Электрические и диэлектрические свойства горных пород

1. Электрическое сопротивление горных пород.

Электрическое сопротивление горных пород количественно оценивается величии-ной удельного электрического сопротивления (УЭС) Ом м, которое характеризует противодействие единицы объёма вещества (горной породы, воды и т.д.) прохождению электрического тока. Удельное электрическое сопротивление определяется веществен-ным составом, структурой порового пространства породы, температурой и давлением, при которых эта величина измеряется. УЭС пород изменяется в пределах от 10^-3 до 10 ⁸ Омм, пластовых вод – от 10 ^{– 2} до 10 ³ Ом м. В связи с огромным диапазоном значений УЭС измерение электрических свойств пород является основным методом изучения геологических разрезов скважин.

Лабораторные определения электрического удельного сопротивления горных пород ρ_п выполняются с целью:

1. уточнения пределов изменения электрического сопротивления отдельных типов и групп пород ( песков, песчаников, глин, глинистых, известково-магнезиальных, кислых, средних, основных и других групп пород);

2. выявления наиболее вероятных и средних значений этого свойства для типов пород отдельных стратиграфических подразделений, разрезов, площадей, фаций и геологических регионов;

3. установления характера зависимости электрического удельного сопротивления от минерального состава, структуры, соотношения фаз, от частоты и напряженности электрического поля;

4. выявления характера изменения электрического удельного сопротивления при эпигенетическом преобразовании и метаморфизме пород.

Знание сопротивления насыщающей породы воды ρ_в необходимо для выяснения зависимости этой величины от состава, происхождения и температуры вод, а также для вычисления параметра пористости Р_п = ρ_вп/ ρ_в. Последний используется для оценки коэффициента пористости k _п по данным электрометрии. По значениям ρ_в и зависимо-сти ρ_в = f(C), где С-концентрация солей в пластовой воде, оценивается минерализация пластовых вод.

Сведения, полученные в результате лабораторных определений, используются при проектировании токовых методов электрометрии скважин и электроразведки, при ин-терпретации этих исследований, а также для решения многих других горно-геологичес-ких задач.

Теория. Электрическое сопротивление (Ом) образца породы может быть измерено многочисленными способами, которые подразделяются на две основные группы: непосредственной оценки (по приборам) и сравнения в равновесном режиме (рис. ).

В каждой из этих групп существуют модификации прямых (прибором измеряется электрическое сопротивление ( рис. а-ж) и косвенных способов (измеряются разности потенциалов ΔU на образце и на эталонном сопротивлении, или ΔU на образце и силы тока в измерительной цепи с последующим расчётом сопротивления по формулам.

Рис.15 Электрические схемы измерения ρ_обр.

Схемы способов: l-непосредственной оценки (оценка по приборам), II-сравнения в равновесном режиме, А-прямых, Б-косвенных; 1- схемы постоянного тока:

а-мегомметра, б-омметра, в. г-омметра с логометрическим измерителем, д-моста,

з.и-вольтметра-амперметра, к-вольтмет­ра-амперметра с охранным кольцом,

л-вольтметра-гальванометра с охранным кольцом, м-вольтмет­ра-электрометра, р~компенсатора;

2-схема переменного тока: е-ж-моста, л-вольтметра-ампер­метра, п-вольтметра, с-компенсатора с пульсатором, т, у-резонансные - для измерения больших и малых сопротивлений; Е-электрометр; Г-гальванометр; ИН-индикатор нуля; Л-пульсатор; Б1, Б2-батареи; Rх,Сх, соответственно сопротивление и ёмкость образца; А-амперметр; mА-миллиамперметр;V-вольтметр; 11' 1₂-тох; V-напряжение; ГЗ-36-звуковой генератор