Учебное пособие (курс лекций)


НазваниеУчебное пособие (курс лекций)
страница7/12
Дата публикации03.05.2013
Размер1.35 Mb.
ТипУчебное пособие
userdocs.ru > География > Учебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

2.3 Методы определения магнитных параметров

При лабораторных исследованиях измеряют магнитную восприимчивость породы, величину и направление естественной остаточной намагниченности. При палеомагнитных исследованиях определяют стабильность, точку Кюри, намагниченность насыщения и коэрцитивную силу.

Основные методы измерения магнитных параметров пород – магнитометрический и индукционный.

Магнитометрический метод состоит в измерении магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом. Если образец имеет неправильную геометрическую форму, то созданное им магнитное поле Н аппроксимируется полем магнитного диполя. Магнитный момент образца связан с магнитными параметрами пород уравнением

,

(2.10)

где ^ Н – намагничивающее поле;

V – объем образца.

Магнитометрический метод применяется в оптико-механических приборах типа астатических магнитометров или магнитных весов. Этот же способ измерения магнитных параметров может применяться при любом индикаторе напряженности магнитного поля.

При индукционном методе измеряется ЭДС, индуцируемая образцом, например при вращении последнего вблизи катушек. ЭДС, измеренная таким способом, пропорциональна магнитному моменту образца и частоте вращения. Второй способ заключается в помещении образца внутрь катушки с током. Дополнительная ЭДС, возникающая в связи с изменением магнитного потока внутри катушки, пропорциональна магнитной восприимчивости породы.

Стабильность остаточной намагниченности горных пород обычно оценивается относительно тех факторов, которые могут воздействовать на породу в естественном залегании: к переменному, постоянному магнитному полю и стабильности во времени.

При лабораторных исследованиях магнитных свойств горных пород часто тре­буется проводить размагничивание естественной остаточной намагниченности, сопровождающееся уничтожением ее вторичных компонент и изменением направле­ния Jn. Применяют три вида размагничивания: временное, температурное и пере­менным полем.

^ ЛЕКЦИЯ 3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Электрические свойства горных пород свидетельствуют о способности последних реагировать на постоянное и переменное электрические поля. Наибольшее значение в геофизике имеют удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, естественная и вызванная поляризация и пьезоэлектрический эффект.
^ 3.1 Электропроводность минералов и горных пород

3.1.1 Основы теории электропроводности вещества

Способность горных пород проводить постоянный электрический ток, т. е. формировать упорядоченный поток заряженных частиц (электронов, ионов) под действием электрического поля, оценивается удельным электрическим сопротивлением , измеряющимся в Омм или удельной электрической проводимостью , измеряющейся в См/м:

,

(3.1)

где ^ R – сопротивление проводника, Ом;

l – длина проводника, м;

S – площадь поперечного сечения проводника, м2.

Сопротивление возникающему электрическому току вызывается хаотическим (тепловым) перемещением заряженных частиц и зависит от строения электронной оболочки атомов, кристаллохимических структур минералов и ионизационных свойств водных растворов солей.

С точки зрения электропроводности горные породы можно рассматривать в общем случае как трехкомпонентные образова­ния, состоящие из твердого вещества (кристаллический скелет), жидкости (чаще всего водные растворы солей, в отдельных случаях нефть) и газа.

