Виды поляризации пород. Удельное электрическое сопротивление пород.

В результате поляризации наряду с основным полем возникает дополнительное, направленное противоположно основному, поляризующему. Поляризация пропорциональна поляризующему полю:

= αЕ,

где α — поляризуемость среды. Поляризуемость характерна, как правило, для сред с низкой проводимостью - диэлектриков. Любое вещество способно быть проводником и поляризоваться; в общем случае его относительная диэлектрическая проницаемость определяется как ε = 1+4πα.

Различают поляризации упругую, релаксационную и структурную поляризации.

Упругая поляризация заключается в смещении упругосвязанных зарядов (электронов, ионов) вещества в электрическом поле. Она протекает быстро (время установления совпадает с периодами колебаний, соответствующих инфракрасному излучению, т.е. 10^-12÷ 10^-14 с). Относительная диэлектрическая проницаемость у диэлектриков с упругой поляризацией обычно составляет 4 - 15, но у некоторых ионных кристаллов она достигает нескольких сотен (до 300 у титаната стронция, например).
Релаксационная (тепловая) поляризация характерна для веществ, содержащих слабосвязанные частицы, способные менять равновесие при тепловом движении. Поляризация этого типа вызывается тем, что приложенное внешнее электрическое поле создает в хаотическом тепловом движении заряженных частиц определенную упорядоченность.

Различают две разновидности поляризации: ориентационную дипольную тепловую и ионную тепловую.

Дипольная поляризация возникает в полярных жидкостях (в том числе и в воде) за счет преимущественной ориентации слабосвязанных дипольных молекул в электрическом поле. Время релаксации полярной жидкости пропорционально ее вязкости. В сложных полярных молекулах может также наблюдаться внутримолекулярное вращение различных частей молекулы относительно друг друга.
Ионная тепловая поляризация возникает в ионных кристаллах, содержащих слабосвязанные ионы, появление которых обусловлено дефектами кристаллической решетки. Ионы при тепловом движении перемещаются, преодолевая потенциальные барьеры. Электрическое поле формирует преимущественное направление их переходов. В результате дипольный момент единицы объема породы становится отличным от нуля и поддерживается этим электромагнитным процессом.
Наконец, в многофазных горных породах наблюдается структурная (объемная) поляризация, связанная с захватом носителей тока микродефектами кристаллической решетки, замедлением их передвижения у межфазовых границ раздела или с застреванием свободных зарядов на макронеоднородностях кристаллов. Это сравнительно медленный тип поляризации, период ее становления находится в пределах радиочастот (10^-4 ÷ 10^-10 с).

Диэлектрическая проницаемость минералов обусловлена главным образом упругой поляризацией (ионной и электронной). Относительная величина диэлектрической проницаемости большей части минералов находится в пределах 4 - 12, основных породообразующих минералов – 4 - 7. Наименьшее значение имеет нефть (2 - 4), наибольшее - рутил (90 - 170).

Влияние фазового и минерального составов на удельное электрическое сопротивление горных пород весьма существенно. Породообразующие минералы, из которых состоит скелет породы, являются диэлектриками; газовая фаза также представляет собой изолятор электрического тока. Поэтому любая порода, лишенная влаги и не содержащая в значительных количествах углистого вещества, рудных и акцессорных минералов-проводников или полупроводников, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, близким по величине к удельному сопротивлению породообразующих минералов. Однако породы с такой ничтожно малой электропроводностью в естественном залегании встречаются весьма редко. Это связано с тем, что в породе, как правило, содержится в той или иной мере жидкая фаза, удельное сопротивление которой на несколько порядков меньше породообразующих минералов.

1 234 5

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: