Электрические свойства (горных пород)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА горных пород и минералов (а. electric properties of rocks; н. elektrische Eigenschaften der Gesteine; ф. proprietes electriques des roches; и. caracteristicas electricas de rocas, propiedades electricas de rocas, particularidades electricas de rocas) — совокупность свойств, характеризующих способность минералов и горных пород проводить электрический ток.

К основным электрическим свойствам относятся: электрическое сопротивление или обратная ему величина — электропроводность, поляризуемость и диэлектрическая постоянная. Наибольшее значение в практике геологических и горных исследований имеет изучение удельного электрического сопротивления пород и минералов, определяемого как сопротивление куба вещества (со сторонами 1 м) электрическому току, направленному перпендикулярно одной из его граней. Удельное электрическое сопротивление зависит от сопротивления минералов, слагающих горные породы, и флюидов, заполняющих поры, от влажности, пористости, структуры породы, температуры и давления в массиве. К хорошо проводящим (10^-6-10^-4 Ом•м) относятся самородные металлы, к полупроводникам (10^-5-10³ Ом•м) — большая часть рудных минералов (пирит, пирротин, галенит, ковеллин, сфалерит и др.); к диэлектрикам — большая часть породообразующих минералов, в том числе все минералы класса силикатов, сульфатов, карбонатов, некоторые оксиды (кварц, корунд). Минеральный скелет горных пород проводит ток значительно хуже, чем природные растворы, заполняющие поры и трещины, поэтому с увеличением увлажнённости горных пород, их пористости электрическое сопротивление уменьшается в 10-30 раз. При замерзании воды в порах и других пустотах сопротивление возрастает на 2-3 порядка. Удельное электрическое сопротивление горных пород растёт также с увеличением их газо- и нефтенасыщенности. Поскольку структура, пористость и влажность различны для основных генетических горных пород — осадочных, изверженных и магматических, то соответственно различно и их электрическое сопротивление. Наименьшие значения сопротивления характерны для осадочных горных пород (за исключением каменной соли, гипса и ангидрита), что объясняется их повышенной пористостью и увлажнённостью, более высокие значения имеют метаморфические горные породы, сопротивление которых растёт с увеличением степени метаморфизма (до тысячи Ом•м), наибольшие сопротивления наблюдаются у изверженных горных пород (тысячи — десятки тысяч Ом•м). Удельное сопротивление большей части руд зависит от процентного содержания в них хорошо проводящих минералов и их структурно-текстурного соотношения с непроводящими минералами. Наибольшей проводимостью (10^-2-10 Ом•м) обладают массивные колчеданные и полиметаллические руды.

Поляризуемость характеризует способность минералов и горных пород поляризоваться в электрическом поле вследствие физико-химических процессов, происходящих на границе твёрдой и жидкой фаз. Она определяется отношением (%) напряжённостей первичного электромагнитного поля, пропускаемого в землю, и вторичного поля, созданного поляризованной геологической средой. Поляризуемость уменьшается с повышением влажности и минерализации поровой влаги. Значение поляризуемости большинства минералов и горных пород не превышает 1-2%, для графитовых сланцев и прожилково-вкрапленных руд, содержащих минералы с электронной проводимостью, поляризуемость возрастает до нескольких десятков %.

Диэлектрическая постоянная определяется отношением напряжённости электрического поля в минералах и горных породах к напряжённости поля в вакууме. Для большинства породообразующих минералов (в том числе всех силикатов) диэлектрическая постоянная изменяется от 3 до 10, редко до 25, у влажных пород её значение достигает 40.

Электрические свойства минералов горных пород в силу их значительной зависимости от влажности, температуры и других условий в массиве в основном определяют в естественных залеганиях методами электрического каротажа.

На различии электрических свойств минералов горных пород основано применение электрических методов для изучения геологического строения земной коры, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (см. Электрическая разведка), разрушения горных пород, определения устойчивости целиков и напряжённого состояния массива, закрепления и осушения горных пород.