Процессы электропроводности в кристаллах подчиняются законам квантовой механики. Согласно этим законам в каждом отдельно взятом атоме кристалла имеются лишь определенные значения энергии электронов, характеризуемые дозволенными уровнями (рис. 3.1). Эти значения энергии обусловлены взаимодействием электрона с ядром атома. На каждом энергетическом уровне может находиться один или два электрона (принцип Паули). В последнем случае электроны должны отличаться квантовыми состояниями (направлениями спинов). При отсутствии возбуждения электроны занимают самые низкие уровни, а при подаче веществу дополнительной энергии могут переходить на более высокие уровни. Изменение энергии электронов при этом происходит определенными порциями – квантами. Электроны наружной оболочки атома (валентные) связаны с ядром слабее, и для их возбуждения требуется меньше энергии. В кристалле, в котором атомы сближены, электроны взаимодействуют не только с ядром своего атома, но и со всеми остальными атомами, поэтому каждый энергетический уровень расщепляется на такое число уровней, сколько атомов в кристалле. В результате образуются зоны близко расположенных энергетических уровней, которые могут взаимно друг друга перекрывать или между ними может иметь место перерыв, так называемая запрещенная зона W.



Рисунок 3.1 – Энергетические уровни в атоме и их распределение
в кристаллах: а – с перекрытием; б – без перекрытия зон
У проводников зоны перекрываются (рис. 3.1, а), часть электронов вследствие этого имеет многоцентровые орбиты, охватывающие весь кристалл проводника. Эти нелокализованные вокруг конкретного ядра электроны слабо связаны с ядрами, и поэтому они, даже при слабом электрическом поле, приобретают направленное перемещение, т. е. создают электрический ток. Чем больше нелокализованных электронов, тем выше проводимость проводника. У типичных проводников с электронной проводимостью – металлов – удельное сопротивление весьма мало (=10-410-8 Омм). Наличие их в породах при ковалентно-металлической или ионно-металлической форме кристаллической связи существенно увеличивает электропроводность минералов, удельное сопротивление которых изменяется в пределах 10-310-6 Омм.

Для проводников с электронной проводимостью характерно увеличение сопротивления с увеличением их температуры, что связано с возрастанием хаотического движения электронов. Наблюдается зависимость сопротивления от химических примесей и возрастание при этом . Следствием сказанного является непостоянство удельного сопротивления рудных минералов, которое может меняться на 23 порядка.

Ряд минералов с ионной формой кристаллической связи характеризуется ионной проводимостью. Наиболее типична ионная проводимость для электролитов, а в естественных условиях – для воды, заполняющей поры горных пород. При отрыве электронов от атомов или при их присоединении нейтральность атомов нарушается и они становятся соответственно положительно или отрицательно заряженными ионами. Движение ионов под действием внешнего электрического поля вызывает электрический ток, который в отличие от тока в электронных проводни­ках сопровождается перенесением вещества. Удельное сопротивление ионных проводников уменьшается с повышением температуры в связи с увеличением подвижности ионов, а в водных растворах солей – с увеличением степени минерализации.

В кристаллах полупроводников и диэлектриков заполненная зона W2 и зона проводимости W1 разделены запрещенной зоной W (рис. 3.2, б). Величина запрещенной зоны в полупроводниках составляет от 0,1 до 1,5 эВ, в диэлектриках – до 10 эВ. В этом и состоит основное отличие полупроводника от диэлектрика.

При ^ Т=0 К в полупроводниках и диэлектриках все энергетические уровни в заполненной зоне заняты электронами (рис. 3.2, а). Поэтому электроны не могут перемещаться от атома к атому, они являются связанными. С увеличением температуры часть электронов может быть заброшена из заполненной зоны в зону проводимости (рис. 3.2, б). Переход электрона в зону проводимости соответствует рождению пары электрон-дырка, т. е. появляются «свободный» слабосвязанный с ядром электрон и освободившееся в этом атоме место (дырка). Процесс рождения пар электрон-дырка сопровождается обратным процессом рекомбинации таких пар. В кристалле под действием электрического поля свободные электроны перемещаются, одновременно происходит движение дырок в противоположную сторону, так как на свободное место в атоме, потерявшем электрон, будет переходить электрон из соседнего атома. В результате в кристалле возникает упорядоченное движение электронов и дырок, т. е. течет электрический ток.

Такую электропроводность называют смешанной, она харак­терна для чистых полупроводников, в которых число свободных электронов равно числу дырок.



