Электрофизические свойства горных пород - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа

Главная

Геология, гидрология и геодезия
Электрофизические свойства горных пород

Классификация пор горных пород. Виды поляризации и ее характеристики. Диэлектрическая проницаемость пород-коллекторов. Абсорбционная емкость диэлектриков. Диэлектрические характеристики образцов кернов ковыктинского месторождения в зависимости от частоты.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Глава 1. Состав горных пород. Пористость горных пород
1.1 Виды и классификации пор горных пород
Глава 2. Теоретическое исследование элекрофизических свойств образцов кернов Ковыктинского месторождения
2.1 Виды поляризации и ее характеристики
2.2 Диэлектрическая проницаемость пород-коллекторов
2.3 Эквивалентные схемы для вычисления и слоистого диэлектрика
2.4 Абсорбционная емкость диэлектриков
2.5 Определение постоянной релаксации
Глава 3. Методика экспериментального исследования
3.1 Изучение диэлектрических характеристик образцов кернов ковыктинского месторождения в зависимости от частоты
3.2 Изучение диэлектрических характеристик образцов кернов ковыктинского месторождения в зависимости от температуры
В последнее время в научном мире все большее значение имеют многочисленные теоретические и экспериментальные исследования зависимости физических свойств горных пород и пористых материалов от структуры их порового пространства. Структурное моделирование дисперсных систем широко используется в самых различных областях знания: начиная от углубленного изучения свойств горных пород и кончая теорией и технологией процессов химической адсорбции.
Горные породы представляют собой, по-видимому, наиболее распространенный класс пористых тел, изучение которых имеет решающее значение для многих областей человеческой деятельности. Добыча полезных ископаемых, возведение инженерных сооружений, земледелие, ирригация -- вот далеко не полный перечень технологических процессов, где поровая структура коренных горных пород и их поверхностных слоев во многом определяет те приемы и методы, с помощью которых добиваются успехов в развитии технического прогресса.
Основной практической задачей изучения массива горных пород является определение существующих в нем различных физических полей: электрического, напряжений и деформаций, давлений и скоростей фильтрации, насыщенности, скоростей диффузии и переноса тепла. Подобные задачи решаются с помощью известных методов математической физики, возможность использования которых в современную эпоху широкого развития электронно-вычислительной техники обусловливается лишь знанием соответствующих граничных условий и физических свойств исследуемого массива. Изучение многих из этих свойств предусматривает проведение сложных лабораторных или натурных исследований, поэтому представляет значительный интерес разработка новых методов определения физических свойств, основанных на существовании между ними вполне определенных количественных связей. Практически все физические свойства пористой горной породы должны определяться весьма ограниченным числом факторов, к которым относятся: особенности взаимодействия фаз в системе горная порода--насыщающие ее жидкости, структура порового пространства горной породы и, наконец, свойства ее минерального скелета. Если под элементами структуры порового пространства понимать пористость, удельную поверхность и геометрию пор, то основным фактором, определяющим практически все физические свойства породы, является структура порового пространства.
Сложность структуры порового пространства реальных горных пород обусловливает значительные трудности в создании универсальных моделей, которые позволили бы связать друг с другом все физические свойства породы. Однако исследования в этом направлении, продолжающиеся до последнего времени, заставляют смотреть в будущее с известной долей оптимизма.
Среди многочисленных свойств дисперсных минералов важное место занимает электроповерхностные свойства, исследование которых широко развернулось во всем мире за последние пятнадцать лет. Исследование состояния вещества на поверхности твердого тела отражает ряд явлений, к которым относятся электрофорез, элесктроосмос, потенциал протекания, мембранное равновесие, суспензионный эффект, электрометрия дисперсных систем и т.д. Практическое применение этих процессов возможно на основе четких представлений о свойствах вещества вблизи поверхности твердого тела.
