ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 1
На рис. 2, б изображена порода, в которой минеральный скелет и поры имеют-вытянутую форму. Это приводит к тому, что условия протекания тока через породу становятся неодинаковыми для раз личных направлений. Сопротивление такой породы зависит от напра вления, т. е. порода в электрическом отношении а н и з о т р о п н а . В направлении, обозначенном на рис. 2 пунктирной стрелкой, удель ное сопротивление породы будет больше, чем в направлении, совпа дающем с ориентировкой минеральных зерен и пор между ними.
Если обозначить удельное сопротивление в первом направлении через р„, а во втором направлении — через pt, то согласно сказан ному выше р„ > pf.
Рис. 2. Структура минерального скелета горной породы. а — изотропная; б — анизотропная.
Корень квадратный из отношения рга к р* носит название к о э ф ф и ц и е н т а м и к р о а н и з о т р о п и и и обозначается че рез
= ~\fрп/pf.
Для горных пород значение этого коэффициента колеблется от 1 (изотропные породы) до 2 и лишь в редких случаях превышает эту величину.
Поскольку пористость, влажность и структура различны для трех основных генетических групп горных пород — осадочных, изверженных и метаморфических, соответственно различно и сопро тивление этих пород.
Осадочные породы. Характеризуются низкими по сравнению с другими типами пород сопротивлениями. Это объясняется их зна чительной пористостью, а при условии залегания ниже уровня грунтовых вод — и повышенной влажностью.
Однако среди пород этой группы можно выделить некоторые породы, отличающиеся повышенным сопротивлением. К ним отно сятся, например, сухие пески, плотные и малопористые гидрохими ческие осадки — гипсы, ангидриты и др.
Характерным для осадочных пород является то, что удельное сопротивление глин обычно меньше удельного сопротивления песков. Это объясняется, с одной стороны, существенным влиянием воды, связанной на поверхности раздела твердой и жидкой фаз, с другой — тем что в глинах вследствие их плохой проницаемости грунтовые
15
воды застаиваются и минерализация увеличивается за счет выщела чивания минеральных солей из твердого скелета породы. Минера лизация же вод в хорошо фильтрующихся песчаных породах, как правило, ниже, особенно при насыщении их пресными атмосфер ными осадками.
Удельное сопротивление мерзлых пород значительно больше, чем сопротивление тех же пород в талом состоянии. Так, например, удельное сопротивление многолетнемерзлых рыхлых пород колеб лется от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч ом-метров. Небольшое по сравнению со льдом сопротивление мерзлых пород
восновном объясняется тем, что при температурах, встречающихся
вприродных условиях, часть растворов, находящихся в порах горной породы (связанная вода), не замерзает.
Удельное сопротивление нефтенасыщенных пород растет с увели чением содержания нефти. Увеличение сопротивления нефтенасыщен ной породы с ростом нефтенасыщенности характеризуется коэф фициентом Q, равным отношению удельного сопротивления той же породы при полном насыщении ее пор водой.
Изверженные породы. Характеризуются наиболее высокими зна чениями удельных сопротивлений. Это вполне согласуется с тем, что именно данной группе пород свойственна очень малая по сравнению с остальными горными породами пористость. Сопротивление плот ных изверженных пород измеряется тысячами и иногда десятками тысяч ом-метров.
Сопротивление трещиноватых изверженных пород в том случае, когда трещины служат путями для циркуляции подземных вод, ниже, чем сопротивление тех же пород в массивном залегании (со противление сильнотрещиноватых пород достигает сотен ом-метров).
Метаморфические породы. По своему удельному сопротивлению они занимают промежуточное положение между осадочными и извер женными породами. Пористость и влажность метаморфических пород зависят главным образом от степени их метаморфизации, поэтому удельное сопротивление пород тем больше, чем больше сте пень их метаморфизма. Так, например, удельное сопротивление спльнометаморфизованных гнейсов измеряется тысячами ом-метров, т. е. близко к сопротивлению гранитов; сопротивление же глинистых сланцев при достаточном их увлажнении может измеряться всего лишь несколькими десятками ом-метров.
Среди метаморфических пород своим малым удельным сопроти влением выделяются графитизированные и углефицированные по роды, главным образом сланцы. Сопротивление этих пород пони жается за счет наличия электронно-проводящего графита и сильно метаморфизованного распыленного углистого материала. При доста точно высоком содержании графита сопротивление графитизпроваиных сланцев может измеряться десятыми долями ом-метра. Обычно оно колеблется от единиц до нескольких десятков ом-метров.
