![На первую страницу](http://images.astronet.ru/img/bookicon.gif)
7.2.1. Удельное электрическое сопротивление
горных пород. }Удельное электрическое сопротивление (УЭС), измеряемое в омметрах (Омм), характеризует способность пород оказывать электрическое сопротивление прохождению тока и является наиболее универсальным электромагнитным свойством. Оно меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10-3 до 1015 Омм. Величина обратная![$\gamma = 1 / \rho$](http://images.astronet.ru/pubd/2001/11/29/0001173309/tex/formula329.gif)
1. Удельное электрическое сопротивление минералов
зависит от их внутрикристаллических связей. Для минералов-диэлектриков
(кварц, слюды, полевые шпаты и др.) с преимущественно ковалентными
связями характерны очень высокие сопротивления (1012 - 1015 Омм). Минералы-полупроводники (карбонаты, сульфаты, галоиды
и др.) имеют ионные связи и отличаются высокими сопротивлениями (104 - 108 Омм). Глинистые минералы (гидрослюды, монтморилломонит,
каолинит и др.) обладают ионно-ковалентными связями и выделяются
достаточно низкими сопротивлениями ( Омм). Рудные минералы (самородные, некоторые окислы) отличаются
электронной проводимостью и очень хорошо проводят ток (
Омм). Первые две группы минералов составляют "жесткий" скелет
большинства горных пород. Глинистые минералы создают "пластичный"
скелет, способный адсорбировать связанную воду, а породы с "жесткими"
минералами могут насыщаться лишь растворами и свободной водой, т.е.
той, которая может быть выкачана из породы.
2. Удельное электрическое сопротивление свободных подземных вод
(грави-тационных и капиллярных) меняется от долей Омм при высокой
общей минерализации ( г / л) до 1000 Омм при низкой
минерализации (
г / л) и может быть оценено по
формуле
. Химический
состав растворенных в воде солей не играет существенной роли, поэтому
по данным электроразведки можно судить лишь об общей минерализации
подземных вод. Удельное электрическое сопротивление связанных вод,
адсорбированных твердыми частицами породы, низкое и мало меняется
(от 1 до 100 Омм). Это объясняется достаточно постоянной их минерализацией
(3-1 г / л). Средняя минерализация вод мирового океана равна 36 г / л.
3. Так как поровая вода (свободная и связанная) отличается значительно более низким удельным электрическим сопротивлением, чем минеральный скелет большинства минералов, то сопротивление горных пород практически не зависит от его минерального состава, а определяется такими параметрами пород, как пористость, трещиноватость, водонасыщенность. С их увеличением сопротивление пород уменьшается за счет увеличения ионов в подземной воде. Поэтому электропроводность большинства пород является ионной (электролитической).
4. С ростом температуры на 40 сопротивление
уменьшается примерно в 2 раза, что объясняется увеличением подвижности
ионов. При замерзании сопротивление горных пород возрастает скачком,
так как свободная вода становится практически изолятором, а электропроводность
определяется лишь связанной водой, которая замерзает при очень низких
температурах (ниже -50
С). Возрастание сопротивлений при
замерзании разных пород различно: в несколько раз оно увеличивается
у глин, до 10 раз - у скальных пород, до 100 раз - у суглинков и
супесей и до 1000 и более раз - у песков и грубообломочных пород.
5. Глубина залегания, степень метаморфизма, структура
и текстура породы также влияют на ее сопротивление, изменяя коэффициент
микроанизотропии, за который принято брать , где
и
- сопротивления породы вкрест и вдоль слоистости. Чаще всего
\lambda меняется от 1 до 1,5, достигая 2-3 у сильно рассланцованных
пород. Величина \lambda может достигать нескольких единиц
для мерзлых пород разной криогенной структуры и льдовыделения.
6. Несмотря на зависимость от множества
факторов и широкий диапазон изменения у разных пород, основные закономерности
УЭС установлены достаточно четко. Изверженные и метаморфические породы
характеризуются высокими сопротивлениями (от 500 до 10000 Омм). Среди
осадочных пород высокие сопротивления (100 - 1000 Омм) у каменной
соли, гипcов, известняков, песчаников и некoторых других. Обломочные
осадочные породы, как правило, имеют тем большее сопротивление, чем
больше размер зерен, составляющих породу, т.е. зависят прежде всего
от глинистости. При переходе от глин к суглинкам, супесям и пескам
удельное сопротивление изменяется от долей и первых единиц омметров
к первым десяткам и сотням oмметров.
7.2.2. Электрохимическая активность и поляризуемость горных пород.
1. Под электрохимической активностью понимается
свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля
(см. 7.1.2.). За электрохимическую активность ( )
условно принимается коэффициент пропорциональности между потенциалом
(
) или напряженностью естественного электрического поля
(
, где
- разность потенциалов в двух точках измерения М и N)
и основными потенциал-образующими факторами, которыми они обусловлены.
Такими факторами являются (см. 7.1.2): концентрация кислорода, водородный
показатель кислотности подземных вод, отношение концентрации подземных
вод, давление и др. Коэффициент
измеряется в милливольтах
и меняется от -(10-15) мВ у чистых песков, близко к нулю у скальных
пород, возрастает до +(20-40 мВ) у глин и до сотен милливольт для
руд с электронопроводящими минералами (сульфиды, графит, антрацит).
В целом
зависит от многих природных факторов (минерального
состава, глинистости, пористости, проницаемости, влажности, минерализации
подземных вод и др.).
2. Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать
заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения
этого тока оценивается коэффициентом поляризуемости
("эта"). Величина
вычисляется в процентах как отношение
напряжения, которое остается в измерительной линии МN по
истечении определенного времени (обычно 0,5-1 с) после размывания
токовой цепи (
) к напряжению
в той же линии при пропускании тока
), т.е.
![]() | (3.4) |
Поляризация - это сложный электрохимический процесс,
протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного
переменного (до 10 Гц) тока. Наибольшей поляризуемостью ( ) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды,
сульфосоли, некоторые самородные металлы, отдельные окислы, графит,
антрацит). Природа этих потенциалов ВП связана с так называемой концентрационной
и электродной поляризацией рудных минералов. Коэффициенты поляризуемости
до 2-6% наблюдаются над обводненными рыхлыми осадочными породами,
в которых имеются глинистые частицы. Поляризуемость их обусловлена
деформациями внешних обкладок двойных электрических слоев, возникающих
на контакте твердой и жидкой фазы. Большинство изверженных, метаморфических
и осадочных пород, насыщенных минеральной водой, слабо поляризуются
(
).
7.2.3. Диэлектрическая и магнитная проницаемости.
Диэлектрическая ( ) и магнитная (
)
проницаемости играют значительную роль лишь при электроразведке на
высоких частотах. Относительная диэлектрическая проницаемость
(где
и
} - диэлектрические проницаемости породы и воздуха) показывает,
во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха
в него поместить данную породу. Величина
меняется
от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит,
в основном, от процентного содержания воды и от минералогического
состава породы. У изверженных пород \epsilon меняется от
5 до 12 единиц, у осадочных - от 2-3 (у сухой) до 16-40 (у полностью
насыщенной водой породы).
Как отмечалось выше, магнитная проницаемость громадного большинства пород равна магнитной проницаемости воздуха. Лишь у ферромагнетиков относительная магнитная проницаемость может возрастать до 10 единиц (см. 4.2).
Публикации с ключевыми словами:
геофизика - Земля - земная кора
Публикации со словами: геофизика - Земля - земная кора | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> |