Читайте также:
|
Электроразведка (электрическая или, точнее электромагнитная разведка) объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, решения других задач, основанные на изучении электромагнитных полей, существующих в Земле в силу естественных космических, атмосферных или физико-химических процессов, или созданных искусственно.
Используемые в электроразведке электромагнитные поля (ЭМП) разделяются на естественные и искусственные, установившиеся, т. е. существующие свыше 1 с, постоянные и переменные гармонические с частотой от миллигерц (1 мГц = 10 − 3 Гц) до петагерц (1 ПГц = 1015 Гц), неустановившиеся, импульсные с длительностью импульсов от микросекунд до секунд.
Интенсивность естественных полей и глубинность электроразведки определяются происхождением полей, строением среды и электромагнитными свойствами горных пород. Для искусственных полей глубинность зависит от этих же свойств горных пород, а также от мощности источника, формы выходных сигналов и способов возбуждения поля. Последние бывают гальваническими, когда поле в Земле создают с помощью тока, пропускаемого через электроды-заземлители, обозначаемые и _, индуктивными, когда питающий ток, проходя по незаземленному контуру (петле, рамке), площадью Q создает в среде электромагнитное поле за счет электромагнитной индукции, и смешанными (гальваническими и индуктивными). Глубинностью электроразведки можно управлять также дистанционными и частотными приемами. Сущность дистанционного приема увеличения глубинности сводится к увеличению расстояния (r или R) между источником поля и точками, в которых его измеряют, так как это увеличивает объем среды, вовлекаемой в исследование. Частотный принцип увеличения глубинности основан на скин-эффекте, т. е. прижимании поля к поверхности Земли в слое тем меньшей толщины, чем выше частота гармонического поля (f) и меньше время (t) между окончанием питающего и началом измеряемого импульсов. Наоборот, чем меньше частота, больше период колебания (T = 1 /f) и больше время (t) распространения (диффузии) поля, называемого также временем становления поля или переходного процесса, тем больше глубинность разведки. В целом глу бинность электроразведки меняется от сантиметров на частотах свыше 1012 Гц до десятков километров на инфранизких частотах, меньших 0,1 Гц.
Измеряемыми параметрами поля являются амплитудные и фазовые параметры напряженности электрического (E), измеряемые на электродах-заземлителях, обозначаемых M и N, и магнитного (H), измеряемые на незаземленных контурах-петлях (НП) или рамках площадью q.
К электромагнитным свойствам (ЭМС) горных пород относятся: удельное электрическое сопротивление (УЭС или ρ), величина ей обратная — удельная электропроводность (γ = 1 /ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (η), диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости, а также пьезоэлектрические модули (d).
Удельное электрическое сопротивление (УЭС, ρ), измеряемое в ом-метрах (Ом · м), является наиболее известным электромагнитным свойством и изменяется для горных пород и руд в широких пределах от 10 − 5 до 1015 Ом · м. Для наиболее распространенных осадочных, изверженных и метаморфических горных пород оно зависит от минерального состава, физико-механических и водных свойств горных пород и других факторов (температуры, глубины залегания, степени метаморфизма, техногенных воздействий и др.).
Несмотря на широкий диапазон изменения удельных электрических сопротивлений у разных пород, основные закономерности установлены достаточно четко. Изверженные и метаморфические породы характеризуются высокими сопротивлениями (от 500 до 10 000 Ом · м). Среди осадочных пород высокие сопротивления (100–1000 Ом · м) у каменной соли, гипсов, известняков, песчаников и некоторых других пород. Обломочные породы, как правило, имеют тем большее сопротивление, чем больше размер зерен, слагающих породу. При переходе от глин к суглинкам, супесям и пескам удельное сопротивление изменяется от долей и первых единиц до первых десятков и сотен Oм метров.
2. Электрохимическая активность и поляризуемость. Под электрохимической активностью понимают свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля. Эти поля могут возникать в силу окислительно-восстановительных реакций на рудных минералах, диффузионно-адсорбционных и фильтрационных процессов, связанных с наличием и движением в породах подземных вод разной концентрации и химического состава.
