Электрические свойства мерзлых пород

Основными параметрами электрических свойств гор­ных пород, включая мерзлые, являются: удельное электрическое

сопротивление (УЭС) или обратная величина — удельная элек­тропроводность, диэлектрическая проницаемость, коэф­фициент поляризуемости и др.

Удельное электрическое сопротивление р (Ом м) определяется способностью горных пород проводить электрический ток, т. е. их электропроводностью. Мерзлые породы являются многокомпонент­ной многофазной системой, и их электропроводность зависит от электропроводности составляющих. Газовая фаза пород - ди­электрик, большинство породообразующих минералов, составля­ющих скелет породы, также относятся к диэлектрикам и обладаюг высоким удельным сопротивлением, достигающим 10^8-10^15 Ом • м. Удельное сопротивление льда в целом высоко м кристаллы льда - - это твердые диэлектрики с очень слабой - водимостыо, и удельное электрическое сопротивление льда составляет 10⁸ -Ю¹⁰ Ом -м.

1. Основным токопроводящим компонентом мерзлых пород, _м же как немерзлых и талых, является нороный раствор, и его элек­тропроводность имеет ионную природу. В отличие гл немор-,:и и талых пород, особенно влагонасыщенных, где носителями , ,ри- дов в основном являются ионы свободного раствора, в мерзлых породах проводимость осуществляется за счет ионов диффузной части двойных электрических слоев, подвижность которых меньше. Главными причинами уменьшения электропроводности пород в мерзлом состоянии являются уменьшение количества токопроводя­щего компонента незамерзшей воды, удлинение и сужение то­копроводящих путей, их прерывистость, вызванные льдовыделе-нием в породе, и т. д.

1. Диэлектрическая проницаемость е пород опре­деляет их способность поляризоваться под воздействием перемен­ного электромагнитного поля за счет упорядоченной ориентации имеющихся в породе связанных электрических зарядов. Механиз­мы поляризации могут быть различны, поэтому время установле­ния поляризации существенно неодинаково. Преобладание того или иного механизма поляризации зависит не только от состава, строения, структуры и состояния пород, но и от частоты воздейст­вующего электромагнитного поля и др.
2. Диэлектрическая проницаемость мерзлых пород зависит от диэлектрических свойств составляющих. Относительная диэлек­трическая проницаемость газовой компоненты пород, как и ва­куума, равна 1, а для большинства породообразующих минералов не превышает 10. Диэлектрическая проницаемость свободной чис­той воды равна примерно 80 (статическое значение при частоте электромагнитного поля f—0), т. е. на порядок выше, чем у боль­шинства минералов, что и определяет существенное влияние влажности на диэлектрическую проницаемость пород. Однако ди­электрическая проницаемость связанной воды может быть су­щественно меньше и близка к е минералов. Диэлектрическая про­ницаемость льда также велика и достигает 100—-150. Однако с увеличением частоты электромаг­нитного поля диэлектрическая проницаемость у льда убывает значительно быстрее, чем у воды
4. Диэлектрические свойства мерзлых скальных пород изучены довольно слабо. Для слаботрещиноватых и соответственно мало­влажных скальных пород переход в мерзлое состояние не сопро­вождается заметным изменением диэлектрических свойств, а зна­чения их диэлектрической проницаемости невелики. Характер тем­пературной зависимости для дисперсных пород различного состава неодинаков. Мерзлые тонкодисперсные породы по сравнению с песками характеризуются более растянутым диапа­зоном выхода к конечным асимптотическим значениям и наличи­ем промежуточных асимптотических значений е. Изучение темпе­ратурной зависимости диэлектрической поляризации песков поз­волило также установить аномальный характер изменения е — рост ее величины при переходе породы в мерзлое состояние. Характер зависимости e(W) в значительной степени также определяется частотой электромагнитного поля. В общем же установлено, что при увеличении суммарной влажности их диэлек­трическая проницаемость возрастает, однако в мерзлых песках эти изменения меньше, чем в талых. Изучение влияния минерализации на диэлектрические свойства показало, что в соленых и морских льдах значительное содержание незамерзшего рассола сильно увеличивает значение диэлектрической проницаемости, вероятно, за счет возникновения макродиполей в ячейках рассола, а в мерз­лой породе (например, в песках) при увеличении минерализации.
5. Коэффициент поляризуемости характеризует способность пород поляризоваться в поле постоянного тока и численно равен отношению вызванной разности потенциалов к разности потенциалов первичного поля.

Вызванная поляризация горных пород, не содержащих полупроводниковых минералов, в основном связывывается с концентрационно-диффузионными явлениями, проходящими в породах на контактах твердой и жидкой фаз, а потому определяются кинетикой электрических процессов в порах мерзлой породы. У немерзлых горных пород наибольшими значениями характеризу­ются массивные кристаллические и некоторые песчано-глинистые породы, насыщенные пресными водами, наименьшими—- скальные осадочные и песчано-глинистые породы, насыщенные минерализованными водами. Вызванная поляризация песчано-гли­нистых пород зависит от содержания глинистой фракции и до­стигает максимума при содержании их от 3 до 10%.

Билет № 10