Петрофизические основы электрометрии
Владимир Алексеевич Шевнин. Посмотреть в интернете его статьи. МГУ.
Определение УЭС по горной породе однозначно, обратное же определение неоднозначно. Соответственно решение прямой задачи однозначно, а обратной – нет.
Рассматриваемые вопросы
Электромагнитные свойства горных пород
ρ – удельное электрическое сопротивление УЭС – способность пород проводить электрический ток;
ε – диэлектрическая проницаемость – характеризует способность пород накапливать электрическую энергию. Рис 1.1. В диэлектрике накапливаются заряды, т.е. энергия.
εотн – во сколько раз поле в данном веществе меньше, чем в вакууме.
μ – магнитная проницаемость – характеризует способность пород усиливать или ослаблять магнитное поле;
α – электрохимическая активность – характеризует способность пород вызывать естественные поля, вызванные различными физико-химическими процессами: окислительно-восстановительными, фильтрационными, диффузионными, адсорбционными и др;
η – поляризуемость.
Методы электроразведки, используемый при изучении электромагнитных свойств горных пород
ρ – методы сопротивлений (ВЭЗ, ЭП, СГ), методы, основанные на использовании квазистационарных токов (МТЗ, МТП, ЗС и др);
ε – высокочастотные методы, в том числе георадар;
μ – частотные методы при изучении магнитных тел;
α – метод естественного поля (ЕП);
η – метод вызванной поляризации (ВП).
80-90% всех методов базируется на изучении УЭС. Потому что этот параметр может наиболее эффективно дифференцировать различные горные породы). УЭС горных пород меняется в широком пределе: 10-5 Ом*м – 1010 Ом*м.
УЭС горных пород
Подавляющее большинство рудных минералов обладает высокой проводимостью (электронной), только их мало.
Физическая природа удельного электрического сопротивления
ρ – характеризует способность горных пород проводить электрический ток. Эта способность зависит от наличия свободных электрических зарядов и токопроводящих путей.
Свободными электрическими зарядами могут служить электроны – электропроводящие минералы (графит, медь, золото, серебро, сульфиды (пирит, халькопирит, галенит, пирротин), оксиды (магнетит, титаномагнетит, ильмент), металлические технические объекты); ионы – водные растворы солей, кислот и оснований (электролиты).
Электрическая модель горной породы. Факторы, определяющие величину удельного сопротивления
Горная порода – сложное природное образование, насчитывающее тысячи видов минералов и их комбинаций
Электрическая модель горной породы - минеральный скелет, поровое пространство и флюид, наполняющий поровое пространство. Твердая фаза может быть либо проводников электрического тока (руда, графит), либо диэлектриком (известняк, соль, кварц, лёд).
Заполняющие поровое пространство флюиды также могут являться как диэлектриками (УВ), так и проводниками (водные растворы).
Ионы в горных породах, в основном, содержатся в электролитах. Основными природным электролитом является вода. Электролиты – растворы кислот, солей и оснований. Рис 1.2. Связь в молекуле воды более сильная и она разрывает молекулу соли. Рис 1.3. Ток не влияет на процессы диссациации, он просто устанавливает движение заряженных частиц.
Если в породе имеется любая вода, то у нас будет проводимой.
Факторы, влияющие на сопротивление ионопроводящих горных пород
Формула В.Н. Дахнова
Где Рп – параметр пористости, Рв – параметр влажности, РГ – параметр глинистости, Рт – температурный параметр, Рэ – параметр наличия электронных проводников, ρв – сопротивление воды. Влияют таким факторы, как, пористость, влажность, глинистость, температура, минеральный состав и сопротивление воды сильнее всего.
Зависимость УЭС от пористости
Формула Арчи-Дахнова:
Где а – структурный коээфициент (от 0,5 до 1), n – коэффициент пористости, m – показатель цементации или извилистости пор (1 – 2,5). Рис 1.4.
Сопротивление воды обратно пропорционально минерализации.
Зависимость УЭС от влажности
Рис 1.5. Шкала у – логарифмическая.
Модель верхней части геоэлектрического разреза
Зона аэрации – верхняя часть разреза с воздухом, капиллярная кайма – зона подъема воды вверх по порам.
Влажность
В глинистых образованиях эта вода тяжело отдается. Песок может терять влагу до 1-2%, а глина отдает лишь до 60% влажности. Потом она потрескается, но влагу не отдаст.
Двойной электрический слой ДЭС
Рис 1.6. 1 – заряды на стенке, 2 – потенциал-определяющие ионы (прочносвязанный слой Гельмгольца), 3 – противоионы – диффузный слой (Гуи). Электропроводность вбилизи стенок под влиянием ДЭС возрастает и зависит от солености раствора. Для пресных вод проводимость может возрасти в 30-50 раз. Но действует этот эффект только вблизи стенок.