Файл: Рысс Ю.С. Поиски и разведка рудных тел контактным способом поляризационных кривых.pdf

одни, то через другие поверхности полпминерального образования. Ток не просто идет через одни минералы и не идет через другие, а он преимущественно течет через соответствующие минералы и в мень­ шей степени протекает через другие. Эти соотношения в свою очередь

подвержены временным изменениям и приводят к колебаниям уста­ навливающихся потенциалов реакций на разных участках полимпиерального образца и среднего потенциала реакции для всего об­ разца в целом.

Электрохимическая реакция проявляется по мере увеличения энергии реагирующих веществ (т. е. понятие потенциала реакции отражает преимущественное вступление в реакцию большинства реагентов данного сорта, хотя какое-то их количество все же спо­ собно к реакции и при потенциалах меньших по абсолютной вели­ чине, чем значение потенциала реакции), и это приводит к усложне­ нию картины в перераспределении прохождения тока через несколько минералов по сравнению с тем, когда ток идет через мономинераль­ ный образец. В рассматриваемых процессах существенную роль будет играть масса реагирующих веществ для каждого минерала и усло­ вия навязывания электрохимических процессов со стороны внеш­ него источника тока dl/dt. Очевидно, что чем меньше количество реа­ гирующего вещества в соответствующей реакции на каком-либо минерале, тем' меньше вероятность фиксирования состояния, при котором ток преимущественно протекает через этот минерал, и тем меньше надежд на отражение рассматриваемого процесса на поляри­ зационной кривой. Сказанное находится в тесной связи с режимом проведения процесса. При слишком большом пли, наоборот, слиш­ ком маленьком dl/dt исследуемый процесс может вообще не про­ явить себя в ходе последовательного возбуждения реакций, в то время как при надлежащем выборе dl/dt такое проявление окажется удовлетворительным.

В числе факторов, воздействующих на геометрическое и времен­ ное распределение токов при последовательном возбуждении элек­ трохимических реакций на полиминеральных, образованиях, по-ви­ димому, основными являются размеры самого образца, текстура и связь минералов друг с другом, электрическое сопротивление свя­ зей минералов и особенности вмещающей среды, определяющей при­ ток участников реакций и отвод их продуктов.

Связь и текстура минералов обусловливают, с одной стороны, легкость передачи электрической энергии к реагирующим поверх­ ностям, с другой характеризуют взаимное расположение минералов друг относительно друга, форму участков общей реагирующей по­ верхности и, следовательно, условия взаимодействия электрохими­ ческих процессов на соприкасающихся минералах. Если первый эф­ фект некоторым образом описывается электрическим сопротивлением связей минералов, то второй имеет самостоятельное значение и нѳ нашел пока количественного выражения.

Очевидно, что чем больше сопротивление связей между минера­ лами, которое зависит от их удельного электрического сопротивления

и размеров соприкасающихся поверхностен, а также характера соприкосновения минералов, тем труднее распространение реакций на минерале и тем больше возможностей за время распространения процесса на первом минерале начаться другой реакции на какихлибо участках второго минерала. Соответственно, чем больше будет активных участков второго минерала, характеризующихся «прежде­ временным» вступлением в процесс, пока реакция на первом минерале не охватила вето его поверхность, тем менее отчетливо отражение реакций на каждом минерале на поляризационной кривой и, следо­ вательно, меньше шансов исследовать раздельно процессы на каж­ дом минерале. Таким образом, чем выше электрическое сопротивле­ ние связей между минералами в полнмпнеральном объекте, тем хуже условия индивидуального электрохимического изучения минералов, слагающих объект.

В текстурном рисунке полнмннеральных образований возможны варианты угловатых и менее угловатых поверхностей для разных минералов, большая пли меньшая доля одного минерала относи­ тельно другого, преимущественное расположение отдельных минера­ лов среди других и т. д. Угловатость форм минеральных поверхно­ стей, меньшие размеры зерен соответствующего минерала, рассеян­ ность его среди массы других обусловливает большую концентрацию тока за ограниченные промежутки времени на одном из мине­ ралов. Тем самым для рассматриваемого минерала по сравнению с другими создаются худшие условия возбуждения электрохимиче­ ских процессов. Это в свою очередь ведет к менее рельефному про­ явлению исследуемых процессов на соответствующем минерале, а подчас и невозможности их регистрации на поляризационной кри­ вой. Таким образом, текстура руд во многом определяет яркость про­ явления индивидуальных электрохимических процессов на полиминеральных образцах и возможность их четкой регистрации.

