
ID=5747759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19691950956 Expired DE1950956C3 (de) | 1969-10-09 | 1969-10-09 | Anordnung zum geophysikalischen Erkunden von Erzlagerstätten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1950956C3 (de) |
-
1969
- 1969-10-09 DE DE19691950956 patent/DE1950956C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1950956A1 (de) | 1971-04-29 |
DE1950956B2 (de) | 1977-10-06 |
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