Методы электрохимической поляризации 4. 3. 1. Метод естественного электрического поля

Метод естественного электрического поля основан на изучении постоянных естественных электрических полей локального характера. Происхождение этих полей может быть связано с физико-химическими процессами, в которых участвуют некоторые геологические образования, а также с электрокинетическими явлениями в многофазных средах, каковыми являются горные породы.

wm/. 7,7//: '''

рн<7 //£Ш\\

 

Рис.4.21.. Схема возникновения ЕЭП: а-в окрестностях окисляющейся рудной залежи; б —вокруг фильтрующего пласта (по Семенову, 1968)

Механизм возникновения естественных полей (ЕП) до конца не выяснен. Значительная роль в создании ЕП принадлежит электрохимическим процессам, возникающим вокруг природных электронных проводников, окруженных ионопроводящими влагонасыщенными горными породами. Электрохимическая активность (рН, Eh) природных растворов меняется с глубиной, например, при переходе через уровень грунтовых вод. Под действием вод, богатых кислородом и углекислотой (рН < 7), верхняя часть рудной залежи окисляется, т. е. ионы металла отдают электроны, увеличивая свою валентность (например, Fe²⁺ -> Fe³⁺). При этом сульфиды превращаются в сульфаты и серную кислоту, а на границе руда — порода возникает двойной электрический слой (Рис.4.21 а).

В нижней части рудного тела в зоне восстановления (рН > 7), наоборот, происходит присоединение электронов ионами металлов, и на границе с рудным телом наблюдается скачок потенциала обратного знака (по сравнению с верхней частью тела). Таким образом, сульфидное рудное тело становится по существу природным гальваническим элементом с катодом в верхней части тела и анодом в нижней. Этот элемент, будучи замкнутым через вмещающие породы, создает в них ток и электрическое поле на поверхности земли, по которому можно обнаружить рудное тело.

Под действием этого тока на катоде происходит вторичное сульфидное обогащение, и образуются другие химические вещества, которые, поляризуя природный элемент, могут препятствовать всему процессу образования ЕП. Основные природные деполяризаторы — это подземные воды, омывающие рудную залежь и приносящие в катодную и анодную области деполяризующие вещества, главным образом кислород. В районах с горным рельефом большую роль в процессе деполяризации может играть денудация. При наличии в рудном теле двух сульфидов с различным Еh один из минералов становится анодом (с более низким Еh), а другой катодом. При этом происходят процессы, подобные коррозии металлов, даже при неизменной геохимической обстановке в окрестности рудного тела. Об этом свидетельствуют и лабораторные измерения Г. Б. Свешникова, показавшие, что электродные потенциалы сульфидов, измеренные в нормальном растворе КСl по отношению к водородному электроду, сильно меняются: марказит — 0,56 В; пирит — 0,46 В; халькопирит — 0,38 В; пирротин — 0,30 В; пентландит — 0,22 В; галенит — 0,20 В; молибденит —0,14 В; сфалерит—0,12 В.

Для химически инертных залежей графита, антрацита наблюдаемые аномалии ЕП, вероятно, могут быть объяснены токами в этих телах, возникающими вследствие резкого различия Еh растворов, циркулирующих на различных горизонтах, для которых эти залежи являются проводниками, а также адсорбцией этими минералами ионов растворов, приводящей к возникновению двойных электрических слоев.

Перечисленные выше минералогические, электрохимические, гидрогеологические потенциалообразующие факторы приводят к появлению естественных электрических полей, потенциал которых достигает нескольких сотен милливольт.

Фильтрационные процессы, приводящие к возникновению фильтрационных потенциалов — второй важный механизм возникновения ЕП. Согласно существующим представлениям, в горной породе (рис. 4.21, б) из-за адсорбции отрицательных ионов (анионов) раствора на стенках капилляров образуется двойной электрический слой. Внутри капилляра остаются свободные диффузно распределенные положительные ионы (катионы), которые подхватываются движущимся раствором и накапливаются у выхода из капилляра. Это продолжается до тех пор, пока возникающее внутреннее электрическое поле (E), действующее вдоль капилляра против E^стр потока, перемещающего катионы, не уравновесит процесс. Поле E^стр действует подобно стороннему электрическому полю в гальваническом элементе. Таким образом, в капилляре электрические заряды не перемещаются, но действует поле, напряженность которого определяется выражением

^2£Pf^V ₅ (4.20)

ж-rl

где ε — диэлектрическая постоянная жидкости, заполняющей капилляр; р — удельное сопротивление этой жидкости; С, — разность потенциалов между подвижной и неподвижной обкладками двойного слоя (дзета-потенциал); V — средняя скорость движения жидкости; r _o — радиус неподвижной части двойного слоя.

Поровое пространство горной породы представляет собой сложное сочетание капилляров, внутри которых происходят процессы, подобные описанным выше. Выражение остается справедливым и для горной породы при условии замены радиуса г0 некоторым коэффициентом к', определяемым степенью пористости породы n', структурой порового пространства q и вязкостью жидкости:

Интенсивность фильтрационных полей возрастает с увеличением сопротивления фильтрующих природных растворов и скорости фильтрации. Если фильтрующий пласт залегает в проводящих вмещающих породах, поле E^стр приводит к появлению в них ЕП и тока, зависящих от геоэлектрического разреза.

Характерная особенность фильтрационных полей в районах с пересеченным рельефом — их связь с формами рельефа. Фильтрация подземных вод в верхних частях геологического разреза происходит преимущественно по направлению понижения рельефа, вследствие чего потенциал естественного поля в этом направлении обычно убывает. Этим объясняется часто наблюдаемая «зеркальная» связь между потенциалом естественного поля и формой рельефа поверхности земли.

Диффузионные процессы можно считать третьим по значимости фактором возникновения ЕП. Эти ЕП имеют место на контактах растворов с различной минерализацией, когда из-за разности осмотического давления и из-за различной подвижности анионов и катионов при диффузии на границе растворов образуется двойной электрический слой. Поле, уравновешивающее диффузию, может быть найдено на основе соответствующих уравнений электрохимии для ЭДС диффузии:

C₁)_t (4.21)

_d

^Vk^+Va

где V_к и V_а — подвижность катионов и анионов; п — их валентность; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К; F — число Фарадея; С 1, и С 2 — концентрации растворов.

Наличие в породах тонкопленочных перегородок из глинистых частиц (мембран), сильно адсорбирующих анионы, может значительно усиливать процесс диффузии и даже менять знак ЭДС. Суточные вариации ЕП (ЕП, меняющиеся во времени), отмеченные рядом исследователей (Семенов, 1968, Якубовский,Ренард,1991) пока не нашли однозначного

объяснения. Эти изменения ЕП (до 200—300 мВ) часто коррелируются с вариациями температуры почвы.

Вариации ЕП наблюдаются на лишенных растительности участках с тонким слоем почвы и в районах зон гидротермально измененных пород над рудными телами. Возможно, что эти вариации ЕП связаны с изменением уровня капиллярного поднятия почвенной влаги и пленочной воды в зависимости от атмосферных факторов.

Методика полевых работ. Естественное электрическое поле изучают, измеряя его потенциал или градиент потенциала на поверхности земли, в скважинах и горных выработках.

В качестве измерительного прибора при съемках естественного поля обычно применяют серийную аппаратуру, используемую в методе сопротивлений (исключая питающую линию АВ и генератор). В последнее время для выполнения работ методом ЕП используются мультиметры типа «Электроника» с высоким входным сопротивлением (порядка 4 Мом).

