Диффузионно-адсорбционная ЭДС
Если растворы «1» и «2» разделены пористой перегородкой, то величина и знак возникающей диффузионной ЭДС зависят (кроме указанных причин) также от размеров пор перегородки. Это происходит потому, что в диффузию катионов и анионов из раствора большей в раствор меньшей концентрации при прохождении их через поровые каналы перегородки вовлекаются подвижные катионы внешней обкладки двойного слоя, расположенного на поверхности твердой фазы скелета перегородки (рис. 27). Если перегородка крупнопористая, толщина δ двойного слоя на поверхности поры пренебрежимо мала по сравнению с радиусом r канала (δ r), практически δ/r ≈ 0, доля объема канала, занимаемого внешней обкладкой двойного слоя, ничтожна, и числа переноса катионов пк и анионов па сохраняются теми же, что и при непосредственном контакте растворов.
Рис. 27. Схема переноса ионов в широком (а) и узком (б) капиллярах.
1 - адсорбированные ионы; 2 - подвижные ионы диффузного слоя; 3 – свободный раствор; перегородки: 4 - с широкими капиллярами; 5 - с узкими капиллярами; 6 - направление диффузии
Диффузионно-адсорбционная ЭДС Еда, возникающая между растворами, не отличается от диффузионной ЭДС Ед. С уменьшением размера пор величины δ и r становятся сравнимыми, и доля подвижных катионов внешней обкладки двойного слоя на поверхности пор в объеме поровых каналов становится все заметнее, поэтому значения nк и nа с уменьшением r начинают отличаться от соответствующих значений в формуле (1.28) для диффузионной ЭДС. С уменьшением r значение δ/r→1, nк→1, nа→0, поэтому в пределе для перегородки с ультратонкими порами nк = 1, nа = 0 выражение (1.28) для растворов одновалентного электролита приобретает вид
(1.31)
В этом случае разбавленный раствор имеет положительный заряд по отношению к более концентрированному. Значение Eда становится отличным по величине и знаку от Ед при прочих равных условиях.
Диффузионно-адсорбционная ЭДС Eда, возникающая между растворами электролита, разделенными пористой перегородкой, описывается выражением
(1.32)
где Кда - коэффициент диффузионно-адсорбционной ЭДС; для растворов NaCl величина Кда при t = 20°C заключена в пределах -11,6 мВ<Kда<58 мВ.
Для измерения величин Eд и Eда в лаборатории применяют электрохимическую ячейку (рис. 28), содержащую отделения с растворами различной концентрации и перегородку. В практике петрофизических лабораторий объектом изучения являются образцы горной породы, поэтому в качестве перегородки при измерении используют образец породы. При исследовании коллекции образцов терригенных пород роль крупнопористой перегородки играет чистый неглинистый песчаник с размерами пор в единицы и десятки микрометров, а роль «идеальной мембраны» - плотная тонкодисперсная глина. Этим породам для растворов NaCl соответствуют значения Кд = -11,6 мВ и Кда = 58 мВ. Промежуточные значения Кда соответствуют песчано-глинистым породам с различным содержанием высокодисперсного глинистого материала; чем больше глинистость породы, тем ближе величина Кда к предельному значению 58 мВ.
Изменяя значение С2 при C1=const, можно для каждого образца получить зависимость Семейство таких зависимостей отражает возможный диапазон изменения величины Eда при различном отношении концентраций C1/C2 для всей совокупности терригенных пород (рис. 29). Шифром семейства кривых на рис. 29 является один из параметров, характеризующих содержание в породе высокодисперсного глинистого материала, например, приведенная емкость обмена qп или относительная глинистость ηгл (см. также гл. VI).
Параметр qп определяется выражением
, (1.33)
где σ - количество активных центров на 1 см2 поверхности твердой фазы минерального скелета породы; S - удельная поверхность адсорбции, см-1; kп - коэффициент пористости породы; величина qп характеризует концентрацию поглощенных поверхностью породы катионов в 1 см3 объема пор. Параметр
, (1.34)
характеризует степень заполнения глинистым материалом скелета породы, образованного песчаными и алевритовыми зернами (здесь kгл - объемная глинистость).
Площадь между предельными линиями Еда = f(lg C2) для чистых песчаников и плотных высокодисперсных глин можно разделить на области, соответствующие коллекторам и неколлекторам; разделяющей эти области границей является график Еда = f(lg C2) с значением qп или ηгл, отвечающим границе коллектор — неколлектор. Величины qп или ηгл в терригенном разрезе хорошо коррелируются с коэффициентом проницаемости knp.
Изложенное показывает, что семейство графиков Еда = f(lg C2) (см. рис. 29) является предпосылкой для литологического расчленения терригенного разреза, выделения в нём коллекторов и литологических экранов, разделения коллектора на классы по величине kпр по диаграмме Uсп. Для карбонатных пород получены зависимости, аналогичные приведенным на рис. 29, однако из-за отсутствия тесной корреляции параметров qп, ηгл с kпр для карбонатных пород в карбонатном разрезе диаграммы СП используют только для литологического расчленения.
В формулах (1.31), (1.32) отношение С1 к С2 можно заменить обратным отношением удельных сопротивлений растворов. Тогда формула (1.32) примет вид
(1.35)
Рис. 29. Зависимости Еда = f(lg C2) при C1=const и Еда = f(lg ρ2) при ρ1=const для терригенных пород с различным значением параметра qп (шифр кривых).
I - Еда = f(lg C2); II - Еда = f(lg C2) для породы с ультратонкими порами; III - Еда = f(lg ρ2); IV - Еда = f(lg ρ2) для породы с ультратонкими порами
Зависимости Еда = f(lg ρ2) образуют семейство как бы зеркально отраженных кривых по отношению к семейству Еда = f(lg C2) (см. рис. 29). Семейство Еда = f(lg С2) для различных значений qп=const или ηгл=const является петрофизической основой интерпретации диаграмм UСП, поскольку в практике ГИС предпочитают использовать не концентрации С, а удельные сопротивления ρ растворов.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|