Естественная поляризация (еп) минералов и горных пород

Естественная поляризация горных пород обусловлена протеканием следующих процессов:

1. окислительно – восстановительных (геохимических);

2. диффузионно – адсорбционных;

3. фильтрационных.

Эти процессы создают стационарные или медленно меняющиеся, а иногда и быстро меняющиеся (от нескольких часов до суток) естественные электрические поля ЕП .

Окислительно - восстановительные (геохимические) потенциалы наблюдаются в породах с электронным типом проводимости. На границе раздела электронного проводника (например, сульфида) с ионно-проводящей средой (минерализованной водой) возникает двойной электрический слой, величина скачка напряжения на котором зависит от свойств (состава) контактирующих сред. Окислительно-восстановительный процесс начинается, если меняется состав подземных вод.

Верхняя часть рудных тел контактирует с водами, обогащенными кислородом и углекислотой. Рудное тело в этой части окисляется, приобретая положительный заряд, т.к. при окислении атомы металлов теряют электроны и становятся анионами.

В нижних участках рудного тела происходит реакция восстановления и присоединения электронов атомами металлов, т.е. возникают катионы и поэтому нижняя часть рудного тела заряжается отрицательно.

Полюса такого природного элемента замкнуты. Во вмещающей рудное тело обводненной среде движутся ионы, а в самом рудном теле движутся электроны, т.е. протекает электрический ток: катионы движутся во вмещающей обводненной среде из нижней части в верхнюю, а анионы в обратном направлении. В верхней части сульфидной залежи образуются ионы S^2-, HS^-, приводящие к осаждению тяжелых металлов в виде вторичных сульфидов. В нижней части происходит анодное растворение с выделением ионов металла, входящих в состав сульфидов и элементной серы. Образованные химические соединения приводят к увеличению внутреннего сопротивления и к ослаблению силы тока и интенсивности описанного выше процесса. Чтобы он продолжался нужно, чтобы подземные воды удаляли продукты электрохимической реакции.

Электрическую поляризацию могут вызвать минералы, входящие в состав рудного тела и обладающие различными электродными потенциалами. Подобные реакции происходят и с залежами инертных электронных проводников – графита, антрацита, магнетита – за счет различия электрических потенциалов растворов, контактирующих в разных местах с залежами этих минералов.

Величина потенциалов ЕП достигает сотен милливольт, а иногда 1,5 ¸ 2 в. Потенциалы ЕП имеются и на границах залежей углеводородов.

В В. Присаянье и З. Прибайкалье над марганцевыми рудами зафиксирован отрицательный потенциал в 2,7 в.

Фильтрационние потенциалы

Фильтрация вод через горные породы сопровождается адсорбцией поверхностью твердого скелета пористой породы заряженных частиц. Если адсорбируются анионы (что происходит чаще), то вода по направлению своего движения приобретает все повышающуюся концентрацию положительных частиц и возникает положительное электрическое напряжение. Если адсорбируются катионы (например, в карбонатах), напряжение меняет знак на обратный. В горной породе возникновение фильтрационного потенциала зависит от состава породы, ее влагонасыщенности, формы поровых каналов, площади контакта скелета породы с водой, химического состава и минерализации фильтрующихся вод. При этом наблюдаются следующие закономерности:

1. с увеличением проницаемости пород потенциал сначала резко растет, а затем, когда ширина поровых каналов и трещин достигает 2 ¸ 3 мм, постепенно падает;

2. при росте минерализации вод напряжение падает;

3. если трещины заполнены глиной, то потенциал уменьшается, т.к. уменьщается фильтрация; если же они заполнены песком, то он увеличивается.

Величина фильтрационного потенциала доходит до нескольких десятков мв.