За электрохимическую активность (α) иногда принимают коэффициент пропорциональности между напряженностью естественного электрического поля и основными факторами, которыми оно обусловлено (отношением концентраций подземных вод, давлением и др.). Коэффициент α измеряют в милливольтах.
Он составляет от −10 до −15 мВ для чистых песков, близок к нулю для скальных пород, возрастает до 20 мВ для глин и до десятков милливольт для руд с электронно-проводящими минералами. В целом α зависит от многих природных факторов (минерального состава, глинистости, пористости, проницаемости, влажности, минерализации подземных вод и др.).
Способность пород поляризоваться, т. е. накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после его отключения, оценивают коэффициентом поляризуемости (η). Значение η вычисляют в процентах как отношение напряжения ΔUВП, которое остается в измерительной линии по истечении определенного времени (обычно 0,5–1 с) после размыкания токовой цепи, к напряжению ΔU в той же линии при пропускании тока η = (ΔUВП/ΔU) · 100%.
Поляризация — это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного тока и отключения его. Наибольшей поляризуемостью (η = 6 − 40%) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, сульфосоли, некоторые самородные металлы и отдельные оксиды).
Возникновение вызванных потенциалов в этой группе пород объясняют так называемой электронной поляризацией руд в присутствии подземных вод. Коэффициенты поляризуемости до 2 − 6% наблюдаются над обводненными рыхлыми осадочными породами с примесью глинистых частиц. В этих породах при пропускании тока происходит перераспределение и диффузия зарядов, адсорбированных на глинистых частицах. Возвращение среды в состояние равновесия после отключения тока сопровождается эффектом вызванной поляризации. Большинство изверженных и метаморфических пород, как правило, не поляризуется; у них η = 1−2% (редко 3%). Слабо поляризуются осадочные породы, насыщенные минерализованной водой.
3. Диэлектрическая и магнитная проницаемости. Относительная диэлектрическая проницаемость ε = εП/ε0 (где εП, ε0 — диэлектрические проницаемости породы и воздуха) показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха в него поместить данную породу. Значение ε изменяется от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит в основном от содержания воды и минерального состава породы. У изверженных пород ε изменяется от 5 до 12, у осадочных — от 2–3 (у сухих) до 16–40 (у полностью насыщенных водой). Диэлектрическая проницаемость играет значительную роль в высокочастотной электроразведке.
Магнитная проницаемость μ громадного большинства пород примерно равна магнитной проницаемости воздуха. Лишь у ферромагнетиков относительная магнитная проницаемость может достигать 10, поэтому параметр μ используют при разведке пород.
4. Пьезоэлектрические модули. Пьезоэлектрическими _модулями определяется свойство минералов и горных пород создавать электрическую поляризацию при механическом воздействии на них, за счет определенной ориентации на гранях кристаллов электрических зарядов. Пьезоэлектрическими свойствами обладают лишь кристаллы, лишенные центра симметрии. У таких кристаллов при механической деформации происходит взаимное смещение центров электрических диполей и на соответствующих гранях кристаллов появляются электрические заряды. Интенсивность и знак зарядов qп зависят от вида деформации (растяжение, сжатие или сдвиг), величины и направления действующей механической силы F и пьезоэлектрического модуля кристалла d, соответствующего данному виду деформации и направлению поляризации. Связь между этими параметрами описывают формулой qп = d · F.
Пьезоэлектрические модули скальных горных пород зависят не только от наличия и процентного содержания в породе минералов-пьезоэлектриков, но и от их определенной упорядоченности. Если кристаллы в породе ориентированы по направлению одного из элементов симметрии, то порода отличается повышенными значениями d. Пьезоэлектрические модули рыхлых влагосодержащих пород определяются их минеральным составом, структурой и текстурой, а в основном — пористостью, влажностью, составом и концентрацией растворенных в воде солей. С увеличением пористости и связанной влаги d возрастает, а с увеличением содержания свободной влаги d либо мало изменяется, либо уменьшается. Кроме перечисленных геолого-гидрогеологических факторов, d зависит от электрических и упругих свойств этих пород.
Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 76 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |