могут выделяться отрицательными аномалиями ∆Uсп [2].

§ 33. ИСКАЖЕНИЯ ДИАГРАММ ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

На диаграммах потенциалов собственной поляризации могут наблюдаться аномалии, не связанные с изменением литологии изучаемого разреза; они бывают обусловлены электродными потенциалами, потенциалами осаждения, полями гальванокоррозии и блуждающих токов, утечками тока и другими причинами [2, 33].

Разности потенциалов, созданные перечисленными процессами, затрудняют, а иногда и исключают точную интерпретацию диаграмм Uсп. Поэтому при регистрации кривых Uсп должны быть приняты необходимые меры, исключающие возможность их искажения указанными причинами.

Непостоянство электродной разности потенциалов приводит к появлению на кривых Uсп аномалий, изменяющихся со временем, и к постепенному изменению Uсп с глубиной (наклону кривой).

При гальванокоррозии грузов и зондов кривая Uсп прямо или зеркально повторяет кривую ρк последовательного градиент-зонда. При этом аномалии на кривой Uсп смещаются относительно аномалий на кривой ρк вверх на расстояние, равное расстоянию между электродом М и коррозирующейся частью зонда или груза.

Рис. 88. Кривые потенциалов электродной поляризации.

I — для прослоев пирита различных мощностей и кварцево-серицитовых сланцев; II — для пирита; III—для графита; IV — для случая электрически связанной вкрапленности сульфидов, залегающих в нерудных породах; V — то же, в случае несвязанной вкрапленности

Блуждающие токи создают между измерительными электродами переменные во времени разности потенциалов, и при значительной их интенсивности кривые Uсп становятся непригодными для интерпретации.

Утечки тока вызывают незакономерные изменения потенциалов собственной поляризации, обычно не сопоставимые с геоэлектрическим разрезом скважины и часто приуроченные к участкам искаженных утечками тока кривых рк.

К аномалиям, возникающим независимо от наличия электрических полей собственной

121

поляризации горных пород, относятся аномалии, наблюдаемые у башмаков колонны и на участках нахождения отрезков оборвавшихся труб, упущенных в скважину. Эти аномалии в ряде случаев позволяют точно установить положение башмака колонны или оборвавшейся трубы.

§ 34. ДИАГРАММЫ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

Изучение разрезов скважин методом электродных потенциалов основано на различии потенциалов, возникающих на поверхности соприкосновения электронно-проводящих руд (большинства сульфидов), графита и высококарбонизированных марок ископаемых углей с окружающей их средой [9].

При пересечении горных пород, электродный потенциал которых отличается от потенциала электродов зонда, на кривых Uэп наблюдается резкое изменение потенциала с некоторой ассимметрией кривой (рис. 88). Особенно резкое увеличение электродных потенциалов Uсп отмечается у подошвы поляризующейся породы (при нормальном ходе измерений во время подъема зонда, участок кривых ab). Характерен также плавный спад кривой после пересечения зондом подошвы и кровли породы (участки кривых bс и de). Положение границ поляризующейся породы определяется по точкам максимальных значений градиента Uнп. Эти точки практически относятся к середине участков крутого возрастания и убывания электродных потенциалов. Чем крупнее масштаб глубин, принятый при регистрации кривых Uэп, тем точнее определяется положение границ. Асимметрия кривой в ее своде (участок bc) объясняется процессом катодной поляризации рудного тела. Катодная поляризация характерна для большинства сульфидов и практически отсутствует в графите, что может быть использовано для более точной интерпретации диаграмм Uэп. Понижение потенциала на участке кривых de создается анодной поляризацией скользящего электрода.

Амплитуда аномалии электродных потенциалов зависит от следующих факторов.

1.Минерального состава руды. По возрастанию электродных потенциалов относительно потенциала водородного электрода сульфидные минералы располагаются в следующем порядке: электронно-проводящий сфалерит, галенит, арсенопирит, пирротин, халькопирит, пирит, марказит. При особо благоприятных условиях в случае постоянства

составы руды, поровых вод и глинистого раствора по данным измерений Uэп можно прогнозировать наличие того или иного сульфида.

