Слайд 2
7.1 Электрические явления и свойства горных пород
Электропроводность
Электромагнитная индукция
Ёмкость
Вызванная
поляризация
Естественная поляризация
Слайд 3
7.1.1 Электропроводность
Удобно ли использовать закон Ома в таком
виде?
Слайд 4
Напряженность электрического поля
Слайд 6
Закон Ома в дифференциальной форме
Сравните
Удельное сопротивление
Электропроводность
Альтернативная форма записи
Закон
Ома отражает линейную связь плотности тока и напряженности электрического
поля. Коэффициент пропорциональности – электропроводность - зависит от концентрации свободных (подвижных) носителей заряда.
Слайд 7
Механизм электропроводности
Проводники и полупроводники
Ионы в электролите
Слайд 8
Удельное электрическое сопротивление минералов и других гео-материалов
Слайд 9
Электропроводность электролитов
где
С- концентрация ионов в растворе,
-
их подвижность, т.е. скорость движения ионов в единичном электрическом
поле,
z – валентность ионов,
Ф – постоянная Фарадея (Ф=96458 Кл/моль).
Произведение размерностью Кулон/моль есть заряд, который содержит один моль ионов данного типа
Слайд 10
Электропроводность электролитов: зависимость от концентрации солей
Слайд 11
Электропроводность горных пород: промежуточный вывод
Рудные минералы: самородные, некоторые
сульфиды, окислы и графит являются проводниками и полупроводниками. Породообразующие
минералы – ”плохие“ проводники.
Электропроводность пород связана с растворами, заполняющими поры: она тем больше,
чем больше пор,
чем больше в порах воды и,
чем больше концентрация ионов в воде.
Слайд 13
Удельное сопротивление пород: закон Арчи для неводонасыщенных терригенных
коллекторов (второй закон Арчи)
S=Объем воды/Объем пор - водонасыщенность;
b –
коэффициент присущий формации (1
Сопротивление породы и воды – по прежнему пропорциональны. Однако в неводонасыщенных породах оно возрастает обратно пропорционально насыщенности в некоторой степени b
Экспериментальный закон (Archie, 1942)
Слайд 14
Законы Арчи допускают простое физическое истолкование:
удельное сопротивление
породы:
(1) Прямо пропорционально удельному сопротивлению воды, содержащейся в
ее порах длине токовых путей (извилистости пор)
(2) Обратно пропорционально доле сечения породы, которое занято водой.
Увеличение пористости и водонасыщенности приводит к уменьшению удельного сопротивления породы.
Слайд 15
Температурная зависимость сопротивления
где ρ– сопротивление при 18°С,
α-
коэффициент, равный 2.2х10-2 градус-1,
t - температура (°С).
Слайд 16
7.2.1 Вызванная поляризация
Зависимость абсолютной величины удельного электрического сопротивления
песчаника от частоты тока
Измерим сопротивление при разных частотах
электрического тока:
Слайд 17
Что такое фазовый сдвиг? Негеологический пример: как его
описать математически?
Зависимость высоты стояния Солнца от времени для Москвы
(М) и Иркутска (И)
(5.17)
(5.18)
Москва:
Иркутск:
Слайд 18
Зависимость фазы удельного сопротивления от частоты
Слайд 19
Отклик напряжения на включение и выключение тока, проходящего
в породах
Слайд 20
Три эффекта:
зависимость электропроводности от частоты,
фазовый сдвиг
между напряжением и током,
а также существование остаточного напряжения
отражают одно явление: вызванную поляризацию.
Слайд 21
7.1.3. Спонтанная (естественная) поляризация
Законы потоков:
Тепла (Фурье)
Количества вещества
(диффузия, Фика)
Флюида (воды, Дарси)
Заряда (Ома)
Слайд 22
Обобщенный закон потоков
Электропроводность
Термоэл. эффект (Зеебека)
Диффузионный потенциал
Потенциал течения
Можно записать
для любого из потоков, не только для потока заряда
Слайд 24
Вода в порах содержит электрический заряд. Поэтому, при
течении воды происходит перенос заряда, то есть возникает электрический
ток и электрическое поле, которое называют потенциалом фильтрации.
Слайд 26
Интегрирование последнего выражения:
Ионы разного знака имеют разную подвижность,
например, хлорид-ион быстрее иона натрия. При диффузии анионы “обгоняют”
катионы, что ведет к разделению зарядов, а следовательно, к возникновению электрического поля – диффузионного потенциала.
Слайд 27
Потенциалы электрической природы: естественные гальванические элементы
Geo-battery
Гео-батарея
Слайд 28
7.1.4. Электрическая индукция
R
R-i/2πfC
Слайд 29
Диэлектрическая проницаемость ответственна за емкость горных пород
Слайд 30
7.1.5. Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция в Земле при
наличии электропроводящего объекта (ρ2
источника, H1- нормальное магнитное поле в Земле, H2 - вторичное магнитное поле, вызванное вихревыми электрическими токами.
Слайд 32
Потенциал и горизонтальная компонента поля двух заземлений
Слайд 33
Как посчитать удельное сопротивление образца?
Как посчитать удельное сопротивление
однородной Земли?
Слайд 34
Однородная Земля Неоднородная Земля
Коэффициент установки:
Кажущееся удельное электрическое сопротивление
– это эффективное удельное сопротивление, вычисленное по значениям напряжения
в цепи MN и тока в цепи AB в предположении об однородности Земли
Слайд 35
От каких факторов зависит кажущееся сопротивление?
Зависит
от плотности
тока вблизи приемных электродов и
от среднего значения
удельного сопротивления вблизи приемных электродов
Слайд 36
7.2.1 Электропрофилирование
Установки: а – Шлюмберже, б – Веннера,
в – трехэлектродная, г – дипольная, д – срединного
градиента
Слайд 37
Расстояние между приемными и токовыми элементами установки позволяет
изменять глубину исследования!
Слайд 38
Симметричное профилирование над телом высокого удельного сопротивления
Слайд 39
Не все установки одинаково эффективны: так, если поле
горизонтально, изоляторы хорошо видны, а проводники – нет!
ТОК РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ
ПО ПУТИ НАИМЕНЬШЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ!
Слайд 40
Электропрофилирование над контактом пород
Слайд 41
7.2.2 Электрическое зондирование
ρ1
ρ2
AB/2
ρk
ρ1
h1
Слайд 42
Электрическое зондирование используют для изучения слоистых сред. При
этом глубина исследования изменяется за счёт изменения расстояния между
приёмными и питающими элементами установки.
Слайд 43
Двухслойная среда
lg(ρk/ρ1)
lg(AB/2h1)
ρ2/ρ1=∞
450
3
1/100
1/3
Слайд 44
Трехслойная среда
ρ
ρ
ρ
ρ
ρk
ρk
ρk
ρk
AB/2
AB/2
AB/2
AB/2
H
K
Q
A
А если слоев больше?
Слайд 45
6.2.6 Эквивалентность кривых ВЭЗ
AB/2
H
ρk
AB/2
H
ρ1
ρ2
ρ3
ρ1
ρ2
ρ3
ρ1
ρ1
ρ2
ρ3
ρ2
ρ3
h1
h2
h1
h2
S2=h2/ρ2
Слайд 47
Вычисление кривых ВЭЗ
(прямая задача)
Алгоритм решения
прямой задачи
A0
или
AB/2
ρk
Слайд 48
Принцип автоматической интерпретации
Мера уклонения наблюдаемых и вычисленных значений
F(p)
Номер
итерации или p
Функционал
невязки
Стабилизирующий
функционал
Погрешность
наблюдений
Остановка алгоритма
Слайд 50
7.2.3 Электрическая томография
Измерять поле во многих местах при
фиксированном положении источника, затем, - перемещать источник и вновь
многократно измерять поле. “Подсвечивать неоднородности при разном положении фонарика”
Слайд 51
Реализация на основе установок Веннера-Шлюмберже
Слайд 52
2 cейсмических кабеля (от 24 до 48 каналов
каждый)
Многоканальная многоэлектродная аппаратура SysCal Pro, Iris Instruments (Франция)
Слайд 55
Межскважинная конфигурация
Каждая пара (например, соседних) электродов попеременно бывает
как приемной, так и питающей.
Слайд 56
Результаты высокого разрешения…
(Краутхаузен, Германия, 2003, детальное распределение литологии
четвертичных отложений)
Слайд 57
Результаты высокого разрешения…
(Картирование в объеме границ и внутреннего
строения интрузии, п-в Средний, РФ)
…даются дорогой ценой!