6.Естественное электр поле и причины его образования в г.П. Мет-ка съемки потенциалов и градиентов потенциала. Оформление рез-в наблюдений.

Естественным электрическим полем (ЕП) называют самопроизвольно возникающее в Земле элект поле, природа кот связана с электрохим и электрокин процессами в горных породах. Условием образования естест-х полей является наличие контакта твердой части г.п. с жидкой средой- подземными водами. По генетич признаку различают электрохим-е, фильтрационные и диффузионные поля.

Электрохим поле возникает в окрестности природных электронных проводников, наход-ся в ионной среде. Из природных минералов к ним относится больш-во сульфидов (халькопирит, пирит, молибденит), а также графит, магнетит, пиролюзит, антрацит. Для образования естест поля необходимо, чтобы минералы, обладающие высокой электронной проводимостью, имели непрерывную электрич связь. На контакте рудного тела с раств-ми, находящимися в земле, происходят окислит-восстановит химич R-и, подобные реакциям на электродах элемента. В рез-те пространственного перераспр-я зарядов, устанавливается ЭДС, под действием кот внутри тела и в окружающей среде протекает эл. ток. Носители зарядов внутри тела – электроны, а в окруж. среде - ионы.

Фильтрационное поле связано с движением подземных вод в пористых и трещиноватых породах. Широко распространено в природе и является источником информации о динамике подземных вод. Фильтрац-е поля связаны с особым распределением ионов природных электролитов на границе капилляров и трещин г.п.

Диффузионное поле образуется над контактом двух природных растворов с различной минерализацией (соленые и пресные подземные воды). На их границе происходит диффузия ионов, обусловленная разностью давления. Ионы из растворов с > конц-й перемещаются в раствор с < концентрацией. Происходит перераспределение зарядов и на границе возникает двойной электрич. слой. В двойном слое обр-ся электрич поле, направленное навстречу диффузии ионов.

ЕП изучают путем изм-я потенциала или градиента потенциала на земной п ов-ти, на дне рек, в горных выработках и скв-х. Установка для профильных наблюдений состоит из двух приемных неполяризующихся электродов М и N, между которыми при помощи прибора (АЭ-72) измеряют разность потенциалов ∆U. Для съемки потенциалов предварительно разбивают сеть профилей. Магистральный профиль ориентируют по предполагаемому простиранию рудного тела. Профили наблюдений располагают ┴ магистрали на расстоянии 20, 50 или 100 м один от др. (в зависимости от размеров искомых тел и масштаба съемки). При измерении потенциалов исп-т два электрода — подвижный М и неподвижный N. Электрод N устан-ют во влажную лунку на расстоянии 0,5 м от нулевой точки, расположенной на магистрали. Здесь же находится наблюдатель с прибором. Второй электрод М последовательно помещают в точки профиля 1, 2, 3 и измеряют разности потенциалов ∆U1, ∆U2 и т.д. Делают контр-е измерения на каждой 10-й точке. Измеренные величины представляют собой потенциалы относ-но потенциала точки N. Дойдя с электродом М до нее, измеряют собственную поляризацию Р. Далее наблюдения ведут по другую сторону от магистрали. При переходе на следующий профиль (для увязки рез-в набл-й) измеряют разность потен-в м\ду нулевыми пикетами пр-лей.

По рез-м измерений на всех профилях составляют карту потенциалов, которая является основным отчетным материалом.

С ъемку градиентов производят в том случае, если по условиям работы или в силу электрич-х помех невозможно выполнить наблюдения по схеме потенциала. В процессе наблюдений оба электрода М и N перемещают вдоль профиля и на каждой стоянке измеряют разность потенциалов. Расстояние между М и N выбирают = шагу профил-я, для искл-я собственной поляризации электродов их поочереди меняют местами. После изм-я на данной точке передний (по ходу движения) электрод остается на месте, а задний переносится на два интервала вперед («шагом циркуля») При переходе с точки на точку провода отключают от электродов, но местами их не меняют. При такой системе набл-й собств поляризация Р входит в измеренные величины ∆U с противоположными знаками (всл-е перестановки электродов) и при ∑ ∆Ui она автоматически исключается. Наблюдения способом градиента выполняют по замкнутым контурам. Получают систему увязанных между собой замкнутых полигонов, что позволяет рассчитать потенциалы всех точек (по отношению к потенциалу исход ной точки). О качестве полевых наблюдений судят по величине относительной погрешности (в %). δ = (m/∑|∆U|)*100. При δ <5 % наблюдения считают удовлетворительными.

