2.2. Метод спричинених потенціалів

Ідею використання методу спричинених потенціалів (СП ) руд з метою їхніх розшуків уперше висловив французький учений К. Шлюмберже, взявши відповідний патент ще 1912 р. Він обґрунтував цю пропозицію тим, що під впливом електричного струму на межі електронно-провідного рудного покладу з вмісним іонно-провідним середовищем виникає воднево-кисневий гальванічний елемент, розрядження якого приводить до виникнення вторинного електричного струму. В подальшому цей метод почали широко використовувати не тільки для вирішення пошукових геологічних задач, а і для вирішення низки гідрогеологічних та інженерно-геологічних питань. Методика проведення робіт цим методом та його можливості для розв’язання тих чи інших конкретних завдань подані нижче.

2.2.1 Теоретичні та експериментальні матеріали про природу спричинених потенціалів

Процеси, які відбуваються у гірських породах і рудах під впливом електричного струму , загалом, можуть бути ототожнені з відомою в електрохімії електрохімічною поляризацією. І справді, протікання електричного струму крізь границю електронного і іонного провідників обов’язково спричинить ефект електролізу і зміну структури подвійного електричного шару, від якого залежить значення електродного потенціалу і який утворюється завдяки динамічній рівновазі між іонами розчину і твердого тіла (рис. 21). Природно, що в цьому випадку головну роль відіграють процеси поверхневої (а не об’ємної) поляризації на контактах електронно-провідних мінералів з електролітом. Окремо в розчинах та електронно-провідних мінералах спричинені потенціали не виникають, а тому є невід’ємною частиною двофазового (або й складнішого) середовища. Загалом же СП можна, мабуть, схарактеризувати як електрохімічний процес, який відбувається у гірських породах і рудах під впливом електричного струму і супроводжується виникненням вторинних електрорушійних сил.

Якщо в якийсь момент часу первинне поле вимкнути, то накопичена поляризованим середовищем енергія витрачатиметься на створення вторинного електричного поля, яке зберігається деякий час після вимкнення первинного поля і має протилежний до нього напрям. Інтенсивність цього вторинного поля складно залежить від характеру первинного поля та поляризаційних властивостей геоелектричного розрізу. Саме від нього і залежить те, що вторинне поле несе в собі інформацію про будову геологічного розрізу.-

Рис. 2.21. Схема утворення полів спричиненої поляризації.

Електричні поля: 1 - первинні (ΔU_пр); 2 - вторинні (ΔU_сп).

Головними параметрами, які визначають під час проведення робіт методом СП є позірна поляризаційність η_n та позірний опір ρ_п: Визначають їх за формулами:

; ρ_п= , (2.7 ),

де - залишкова різниця потенціалів між електродами M та N, виміряна в певний момент часу після вимкнення струму в контурі живлення; - різниця потенціалів між тими ж електродами для визначеного режиму протікання струму в колі І; к - коефіцієнт установки.

Значення під час пропускання струму (заряджання) і після його вимкнення (розряджання) не є сталими, а змінюються з часом, за що їх названо часовою характеристикою поля СП. Наприклад, після увімкнення лінії живлення значення спричинених потенціалів спочатку швидко збільшуються, потім ця інтенсивність поступово зменшується і через 2-5 хв після початку заряджання досягає максимальних, надалі незмінних, значень (рис. 2.22).

.Спад кривої після вимкнення струму триває також деякий час (у випадку заряджання протягом 2-5 хв), проте головні зміни поля відбуваються протягом перших мікро екунд

У літературі наводять різні, переважно емпірично визначені залежності між цими параметрами, найпростішою серед яких є експотенціальна:

, (2.8)

де - різниця потенціалів між вимірювальними електродами в момент вимкнення первинного поля; - різниця потенціалів між електродами M та N через t секунд після зникнення первинного поля; λ - стала часу. Графічно ця залежність зображена на рис. 2.23 .

Рис 2.22. Графіки залежності Рис 2.23. Графіки залежності від часу,

від часу пропускання струму що мимнув після вимкнення струму