Многочисленные эксперименты убедительно доказали, что электроповерхностные свойства минералов во многом обусловлены их кристаллическим строением, ионообменной способностью, гидрофильностью, дисперсностью.
Глава 1. Состав горных пород. Пористость горных пород
1.1 Виды и классификации пор горных пород
Горные породы состоят из минерального скелета, или твердой фазы, и порового пространства, обычно заполненного жидкой и газовой компонентами. Таким образом, пористость-- это свойство породы содержать не заполненные твердой фазой объемы внутри нее. Поры -- это небольшие пространства, не занятые минеральным скелетом, замкнутые либо сообщающиеся между собой и атмосферой /3/.
Связанные между собой поры принято называть открытыми, а не связанные -- закрытыми. Суммарный объем закрытых Vз и открытых Vот пор горной породы дает объем всех пор или характеризует ее общую пористость V
Коэффициентом общей пористости называют отношение суммарного объема пор V1 к общему объему сухой породы V2
По аналогии вводятся понятия коэффициентов открытой kот, закрытой kз и эффективных статической k1 и динамической k2 пористости:
где Vот, Vз , Vсв, Vф -- соответственно объемы открытых, закрытых пор, а также пор, в которых могут находиться свободные вода, жидкость, газ, и пор, по которым вода, нефть и газ фильтруются при заданном градиенте давления.
Эти коэффициенты необходимы при подсчете емкостей коллекторов: 1) открытой, образованной взаимосвязанными порами; 2) закрытой; 3) полезной, т. е. открытой за вычетом объема связанной воды, и 4) содержащей извлекаемые запасы нефти и газа. Таким образом, информация о пористости горных пород нужна для подсчета запасов нефти, газа и воды, для проектирования законтурного и внутриконтуркого заводнения нефтяных пластов, солянокислотной обработки коллекторов, для выбора пластов под подземные хранилища газа, а также места сброса и захоронения промышленных отходов. Большое значение имеет учет коэффициентов пористости при интерпретации результатов геофизических исследований скважин /4/.
Коэффициенты пористости обычно выражают в процентах.
Значения коэффициентов общей пористости минералов невелики. Диапазон их изменений лежит в пределах от 0,95% у граната гроссуляра до 2,14% у слюды мусковита и 3,17% у флогопита. Большинство же минералов имеют коэффициент общей пористости ниже 1%'.
Табл. 1. Значения коэффициента общей пористости k горных породи полезных ископаемых /5/.
Магматические и метаморфические породы
Коэффициенты общей и открытой пористости разных горных пород и полезных ископаемых варьируют в чрезвычайно широких пределах. В зависимости от минерального состава, условий залегания, степени диагенеза, возраста, структуры осадков или породы они изменяются от значений, близких к нулю, до 90% (табл.1).
Самые высокие значения коэффициента общей пористости характерны для первичных осадков: песчаных, глинистых, известковистых, диатомитовых, радиоляриевых, бокситовых и других илов на дне рек, озер, морен и океанов.
При диагенезе илы уплотняются, обезвоживаются, превращаются в осадочные породы с меньшей пористостью. С погружением породы на глубину в несколько километров, ростом давления и температуры за счет процессов катагенеза и метаморфизма осадочные породы уплотняются еще больше, обезвоживаются, цементируются, перекристаллизовываются, что приводит к еще большему понижению пористости. Например, родоначальники группы глинистых пород -- глинистые илы имеют коэффициент общей пористости 80%.
Коэффициент общей пористости песчаных и алевролитовых пород колеблется от десятых долей до 50 и более процентов и для глинистых карбонатных и кремнистых групп пород-- от значений, меньших десятых долей, до 50--70%. Пределы изменения коэффициентов пористости соляных пород менее широкие -- от единиц до первых десятков процентов. Значительно более узок диапазон изменения коэффициентов пористости магматических и метаморфических пород, исключая некоторые разновидности эффузивов и туфов. Большинство руд характеризуется низкой пористостью, коэффициенты общей пористости горючих полезных ископаемых -- торфа и угля -- меняются в очень широком интервале -- от 3 до 95%.
Существует классификация, в соответствии с которой все породы подразделяются на пять групп в зависимости от значений коэффициента общей пористости k в %: >20 -- высокопористые, 15--20 -- повышенно-пористые, 10--15 -- среднепористые, 5--10 -- пониженно-пористые, <5 -- низкопористые.
Коэффициент закрытой пористости редко превышает 1--5%, а для рыхлых пород близок к нулю ввиду отсутствия не связанных между собой пор. Коэффициенты эффективной статической пористости различных песчано-глинистых пород меняются в пределах от нуля до 40%, а динамической-- от 0 до 30%. Причем чем выше градиент давления, приложенного к образцу, тем значение k2 в большей степени стремится к k1.
По происхождению поры подразделяют на первичные и вторичные /3/.
Первичные поры образуются во время формирования горных пород. Форма первичных пор в основном определяется структурой осадочных, эффузивных, интрузивных и метаморфических пород. В ходе диагенеза, уплотнения, цементации, метаморфизма горных пород их поры, естественно, изменяют форму и величину.
Вторичные поры -- это трещины, каверны, каналы, образующиеся в результате экзогенных процессов физического и химического выветривания, перекристаллизации, тектогенеза. Трещины в породе возникают в результате резкого изменения ее объема при перепадах температуры, тектонических напряжениях, в ходе процессов кристаллизации, доломитизации и др. Каверны чаще образуются при растворении, выщелачивании кислыми подземными водами трещиноватых известняков, доломитов, мергелей и гипсов.
Форма пор определяется главным образом их происхождением и составом и может- быть самой разнообразной. Для рыхлых обломочных хорошо сортированных осадков характерны ромбоидальные поры; те же породы, но уплотненные, имеют тетраэдрические поры. У глин, слюд и других пород пластинчатого строения поры щелевидные. Слабо сортированные осадки имеют поры в виде расширяющихся и сужающихся канальцев правильной формы. Для магматических, метаморфических, диагенезированных осадочных и других скальных пород характерны трещиноватые поры, для эффузивных-- пузырчатые, для лессов -- каналовидные, для известковых и кремнистых туфов -- ячеистые и т. п. Каналовидные поры обычно имеют биохимическое происхождение и остаются на месте гниющих корней, ходов червей и других животных.
Таким образом, структура поровых пространств в основном зависит от типа пород и степени их метаморфизма. На рис. 1.1 показаны различные структуры и виды пор.
Эффективный, (средний) диаметр пор, или их поперечное сечение, характеризует размер пор, который существенно меняется для различных типов пород. По особенностям перемещения порового флюида и характеру связей поровой жидкости с твердой компонентой в зависимости от эффективного диаметра поры классифицируются на крупные сверхкапиллярные, капиллярные, тонкие субкапиллярные и микропоры.
Рис. 4. Структуры поровых пространств и виды пор:
а -- высокопористые породы с хорошо окатанными и отсортированными зернами; б -- то же, но с пористыми зернами; в -- низкопористые породы с плохо окатанными и отсортированными зернами; г -- породы пониженной пористости с хорошо окатанными отсортированными, но сцементированными зернами; д -- разновидности пор: 1 -- растворения; 2 -- трещинные; 3 -- щелевидные; 4 -- лабиринтообразные; 5 -- замкнутые; 6 -- клиновидные
Эффективный, (средний) диаметр пор, или их поперечное сечение, характеризует размер пор, который существенно меняется для различных типов пород. По особенностям перемещения порового флюида и характеру связей поровой жидкости с твердой компонентой в зависимости от эффективного диаметра поры классифицируются на крупные сверхкапиллярные, капиллярные, тонкие субкапиллярные и микропоры.
