Суммарная поляризация и диэлектрическая проницаемость

Суммарная поляризация складывается из различны видов поляризации, возможных у данного минерала или породы при определенных частоте электрического поля. Наибольших значений она достигает у электронно-ионно-проводящих и структурно-неоднородных пород в постоянном, напряженном и длительно действующем электрическом поле, при низких температурах и давлениях.

Все виды поляризации, успевшие развиться за время обработки пород током, способствуют возникновению в них внутреннего поля, которое направлено обратно к полю приложенному. Вследствие этого напряженность приложенного к породе электрического поля ослабляется по сравнению с напряженностью среднего поля в вакууме. Ослабление характеризует безразмерная величина є, названная диэлектрической проницаемостью. Она показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в диэлектрике (породе) ослабляется по сравнению с его напряженностью в вакууме.

Вызванные потенциалы. По выключении постоянного электрического поля начинается обратный процесс – разрядка породы. Первыми практически мгновенно спадают быстрые виды поляризации (электронная, атомная, ионная, упругая, дипольная), затем исчезают более медленные виды поляризации: ориентационная тепловая, ионная тепловая, объемная (миграционная). Наконец начинают спадать наиболее медленные виды поляризации: концентрационно-диффузионная, электролитическая, электроосмотическая и фильтрационная поляризации, связанные с процессами фильтрации под действием градиента потенциала или давления.

Процесс разрядки пород протекает по экспоненциальному закону. Всегда за первые несколько секунд эффект вызванной поляризации значительно снизиться, а оставшаяся доля потенциала достигает нулевых значений через большой промежуток времени.

Вызванная электрохимическая активность. Вызванная электрохимическая активность – это свойство пород поляризоваться и иметь разную остаточную электрохимическую поляризацию на определенный момент времени по выключении поля. Так как все виды поляризации, за исключением концентрационно-диффузионной и электролитической, исчезают очень быстро, то остаточные потенциалы ВП, обусловлены, по существу, только ими. Структурная неоднородность пород и присутствие в них рудных включений определяет большое различие их вызванной электрохимической активности. Это дает возможность по вызванной электрохимической активности определять петрофизические свойства горных пород.

Естественная поляризация

Фильтрационная поляризация. При фильтрации электролита, находящегося в порах, через образец породы возникают потоки ионов в направлении градиента давления. Так как противоионы движутся интенсивнее, чем коионы, то на концах капилляров породы создаются разность свободных зарядов, разность потенциалов и протекает поверхностный ток. В результате возникает разность потенциалов по длине образца и встречный ток по всему его объему, возрастающий до стационарного значения, и разность потенциалов фильтрации (течения) становится постоянной.

Диффузионно - адсорбционная поляризация. На контакте влажной породы с электролитом или при соприкосновении неодинаковых влажных пород возникают электрические потенциалы, называемые диффузионно-адсорбционными.

Диффузионные потенциалы. Такие потенциалы наблюдаются при непосредственном контакте электролитов, неодинаковых по концентрации или химическому составу. Они обусловливаются разной подвижностью ионов, диффундирующих из более в менее концентрированный раствор.

Диффузионно-адсорбционные потенциалы. Значения электрохимических диффузионно-адсорбционных потенциалов на контакте разных влажных пород или породы и электролита определяют адсорбционные и диффузионные процессы. Адсорбция способствует образованию в порах влажных пород у фазовых границ раздела двойного электрического слоя. Так как подвижность противоионов и особенно коинов ДЭС меньше, чем ионов свободного порового электролита, то средние или эффективные подвижности анионов и катионов порового электролита меньше их подвижности в свободном растворе.

Электрохимическая диффузионно-адсорбционная активность. Способность пород поляризоваться на контакте с электролитом или другой влажной породой и создавать в этих условиях разные диффузионно-адсорбционные потенциалы называется электрохимической диффузионно-адсорбционной активностью.

Окислительно-восстановительные процессы характерны для сульфидов, окислов и высококарбонизированных каменных углей, рудных тел и других пород способных к окислительным и восстанавительным реакциям. Наиболее активными в этом отношении минералами являются пирит, пирротин, халькопирит, графит. Активны также магнетит, гематит и другие окислы, имеющие металлическую проводимость.