Электрические свойства горных пород.

1) Удельное электрическое сопротивления, какого либо вещества определяется сопротивлением, оказываемым одним см³ вещества электрическому току, направленному перпендикулярно к одной из граней этого куба.

Измеряется в ом*см или ом*м. В электроразведке принята единица ом*м.

Величина, обратная удельному сопротивлению V=1/g называется удельной электропроводимостью. Ее размерность - симменс на метр (см/м).

Горную породу в качестве проводника электрического тока можно рассматривать как агрегат, состоящий из твердого минерального скелета, жидкости и газов. на удельное сопротивления такого агрегата влияют:

а) уд. сопрот. Минералов слагающих скелет породы.

б) уд. сопрот. жидкости заполняющей поры породы.

в) кол-во жидкости и ее минерализация.

г) пористость породы

д) процессы происходящие на границе раздела жидкости и минерального скелета.

Рассмотрим влияние каждого из этих факторов:

а) уд. сопрот. минерального скелета: в тал. Приведены значения плотности главнейших породообразующих и рудных минералов:

Ангидрит 10⁷-10¹⁰ (ом*м)

Кальцит 10⁷-10¹²

Каменная соль 10¹²-10¹⁵

Кварц 10¹²-10¹⁴

Мусковит 10¹³-10¹⁶

Нефть(безвод) 10⁹-10¹⁶

Полевой шпат 10¹¹-10¹²

Сера 10¹²-10¹⁵

Галенит 10^-3-10^-5

Гематит 10^-1-10^-2

Графит 10^-4-10^-6

Магнетит 10^-1-10^-2

Молибденит 10^-1-10^-3

Пирит 10^-1-10^-4

Халькопирит 10^-1-10^-3

Уголь антрацит 10^-2-10^-4

Из этой таблицы следует, что электрическое сопротивление породообразующих минералов, в том числе всех минералов силикатной группы очень велико и колеблется от 10¹¹ до 10¹⁵ ом*м. сопротивление самородных металлов, железорудных и сульфидных минералов сравнительно мало 10^-1-10^-5 ом*м. Часть рудных минералов имеют гораздо более высокие значения плотности доходящие до нескольких сотен и даже тысяч ом*м.

б) уд. сопрот. поровой жидкости, насыщающей гор. Породу может меняться в широких пределах. В большинстве случаев эта жидкость является водным раствором различных минеральных солей, среди которых важную роль играют NaCl и CaCl. Уд. Сопротивление воды заполняющей поры горных пород, находится в обратной зависимости от концентрации растворенных солей.

В природных условиях наименьшим сопротивлением (менее 1 ом*м) обладает подземные глубинные воды. Значительно большим сопротивлением (десятки и сотни ом*м) обладают слабоминерализованные речные воды; еще большее сопротивление (до 1000 ом*м) вследствие малой минерализации имеют дождевые воды.

Из изложенного следует, что минеральный скелет породы проводит намного хуже, чем растворы, заполняющие её поры. Таким образом, в большинстве горных пород электрический ток течет практически только через электролиты, заполняющие ее поры. Связи с этим электропроводность горной породы является в основном электролитической или ионной. Отсюда следует, что влажность горной породы сильно влияет на ее удельное сопротивление. Если горная порода находится ниже уровня грунтовых вод, поровое пространство ее полностью насыщено влагой. В этом случае абсолютное значение влажности определяется пористостью породы, вследствие чего пористые породы в природных условиях чаще всего обладают низким сопротивлением. (рассказать о насыщении пластовыми водами осадочного чехла и фундамента, гидрохимической зональности и вертикальном изменении плотности).

На границе раздела жидкой и твердой фазы происходит перераспределение ионов. В результате создается двойной электрический слой, который при отсутствии внешнего поля электрически нейтрален однако при появлении такого поля проводимость породы резко возрастает. Из этого следует, что проводимость прямопрапорциональна суммарной площади поверхности раздела между твердой и жидкой фазами даже для одной и той же породы.

В природных условиях тонкодисперсные породы (в частности глины) обычно лучше проводят электрический ток, чем породы грубозернистые.

Осадочные породы характеризуется низкими по сравнению с другими типами пород сопротивлениями. Это объясняется их значительной пористостью, а в случае залегания нижу уровня грунтовых вод- и повышенной влажностью.

Высоким сопротивлением обладают только сухие пески, плотные и малопористые гидрохимические осадки- гипсы и ангидриты. (Спросить почему, увлажненные пески обладают большим плотностью, чем глины).

Изверженные породы характеризуется наиболее высокими значительными удельными электрическими сопротивлениями. Это связано с тем, что именно данной группе пород свойственна очень малая по сравнению с остальными горными породами пористость.

Сопротивление плотных изверженных пород измеряется тысячами и иногда десятками тысяч. Сопротивление трещиноватых магматических пород в случаях, когда трещины служат путями циркуляции подземных вод, уменьшаются до сотен ом*м.

Метаморфические породы по значениям удельных сопротивлений занимают промежуточное положение между осадочными и магматическими породами.

Пористость и влажность метаморфических пород зависит главным образом от степени их метаморфизма. Поэтому значения плотности тем выше, чем выше степень метаморфизации.

Пример:

а)граниты-гнейсы

б)глины - глинистые сланцы

а)2000-3000ом-1500-2500

б)0, 1-10ом*м-10-100ои*м

Среди метаморфических пород малым удельным сопротивлением выделяются графитизированные и углефицированные породы. Сопротивление этих пород понижается за счет наличие электронно-проводящих графита и углистого материала.

Метаморфическим породам часто свойственна электрическая анизотропия.

Удельное электрическое сопротивление мерзлых пород значительно больше сопротивления тех же пород но в таком состоянии и составляет тысячи и десятки тысяч ом*м в зависимости от степени промерзания.

Удельное сопротивление нефтенасыщенных пород растет с увеличением содержания нефти.

Удельное сопротивление горных пород содержащих хорошо проводящие руды определяется процентным содержанием хорошо проводящих минералов. Это может быть хорошим поисковым признаком.