Геологические и инженерно-геологические задачи, решаемые методом ЕП, определяются происхождением поля. ОВ-поля возникают на залежах сульфидных руд и каменного угля-антрацита, в зонах пиритизации и графитизации, а также при коррозии металла в грунте. Интенсивные фильтрационные поля возникают в горной местности и в областях питания и разгрузки водоемов, в том числе - в местах развития карстовых явлений, и при фильтрации воды через земляные плотины. ДА-поля из-за низкой интенсивности заметны чаще при каротаже скважин на терригенных пластах.

Метод ЕП применяется для решения следующих задач:

в разведочной геофизике: 1) поиск и разведка мест-й сульфидных руд и мест-й каменного угля; 2) геологическое картирование тектонических границ; 3) поиск и разведка мест-й подземных вод; 4) поиск областей питания и разгрузки водоемов;

в инженерной геофизике: 1) поиск мест карстово-суффозионных процессов; 2) мониторинг состояния плотин;

в технической геофизике: 1) поиск мест коррозии металла и др.

7. Ур-я Максвелла и их преобр-е для гарм изм поля. Понятие компл-х электропрв-ти и диэлектрической проницаемости.

Гармонически изменяющимся наз-т электромагн поле, компоненты кот Е и Н изменяются периодически по закону син-в или кос-в. Наряду с синусоидальными исп-т ступенчатые поля в виде прямоуг-х импульсов, изм-хся по гармонич закону.

Гармонические колебания записывают , . Первая производная по времени , . Комп-ты и их производные в векторн форме, где комплексная амплитуда при t=0, то есть мгнов амплитуда, спектр ф-и.

Запишем уравнение Максвела в общем виде и преобразуем их для гармонически изменяющегося поля , , , , , , последние два ур-я это ур-я связи в реальной среде. jст- это плотность сторонних токов, наведенных в земле сторонними ЭДС, D -это вектор электрич индукции, вектор электрического смещения связанных зарядов,B -вектор электромагн индукции, плотность магнитных силовых линий. Подставим уравнение связи в первую систему , , , , .

Подставим в систему два компоненты гармонически изменяющегося поля, после получим, но предварительно сократим на врем множитель в левой и правой частях ур-я , , , Система ур-й для гармонически изменяющегося поля Е₀, Н₀ спектры колебаний или мгн амп-да.

Понятие проводимости и проницаемости. Рассм последнюю систему уравнений где где время релаксации зарядов. Т.о. в реальной многокомп среде электропр-ть представляет собой комплексную фун-ю, имеющую действительную, активную и мнимую и реактивную составляющие. Действительная хар-ет электропр-ть токов пропускания, мнимая- доп электропроводность, возникающая в результате реакции среды на протекание тока. Эти составляющие зависят от частоты. При низкой частоте обр-ся сильное встречное поле ВП и электропр-ть умен-ся. С увел-ем частоты поле ВП ослабевает и электропр-ть увеличивается. В диапазоне частот от 0 Гц до 10⁵Гц электропр-ть может увелич на 4 порядка. Т.о. электропр-ть- эффективное свойство реальной среды, зависящая от частоты и релаксации. Обратимся к первому уравнению последней системы , где комплексная диэл прон-ь, зав от частоты. С увеличением частоты τ возрастает до какого-то предела. Это эффективная диэлектр прон-ть, величина кот растет с увеличением частоты на 2-3 порядка.