Методы определения электрических свойств горных пород

 

 

Методы определения электрических  свойств горных пород

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Электрические свойства горных пород. Теоретические основы физических и физико-химических явлений, определяющих электропроводность, диэлектрические свойства, окислительно-восстановительную, диффузионно-адсорбционную и фильтрационную активности пород. 
 
Электропроводность (удельное сопротивление) минералов и жидкой фазы пород. Электропроводность сухих, максимально- и частично насыщенных водой пород. Параметры пористости, насыщения, влажности. 
 
Электропроводность глинистых пород. Поверхностная проводимость. Корреляционные связи электропроводности с другими свойствами согласно аналитическим, модельным и экспериментальным исследованиям. Влияние температуры и давления на электропроводность осадочных пород.

 

 

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  СВОЙСТВ ПОРОД 
 
Существуют методы, позволяющие определять только удельное электрическое сопротивление пород и способы совместного определения их сопротивления и диэлектрической проницаемости. 
 
1. Метод вольтметра и амперметра. Его используют в лабораторных условиях для определения удельного сопротивления породы по образцам правильной геометрической формы. При этом измеряются: сила тока, проходящего по образцу, падение напряжения на образце, геометрические размеры образца (площадь поперечного сечения s и длина l). По этим данным вычисляется удельное сопротивление:

.

(3.12)

 
2. Электролитический метод с использованием двух жидкостей. Метод применим для определения удельного сопротивления породы по образцу произвольной формы (рис. 3.7).  
 
 
 
Рисунок 3.7 – Схема установки для определения удельного электрического сопротивления пород с использованием двух жидкостей 
В этом случае измеряется падение напряжения между точками MN в каждой ванночке, когда в них нет образца (DV₀₁ и DV₀₂) и с образцом (DV₁ и DV₂). Удельное сопротивление образцов рассчитывается по формуле:

,

(3.13)

здесь r₀₁ и r₀₂ - удельные сопротивления жидкостей, в качестве которых целесообразно использовать воду (r=10-30 Ом×м) и глицерин (r»10⁴ Ом×м). 
 
3. Метод резистивиметра. Его применяют для определения удельного сопротивления природных растворов. Прибор представляет собой сосуд любой формы из материала, не проводящего электрический ток. В стенку сосуда вмонтированы четыре электрода. Исследуемую жидкость наливают в сосуд, затем производят измерение силы тока, пропускаемого через два электрода, и напряжения между другой парой электродов. Удельное сопротивление жидкости рассчитывают по формуле:

.

(3.14)

 
Коэффициент К находят путем градуировки резистивиметра с помощью жидкости, удельное сопротивление которой известно. Чаще всего это водный раствор поваренной соли, удельное электрическое сопротивление которой определяется по концентрации соли (см. рис. 3.4). 
 
4. Определение удельного сопротивления по данным каротажа скважин. На диаграмме КС (кажущегося сопротивления), где предварительно намечается местоположение пластов, производится осреднение значений кажущегося сопротивления в пределах каждого интересующего пласта. Для пластов, мощность которых значительно превосходит длину зонда, а длина зонда, в свою очередь, много больше диаметра скважины плюс мощности зоны проникновения бурового раствора в пласт, определенное среднее значение кажущегося сопротивления можно принять за истинное удельное сопротивление породы пласта. Во всех других случаях для определения удельного сопротивления пород необходимо располагать данными бокового каротажного зондирования, по результатам которого с помощью палеток или ЭВМ находится истинное удельное сопротивление породы. 
 
5. Определение удельного сопротивления пород с помощью вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ). В наиболее простом случае (двухслойный геоэлектрический разрез) удельное сопротивление пород можно определить по кривой ВЭЗ с помощью палетки. Когда породы в своем залегании образуют в совокупности трех- и более слойный геоэлектрический разрез, определение удельного сопротивления пород промежуточных слоев в большей части случаев по данным только ВЭЗ из-за проявления принципа эквивалентности становится невозможным. В такой ситуации необходимо привлекать дополнительную информацию – обычно о мощности слоев, слагающих разрез. Поэтому параметрические ВЭЗ проводят, как правило, на точках, где пробурены скважины, т. е. где известны мощности слоев. Поданным каротажа скважин и ВЭЗ получаются наиболее достоверные данные об удельном электрическом сопротивлении пород. 
 

6. Мостиковый метод. Он применяется для определения диэлектрической проницаемости горных пород и удельного электрического сопротивления. Схема установки показана на рис. 3.8. В одно из плеч мостика включен испытуемый образец в виде пластины, зажатой между двумя металлическими электродами, образующими конденсатор емкостью С_х и сопротивлением утечки R_х. Процесс измерения заключается в подборе сопротивления R₀ и емкости C₀ выравнивающих напряжения в плечах мостика. Определив R_х и С_х, которые при балансе мостика равны R_х=R₀, C_х=C₀, можно найти удельное электрическое сопротивление и диэлектрическую проницаемость образца по формулам:

,  .

(3.15)

 
Здесь l – толщина образца (расстояние между пластинами);  
 
S – площадь пластины. 
 
 
 
Рисунок 3.8 – Мостиковая схема для определения диэлектрической  
 
проницаемости и удельного электрического сопротивления 
В качестве индикатора баланса моста при звуковых частотах используется ламповый вольтметр или осциллограф, при высоких частотах - радиокомпаратор. 
 
8. Определение r и e образцов горных пород с помощью серийных приборов типа ИЭМС-1 или ИЭМС-3. Эти приборы представляют собой высокочастотные автокомпенсаторы, измеряющие активную (ваттную) и реактивную составляющие сигнала. Разделение на составляющие измеряемого напряжения производится путем синхронного детектирования, регистрация компонентов осуществляется по отдельным каналам. В качестве источника переменного гармонического напряжения используется автогенератор с триггерным делителем частоты. Диапазон рабочих частот ИЭМС-1 составляет 15-2500 кГц, ИЭМС-3 – 20 Гц-10кГц. Аппаратура может быть использована в стационарных и полевых условиях, порядок работы с ней детально изложен в инструкции.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   В данном реферате я пояснила какими методами можно изучить электрические свойства горных пород. К основным электрическим свойствам относятся: электрическое сопротивление или обратная ему величина — электропроводность, поляризуемость и диэлектрическая постоянная. 

    Поляризуемость характеризует способность минералов и горных пород поляризоваться в электрическом поле вследствие физико-химических процессов, происходящих на границе твёрдой и жидкой фаз. Она определяется отношением (%) напряжённостей первичного электромагнитного поля, пропускаемого в землю, и вторичного поля, созданного поляризованной геологической средой. Поляризуемость уменьшается с повышением влажности и минерализации поровой влаги. Значение поляризуемости большинства минералов и горных пород не превышает 1-2%, для графитовых сланцев и прожилково-вкрапленных руд, содержащих минералы с электронной проводимостью, поляризуемость возрастает до нескольких десятков %.  
 
    Диэлектрическая постоянная определяется отношением напряжённости электрического поля в минералах и горных породах к напряжённости поля в вакууме. Для большинства породообразующих минералов (в том числе всех силикатов) диэлектрическая постоянная изменяется от 3 до 10, редко до 25, у влажных пород её значение достигает 40.  
 
    Электрические свойства минералов горных пород в силу их значительной зависимости от влажности, температуры и других условий в массиве в основном определяют в естественных залеганиях методами электрического каротажа.  
 
    На различии электрических свойств минералов горных пород основано применение электрических методов для изучения геологического строения земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых разрушения горных пород, определения устойчивости целиков и напряжённого состояния массива, закрепления и осушения горных пород.

 

 

 
  ИСТОЧНИК

http://userdocs.ru/geografiya/29291/index.html?page=9

http://www.mining-enc.ru/e1/elektricheskie-svojstva