2.Соотношения между поверхностью Sа щеточного электрода и Sк рудных включений:

(147)

где Uк и Ua — электродные потенциалы соответственно рудного тела (катода) и скользящего электрода (анода).

Если Sа <<Sк, то Uэп≈ Uк и ∆Uэп≈ Uк- Uа. При Sк<< Sa, Uэп→ Uа и ∆Uэп→ 0. Таким образом, электродный потенциал зависит от мощности поляризующихся включений. Тонкие

прожилки отмечаются меньшими значениями Uэп, по сравнению с более мощными включениями (см. рис. 88).

Геологическая интерпретация диаграмм метода электродных потенциалов основывается на указанных зависимостях величины электродного потенциала от минерального состава рудной залежи и на данных исследования электродных потенциалов образцов пород в лаборатории.

При дробовом бурении на диаграммах потенциалов электродной поляризации могут наблюдаться аномалии, созданные дробью, втертой в стенку скважины, что следует учитывать при интерпретации.

122

§ 35. ДИАГРАММЫ ПОТЕНЦИАЛОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПАР

Метод потенциалов гальванических пар основан на изучении потенциалов, возникающих при нанесении на рудное тело тонкого слоя металла — цинка или стали (обычно различной твердости), электродный потенциал которого как можно больше отличается от электродного потенциала рудного тела (рис. 89) [9].

Рис. 89. Кривые потенциалов гальванических пар Uпгп и электродных потенциалов Uэп.

аи б — пирит; в — галенит; 1— кривые Uэп,кривые Uпгп ,зарегистрированные после нанесения черты; 2

—через 1 мин, 3 — через 3 мин, 4 — через 5 мин, 5— через 7 мин

Поле потенциалов гальванических пар является полем двойного электрического слоя. Следовательно, кривая изменения потенциала гальванических пар по оси скважины (рис. 89, а) будет идентична по конфигурации кривой потенциалов собственной поляризации. Границы рудного тела относятся к точкам кривой, в которых ∆ Uгп = 0,5 ∆ Uгп,мах.

При геологической интерпретации кривых потенциала гальванических пар исходят из физических основ метода электродных потенциалов и абразивных свойств металла скользящего электрода и рудного тела. Чем тверже рудное тело и мягче металл электрода, тем значительнее истирается контактирующий слой электрода и тем на продолжении большего промежутка времени наблюдаются потенциалы гальванических пар (рис. 89, б и в). В графите и высококарбонизированных углях, где истирание электродов ничтожно мало, потенциалы гальванических пар близки к нулю. Этот признак используют при комплексной интерпретации кривых Uгп и Uэп для разделения графита и сульфидов.

Глава IV.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 36. ВЫЗВАННАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

Электрический ток, протекая, поляризует горные породы под действием следующих физико-химических процессов: электролитического окисления и восстановления (преимущественно рудных включений), электроосмоса, объемной поляризации поверхностей частиц, составляющих породу, и концентрационной поляризации насыщающих ее растворов. Указанные процессы создают в окружающем пространстве электрические поля вызванной поляризации, изучение которых позволяет расчленять разрезы скважин и выявлять в них полезные (главным образом рудные) ископаемые.

Свойство горных пород поляризовываться при прохождении электрического тока оценивается вызванной электро-химической активностью породы [2,7,21]

(148)

здесь ∆U, Е — разность потенциалов и напряженность поляризующего поля; ∆Uвп, Евп

123

— разность потенциалов и напряженность поля вызванной поляризации; Р — вектор поляризации; ε0 — электрическая постоянная.

Вызванная электрохимическая активность и потенциалы Uвп зависят от плотности j поляризующего тока. Поэтому для количественной оценки поляризационных свойств породы используют Aв при достаточно малых плотностях j = j0 тока, при которых величина

(149)

мало зависит от j.