Крупные сверхкапиллярные поры имеют диаметр более 10-1 мм. Она характерны для галечников, гравия, крупно- и среднезернистых песков и других сортированных слабосцементированных обломочных пород. Для выщелоченных карбонатных пород и гипсов типичны мегапоры, обусловленные карстом.
Капиллярные поры с эффективным диаметром от 10-4 до 10-1 мм типичны для менее сортированных, более плотных осадочных пород: мелкозернистых песков, песчаников, обломочных карбонатных и других подобных образований.
Тонкие субкапиллярные или мезопоры имеют эффективный диаметр в пределах 2·10-6--10-4 мм. Такие поры характерны для глин, микрокристаллических известняков, диатомитов, трепелов, пепловых туфов и других природных сорбентов.
Микропоры с диаметром менее 2·10-6 мм обнаружены лишь у цеолитов.
В породах со сверхкапиллярными порами доля связанной с твердой фазой жидкости небольшая. Поэтому основной объем жидкой фазы перемещается согласно законам гидродинамики под действием силы тяжести и внутреннего пластового давления. В капиллярных порах относительная доля связанной воды существенно больше и как следствие -- подвижность флюида ниже. В субкапиллярных порах подземные воды прочно связаны с твердым скелетом породы и адсорбированными поверхностью пор ионами, в результате чего подвижность жидкой фазы минимальна. Диаметр микро-пор соизмерим с размером молекул, поэтому в них находится исключительно прочносвязанная вода.
Поровый состав обломочных пород зависит от их гранулометрического состава, т. е. от распределения отдельных зерен породы по крупности /4/. Для крупно- и среднезернистых хорошо отсортированных слабо сцементированных пород характерно преобладание относительно крупных пор близкого размера. У мелкозернистых пород превалируют очень мелкие поры. В слабо отсортированных несцементированных обломочных породах поры разных размеров распределены приблизительно равномерно.
Поровый состав плотных осадочных пород зависит не только от гранулометрии, но и от степени цементации. В сцементированных породах доля мелких и субкапиллярных пор обычно возрастает по сравнению с крупными.
Хемогенные карбонатные породы имеют сложный поровый состав в зависимости от их генезиса, структуры и степени вторичных изменений, включая каверзность, сульфатизацию и пр.
Поровый состав кристаллических пород в основном определяется их микро- и макротрещиноватостью.
Поровое пространство горных пород, как правило, заполнено тонким глинистым веществом, газом, электролитом, который представляет собой природные воды, либо флюидом, состоящим из смеси жидких и газообразных углеводородов. По этой причине пористость, равно как глинистость, влагоемкость, проницаемость -- это петрофизические параметры, которые решающим образом определяют такие важные условия локализации и извлечения минерального сырья, как транспортабельность рудоносных флюидов, емкость пластов-коллекторов нефти и газа, отдача нефтяного пласта при эксплуатации и т. п.
Поры горных пород в природных условиях в естественном залегании, как правило, заполнены водой вместе с растворенными в не» солями, нефтью или газом.
Влагоемкость горной породы -- это ее способность удерживать некоторое количество влаги. Она зависит от свойств породы и термобарических условий /5/.
С возрастанием влажности породы изменяются многие ее петрофизические свойства. Одновременно меняются свойства удерживаемой ею воды. Поскольку этот процесс протекает ступенчато, выделяют следующие разновидности влагоемкости: полная, гигроскопическая, максимальная адсорбционная, капиллярная, подвешенная, максимальная гигроскопическая.
Полная влагоемкость -- это свойство породы удерживать разный максимально возможный объем Vв воды на определенный объем Vс сухой породы. У набухающих пород объем воды может превышать объем сухой породы, что обусловлено проникновением межслоевой воды между пакетами кристаллической решетки глинистых и слюдистых минералов: монтмориллонита, гидратных разновидностей галлуазита, вермикулита и др. У ненабухающих пород, наоборот, 10--20% объема перового пространства может быть занято защемленным воздухом.
Гигроскопическая влагоемкость типична для иссушенных солнцем горных пород верхней части зоны аэрации пустынь и полупустынь в дневное время. Содержание воды в порах таких пород может быть даже ниже соответствующего максимальному количеству прочносвязанной воды, образующемуся при относительной влажности воздуха порядка 55%.
Максимальная адсорбционная влагоемкость -- это свойство горной породы поглощать и удерживать разный объем Vв (или массу Mв) прочносвязанной воды на определенный объем Vс (массу Mс) сухой породы.
Капиллярная влагоемкость -- свойство горной породы удерживать разный объем Vв связанной и капиллярно-подпертой воды на определенный объем Vс сухой породы. Капиллярно-подпертой называется вода в капиллярных порах, сообщающихся с уровнем грунтовых вод /5/.
Высота капиллярной подзоны у крупно- и среднезернистых песков минимальна и составляет 0,3--0,6 м, у слабо сортированных породе алевролитовой фракцией -- порядка 1 м, а у существенно глинистых пород достигает 2--3 м. Поэтому, чем выше от зеркала грунтовых вод, тем выше расположена подзона подвешенной влагоемкости.
Капиллярная влагоемкость типична для более тонких пор.
Подвешенная влагоемкость -- это свойство пород удерживать различный объем связанной Vв или капиллярно-взвешенной Vв воды на определенный объем Vс сухой породы.
Подзона взвешенной влагоемкости характерна для глубин, где меньше воды и больше воздуха, чем в более глубоко расположенной подзоне капиллярно-подвешенной влагоемкости. В порах описываемой подзоны находятся воздух, прочно- и рыхлосвязанная подвешенная вода, не сообщающаяся с уровнем грунтовых и капиллярно-подпертых вод и удерживаемая, в частности, за счет менисковых давлений.
Максимальная гигроскопическая влагоемкость характерна для относительной влажности воздуха в порах породы выше 94%. При этом в пустотах минерального скелета удерживается максимальный объем прочносвязанной воды и объем воды углов пор, или так называемой стыковой воды. Таким образом, максимальная гигроскопическая влагоемкость--это свойство пород поглощать из воздуха при его относительной влажности больше 94% и удерживать различный объем прочносвязанной и стыковой воды на определенный объем сухой породы.
В нефтегазоводонасыщенных породах сумма объемов пор, занятых нефтью Vн, газом Vг и водой Vв, равна общему объему порового пространства пород V:
Отсюда следует очевидное соотношение
называют соответственно коэффициентами нефте, -газо- и водонасыщения.
Нефтегазонасыщенным породам отвечают следующие соотношения:
Для нефтенасыщенных V= Vн+ Vг, следовательно,
а для газонасыщенных V= Vг+ Vв, поэтому
Соотношение нефти, воды и газа в поровом пространстве нефтегазонасыщенных пород зависит от способности поверхности минерального скелета породы смачиваться или отталкивать от себя воду /4/. Первое из этих свойств получило название гидрофильности, а второе -- гидрофобно-сти. На рис. 2 показано размещение воды и нефти в отдельно взятой поре гидрофильных и гидрофобных пород. При полном водонасыщении поры в смачиваемой породе вода занимает весь ее объем, лишь в; центральной части может оставаться небольшое количество нефти (рис. 2, I, а). В поре гидрофобного коллектора, наоборот, между твердой фазой и водой, расположенной в ее центральной части, всегда остается тонкий слой нефти или битума (рис. 2, II, а).
В месторождениях углеводородного сырья в природе преимущественно распространены гидрофильные пласты--* коллекторы, у которых вода смачивает твердую фазу. Лишь в редких случаях встречаются частично гидрофобные коллекторы.
Коэффициент нефтенасыщения kн определяют на образцах с помощью специального прибора С. Л. Закса. Нефтенасыщение пластов, отдающих чистую нефть, колеблется от 50--60% у гидрофильных, до 95% у гидрофобных коллекторов. Значения коэффициента нефтенасыщения меняются по вертикали геологического разреза месторождения углеводородов. В общем случае сверху вниз газовая залежь сменяется собственно нефтяной и далее водяным пластом, залегающим на водоупоре. Однако в большинстве случаев верхняя часть месторождения представлена плавающей на воде нефтяной либо газовой залежью. Для нее характерны предельно высокие значения коэффициентов нефте- или газонасыщения: Водонефтяной (ВНК) или водогазовый (ВГК) -контакты разделяют зону предельного насыщения и зону недонасыщения. В пределах последней значения kн(kг) уменьшаются по экспоненте от максимальных, характерных для-вышел ежащей зоны предельного насыщения, до критических, начиная с которых при испытании скважины получают уже не чистую нефть, а нефть с водой, а затем только воду.
Рис. 5. Взаиморасположение воды и нефти (или воды и газа) в единичной поре гидрофильных (I) и гидрофобных (II) коллекторов при разной степени их насыщения.
Насыщение коллектора водой: а -- полное; б -- выше критического; в -- критическое; г -- ниже критическокого. 1 -- вода; 2 -- нефть.
Глава 2. Теоретическое исследование диэлектрических характеристик образцов кернов Ковыктинского месторождения
2.1 Виды поляризации и ее характеристики
В электромагнитных полях породы поляризуются, проводят электрический ток и часть энергии поля теряется -- переходит в тепловую (джоулевы потери в постоянном и диэлектрические в переменном полях). Кроме того, породы поляризуются и проводят ток при продавливании через них жидкости и приведении в контакт с другими влажными породами или электролитами /8/.
Механизм поляризации, электропроводности и потерь у вещественно-, фазово-, структурно-неоднородных пород чрезвычайно сложен, различен у ионно- и электронно-проводящих пород, зависит от частоты поля, температуры, давления.
Поляризация в электрическом поле сводится к разделению в породах носителей зарядов разного знака и появлению в любом объеме пород электрического дипольного момента. Поле вызывает в породах ряд процессов, способствующих их определенной поляризации, которая для ионно-проводящих пород {песков, песчаников, известняков и др.) в постоянном поле объясняется процессами: упругого смещения (электронов, атомов, ионов), ориентации (диполъных, сильносвязанных молекул), релаксации (ориентационной дипольной и ионной тепловой), миграции (объемной поляризации), концентрационного перераспределения, электроосмоса.
Электронно-ионно-проводящие породы (угли, колчеданные, железные и другие руды) поляризуются аналогично ионно-проводящим. Правда, кроме указанных выше, в данном случае на поляризацию влияют еще электролитические процессы. Поляризация упругого смещения, релаксационная и миграционная возникают и спадают относительно быстро. Остальные виды процессов поляризации развиваются и спадают гораздо медленнее (медленные виды поляризации). В связи с этим с ростом частоты поляризующего тока наблюдается все меньше различных видов поляризации.
Поляризация смещения (упругая). Она возникает в породах, содержащих заряженные и взаимосвязанные частицы, способные смещаться относительно друг друга под действием поля. Поляризация смещения подразделяется на электронную, атомную, ионную и упругую дипольную/3,4/.
Чисто электронная поляризация /7/ возможна у неполярных атомов н молекул пород (атомов аргона, гелия, ксенона, молекул азота, кислорода, водорода и других газов), минералов с валентными кристаллами из однотипных атомов (сера, алмаз, графит, селен). Электронная поляризация наряду с ионной возникает и у ионных кристаллов. При этом виде поляризации в электрическом поле Е смещаются относительно ядер орбиты электронов неполярных атомов и ионов среды и в объеме возникает дипольный момент -- вектор поляризации:
-- дипольный момент атома -- вектор с направлением от отрицательног
к положительному заряду -- заряд электрона; l -- среднее расстояние между полюсами диполя.
