Електричні властивості гірських порід і фактори, що їх визначають

Електричні властивості гірських утворень: питомий електричний опір (ρ), діелектрична (ε) та магнітна (μ) проникності, електрохімічна активність (α) та поляризованість (η) гірських порід (відмічені електромагнітні властивості розглядаються у розділі ”Методи петрофізичних досліджень“ Электромагнитные свойства геологических сред, вмещающей среды, пластов, объектов, а также геометрические параметры последних служат основой для построения геоэлектрических разрезов. Геоэлектрический разрез над однородным по тому или иному электромагнитному свойству полупространством принято называть нормальным, а над неоднородным - аномальным. На выделении аномалий и основана электроразведка.

Наибольшее значение в практике геологических и горных исследований имеет изучение удельного электрического сопротивления пород и минералов, определяемого как сопротивление куба вещества электрическому току, направленному перпендикулярно одной из его граней. Удельное электрическое сопротивление зависит от сопротивления минералов, слагающих горные породы, и флюидов, заполняющих поры, от влажности, пористости, структуры породы, температуры и давления в массиве. К хорошо проводящим (10-6-10-4 Ом•м) относятся самородные металлы, к полупроводникам (10-5-103 Ом•м) — большая часть рудных минералов (пирит, пирротин); к диэлектрикам — большая часть породообразующих минералов, в том числе все минералы класса силикатов, сульфатов, карбонатов. Минеральный скелет горных пород проводит ток значительно хуже, чем природные растворы, заполняющие поры и трещины, поэтому с увеличением увлажнённости горных пород, их пористости электрическое сопротивление уменьшается в 10-30 раз. При замерзании воды в порах и других пустотах сопротивление возрастает на 2-3 порядка. Удельное электрическое сопротивление горных пород растёт с увеличением газо- и нефтенасыщенности. Поскольку структура, пористость и влажность различны для основных генетических горных пород — осадочных, изверженных и магматических, то соответственно различно и их электрическое сопротивление. Наименьшие значения сопротивления характерны для осадочных горных пород, что объясняется их повышенной пористостью и увлажнённостью, более высокие значения имеют метаморфические горные породы, сопротивление которых растёт с увеличением степени метаморфизма, наибольшие сопротивления наблюдаются у изверженных горных пород (десятки тысяч Ом•м). Удельное сопротивление большей части руд зависит от процентного содержания в них хорошо проводящих минералов и их структурно-текстурного соотношения с непроводящими минералами.

Поляризуемость характеризует способность минералов и горных пород поляризоваться в электрическом поле вследствие физико-химических процессов, происходящих на границе твёрдой и жидкой фаз. Она определяется отношением (%) напряжённостей первичного электромагнитного поля, пропускаемого в землю, и вторичного поля, созданного поляризованной геологической средой. Поляризуемость уменьшается с повышением влажности и минерализации поровой влаги. Значение поляризуемости большинства минералов и горных пород не превышает 1-2%, для графитовых сланцев и прожилково-вкрапленных руд, содержащих минералы с электронной проводимостью, поляризуемость возрастает до нескольких десятков %.

Диэлектрическая постоянная определяется отношением напряжённости электрического поля в минералах и горных породах к напряжённости поля в вакууме. Для большинства породообразующих минералов (в том числе всех силикатов) диэлектрическая постоянная изменяется от 3 до 10, редко до 25, у влажных пород её значение достигает 40. Электрические свойства минералов горных пород в силу их значительной зависимости от влажности, температуры и других условий в массиве в основном определяют в естественных залеганиях методами электрического каротажа. На различии электрических свойств минералов горных пород основано применение электрических методов для изучения геологического строения земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, разрушения горных пород, определения устойчивости целиков и напряжённого состояния массива, закрепления и осушения горных пород.