Особенность измерительной установки заключается в том, что в ней в качестве заземлений используют неполяризующиеся электроды (рис. 4.22), которые специальным образом готовятся к работе так, чтобы их собственная поляризация была стабильна и не превышала 1—2 мВ. Для заливки электродов используется раствор медного купороса

Съемки естественного поля носят обычно площадной характер. Исследуемую площадь покрывают сетью профилей, вдоль которых измеряют поле. Расстояния между профилями и точками наблюдения зависят от предполагаемых размеров, формы и глубины залегания искомых объектов и определяют масштаб съемки.

Рис. 4.22. Неполяризующийся электрод конструкции Полякова: 1- медный стержень; 2 — пробка; 3 —резиновая прокладка; 4 — пластмассовый корпус; 5 — пористый сосуд.

Полевые наблюдения в методе ЕЭП могут выполняться двумя способами.

1. Способ потенциалов. Сущность способа заключается в том, что потенциал всех точек исследуемого профиля измеряют относительно одной точки, принятой за исходную. Обычно в качестве такой точки выбирают точку О на магистрали, где устанавливают неподвижный электрод N (рис.4.23, а). Второй электрод М последовательно перемещают во все точки профиля (i), измеряя разность потенциалов ΔU_oi. Для оценки стабильности собственной поляризации (ΔU) электродов Ми Nизмерения начинают (ΔU^н_оп) и заканчивают (ΔU^к_оп) на опорной точке О вблизи (< 0,5 м) электрода N. Опорные точки на отдельных профилях увязываются между собой двукратными повторными наблюдениями ΔU_опj.При рядовой съемке по профилям при обратном ходе для контроля повторяют измерения на каждой 10-й точке (а в аномальных зонах— на каждой 5-й точке).

В горно-таежной местности, где провод может цепляться за камни и кусты, катушку (К) с тонким проводом приемной линии лучше переносить по профилю вместе с измерительным прибором (П) и электродом М. В остальных случаях катушку обычно устанавливают у прибора и электрода N (рис.4.23, в). Увеличить производительность съемки

можно применяя две приемные линии, как это показано на рис.4.23, г. Детализацию аномалий ЕЭП рекомендуется проводить с использованием одной опорной точки О.

При сухой почве лунки для электродов за 0,5—1 ч до измерений смачивают водой для улучшения условий заземления приемной линии.

2. Способ градиентов потенциала. Отличительная особенность этого способа заключается в том, что в процессе полевых работ измеряют разность потенциалов между соседними точками профиля: ΔU10, ΔU21, ΔU32 и т. д. По измеренным разностям потенциалов подсчитывают потенциалы всех точек исследуемой площади.

Схема установки для измерения градиентов потенциала естественного поля изображена на рис.4.23, д. Измерительный прибор устанавливают вблизи одного из электродов. Это позволяет с одной стоянки прибора измерять разность потенциалов между двумя парами точек профиля.

Наблюдения выполняют по системам профилей, образующим замкнутые ходы. Это дает возможность оценить и учесть при обработке погрешности наблюдений. Замкнутые ходы удобно составлять из двух соседних профилей или их половин. Рекомендуется все наблюдения по замкнутому ходу выполнять в течение одного рабочего дня.

Для уменьшения влияния поляризации электродов рядовая съемка выполняется с перестановкой электродов через пикет, т. е. «шагом циркуля» (см. рис.4.23, д).

Для оценки величины поляризации электродов ΔU на каждой пятой или десятой точке профиля осуществляют двукратное измерение разности потенциалов с перестановкой электродов между измерениями.

•• i

 

Рис. 4.23. Методики работ методом естественного поля

а — при площадной съемке; б — способом потенциала с подвижным прибором (П) и катушкой (К); в — то же, с неподвижными Пи К; г — то же, с двумя приемными линиями; д — способом градиента потенциала

Как это следует из эквивалентной схемы приемной линии МN, по двум отсчетам и ДЦ^¹) можно рассчитать как собственную поляризацию электродов (ΔU, так и ΔUmn ЕП: ΔU=eM+eN= (ΔU⁽¹⁾- ΔU(²⁾)/2; AUmnKAU⁰^ Ди⁽²⁾)/2

Как правило, наблюдения методом ЕЭП производятся по способу потенциалов и лишь в условиях сильных помех (от теллурических или блуждающих токов), а также при маршрутных съемках применяют способ градиентов потенциала.