Околорудные и приконтактовые изменения горных пород, сопро вождающиеся вторичной минерализацией и изменением пористости,
могут существенно сказаться на величине их удельного сопротивле ния. В качестве примера укажем, что окварцевание рудовмещающих пород обычно ведет к увеличению их удельного сопротивления.
Для метаморфических пород вследствие динамических воздейст вий, которым они подвергались, характерна сложная текстура, при которой частицы породы, а следовательно, и поры вытянуты по на правлению сланцеватости. В связи с этим сопротивление породы по сланцеватости становится меньше, чем вкрест ее. Таким образом, метаморфическим породам часто свойственна электрическая анизо тропия.
Рис. 3. Соотношение хорошо и плохо проводящих компонентов
врудах.
а— нерудный плохо проводящий цемент — руда высокого со противления; б — рудньй, хорошо проводящий цемент — руда
низкого сопротивления.
Удельное сопротивление руд в том случае, если в их состав входят такхге хорошо проводящие минералы, как пирит, халькопирит, пир ротин, галенит и другие, определяется процентным содержанием хорошо проводящих минералов и их структурно-текстурным взаимо отношением с плохо проводящими минералами.
Наибольшей проводимостью обладают массивные колчеданные и полиметаллические руды, удельное сопротивление которых ко леблется от сотых долей до единиц ом-метров. Исключение соста вляют массивные колчеданные руды, содержащие плохо проводя щий сфалерит, причем последний обволакивает пленкой зерна пи рита и халькопирита. В этом случае удельное сопротивление руды может достигать сотен ом-метров.
Жильные полиметаллические руды обычно имеют весьма непо стоянное в пределах одного и того же месторождения сопротивление. Это связано со сложным и изменчивым минералогическим составом руды, в который обычно помимо хорошо проводящих сульфидных минералов входят также плохо проводящие рудные и нерудные мине ралы, такие, как сфалерит, арсенопирит, окислы сульфидов, кварц,
полевой шпат, кальцит и др. |
^ г ц 'в ччнал |
|
|
2 Заказ 512 |
17 |
||
ияуч**- «««мы.Мы* |
|||
|
М!б;:*о ,*•■« |
|
ЭКЗ€М:»ЛЯ» ХЧГАЛЬНОГО Эк 1
Удельное сопротивление вкрапленных и прожилково-вкраплен- ных руд зависит от пространственного соотношения рудных и неруд ных компонентов. В том случае, когда плохо проводящие минералы заполняют пространство между отдельными вкраплениями рудных минералов (рис. 3, а), сопротивление вкрапленных руд мало отли чается от сопротивления вмещающих пород.
Значительно меньшим сопротивлением обладают породы, в кото рых рудные минералы цементируют участки, сложенные нерудными
.минералами (рис. 3, б).
§ 2. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ
Под д и э л е к т р и ч е с к о й п о с т о я н н о й е какого-либо вещества понимается коэффициент, равный отношению напряжен ности электрического поля в этом веществе к напряженности поля в вакууме.
Диэлектрическая постоянная горных пород существенно сказы вается на характере электромагнитных полей в Земле лишь в том случае, когда частота поля превышает десятки, а в некоторых слу чаях и тысячи килогерц. В связи с этим параметр е играет роль лишь в тех методах электроразведки, в которых изучаются поля радиоволновых частот — в методах просвечивания, радиокомпарации и пеленгации (радиокип) и др.
Диэлектрическая постоянная большинства породообразующих минералов, в том числе всех минералов силикатной группы, колеб лется от 3 до 10 и редко достигает 25. Диэлектрическая постоянная воды около 81. Отсюда следует, что диэлектрическая постоянная
горных пород существенно зависит от их влажности. |
|
||
Для пород |
с относительно малой влажностью w эта зависимость |
||
описывается |
следующей эмпирической формулой: е = e0wn, где |
||
« 0 — диэлектрическая проницаемость сухой |
породы; |
п — коэффи |
|
циент, зависящий от структуры породы. |
|
|
|
|
§ 3. ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ |
|
|
Если какой-либо объем горной породы |
или руды |
оказывается |
|
в электрическом поле, то под влиянием этого поля породы или руды поляризуются.