Рисунок 3.2 – Энергетические уровни полупроводников и диэлектриков
(а – при Т=0 К; б – при Т>0 К)

Свойства полупроводников имеют ряд химических элементов и большинство силикатных и окисных минералов с ковалентной или ионной формами кристаллической связи. Хотя в строении многих минералов принимают участие элементы с электронной проводимостью, жесткие решетки минералов обуславливают слабую подвижность электронов и. как правило, высокое сопротивление (104108 Омм).

Существенное влияние на тип и величину электропроводности полупроводников и диэлектриков оказывают примеси. Наличие примесей создает преобладание электронной или дырочной проводимости. Примеси, создающие электронную проводимость, называются донорами, а дырочную – акцепторами. Для 4-валентного кремния, например, донорными примесями являются 5-валентные мышьяк, сурьма, акцепторными – 3-валентные индий, галлий. Атомы-доноры в полупроводниках с электронной проводимостью имеют энергию валентного электрона, немного меньшую нижнего уровня зоны проводимости, благодаря чему они при малой энергии возбуждения забрасываются в зону проводимости. Электроны в этом случае являются основными носителями заряда. Сами доноры, теряя электрон, становятся положительными ионами, но участия в электропроводности не принимают, так как обладают весьма малой подвижностью. Атомы-акцепторы имеют энергию валентного электрона, немного большую верхнего уровня заполненной зоны. Тепловое движение забрасывает на эти уровни электроны из заполненной зоны. Акцепторы при этом превращаются в отрицательные ионы, не принимающие участия в электропроводности. Ток в этом случае обусловлен перемещением дырок.

У полупроводников и диэлектриков с повышением температуры увеличивается концентрация свободных носителей электричества (электронов, дырок) и, соответственно, увеличивается электропроводность. Зависимость эта у полупроводников и диэлектриков проявляется по-разному. При температуре, близкой к абсолютному нулю, они являются изоляторами тока. Повышение температуры их до нескольких десятков градусов по Цельсию не приводит к существенному изменению электропроводности диэлектриков. Они остаются изоляторами тока (=10121017 Омм), у полупроводников же сопротивление заметно уменьшается. Это обусловлено тем, что кристаллы-диэлектрики имеют ковалентную форму кристаллической связи с наиболее плотной упаковкой атомов в решетке (цепочечные и островные структуры), обусловливающей широкую запрещенную зону, которая в обычных условиях электронами не может быть преодолена. Наблюдаемая на практике незначительная собственная, не связанная с примесями электропроводность диэлектриков обусловливается перемещением «вырванных» из решетки ионов. Электронная же проводимость диэлектриков может наблюдаться при очень сильных электричес­ких полях, когда наступает пробой диэлектрика. При этом в пе­реносе зарядов (при определенной температуре и напряженности электрического поля) могут участвовать ионы и электроны одновременно.

Газовый компонент породы чаще всего представляет собой изолятор тока, так как все газы в нормальных условиях не проводят ток. Электропроводность у них возникает, как и у жидкого компо­нента породы, при ионизации – отщеплении от атомов и молекул газов электронов.
3.1.2 Электрическое сопротивление химических элементов и минералов

Атомы химических элементов характеризуются определенной величиной электрического заряда, но в свободном состоянии являются электрически нейтральными, поскольку суммарный отрицательный заряд электронов скомпенсирован равным по величине положительным зарядом протонов ядра. Электрический ток возникает под действием внешнего электрического поля или других факторов вследствие движения электронов внешней электронной оболочки, что обусловливает периодичность изменения величины сопротивления и характера проводимости.

На рис. 3.3 приведен график удельного электрического сопротивления химических элементов. Можно видеть, что элементы начала каждого периода, имеющие незаполненные внешние орбиты, характеризуются высокой проводимостью, а конца периодов  высоким сопротивлением полупроводников и диэлектриков, что обусловлено малой подвижностью электронов заполненных орбит. Наилучшими проводниками являются элементы начала вторых полупериодов 4, 5 и 6 больших периодов  Сu, Ag, Аu, их удельное сопротивление лежит в пределах (1,62,3)10-8 Омм.

Наиболее высокими полупроводниковыми параметрами характеризуются германий, селен, теллур и некоторые редкие элементы. Самое высокое сопротивление имеют углерод (алмаз), фосфор, силиций.



Рисунок 3.3 – Удельное электрическое сопротивление химических элементов
Все минералы по величине удельного электрического сопротивления можно условно разделить на три группы.

В первую группу входят самородные элементы. Все они, за исключением серы, являются весьма хорошими проводниками с электронной проводимостью. Их составляет 1001,510-8 Омм.

Вторую группу образуют сульфиды и оксиды. В подавляющем большинстве они имеют относительно высокую электропроводность (10-5102 Омм). Среди сульфидов из ряда резко выделяются высоким удельным сопротивлением (1041010 Омм) киноварь и антимонит, к ним близок по величине удельного сопротивления сфалерит. У окислов аномально высокоомными являются кварц, корунд и шпинель.

Сульфиды обычно обладают электронным типом проводимости, но нередки случаи, когда у них отмечается дырочная или смешанная проводимость. Причем разный тип электропроводности может иметь место в одном монокристалле. Разный тип электропроводности встречается у пирита, галенита, арсенопирита, молибденита. Пирротин и борнит имеют чаще всего дырочную электропроводность. Большинство же минералов полупроводников обнаруживает только один тип проводимости.

Галоиды, карбонаты, вольфраматы, силикаты и алюмосиликаты составляют третью, наиболее распространенную в природе группу минералов, для которых характерна ковалентная или ионная форма кристаллической связи, все они являются диэлектриками.

Удельное электрическое сопротивление какого-либо минерала любой группы существенно непостоянно, оно варьирует в пре­делах двух и более порядков. Большой диапазон изменения электропроводности каждого минерала обусловлен, главным образом, колебаниями в содержании химических и механических примесей.

Химические и механические примеси уменьшают сопротивление ионных диэлектриков и полупроводниковых минералов, но увеличивают сопротивление металлов.
Таблица 3.1 – Удельное электрическое сопротивление минералов