В обоих способах съемки ЕЭП наряду с повторными наблюдениями проводится независимый контроль в объеме 5—30 % от общего числа точек наблюдений.

На акваториях рек, озер, водохранилищ и морей (на шельфе) чаще всего применяют непрерывную съемку градиентов потенциала, при которой оба приемных электрода М и N буксируются по дну. Только на ограниченных участках дна может быть использована потенциальная установка метода ЕЭП. Иногда съемку ЕЭП на акваториях выполняют в лунках, пробитых во льду (подобно наземной съемке).

В скважинах дискретные или непрерывные измерения ЕЭП (ЕЭП-С), как правило, выполняются способом потенциалов. При этом электрод N располагают у устья скважины, а электрод М перемещают вдоль ее оси. Наблюдения по отдельным скважинам увязываются между собой с помощью наземной съемки ЕЭП.

Обработка полевых данных. На первом этапе обработки оценивается качество наблюдений.

В способе потенциалов средняя разность между рядовым и повторным измерением (ΔU_oi) по п точкам не должна превышать 5 мВ при ее вычислении по формуле

(4.22)

= (±\AU_oi-AU'_oi\)/n. 1=1

Временные вариации ЕЭП и нестабильность собственной поляризации приемных электродов (Δ U) могут быть учтены путем сопоставления начального (ΔU^н_оп) и конечного (ΔU^к_оп) отсчетов на опорной точке у электрода N. Предполагая эти изменения линейными во времени измерений и скорость съемки постоянной, потенциал i-го пикета можно рассчитать по формуле

Ui = AU_oi -AU"_on-[(AU;_n -AU"_on)i]/N' (4.23)

Слабые аномалии ЕЭП могут быть выделены статистическими методами по специальным программам.

Интерпретация данных метода ЕП. Обычно вначале проводят качественную интерпретацию материала съемок ЕЭП. Она заключается в анализе морфологии поля (позволяющем выделить локальные аномалии различных порядков), в сравнении карт ЕЭП с топографическими картами (для выявления фильтрационных аномалий) и т. п. При этом должна учитываться вся имеющаяся геолого-геофизическая и гидрогеологическая информация о районе работ, оцениваться геологическая природа отдельных аномалий и аномальных зон, выделяться профили для количественной интерпретации. На рис 4.24 приведен план графиков по одному из сульфидных месторождений Рудного Алтая. Из рисунка видно, что выходы рудных тел под наносы отмечаются четкими минимумами потенциала ЕП.

Рис. 4.24. План графиков потенциала естественного поля и схематическая геологическая карта сульфидного месторождения на Рудном Алтае (по А. С. Семенову)

Достоверность количественной интерпретации очень сильно зависит от степени соответствия реальных рудных тел (зон фильтрации и т. п.) простым физическим моделям (шар, цилиндр, пласт и т. д.), для которых на основе решений прямых задач разработаны

Рис. 4.25. Характерные точки, используемые для интерпретации

данных метода ЕП

приемы численного истолкования результатов. Когда необходимая априорная информация о форме объектов отсутствует, интерпретация носит больше оценочный (полуколичественный) характер.

В способе «характерных точек» по сглаженному графику определяют ширину аномалии q на уровне половины ее амплитуды или расстояние т между точками пересечения касательных линий к экстремумам и к точке перегиба графика V (рис.4.25).

Анализируя результаты решений прямых задач для локальных тел, можно получить следующие выражения для нахождения глубин залегания шара (h_ш), горизонтального (hгц) и вертикального (h_вц) цилиндров, вертикального пласта (h_вп): h_ш~0.65q~0.86m

h_ai(~0.5q~0.6m (4.24)

h_вц~0.52m h_вп~0.4q~0.55m

В литературе описаны способы оценки глубины залегания изометричных, цилиндрических, пластовых поляризованных залежей с помощью логарифмических палеток. Преимущество этого способа заключается в использовании при интерпретации всей наблюденной кривой потенциала, а не ее особых точек. Вместе с тем, учитывая оценочный характер интерпретации результатов съемки естественного поля, не следует ожидать, что применение палеточных способов приведет к существенному повышению точности определения глубины залегания поляризованных залежей.

Практическое задание № 8

По данным съемки методом градиентов определить значения потенциалов всех точек съемки (табл. 4.1) и построить графики потенциалов ЕП по двум профилям. Значение потенциала на ПК 2/100 относительно исходной точки равно -20 мВ.

Таблица 4.1

Профиль	N	м	dV,мВ	Профиль	N	М	dV,мВ
МГ2 106	106/100		-1,6				-1,3
			-9				-2,3
			3,8				-4,9
			-7,6				8,4
			6,1				-3
			-0,7				-3
			-1,6				3,8
			-8				-9,1
							4,8

		ПО	-7,5				-2,1
	по		-6				-10,5
			-3,5
			-3,5
							-0,6
			-2,5				0,2
			-4,4				-11,5
			-6,5				4,9
			4,3				6,5
			1,8				-3
			-9,9				3,1
			-5,8				2,9
			9,3
			-0,5
			-13,9				-0,8
			5,3				-2
			-13,8				4,5
			-2,0				0,1
			-4,0				-0,9
			-5				5,2
			-2,5				1,1
			-0,7				3,2
			-12,1				10,2
			0,8				-0,9
			-7,6				-5,2
			0,3				1,1
			-3,1				3,2
			-8				-1,5
			-5
			-8				-7,2
			-4				-7,8
			-10				-15,4
			0,8				8,7
			-6				-6,8
			-1,1				-6,1
			-5,6			ПО	-10,5
					ПО		8,2
			-7				-4,8
			5,5
			-2				-4,1
			-3
			-2				-12
			-1,6				4,7
			-2,3
			3,8				-7,2
			-5			104/100
			-6				0,2
			7,5				0,4
			-4				0,9
МГ3		МГ3

мгз	МГ3	25+	-3				2,4
мгз	25+	50+				104/100
мгз	50+	75+	-5	МГ2	104/100	МГ2 97	-10
мгз	75+	100+					-1
мгз	100+	125+					-0,5
мгз	125+		-4				-3
							-3
			-12				-5
							1,8
			-2			106/100	1,2
			-0,1

Абс. невязка по полигону= Сумма абсол. значений = Относит. невязка =

Метод вызванной поляризации

Сущность метода вызванной поляризации (ВП)

Метод вызванной поляризации основан на исследовании полей, создаваемых искусственно поляризованными горными породами, Если в земле с помощью каких-либо источников создать электрическое поле, то часть энергии этого поля накапливается в многофазовой среде, каковой являются горные породы и руды. Физически это выражается в электрической поляризации тех сред, в которых действовало поле. В свою очередь, электрическая поляризация представляет собой совокупность физико-химических процессов, происходящих на границах раздела жидкой и твердой фаз в горных породах и рудах. Характер этих процессов зависит прежде всего от типа проводимости контактирующих сред.

На рис. 4.26 изображена рудная залежь, сложенная электроннопроводящими минералами и помещенная в первичное поле питающих электродов А и В. При протекании тока через контакт электронного проводника и электролита, заполняющего поры горных пород, на этом контакте происходят электродные процессы, приводящие к поверхностной поляризации залежи.

Рис.4.26. Поверхностная поляризация рудной залежи:

1 —рудная залежь, силовые линии полей 2 — первичного,

3 — вторичного, 4 — измерительный прибор, 5 — питающая линия.