Электронная поляризация завершается за 10-14-- 10-15 с при применении частот поляризующего поля от нулевых до оптических.
Атомная поляризация наблюдается у пород с валентными кристаллами из разносортных атомов /4/. Последние связаны в молекулы силами обменного взаимодействия валентных электронов (ковалентная связь), и электроны внешних оболочек перераспределяются между атомами несимметрично, смещаясь в направлении атомов, имеющих более сильные связи; поэтому атомы приобретают заряды различной полярности. Поляризация под действием поля возникает в результате относительного смещения в молекулах заряженных атомов различного сорта.
Атомная поляризация устанавливается за время 10-11 -- 10-13 с, несколько большее времени становления электронной поляризации. Поляризация ионного упругого смещения /4/ предполагается у кварца, корунда, кальцита. Она возможна и в других ионных кристаллах (галит, сильвин и т. д.), кристаллическая решетка которых содержит плотноупакованные разнотипные ионы. Поляризация D в электрическом поле сводится к смещению ионов разного знака от положения их равновесия в кристаллической решетке. Она появляется за время 10-13 - 10-14 с.
Ионная поляризация слабо зависит от частоты (до частоты инфракрасной области спектра). С ростом температуры поляризуемость увеличивается из-за ослабления упругой связи между ионами. Поляризация растет у минералов, ионы которых имеют большое значение отношения (ae -- поляризуемость молекулы ионного кристалла; re -- радиус иона) /3,4/
Поляризация упругого смещения Dу полярных молекул /4/ характерна для дипольных диэлектриков с спльносвя-запными полярными молекулами, способными поворачиваться под действием поля лишь па небольшие углы.
Релаксационная (тепловая) поляризация /4/. Она возникает у пород, содержащих слабосвязанные частицы, которые при тепловом движении могут изменять положение равновесия. Различают ориентационную дипольную, ионную тепловую и электронно-релаксационную поляризацию.
Ориентационная дипольная поляризация Dо /4/ характерна для пород, в составе которых содержатся вещества (вода, газы) с дипольными полярными относительно слабо- и упругосвязанными молекулами. Полярные молекулы с достаточной энергией теплового движения разрывают упругие : связи с другими такими же молекулами и перебрасываются из одного равновесного состояния в другое. Поляризация выражается в реимущественной ориентации осей дипольных молекул по направлению поля. Тепловое молекулярное движение препятствует этому процессу, дезориентируя молекулы. Вследствие этого оси дипольных моментов до действия поля имеют любое пространственное направление, и результирующий дипольный момент породы равен нулю.
Время установления релаксационной поляризации (время релаксации) дипольных молекул полярных жидкостей (нефть, вода)
где -- высота потенциального барьера, разделяющего два положения равновесия; А -- постоянная величина, слабо зависящая от абсолютной температуры Т; А-- постоянная Больцмана.
Породы с ориентационной поляризацией обладают электронной и нередко атомной или ионной поляризацией, связанной с их тпердой фазой.
С ростом температуры и частоты поля ориентационная поляризация уменьшается. Она успевает развиться за 10-10--10-7 с.
Поляризация D наблюдается не только у жидкой и полярной газовой фазы пород, но и у минералов с решеткой кольцевого и каркасного типа и неплотно упакованными частицами (кристаллогидраты, минералы глин, цеолиты). Все они содержат воду различного типа. Представителями этих групп минералов являются: кордиерит, берилл, сподумен, мусковит, биотит, гипс, тальк и др /3,4/.
