Удельное электрическое сопротивление горных пород

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, которое испытывает порода.

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 прочно связанной, рыхлосвязанной и свободной воды. Кроме того, в некоторых ми­нералах может содержаться химически связанная вода. При тех напряжениях электрического поля, которые имеют место в элек­троразведке, электропроводность пород определяется главным образом свободной и рыхлосвязанной водой. Последняя образует тонкие пленки на поверхности кристаллов и удерживается в поро­де силами поверхностного натяжения. В этой воде (гигроскопичес­кая вода) концентрация ионов повышена и электропроводность ее в несколько десятков раз больше, чем у свободной воды. Ясно, что фактор водонасыщенности играет главнейшую роль в формирова­нии удельного электрического сопротивления горной породы.

На рисунке показаны результаты экспериментальных работ с малопористыми интрузивными и эффузивными породами, из­вестняками и доломитами. Пористость их варьирует от 0,7 до 4 %, влагонасыщенность пор (Кв) изменяется от 0 до 100 %.

 

Из приве­денного материала видно, во-первых, что с увеличением водонас­ыщенности сопротивление всех пород существенно снижается и, во-вторых, что на величину сопротивления, характер его измене­ния с наполнением пор водой значительное влияние оказывает ко­эффициент пористости. Это отчетливо видно на следующем рисунке.

Характерным в приведенной зависимости является то, что при малых значениях коэффициента пористости незначительные изменения его приводят к резкому изменению сопротивления по­роды, когда коэффициент пористости больше 2 %, градиент со­противления заметно снижается, а при более высокой пористости пород (свыше 5—10 %) он становится в первом приближении пос­тоянным.