На той части поверхности, через которую ток входит в залежь (катодная часть), в результате электролиза выделяется водород, а той части из залежи (анодная часть), через которую ток выходит из залежи - кислород и хлор. В результате образуется гальванический элемент с газовыми электродами, создающий в окружающей среде вторичное поле.

Другой причиной поверхностной поляризации может служить изменение заряда двойных электрических слоев, существующих на контакте электронного и ионного проводника, вследствие разряда ионов на обкладках этих слоев при протекании тока в цепи, состоящей из электронного и ионного проводников (явление перенапряжения).

Возможным источником поверхностной поляризации являются окислительно-восстановительные реакции, сопровождающие протекание тока через анодную и катодную стороны залежи.

Роль каждого из отмеченных выше явлений в суммарном процессе поверхностной поляризации в настоящее время изучена недостаточно. Следует полагать, что она существенно зависит от времени воздействия первичного поля на поляризуемый объект, от физико-химической обстановки и других факторов.

Если в поляризующем поле оказывается порода, содержащая рассеянные электронно-проводящие включения, то на поверхности каждого из них происходят процессы, подобные описанным выше, и каждое из включений становится дипольным источником вторичного поля. В этом случае интенсивность поляризации принято характеризовать объемной поляризуемостью среды г\. Объемной поляризуемостью обладают также ионно-проводящие осадочные, изверженные и метаморфические породы. Однако в этом случае механизм поляризации несколько отличен от описанного выше.

На контакте жидкой и твердой фаз горной породы вследствие адсорбции ионов какого-либо знака (обычно анионов) образуется двойной электрический слой. Внутренняя его обкладка прочно связана с поверхностью твердой фазы; внешняя же обкладка, имеющая толщину 0,001-0,1 мкм, состоит из двух частей. Первая часть непосредственно примыкает к внутренней обкладке, и ионы в ее пределах обладают лишь тангенциальной подвижностью; вторая часть имеет диффузное строение, и внутри нее ионы находятся в состоянии беспорядочного теплового движения. В целом при отсутствии внешнего электрического поля двойной слой электрически нейтрален. При наложении внешнего электрического поля двойные пограничные слои деформируются вследствие упругого смещения обкладок слоя под влиянием внешнего поля. При этом электрическое равновесие обкладок двойного слоя нарушается, т.е. сам этот слой становится источником поля, накладывающегося на первичное поле.

Особенности в поведении поляризуемости горных пород и руд, зависимость этого параметра от различных геологических факторов детально рассматриваются в петрофизике. Здесь отметим лишь то, что поляризуемость ионно-проводящих пород редко превышает 2-3% и обычно хорошо выдерживаются в пределах исследуемой площади. Поляризуемость пород, содержащих электронно-проводящие включения, существенно больше и достигает нескольких десятков процентов. Эти особенности в поведении параметра tj важны, потому что они определяют геологические задачи, для решения которых применяется метод ВП.

Применяются два основных способа изучения явления вызванной поляризации как в полевых, так и лабораторных условиях. Один из них основан на исследовании нестационарных, а второй - гармонически меняющихся электрических полей в присутствии поляризующих тел.

При измерении в нестационарном поле поляризация геологического разреза осуществляется постоянным полем, а нестационарное поле поляризованных объектов измеряется после выключения тока в питающей линии. Установка для изучения вызванной поляризации в нестационарных полях изображена на рис. 4.27, а.

Первичное поле создается с помощью двух электродов А и В, питаемых от какого-либо источника постоянного тока. Выключатель К в цепи питания позволяет выключить в

некоторый момент времени ток, т.е. сделать равным нулю первичное поле. Сила тока, питающего электроды, измеряется амперметром А.

 

Рис.4.27. Установки для изучения вызванной поляризации (а) электронно проводящего рудного тела при нестационарном поле (б) и при гармоническом поле (в).