Минерал

, Омм

Минерал

, Омм

Самородные элементы

^ ГРАФИТ ФОРМУЛЫ

10-4–100

Серебро

1,510-8

Сера

1012–1015

Платина

9,810-8

Железо

(9–12)10-8

Золото

210-8

Никель

(6–7)10-8

Ртуть

9510-8

Медь

1,610-8

Висмут

(12–14)10-8

Сульфиды

Пирит

10-5–100

Арсенопирнт

10-5–10

Галенит

10-5–100

Молибденит

103–102

Сфалерит

101–104

Антимонит

104–106

Киноварь

10-6–1010

Никелин

10-5–100

Халькопирит

10-4–10-1

Борнит

10-5–10-1

Пирротин

10-6–10-4

Ковеллин

10-5–10-1

Оксиды

Кварц

1012–1016

Куприт

10-1–100

Корунд

1014–1015

Ильменит

10-3–100

Магнетит

10-2–10-5

Титаномагнетит

10-4–100

Рутил

4102

Уранинит

10-2–101

Лимонит

102–106

Гематит

10-1–102

Касситерит

10-3–104

Пиролюзит

10-3–101

Галоиды, карбонаты и вольфраматы

Галит

1014–1018

Доломит

107–1016

Сильвин

109–1015

Церрусит

105–108

Кальцит

109–1014

Арагонит

107–1014

Магнезит

106–109

Вольфрамит

103–106

Силикаты и алюмосиликаты

Оливин 6,8

108–1010

Хлориты

109–1012

Топаз

1010–1015

Нефелин

108–1010

Турмалин

108–1014

Биотит

1012–1015

Актинолит

108–1014

Ортоклаз

1010–1014

Роговая обманка

108–1014

Анортит

1010–1014


Устанавливается связь между сопротивлением и плотностью минералов. Минералы с наиболее высокой плотностью (самородные металлы, рудные минералы) характеризуются высокой проводимостью в связи с металлической, ионно-металлической и ковалентно-металлической формой кристаллической связи. Удельное сопротивление минералов средней плотности может быть как очень высоким, что типично для ковалентных соединений, так и низким – при смешанной форме связи. Минералы относительно низкой плотности, имеющие ионную или ковалентную формы связи, обладают наиболее высоким сопротивлением.
3.1.3 Зависимость удельного электрического сопротивления горных пород от их фазового и минерального состава и структурно-текстурных особенностей

Поскольку горные породы представляют собой, за небольшим исключением, совокупность трех фаз – твердого вещества, жидкости и газа, механизм электропроводности их является суммарным, включающим электронную, ионную и смешанную проводимости. Вместе с этим у каждой конкретной горной породы обычно доминирует какой-то один тип электропроводности, чаще ионный.

Величина и тип электропроводности горных пород определяются рядом факторов, решающими среди которых являются: фазовый и минеральный составы породы, ее текстурно-структурное строение, температура, а также давление, которые испытывает породы.

Влияние фазового и минерального составов на удельное электрическое сопротивление горных пород весьма существенно. Породообразующие минералы, из кото­рых состоит скелет породы, являются диэлектриками; газовая фаза также представляет собой изолятор электрического тока. Поэтому любая порода, лишенная влаги и не содержащая в значительных количествах углистого вещества, рудных и акцессорных минералов проводников или полупроводников, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, близким по величине к удельному сопро­тивлению породообразующих минералов. Однако породы с такой ничтожно малой электропроводностью в естественном залегании встречаются весьма редко. Это связано с тем, что в породе, как правило, содержится в той или иной мере жидкая фаза, удельное сопротивление которой на несколько порядков меньше породообразующих минералов.

Жидкая фаза представляет собой чаще всего минерализованную воду. Она содержится в породе в виде прочносвязанной, рыхлосвязанной и свободной воды. Кроме того, в некоторых минералах может содержаться химически связанная вода.

Минерализация подземных вод оказывает определяющее влияние на величину удельного электрического сопротивления. Электропроводность подземных вод зависит от их состава и особенно от концентрации растворенных в них солей. Значение в водного раствора электролита рассчитывается по формуле:

,

(3.2)

где Са и Сk – число грамм-эквивалентов анионов и катионов;

Uа и Uk – подвижность анионов и катионов;

fа и fk – коэффициенты электропроводности для анионов и катионов.

На рисунке 3.4 приведены графики зависимости удельного электрического сопротивления водных растворов солей от концентрации раствора. Характер кривых свидетельствует о том, что для наиболее распространенных типов подземных вод их сопротивление относительно слабо зависит от химического состава растворенных солей, следовательно при оценке электропроводности раствора можно учитывать общую минерализацию.

Большое влияние на сопротивление горных пород оказывает присутствие в них хорошо проводящих электрический ток минералов, каковыми чаще всего являются минералы-полупроводники – рудные минералы (сульфиды, окислы некоторых металлов) и углистое вещество.






Рисунок 3.4 – Зависимость удельного электрического сопротивления
различных растворов от степени их минерализации
Присутствие в породе минералов с высокой электропроводностью в количестве нескольких процентов от объема приводит, как правило, к увеличению электропроводности породы в несколько раз. Наиболее распространенными породами, сопротивление которых существенно снижено за счет проводящих включений, являются обширные горизонты унифицированных пород, чаще всего гнейсов, сланцев и песчаников. В глубоко метаморфизованных разностях (гнейсы, сланцы) включения графита снижают удельное сопротивление породы до 0,510 Омм, в общем же случае сопротивление унифицированных пород обычно изменяется в пределах от нескольких десятков до первых сотен (Омм).

Значительные участки в земной коре занимают также сульфи-дизированные образования. Сульфиды в земной коре составляют около 0,15 % от общей массы и встречаются в различных породах в виде рассеянной вкрапленности, прожилков или сплошных скоплений. Они являются рудами многих металлов: меди, серебра, цинка, ртути, свинца, олова, кобальта, никеля и ряда других. Сульфиды в большинстве своем обладают весьма малым удельным сопротивлением – от 102 до 10-5 Омм (табл. 3.2). Исключение составляют лишь три минерала: киноварь, антимонит и чистый в отношении примесей железа сфалерит. Поэтому большая часть массивных сульфидных скоплений (серный колчедан, различные полиметаллические, медно-никелевые, медные, пирротиновые руды) являются хорошими проводниками электрического тока, их сопротивление близко к сопротивлению минералов, но, как правило, выше его. Это связано с тем, что присутствующие в руде высокоомные минералы в некоторых местах изолируют друг от друга зерна сульфидов, уменьшая таким образом сечение проводника. Результаты изучения связи между удельным электрическим сопротивлением сульфидизированных пород и содержанием в них сульфидов показывают, что заметное снижение сопротивления по род наблюдается чаще всего при содержании в них сульфидов от 7 до 15 %. При увеличении концентрации сульфидов до 3060 % от объема породы происходит медленное снижение ее сопротивления, дальнейшее же увеличение концентрации сульфидов обычно не влияет на электропроводность образования.

Таблица 3.2 – Удельное электрическое сопротивление руд
и основного минерала в них

Основной минерал в руде

, Омм

Руда

Минерал

Пирит

10-4101

510-5510-2

Халькопирит

10-410-1

10-4710-4

Пирротин

10-510-3

10-5510-5

Арсенопирит

10-310-1

310-4

Галенит

10-23102

310-5310-4

Магнетит

10-211

10-4

Подобное отмечается и для магнетита. Отдельные его зерна (обычно встречаются в интрузивных и эффузивных образованиях) практически не оказывают влияния на удельное электрическое сопротивление породы. Его присутствие начинает сказываться, когда он развит в виде прожилков и ксеноморфных выделений, цементирующих породу или когда магнетит образует сплошные скопления – магнетитовые руды, обладающие малым удельным сопротивлением.

Таким образом, между сопротивлением породы и количеством содержащихся в ней минералов с хорошей электропроводностью в общем существует прямо пропорциональная связь, правда весьма неустойчивая. Последнее обусловлено главным образом различием структурно-текстурного строения породы. Если между проводящими электрический ток минералами в породе нет контакта, т.е. когда они находятся в ней в виде включений, изолированных друг от друга породообразующими высокоомными минералами, то проводящие включения не оказывают заметного влияния на сопротивление породы даже при очень высокой их концентрации. Теоретические расчеты показывают, что снижение сопротивления породы начнется, если она будет состоять на 9798 % из проводящих включений сферической формы, распределенных равномерно по объему, и более чем на 50 %, если включения будут эллипсоидальной формы.

Заметное влияние на удельное электрическое сопротивление пород оказывает развитие в них микрослоистости. Встречаются породы, у которых наблюдается послойное чередование проводящих и непроводящих электрический ток минералов, например, при развитии прожилково-вкрапленной минерализации, неравномерной послойной трещиноватости пород. В этом случае сопротивление образца электрическому току будет зависеть от того, по какому направлению возбуждается ток. Ясно, что сопротивление по направлению слоистости, обводненных трещин будет меньше, чем поперек их. В связи с этим наблюдается анизотропия сопротивления. Величина ее оценивается количественно коэффициентом анизотропии :

,

(3.3)

здесь и  – удельные электрические сопротивления поперек и вдоль слоистости, соответственно.

Удельное сопротивление поперек напластования всегда больше сопротивления вдоль напластования. Значение коэффициента тем выше, чем больше контрастность по сопротивлению слоев, слагающих разрез.

О соотношении этих параметров у пород с ярко выраженной слоистостью можно судить по данным табл. 3.3.
Таблица 3.3  Удельное электрическое сопротивление пород

с выраженной слоистостью

Порода, руда

, Омм

поперек слоистости

вдоль слоистости

Руда, цинковая обманка  галенит

3,6104

0,1

Кристаллический сланец с серицитом

71063109

61065107

Глинистый сланец

107

5104

Каменные угли

1,71103

0,7103

В среднем же для разных пород коэффициент анизотропии удельного сопротивления колеблется в пределах 1,051,40 (табл. 3.4).
Таблица 3.4 – Коэффициент анизотропии удельного электрического

сопротивления некоторых типов горных пород

Порода



Глина слабослоистая

1,05–1,10

Глина с прослоями песков

1,10–1,25

Сланцевые глины

1,20–2,20

Известняки монолитные

1,05–1,30

Трещиноватые скальные пород

1,10–4,00

Величина удельного электрического сопротивления породы зависит от ее температуры. Зависимость эта в первом приближении проста: повышение температуры породы ведет в общем к уменьшению ее сопротивления. При детальном изучении этого процесса прежде всего обращает на себя внимание в большей части случаев резкое изменение сопротивления породы при ее температуре, близкой к 0 °С, где происходит переход поровых растворов из твердого состояния в жидкое или наоборот. Характер изменения сопротивления породы при удалении от 0 °С в области отрицательных и положительных температур заметно различается.

Электрический ток в мерзлых породах осуществляется главным образом за счет подвижных ионов двойных электрических слоев (пленок незамерзшего раствора), образующихся между различными кристаллами льда. Концентрация солей в поровом растворе резко влияет на сопротивление породы в мерзлом состоянии. Чистый монокристаллический лед является изолятором электрического тока. Удельное электрическое сопротивление слабоминерализованных горных льдов составляет 105107 Омм, а морского льда с большой соленостью – всего 30300 Омм.

Всестороннее давление, меняющееся в верхних частях мантии Земли в пределах 0,12 ГПа, у большинства пород не вызывает существенных изменений удельного электрического сопротивления.

У малопористых пород, лишенных адсорбированной влаги, с увеличением давления обычно происходит небольшое снижение удельного электрического сопротивления, как, например, у гранита: при давлении 0,1 ГПа образец имел =7,6107 Омм, а при 2 ГПа  5,6107 Омм. Но нередки случаи обратной зависимости, отдельные же разновидности пород (эклогиты, например) практически не меняют удельное электрическое сопротивление с изменением давления.

Наибольшее влияние на сопротивление пород при изменениях давления отмечается, естественно, у осадочных образований. Так, у песчаников с глинистым цементом электросопротивление с увеличением давления растет, достигая максимума при давлении 0,25 ГПа (сопротивление увеличивается вдвое). Экспериментально в лабораторных условиях установлено, что чем больше пористость породы и минерализация поровых растворов, тем меньше она увеличивает электрическое сопротивление с ростом давления. Это эффект усиливается с увеличением глинистости.

Несмотря на небольшую пористость кристаллических пород, не превышающую обычно 5 %, величина удельного сопротивления этих пород коррелируется с величиной пористости, довольно сильно уменьшаясь от 107 до 104 Омм при увеличении пористости от 1 до 4,5 %. Для газонасыщенных пород характерно более стабильное удельное сопротивление. При общем высоком сопротив­лении (103105 Омм) водонасыщенных образцов интрузивных и эффузивных пород, обладающих малой пористостью (0,75 %), удельное сопротивление возрастает от кислых разностей к основным на 23 порядка. Удельное сопротивление магматических пород, в которых поры заполнены газом, увеличивается по сравнению с водонасыщенными породами на 102104 Омм. Удельное сопротивление магматических пород, поры которых заполнены воздухом, зависит от состава и удельного сопротивления породообразующих минералов. Например, граниты и кварцевые порфиры, имеющие в своем скелете кварц и биотит, обладают более высоким сопротивлением, чем габбро и базальта, состоящие из полевых шпатов и пироксенов, сопротивление которых несколько ниже, чем у кварца и биотита. Эти же закономерности характерны и для метаморфических пород.