Вызванная электрохимическая активность определяется следующим [2,7,24]:

1)зависит от химического состава породы; в породах, содержащих минералы с электронной проводимостью, вызванная электрохимическая активность возрастает с увеличением их концентрации;

2)возрастает с увеличением удельной поверхности зерен, составляющих породу, и, как следствие этого, увеличивается с уменьшением проницаемости; однако в чистых глинах вследствие достаточно высокой концентрации поровых вод величина Ав близка к нулю;

3)убывает с ростом влажности; вызванная электрохимическая активность воды равна

нулю;

4)зависит от концентрации и химического состава поровых вод. Для пород

осадочного комплекса на большом диапазоне концентрации Ав пропорциональна рв. Поэтому для сравнения значений Ав осадочных пород целесообразно использовать этот параметр, приведенный к удельному сопротивлению поровых вод в 1 Ом · м:

(150)

где ρв,пр — предельное значение рв, при котором потенциалы Uвп практически обращаются в нуль (ρв,пр ≈ 0,5÷0,7 Ом · м). Вторым параметром, характеризующим поляризационные свойства горных пород, является время τр распада поля вызванной поляризации. Этот процесс в общем случае удовлетворяет уравнению вида

(151)

где U0вп,i — потенциалы вызванной поляризации для процесса на i-м компоненте горной породы в начальный момент времени;τр,i — постоянная распада поля этого процесса.

Параметр τр мало изучен. Известно лишь, что он находится в прямой зависимости от электрического удельного сопротивления ρп и неодинаков для различных пород.

§ 37. КРИВЫЕ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

При симметричном распределении вызванной активности относительно середины пласта кривые потенциалов Uвп симметричны (рис. 90, а). Знак аномалии Uвп на кривой потенциалов вызванной поляризации определяется направлением возбуждающего тока. При заземлении А, положительном относительно заземления В, в породах повышенной вызванной активности возникают положительные аномалии Uвп. При заземлении А, отрицательном относительно заземления В, возникают аномалии противоположного знака

(рис. 91).

124

состава минералов с электронной проводимостью.

Система учета влияния мощности поляризующейся породы разработана для однородной изотропной среды (ρп = ρвм = ρр), а учета толщины поляризующегося слоя при проникновении пресного фильтрата глинистого раствора — для частного случая, когда мощность поляризующейся породы h > I0dc и ρп = ρпп. В этих частных случаях

(152)

где νвп, находят по кривой νвп= f (h/dc) (рис. 92, а), а µвп — по кривым, приведенным на рис. 92, в.

Рис. 92. Кривые зависимостей поправочных коэффициентов.

a-νвп = f (h/dc); б-µвп = f(D/dc) при ρп/ρр = const (шифр кривых); в- hф/dc =f (h/dc)

Мощность исследуемых пород определяют по фиктивному значению hф. На рис. 92, б приведена зависимость hф/dc= f (h/dc) для ρп = ρвм = ρр, по которой, зная hф и dс, определяют h/dc; далее рассчитывают h.

Потенциалы Uвп вызванной поляризации пород пропорциональны потенциалу Uρ электрода М поляризующего поля. Для исключения влияния потенциала Uρ на величину Uвп вместо Uвп используют эффективную вызванную активность

(153)

Потенциал Uρ обычно во много раз превышает Uвп. Поэтому удобно брать отношение

Uвп 100 (Ав,эф, %).

Uρ

При замерах потенциалов вызванной поляризации стандартными установками одновременно с кривой Uвп регистрируют кривую потенциалов Uсп собственной поляризации пород. Если величины Ucп соизмеримы с Uвп, то из значений Ucп + Uвп вычитают значения

Ucп [2].

§ 38. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫЗВАННОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

В среде неограниченной мощности удельного сопротивления ρп, поляризующейся в цилиндрической зоне диаметром D, при пересечении скважиной диаметром dc, заполненной глинистым раствором удельного сопротивления ρр,

126