Электромагнитные свойства горных пород

Искусственные импульсные (неустановившиеся) электромагнитные поля создаются с помощью генераторов, дающих на выходе напряжение в виде прямоугольных импульсов разной длительности и подключаемых к заземленным или незаземленным линиям. С помощью других заземленных приемных линий или незаземленных контуров изучается процесс установления и спада разностей потенциалов на разных временах после окончания питающего импульса. В зависимости от способа создания и измерения поля и времени, на котором проводятся измерения, а также электромагнитных свойств горных пород различают неустановившиеся поля двоякой природы: вызванной поляризации и переходных процессов (становления поля). Поля вызванной поляризации создаются путем гальванического возбуждения постоянного тока и измерения разности потенциалов на приемных электродах через определенное фиксированное время (обычно 0,5-1 с) после отключения тока, т.е. измеряется спад напряженности электрического поля, обусловленный разной вызванной поляризуемостью горных пород. Переходные процессы изучаются с помощью измерения разности потенциалов на разных временах после окончания питающего сигнала.

Искусственные переменные гармонические электромагнитные поля создаются с помощью разного рода генераторов синусоидального напряжения звуковой и радиоволновой частоты, подключаемых к гальваническим или индуктивным источникам поля.

Сверхвысокочастотные электромагнитные поля с длиной волны от микрометров до метров используются для пассивной и активной радиолокации земной поверхности. Методы, основанные на их измерении, находятся на стыке электроразведки и терморазведки. При пассивной радиолокации изучаются естественно-техногенные радиотепловые или инфракрасные излучения земной поверхности. Интенсивность излучений зависит от солнечного и внутриземного нагрева верхних частей поверхности Земли, а также от искусcтвенных источников тепла (города, промышленные предприятия и т.п.).

При активной радиолокации (аэрокосмической или полевой) земная поверхность облучается искусственными короткими радиолокационными импульсами.

К биогеофизическим полям относятся поля, создающие так называемый биолокационный эффект, т.е. вращение или отклонение рамок тех или иных конструкций в руках операторов над природными или техногенными объектами. Имеется ряд гипотез, свидетельствующих об электромагнитной природе таких полей, поэтому их можно отнести к электроразведке. Способность некоторых людей ("лозоходцев") выявлять те или иные объекты - например, геологические, такие, как рудные скопления, тектонические нарушения, контакты пород, водонасыщенные или карстовые зоны, известны человечеству более 4000 лет. Биолокационный метод используется и сейчас для выявления перечисленных выше объектов, а также геопатогенных зон (участков земной поверхности или помещений, где у людей наблюдаются повышенная заболеваемость или функциональные расстройства), и таких искусственных объектов, как трубопроводы, кабели, подземные выработки, археологические захоронения и др. Биолокационный эффект является малопонятным энергоинформационным взаимодействием живой и неживой природы. Подсознательное восприятие оператором сигналов, раздражителей, приносимых информацией о нарушениях однородности среды, проявляется моторномышечной реакцией организма, которая и приводит к отклонению или вращению рамки-индикатора.

Способности быть такими операторами у людей редки. Однако их можно воспитать, т.е. можно обучиться "лозоходству".

Как отмечалось ранее, к основным электромагнитным свойствам горных пород относятся: удельное электрическое сопротивление (), электрохимическая активность (), поляризуемость (), диэлектрическая () и магнитная () проницаемости. Этими параметрами, а также частотой поля определяется коэффициент поглощения поля средой.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС), измеряемое в омметрах (Омм), характеризует способность пород оказывать электрическое сопротивление прохождению тока и является наиболее универсальным электромагнитным свойством. Оно меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10^-3 до 10¹⁵ Омм. Величина обратная удельному электрическому сопротивлению называется электропроводностью и измеряется в сименсах на метр (См / м). Для наиболее распространенных осадочных, изверженных и метаморфических горных пород удельное электрическое сопротивление зависит от минерального состава, физико-механических и водных свойств горных пород, концентрации солей в подземных водах и в меньшей мере от их химического состава, и таких факторов, как температура, глубина залегания, степень метаморфизма и др.

Удельное электрическое сопротивление минералов зависит от их внутрикристаллических связей. Для минералов-диэлектриков (кварц, слюды, полевые шпаты и др.) характерны очень высокие сопротивления (10¹² - 10¹⁵ Омм). Минералы-полупроводники (карбонаты, сульфаты, галоиды и др.) отличаются высокими сопротивлениями (10⁴ - 10⁸ Омм). Глинистые минералы (гидрослюды, монтморилломонит, каолинит и др.) выделяются достаточно низкими сопротивлениями (< 10⁴ Омм). Рудные минералы (самородные, некоторые окислы) очень хорошо проводят ток (сопротивление < 1 Омм).

Удельное электрическое сопротивление свободных подземных вод меняется от долей Омм при высокой общей минерализации (г / л) до 1000 Омм при низкой минерализации (г / л).

Так как поровая вода (свободная и связанная) отличается значительно более низким удельным электрическим сопротивлением, чем минеральный скелет большинства минералов, то сопротивление горных пород в значительной мере определяется такими параметрами пород, как пористость, трещиноватость, водонасыщенность. С их увеличением сопротивление пород уменьшается за счет увеличения ионов в подземной воде. Поэтому электропроводность большинства пород является ионной (электролитической).

С ростом температуры на 40 сопротивление уменьшается примерно в 2 раза, что объясняется увеличением подвижности ионов.

Несмотря на зависимость от множества факторов и широкий диапазон изменения у разных пород, основные закономерности УЭС установлены достаточно четко. Изверженные и метаморфические породы характеризуются высокими сопротивлениями (от 500 до 10000 Омм). Среди осадочных пород высокие сопротивления (100 - 1000 Омм) у каменной соли, гипcов, известняков, песчаников и некoторых других. Обломочные осадочные породы, как правило, имеют тем большее сопротивление, чем больше размер зерен, составляющих породу, т.е. зависят прежде всего от глинистости. При переходе от глин к суглинкам, супесям и пескам удельное сопротивление изменяется от долей и первых единиц омметров к первым десяткам и сотням oмметров.

Под электрохимической активностью понимается свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля.

Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения этого тока оценивается коэффициентом поляризуемости . Поляризация - это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного переменного (до 10 Гц) тока. Наибольшей поляризуемостью () отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, сульфосоли, некоторые самородные металлы, отдельные окислы, графит, антрацит). Большинство изверженных, метаморфических и осадочных пород, насыщенных минеральной водой, слабо поляризуются ().

Диэлектрическая () и магнитная () проницаемости играют значительную роль лишь при электроразведке на высоких частотах. Относительная диэлектрическая проницаемость (где и ) - диэлектрические проницаемости породы и воздуха) показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха в него поместить данную породу. Величина меняется от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит, в основном, от процентного содержания воды и от минералогического состава породы. У изверженных пород диэлектрическая проницаемость меняется от 5 до 12 единиц, у осадочных - от 2-3 (у сухой) до 16-40 (у полностью насыщенной водой породы).

Магнитная проницаемость подавляющего большинства пород равна магнитной проницаемости воздуха. Лишь у ферромагнетиков относительная магнитная проницаемость может возрастать до 10 единиц.

Дата добавления: 2014-01-06