Зависимость удельного электрического сопротивления осадочных обломочных и малоглинистых пород (песчаников, песков, известняков, доломитов) от влажности и пористости однозначна. Чем больше пористость, тем выше влажность и меньше сопротивление пород. Эта зависимость хорошо изучена для пород различного литологического состава, разной цементации и структуры и используется для определения пористости по . Для исключения влияния минерализации вод применяется параметр пористости Рп, равный отношению удельного сопротивления пористой водонасыщенной породы вп к сопротивлению насыщающего ее раствора в. Для неоднородных пород в интервале пористости от 35 до 2040 %

,

(3.4)

где ап  коэффициент, варьирующий от 0,4 до 1,4;

т показатель степени, зависящий от структуры порового пространства и степени сцементированности породы;

kп  коэффициент пористости.

Структурный показатель т может изменяться от 1,3 для рыхлых песков и оолитовых известняков до 22,2 для сильно сцементированных песчаников с низкой пористостью.

Глинистые породы следует рассматривать как трехкомпонентные ассоциации, поскольку наряду с высокоомными минералами и поровым раствором в них присутствуют минералы из групп цеолитов и глин, которые имеют относительно низкое сопротивление. Поэтому сопротивление глинистой породы существенно зависит от количества глинистого материала и характера его распределения.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие Курс лекций Для студентов высших учебных заведений...
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, но может быть полезно и тем, кто самостоятельно изучает экономическую теорию
Учебное пособие (курс лекций) iconЛитература: Философия: Курс лекций: учебное пособие для студентов./...
Философия: Курс лекций: учебное пособие для студентов./ Под общей ред. В. Л. Калашникова. М. 1999. с. 6 – 17
Учебное пособие (курс лекций) iconКурс лекций для иностранных студентов харьков
К 78 Политология: курс лекций для иностранных студентов. Учебное пособие. – Харьков: хнму, 2012. – 154 с
Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие по дисциплине «Экономика»
В. В. Янова. — 4-е изд., стереотип. — М: Издательство «Эк­замен», 2008. — 382, [2] с. (Серия «Курс лекций»)
Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие 032700 «Филология»
История зарубежной литературы Средних веков и эпохи Возрождения. Конспекты лекций: Учебное пособие / Авт сост. Я. В. Погребная. –...
Учебное пособие (курс лекций) iconКраткий курс менеджмент а. Большаков учебное пособие санкт-Петербург...
Б79 Менеджмент / Учебное пособие. — Спб.: «Издательство "Питер"», 2000. — 160 с.: ил. — (Серия «Краткий курс»)
Учебное пособие (курс лекций) iconКонспект лекций по дисциплине: «методика преподавания театральных дисциплин»
Учебное пособие предназначено для студентов Театрального отделения локкиИ. Это учебное пособие представляет собой очень очень краткое...
Учебное пособие (курс лекций) iconМареев С. Н., Мареева Е. В. История философии (общий курс): Учебное пособие
История философии (общий курс): Учебное пособие. — М.: Академический Проект, 2004. — 880 с. — («Gaudeamus»)
Учебное пособие (курс лекций) iconКраткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии...
Рудаков Н. В. Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. Часть Частная микробиология и вирусология:...
Учебное пособие (курс лекций) iconКурс лекций по древней философии
Фрагменты публикуются по источнику: Чанышев А. Н. Курс лекций по древней философии: Учеб пособие для филос фак и отделений ун-тов....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница