Зависимость электропроводности от внешних факторов

Изменение электропроводности пород с насыщением их водой зависит в первую очередь от их пористости и достигает нескольких порядков. Характерно, что у хорошо проводящих в сухом состоянии пород даже при большой пористости проводимость с насыщением изменяется в незначительных пределах, в то время как у плохо проводящих – очень сильно. Здесь сказывается отличие в проводимостях воды и минерального скелета.

Сопротивление пластовой воды зависит от её минерализации и состава растворенных в ней солей. Так, пески, насыщенные пресной водой, имеют удельное сопротивление 10-30 Ом.м и более, а пески, насыщенные минерализованной водой, снижают удельное сопротивление до 1-0,1 Ом.м. Так как обычно минеральный скелет пористой породы обладает значительным сопротивлением, то удельное сопротивление увлажненной породы является в основном функцией электропроводности воды, заполняющей поры.

Основное повышение электропроводности пород с насыщением происходит при первых процентах увлажнения. Дальнейшее увлажнение повышает электропроводность породы не так значительно. При увлажнении абсолютно сухого песчаника на доли процента (0,3-0,5%) его удельное сопротивление уменьшается на несколько порядков. В электропроводности породы основную роль играют токопроводящие каналы, появляющиеся в результате увлажнения открытых пор.

Так как нефть обладает значительно большим удельным сопротивлением, чем вода, то нефтенасыщение породы приводит к повышению величины сопротивления.

С увеличением температуры происходит уменьшение сопротивления пород, причем для чистых минералов и плотных сухих пород соблюдается экспоненциальная зависимость.

При повышении температуры породы до 600°С проводимость пород возрастает в широких пределах – в 20*10⁹ раз.

Наибольшее повышение электропроводности с температурой наблюдается для пород с малой исходной электропроводностью, а наименьшее – у рудных пород.

Влияние отрицательных температур на удельное сопротивление пород проявляется сразу же после перехода в область температур ниже нуля и особенно резко в рыхлых и трещиноватых породах. Так, при изменении температуры влажного песка от +0,5 до -0,5 °С его сопротивление увеличивается в десятки раз. Это связано с тем, что удельное сопротивление льда в три раза превышает сопротивление чистой воды.

Влияние давления на электрическое сопротивление горных пород неодинаково и зависит от наличия различных фаз в породе и их состояния. Обычно под нагрузкой наблюдается повышение проводимости породы, хотя довольно часто возможны и иные явления.

Удельное сопротивление некоторых глин при повышении давления до 1000 ат возрастает, так как происходит выжимание влаги из пород и уменьшение сечения поровых каналов, заполненных водой.

Естественные электрические поля в породах. Измерениями установлено, что в массивах горных пород существуют естественные электрические токи. По природе образования различают токи теллурические и локальные. Теллурические токи обусловлены вариациями и возмущениями магнитного поля Земли. Эти токи занимают огромные пространства литосферы. Локальные электрические поля возникают в результате окислительно-восстановительных, диффузионно-адсорбционных и фильтрационных явлений в горных породах.

Причиной локальных полей могут быть также термоэлектрические и биологические явления, а также взаимное трение отдельных массивов пород в процессах горообразования, сдвижений и т. д.

Окислительно-восстановительные процессы появляются в опреденных гидрохимических условиях на контакте между породами, обладающими электронной и ионной проводимостями.

Так как электронной проводимостью обладают сульфидные руды, антрациты, графит, то окислительно-восстановительные явления сопутствуют месторождениям именно этих полезных ископаемых. Диффузионно-адсорбционные процессы связаны с явлением образования диффузионных потенциалов. Между растворами различной концентрации создается разность потенциалов, причем ее величина тем больше, чем больше отношение концентраций соприкасающихся растворов и чем больше различие в подвижности анионов и катионов. Диффузионно-адсорбционный ток обычно появляется на контактах между увлажненными слоями песка и глин.

Фильтрационные поля связаны с выносом электрических зарядов, возникающих на границе твердой и жидкой фаз, при движении жидкости в породах. Они сопровождают все подземные потоки воды.

Локальные электрические поля, таким образом, существуют на ограниченных площадях и обычно приурочены к месторождениям сульфидных, кобальтовых, никелевых руд, антрацитов, графита, торфяников, углистых и графитизированных сланцев.

Магнитные свойства

Подобно электрическому, магнитное поле характеризуется двумя показателями – напряженностью и индукцией.

Напряженность магнитного поля Н (а/м) определяет величину и направление действия магнитных сил.

Для описания магнитного поля пользуются еще магнитной индукцией В – векторной величиной, характеризующей интенсивность магнитного поля. Магнитная индукция численно равна э.д.с., возникшей в витке проводника под воздействием на него магнитного поля и отнесенной к единице площади витка.

Магнитная индукция не имеет ни источников, ни стоков; линии магнитной индукции непрерывны и образуют замкнутые петли.

Между магнитной индукцией В и напряженностью Н существует прямо пропорциональная зависимость

В =µ Н,