Чем больше размеры объекта, тем меньше общее электрическое со­ противление его на границе с вмещающей средой, тем резче про­ являются изменения в сопротивлении, связанные с переходом раз­ вития реакции от одного минерала к другому. Одновременно увели­ чивается предельная сила тока реакций н отчетливее регистрируются сами реакции. Кроме того, при значительных размерах объекта больше контактирующих поверхностей минералов и выше вероят­ ность улучшенных связей минералов друг с другом, даже если удель­ ное электрическое сопротивление какого-либо из минералов относи­ тельно высоко. Все вместе взятое обусловливает большую возмож­ ность для возбуждения и селективной регистрации электрохимиче­ ских процессов.

Приведенный анализ показывает, что возбуждение и регистрация электрохимических реакций на полиминеральных образованиях зна­ чительно сложнее, чем на мономинеральных объектах. Однако можно надеяться на индивидуальное возбуяедение и селективную регистра­ цию каждого процесса на соответствующих минералах в отдельности. Очевидно, наиболее благоприятным будет полиминеральный объект

больших размеров с весьма низким электрическим сопротивлением и с высоким числом связей между минералами, так что общее сопро­ тивление системы, включая внутреннее и сопротивление на контакте с вмещающей средой, стремится к нулю. Для рассматриваемого объекта должно быть характерное текстурное распределение минера­ лов, отличающееся крупными зернами отдельных минералов, ком­ пактное сосредоточение агрегатов минералов одного сорта, неугло­ ватые формы скоплений и т. п. Наряду с этим, электрохимические реакции должны возбуждаться с определенной скоростью dl/dt и про­ чими условиями, обеспечивающими удовлетворительное вовлечение реагентов в зону реакции и отведение продуктов реакций.

В рассматриваемом благоприятном случае последовательное воз­ буждение и регистрация электрохимических реакций на нолимннеральном образце должны быть более или менее сходны с таковыми на мономинеральном. На самом деле, низкое и равномерное сопроти­ вление объекта обеспечивает его эквнпотенцнальность, в результате которой последовательное нагнетание в него или отведение электро­ нов из него с помощью внешнего источника тока будет приводить

кпоследовательному возбуждению одной реакции за другой на соот­ ветствующих минералах. Сначала в процесс электрохимической реак­ ции и прохождения тока вступит первый минерал. Как только воз­ можности первой реакции на первом минерале начнут приближаться

кисчерпанию и возникнет явление предельной силы тока первой реакции, контактная разность потенциалов на всей эквипотенциаль­ ной поверхности оруденения станет изменяться в направлении к по­ тенциалу следующей реакции на первом же или другом минерале.

Вслучае приближения к потенциалу реакции на втором минерале

кпервой реакции прибавится вторая, и электрический ток потечет через два минерала. Произойдет перераспределение тока: сила тока через первый минерал уменьшится за счет появления тока через второй минерал. По мере дальнейшего увеличения притока или от­ вода электронов к полиминеральному образованию процесс будет протекать на двух минералах при контактной разности потенциалов, промежуточной между потенциалами первой и второй реакции и за­ тем становящейся равной потенциалу реакции на втором минерале. С постепенным увеличением силы тока через оба минерала последо­ вательно будет достигнуто ее предельное значение через первый ми­ нерал, а затем и второй. При дальнейшем возрастании силы тока контактная разность потенциалов начнет изменяться, приближаясь

кпотенциалу третьей реакции на третьем минерале или на одном из двух первых минералов.

При наличии третьего минерала произойдет его вступление в реак­ цию с одновременным перераспределением токов между всеми тремя минералами. С дальнейшим ростом количества посылаемых или отво­ димых электронов в полиминеральном образовании вновь будет расти сила тока через минералы, участвующие в реакциях при по­ тенциале третьей реакции и т. д. Таким образом, для рассматрива­ емого случая поляризационная кривая отражает совокупность

процессов иа разных минералах, причем каждый процесс характери­ зуется своим потенциалом реакции, а предельная сила тока реакции пропорциональна количеству минералов в исследуемом образовании.