Процесс поляризации ионно-проводящих горных пород заклю чается в деформации под влиянием поляризующего поля двойных электрических слоев, образующихся на границе твердой и жидкой фаз (см. гл. VIII). Горные породы и руды, обладающие электронной проводимостью, поляризуются за счет образования двойных электри ческих слоев, возникающих на контакте сред с электронной и ион ной проводимостью, если через этот контакт протекает электриче ский ток.
Внешне процессы поляризации горных пород и руд проявля ются в том, что первичное (поляризующее) электрическое поле
18
оказывается искаженным за счет наложения на него вторичногополя, создаваемого поляризованными участками среды. После того как первичное поле перестает существовать, вторичное поле посте пенно исчезает вследствие разрядки двойных слоев на контакте электронных и ионных проводников или по мере упругого восстано вления электрического равновесия двойных слоев на контакте жид кой и твердой фаз.
Поляризация горных пород и руд связана с процессами на поверх ностях раздела жидкой и твердой фаз внутри породы. Эти поверх ности имеют очень сложную форму, а свойства компонент горной породы, разделенных этими поверхностями, меняются в широких пределах. В соответствии с этим процесс поляризации горной породы, если его рассматривать детально, очень сложен. Практически при разработке теоретических основ электроразведки вызванная поля ризация горных пород рассматривается как суммарный объемный процесс, интенсивность которого характеризуется интенсивностью вторичного поля, создаваемого единицей объема поляризуемой среды.
Для характеристики поляризационных свойств среды исполь зуется параметр ц, называемый п о л я р и з у е м о с т ь ю с р е д ы :
т) = —4яРВп/Е,
где Рвп — момент поляризации единицы объема среды; Е — напря- я;енность поляризующего поля.
Знак минус указывает на то, что поляризующее поле и момент поляризации направлены противоположно.
Поскольку при изучении поляризуемости практически изме
ряется не момент поляризации, |
а разность потенциалов, то удобнее |
||
пользоваться несколько |
иным |
способом |
определения тр |
г] = J g S .. 100% = |
.100 %; |
||
1 |
Е |
ДЕ/ |
|
здесь Евп и АС7Вп — напряженность и разность потенциалов поля, создаваемого поляризованной средой между двумя точками этой среды; Е и АU — напряженность и разность потенциалов поляризу ющего поля между теми же точками среды.
При этом предполагается, что среда однородна. Коэффициент ц является величиной безразмерной и выражается в процентах.
Экспериментально установлено, что поляризуемость горных по род и руд в пределах, представляющих интерес для электроразвед чиков, не зависит от напряженности поляризующего поля.
Поляризуемость пород и руд, содержащих электронно-проводя- щне компоненты, в большой степени зависит от площади поверх ности раздела между электронными и ионными проводниками, при ходящейся на единицу объема. В связи с этим породы, содержащие рассеянные вкрапления электронных проводников и в том числе вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды, обладают большой
2* |
19 |
поляризуемостью. Весьма интенсивно поляризуются графитизированные и углефицированные породы.
Поляризуемость пород и руд, содержащих электронно-проводя- щие включения, возрастает с повышением влажности и уменьшением минерализации растворов. Весьма интересна в практическом отно шении зависимость поляризации вкрапленных руд от процентного содержания вкрапленников.
Из приведенного выше следует, что с увеличением объемного содержания вкрапленников поляризации должна возрастать. Экспе риментально получена следующая зависимость т] от объемного содер жания вкрапленников:
т]«Р5/(і + РЮ.
где £ — объемное содержание вкрапленников в руде; ß — коэффи циент, зависящий от состава и структуры вкрапленников, а также от момента измерения Л/7ВП *.
Поляризуемость пород, содержащих электронные проводники, колеблется от единиц до десятков процентов.
Поляризуемость ионно-проводящих горных пород в целом значи тельно меньше поляризуемости пород, содержащих электронные проводники, и не превышает нескольких процентов. В данном слу чае 1] зависит главным образом от влажности и концентрации солей во внутрипоровой влаге, а также от гранулометрического состава породы. С повышением влажности и минерализации поровой влаги поляризуемость породы уменьшается.
Среди ионно-проводящих пород минимальной поляризуемостью обладают глины и пески, насыщенные минерализованными водами (доли процента и реже первые единицы процентов). Максимальная поляризуемость (до 3—4% ) характерна для массивных кристалли ческих пород.1
1 Рекомендуется при измерениях At/вп момент измерения принимать равным 0,5 с.