Характеристика электрических свойств горных пород
По электрическим свойствам все природные объекты подразделяются на:
Проводники ρ→0 и ε→∞;
Полупроводники 1 Ом*м > ρ > 0 и 20 отн. ед. < ε < ∞;
Диэлектрики ρ→∞ и ε→1.
В проводниках электромагнитное поле обусловлено сквозным током электронов и ионов, в полупроводниках сквозным током ионов и дырок, в диэлектриках преобладают волновые процессы, связанные с токами смещения, т.е. передачей энергии электромагнитного поля от одних двойных электрических слоев к другим (беспроводная поляризация).
Изменение электрических свойств в природных объектах зависит от частоты электромагнитного поля: чем выше частота, тем меньше ρ и .
Твердая фаза
Электрические свойства минеральной части горных пород зависят от их вещественно-петрографического состава. Основное значение играет соотношение металлической, ковалентной и ионной связей химических элементов внутри кристаллов. Тенденция изменения удельного электрического сопротивления ρ) и диэлектрической проницаемости (ε) у минералов групп различной литологической принадлежности показана на рис. 40.
Рис. 40. Тенденция изменения удельного электрического сопротивления ρ)
И диэлектрической проницаемости (ε) у минералов групп различной литологической принадлежности
Жидкая фаза
Нефть и дистиллированная вода относятся к диэлектрикам поэтому у них ρ→∞, притом, что ε→1 только у нефти, а у воды ε = 80.
По мере увеличения концентрации солей в природных водах и по мере окисления нефти (если она существует длительное время в виде разливов на дневной поверхности и в покровных отложениях) показатель ρ уменьшается, а показатель ε при таких же условиях практически не изменяется в природных водах и уменьшается по мере увеличения окисления нефтей.
Газовая фаза
Воздух и все природные газы диэлектрики, поэтому ρ→∞ и ε→1. Таким образом, все пористые среды заполненные газом или природной нефтью являются более высокоомными по сравнению с таковыми заполненными водой.
Кристаллические породы (магматические и метаморфические)
Основные породообразующие минералы магматических и метаморфических пород обладают низкой электропроводностью. Следовательно, ввиду малой пористости, эти породы относятся к разряду диэлектриков. В то же время эта малая пористость закономерно изменяется, уменьшаясь у магматических пород в ряду от кислых к ультраосновным и у метаморфических пород по мере усиления степени метаморфизма. Определённую роль в формировании показателей ρ и ε играет и скелетная проводимость, определяемая как химическим составом минералов, так и строением их кристаллической решётки.
Вследствие действия вышеперечисленных факторов, имеет место тенденция увеличения уменьшения в ряду магматических пород от кислых к ультраосновным, а у метаморфических пород по мере усиления степени метаморфизма (рис.41).
Рис. 41. Тенденция изменения удельного электрического сопротивления
У кристаллических пород
Магматические породы Стадии метаморфизма
I – кислые I - зеленосланцевая
II – средние II - амфиболитовая
III – основные III - гранулитовая
IV – ультраосновные IV – эклогитовая
Осадочные породы
Для одноименных по стадиям преобразования осадочных пород тенденция изменения электрических свойств соответствует твердой фазе (рис. 42).
Рис. 42. Тенденция изменения удельного электрического сопротивления