Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Лекция 6. Основные представления об электромагнитном поле. Электромагнитные свойства горных пород. Геоэлектрические разрез.

Читайте также:
  1. B)& эпоха освоения степных и горных пространств
  2. I. Основные задачи и направления работы библиотеки
  3. I. Основные парадигмы классической социологической теории.
  4. I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ
  5. I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. РУКОВОДСТВО ПОДГОТОВКОЙ И НАПИСАНИЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
  6. I. Основные свойства живого. Биология клетки (цитология).
  7. I. Основные цели
  8. I. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИОКАРДА
  9. II. Общество как социальная система, её основные системные признаки
  10. II. Общие сведения о горных породах

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 = 103 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), 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 105 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.

Загрузка...

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: 33 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2019 год. (0.011 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав