2.2 Методи викликаних потенціалів Фізичні основи методу

Метод викликаної поляризації (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:

; (2.9)

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:

• електродною та об’ємною поляризацією гірської породи;

• концентраційною поляризацією різних електролітів;

• 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:

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

; (2.10)

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

, (2.11)

де U_ВП,0 – 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 дорівнює 1.

Методика проведення досліджень

Для вимірювання потенціалів ВП використовуються одно-, двох-, і чотирьохелектродні зонди. Найчастіше використовується чотирьохелектродний потенціал-зонд ВП А₁0,04М0,04А₂5В (Рис. 2.5), 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 напроти пластів з високою викликаною електрохімічною активністю та мінімальні напроти пластів з низькою викликаною електрохімічною активністю.