Вопрос 33. Уэс горных пород, его петрофизическая информативность. Практическое получение зависимостей уэс от водонасыщения.
Удельное электрическое сопротивление это сопротивление, которое оказывает кубический метр горной породы электрическому току:
,
(6.1)
где R- сопротивление вещества, Ом; l – длина тела, м; s – поперечное сечение его м2.
Способность горных пород пропускать электрический ток определяется их электропроводностью:
(6.2)
Процесс электропроводности обуславливается направленным движением заряженных частиц (ионов, электронов, дырок) под действием внешнего электрического поля.
Удельное
электрическое сопротивление
(УЭС), измеряемое в омметрах (Омм),
характеризует способность пород
оказывать электрическое сопротивление
прохождению тока и является наиболее
универсальным электромагнитным
свойством. Оно меняется в горных породах
и рудах в очень широких пределах: от
10-3
до 1015
Омм. Величина обратная
называется
электропроводностью и измеряется в
сименсах на метр (См / м).
Для наиболее распространенных осадочных, изверженных и метаморфических горных пород УЭС зависит от минерального состава, физико-механических и водных свойств горных пород, концентрации солей в подземных водах и в меньшей мере от их химического состава, а также от некоторых других факторов (температуры, глубины залегания, степени метаморфизма и др.).
Удельное электрическое сопротивление горных пород и минералов изменяется в очень широких пределах от 10-8 до 1012 Ом·м. Численные значения удельного электрического сопротивления горных пород определяются объемными соотношениями различных фаз, составляющих породу и обладающих различной электропроводностью.
Наиболее часто приходится сталкиваться с влиянием на величину удельного электрического сопротивления следующих факторов:
водонасыщенность породы (влажность);
минерализация поровой влаги (степень засоленности);
пористость, структура порового пространства;
водопроницаемость;
литологический состав пород, глинистость;
температура;
давление.
Поровая влага является обязательным компонентом горных пород. Она оказывает значительное влияние на величину удельного электрического сопротивления практически всех пород. Понижающее воздействие влаги на электрическое сопротивление пород обусловлено тем, что ее сопротивление на много порядков меньше сопротивления большинства породообразующих минералов. Характер количественной зависимости электрического сопротивления от влажности определяется типом породы, пористостью, проницаемостью (рис.6.1). Даже небольшие изменения в содержании влаги (пористость колеблется от 1,4 до 2,8 %) приводят к резкому снижению величины удельного электрического сопротивления (на 2-4 порядка).
Рис.6.1. Зависимости удельного электрического сопротивления интрузивных и эффузивных пород от коэффициента водонасыщения (н.Б.Дортман)
1- перидотит с пористостью kп =1,4%; 2 – гранит, kп = 2,8%; 3 – габбро, kп = 2,8%; 4 – диабаз, kп = 2,7%; 5 – порфирит, kп = 2,7%; 6 – кварцевый порфир, kп = 3,2%; 7 – базальт kп = 4%.
Удельное электрическое сопротивление рыхлых песчано-глинистых пород плавно уменьшается с ростом влажности.
Минерализация подземных вод оказывает определяющее влияние на величину удельного электрического сопротивления. Электропроводность подземных вод зависит от их состава и, особенно, от концентрации растворенных в них солей. Значение ρв водного раствора электролита рассчитывается по формуле:
,
(6.10)
где Сa и Ck – число грамм-эквивалентов анионов и катионов; Ua и Uk – подвижность анионов и катионов; fa и fk – коэффициенты электропроводности для анионов и катионов, зависящие от концентрации и химического состава растворенных солей.
Насыщенность солями природных вод, а следовательно, их сопоставление зависят от состава и генезиса, от климатических условий и рельефа местности. В платформенных областях по мере удаления на юг концентрация вод увеличивается от 0,1-0,5 г/л (Балтийский щит) до 3-5 г/л (Азовский массив).
В лабораторных условиях удельное электрическое сопротивление определяют методами сопротивлений четырехэлектродные и двухэлектродные установки, потенциалов и индукционным методом.
В естественной залегании удельное электрическое сопротивление измеряется при помощи бокового каротажного зондирования (БКЗ), микрозондов (МКЗ), кажущегося сопротивления (КС). Используется также интерпретации кривых зондирования у скважин или измерение электрического сопротивления на обнажения пород.