Легко видеть, что нарушения в эквипотенциальностп объекта при­ ведут к нарушению рассмотренной идеальной картины возбуждения и регистрации отдельных процессов на различных минералах. Эти нарушения могут быть в разном плане и будут проявляться в нечет­ кости переходов от одного процесса к другому, слиянии отражения смежных процессов на поляризационной кривой друг с другом, услож­ нении фиксируемых усредненных потенциалов реакций для двух минералов и уклонении потенциалов от их истинных значений, в не­ четкости регистрации величии предельной силы тока реакций и т. д. Чем меньше размеры полиминерального объекта, чем выше электри­ ческое сопротивление связей минералов друг с другом, чем меиее благоприятна текстура руд, чем неравномернее условия подвода реагентов, тем меньше вероятности получить поляризационную кри­ вую, селективно отражающую индивидуальные электрохимические процессы иа каждом из минералов.

Общие тенденции в проявлении электрохимических процессов на полимпнеральных образованиях пока не могут быть определены в строгом количественном выражении. Причиной этого является от­ сутствие количественной меры для многих факторов, определяющих протекание электрохимических процессов: текстура руд, электри­ ческое сопротивление связей минералов, действие подвода и отвода реагирующих компонентов и пр. Отсюда критерием реальной воз­ можности раздельного исследования электрохимических процессов на полпминеральных объектах может служить пока лишь опыт на­ блюдений на самих рудных телах *.

Как будет видно из дальнейшего, указанные возможности про­ являются в широком диапазоне условий. Однако отмеченные тенден­ ции всегда необходимо иметь в виду, чтобы оценить правильность результатов наблюдений в каждом конкретном случае.

* Важно заметить, что наблюдения в лабораторных условиях па полиминеральных образцах в общем случае не эквивалентны наблюдениям на рудных телах, находящихся в естественном залегании. Это связано с различием в раз­ мерах объектов, скоростью ведения процессов d ljd t и многими другими усло­ виями, которые должны были бы учитываться принципом эквивалентности. Поскольку указанный принцип для электрохимических процессов пока не известен, постольку в лабораторных условиях могут исследоваться лишь тен­ денции в изменении тех или иных величин. Проводя эксперименты без учета принципа эквивалентности, нельзя ожидать количественного совпадения на­ блюдаемых эффектов для разных моделей.

Г Л А В А II

СЕЛЕКТИВНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ И РЕГИСТРАЦИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ФОРМЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ КРИВЫХ НА РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ

§ 5

ПРИНЦИПЫ СЕЛЕКТИВНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Рассмотренные особенности протекания электрохимических реак­ ций на моно- н полпмииеральиых образцах достаточно сложны. Для реальных тел, залегающих во вмещающих породах, характер проте­ кания процессов становится особенно сложным. Характер процес­ сов кроме отмеченных обстоятельств связан также с влиянием окру­ жающей среды. Воздействие вмещающей среды проявляется в харак­ тере условий отвода продуктов реакций, в неодинаковости этих усло­ вий в разных точках рудного тела, в возможности новых реакций за счет состава самой среды, в дополнительных электрохимических явле­ ниях внутри среды и т. д. Кроме того, в реальных условиях исследуе­ мый рудный объект, как правило, находится в окружении других объектов разных размеров и состава, находящихся на различных рас­ стояниях от изучаемого образования. Возбуждение электрохимиче­ ских процессов на обследуемом объекте неминуемо вызовет протека­ ние своих процессов на окружающих образованиях, и их эффекты определенным образом войдут в измерения при регистрации изуча­ емых реакций.

Наряду с перечисленными факторами в реальных породах неиз­ бежно с физико-химическими эффектами существуют другие, кото­ рые обусловлены чисто физическими причинами. К ним в первую очередь относится падение напряжения во вмещающих породах при прохождении через них тока. Этот эффект (основа электроразведки способом сопротивлений) достаточно велик и обычно на порядок превосходит электрохимические эффекты, затрудняя выделение по­ следних. Указанное обстоятельство является одной из причин того, что электрохимические явления пока не нашли широкого примене­ ния. Их использование в методах естественного электрического поля и вызванной поляризации при измерении эффектов естественной или искусственной поляризации в отсутствии питающего тока позволяет регистрировать поляризационный сигнал, куда входит составляющая падения напряжения во вмещающих породах.

Из сказанного очевидно, что раздельное и индивидуальное иссле­ дование электрохимических процессов, которое только и может охарактеризовать каждый минерал в отдельности, в реальных усло­ виях возможно только при специфическом селективном возбуждении и регистрации электрохимических процессов. Форма и условия