Ионно-релаксационная тепловая поляризация Dи /4/ возможна у ионных кристаллов со слабосвязанными ионами, возникновение которых вызывается дефектами и особой структурой кристаллической решетки. Минералы и породы, в составе которых содержатся эти кристаллы, имеют также электронную и ионную поляризацию. Слабосвязанные ионы при тепловом движении срываются с мест их закрепления и перемещаются в кристаллах на расстояния, сравнимые с межатомными, преодолевая потенциальный барьер. Внешнее поле создает избыточный переброс ионов в своем направлении, что приводит к поляризации породы. Этот процесс компенсируется обратной диффузией ионов.
Время релаксации и траектории полярных молекул и слабосвязанных понос при тепловой поляризации определяются структурой и температурой пород.
Электронно-релаксациоиная поляризация Dэ /4/ возникает из-за избыточных «дефектных» электронов или «дырок», которые активизируются тепловой энергией.
Миграционная (макроструктурная, объемная) поляризация /4/. Этот вид поляризации предполагается у пород, проводящие компоненты) которых разделены непроводящими или воздухом. В рассматриваемом случае за короткое время положительные ионы проводящих включений перемещаются по полю, а отрицательные -- в противоположном направлении и задерживаются в пределах включений у межфазной поверхности, так как второй компонент породы практически не проводит электрический ток. При этом виде поляризации возможны также миграция электронов к аноду и скопление положительных ионов на противоположном конце зерна с электронной проводимостью, включенного в непроводящую фазу.
В результате описанных процессов проводящие частицы породы поляризуются (миграционная поляризация) и приобретают дипольный момент d подобно большой молекуле. Рост поляризационного заряда заканчивается, если его поле полностью скомпенсировано приложенным полем. В установившемся режиме поле и ток в проводящих частицах отсутствуют. Миграционная поляризация завершается за время 10-6--10-3 с, близкое ко времени установления ориентационной (дипольной) поляризации.
Время установления этих видов поляризации сравнимо с частотой используемых электромагнитных полей, поэтому они называются по сравнению с электронными и ионными видами медленными. Еще более медленными являются рассматриваемые ниже виды электрохимической поляризации.
Суммарная поляризация складывается из различных видов поляризации, возможных у данного минерала или породы при определенных частоте электрического поля, температуре и давлении. Наибольших значений она достигает у электронно-ионно-проводящих и структурно-неоднородных пород в постоянном, достаточно напряженном и длительно действующем электрическом поле, при низких температурах и давлениях. Средняя результирующая поляризация (алгебраическая сумма отдельных видов поляризации) электронно-ионно-проводящих пород /3,4/
В частности, при очень большой частоте пол
Электрофизические свойства горных пород курсовая работа. Геология, гидрология и геодезия.
Сила Духа Аргументы К Сочинению
Оформление Листов Курсовой Работы
Реферат по теме ЛФК при язвенной болезни желудка
Курсовая работа по теме Контроль таможенных органов после выпуска товаров
Реферат: Catcher In Rye Essay Research Paper Catcher
Курсовая работа по теме Учет денежных средств на расчетном счете
Конспекты лекций: Патофизиология
Реферат: Версия
Реферат По Информатике На Тему Сканеры
Власть И Управление Курсовая Работа
Контрольная работа по теме Кредитная система Республики Беларусь
Методическое указание по теме Путешествие к центру Земли
Реферат по теме Биологическое оружие и защита от него. Действия госслужб и правила поведения населения в очагах поражения
Реферат: Текст – засіб різностильової комунікації
Контрольная работа: Рекомендації по підготовці і проведенню публічного виступу (доповіді)
Курсовая работа: Потребители электрической энергии
Доклад: Трагедия России глазами вождя Белого Движения
Реферат: . «Скреперы». По предмету: «Строительная техника»
Контрольная работа: Проходка разведочной канавы
Реферат: Формирование административно-командной экономики СССР
География Японии - География и экономическая география курсовая работа
Система воздухообмена на станциях обслуживания автомобилей - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда дипломная работа
Осадочные вулканические месторождения. Пример описания представительного типа месторождений, план и разрез месторождения - Геология, гидрология и геодезия контрольная работа