7.5 Метод викликаної поляризації. Фізичні основи. Методика проведення досліджень. Задачі, які вирішується за даними методу вп Фізичні основи методу викликаної поляризації

Метод ВП базується на вивченні штучних вторинних стаціонарних електричних полів, проходження яких пов’язано з фізико-хімічними процесами, що відбуваються в породі у результаті дії електричного струму на поверхні розподілу рідкої та твердої фаз. Здатність гірської породи поляризуватись під дією зовнішнього електричного поля, а після його зняття утворювати в оточуючому просторі вторинне електричне поле характеризується викликаною електрохімічною активністю або поляризацією порід. Її величина визначається безрозмірним параметром:

; (4.1)

де: U_ВП – різниця потенціалів викликаної поляризації; U – різниця потенціалів зовнішнього поля.

Величина А завжди менша одиниці та для осадових порід з іонною провідністю складає соті долі одиниці, а для порід з електронною провідністю (неметалічні руди, графіт, вугілля) – до 0.05.

Існує декілька гіпотез, які пояснюють виникнення потенціалів викликаної поляризації в гірській породі з наступними фізико-хімічними процесами:

1. електродною та об’ємною поляризацією гірської породи;

2. концентраційною поляризацією різних електролітів;

3. відмінністю числа переходу іонів у порових каналах із різним січенням.

Величина потенціалів ВП порід з електронною провідністю, в основному, визначається електродною та концентраційною поляризацією.

Об’ємна поляризація спостерігається в породах з іонною провідністю та полягає в деформації зовнішньої обкладки подвійного електричного шару при пропусканні через породу електричного струму. Після зняття зовнішнього поля, що поляризує, зміщені заряди подвійного електронного шару повертаються в початкове положення. В результаті цього переміщення іонів викликає струм потенціалів викликаної поляризації.

Інтенсивність вищеперерахованих фізико-хімічних процесів залежить від мінерального складу, літологічних і структурних особливостей порід, типу флюїду, що насичує, мінералізації пластових вод та інших факторів.

Після виключення поляризуючого струму спостерігається пониження потенціалів U_ВП у часі за наступними законами:

1. для порід з електронною провідністю – за формулою В.Н. Дахнова:

; (4.2)

2. для порід з іонною провідністю – за формулою Є.І. Леонтьєва:

, (4.3)

де U_ВП, о – різниця потенціалів ВП у початковий момент часу при =0,  – час, який пройшов з моменту виключення поляризуючого струму; n – стала, що характеризує мінералогічний склад гірської породи; m – показник, що характеризує кривизну спаду для кривої (для пісковиків змінюється в межах 0,76-1,38); с – стала, яка рівна 1.

Методика проведення досліджень

Для вимірювання потенціалів ВП використовуються одно-, двох-, і чотирьохелектродні зонди. Найчастіше використовується чотирьохелектродний потенціал-зонд ВП А₁0,04М0,04А₂5В (Рис. 4.1), конструкція якого дозволяє розмістити вимірювальний електрод М поблизу роздвоєного живлячого електрода А з метою досягнення найбільшого ефекту при вимірюванні U_ВП та виключити поляризаційний вплив електрода А на електрод М. Це досягається завдяки тому, що електрод М захищений від дії поляризованого струму шаром перфорованої рідини.

При записі кривої U_ВП, сила струму живлення підтримується постійно та вибирається такою, щоб був найменший вплив потенціалів власної поляризації порід на величину потенціалу ВП. Сила струму переважно складає 200-500 мА. Крива U_ВП реєструється зі швидкістю 800-1000 м/год. Масштаб запису встановлюється рівним 12,5 мВ/см.

Форма кривих U_ВП напроти одинарних пластів симетрична відносно них. Точка запису – електрод М. Границі пластів встановлюються посередині амплітуди U_ВП. характерними значеннями аномалії ВП є екстремальні величини U_ВП – максимальні навпроти пластів з високою викликаною електрохімічною активністю та мінімальні – низькою.