Для измерения нестационарного электрического поля в земле используют неполяризующиеся приемные электроды М и N, соединенные с каким-либо измерительным прибором V, позволяющим измерять или осциллографировать нестационарное электрическое поле, остающееся в земле после выключения тока в цепи питающих электродов, а также поле, существующее в земле во время пропускания поляризующего тока.

Основным параметром, определяемым в процессе полевых работ, является кажущаяся поляризуемость Т]_к, вычисляемая по результатам измерений.

AU

ВП

рк

100%;

(4.25)

здесь AU(t)_Bn - остаточная разность потенциалов между электродами М и N, измеренная в некоторый момент времени t после выключения тока в питающем контуре; At/ - разность потенциалов между теми же электродами при установившемся режиме

протекания тока в цепи АВ (рис. 4.27, б).

Как это следует из теоретических выражений для потенциалов поверхностно поляризованных тел (Ю. В. Якубовский, 1980), в однородной по поляризации среде г)_к совпадает с истинным значением этого параметра г\.

В неоднородных средах параметр г)_к сложно зависит от объемной и поверхостной поляризации рудных залежей и других геологических образований, участвующих в строении исследуемой площади, а также от удельного сопротивления этих образований. Так же, как и ρ_к, параметр tj_k не следует понимать как параметр, усредняющий истинную поляризуемость сред, слагающих геоэлектрический разрез.

Поляризация горных пород и руд является процессом, изменяющимся во времени и, в частности, исчезающим после выключения тока в питающем контуре. Характер этой временной зависимости не может считаться в настоящее время окончательно

установленным. В литературе приводятся различные, главным образом эмпирически установленные, временные зависимости для tj и, соответственно, для tj_k (В. А. Комаров, 1980). В частности, простейшей из таких зависимостей является экспоненциальная:

AU(t)_Bn =АЩ0)_ш-е-*, (4.26)

где AU(0)_Bn - разность потенциалов между измерительными электродами в момент исчезновения первичного поля AU{i)_Bn - та же разность потенциалов в момент времени t

после исчезновения первичного поля Я - постоянная спада поля. Иногда приводятся зависимости гиперболического вида:

АЩ0)_ш
= _iy™, (4.27)

где Р - постоянная спада поля.

Приведенные выше зависимости для ограниченного интервала времени достаточно удовлетворительно аппроксимируют закон спада вызванной поляризации. Общий закон спада, видимо, должен быть значительно сложнее в соответствии со сложностью самого явления вызванной поляризации.

Из приведенных зависимостей следует, что при полевых исследованиях методом ВП информацию о характере геоэлектрического разреза можно получить, определив мгновенное значение tj_k для выбранного момента времени или изучив зависимость этого параметра от времени.

Способ измерения вызванной поляризации в гармонически меняющемся поле основан на изучении зависимости кажущегося сопротивления р_к, измеряемого в гармонически

меняющемся поле, от частоты этого поля со (рис.4.27, в). Переменное гармонически меняющееся поле создается заземлениями А и В, питающимися от генератора. Электрическое поле этих заземлений измеряется измерителем V.

Поле, создаваемое деформированными двойными пограничными слоями, как и любое нестационарное поле в линейной системе, может быть описано интегралом или рядом Фурье, т.е. его переходная характеристика может быть трансформирована в частотно-фазовую и частотно-амплитудную. Формально такой переход осуществляют путем замены сложных процессов, происходящих в двойных слоях при поляризации двухфазной среды внешним полем, процессами зарядки и разрядки конденсаторов, обкладки которых совпадают с обкладками двойных слоев. При этом влияние вызванной поляризации на характер суммарного поля в поляризующихся средах учитывают путем формальной замены их сопротивления р на частотно зависящий параметр р*, названный комплексным сопротивлением среды. Этот параметр однозначно связан с временной характеристикой tj в нестационарном поле. В частности, если принять, что спад вызванной поляризации происходит по экспоненте, т. е. в соответствии с выражением (4.26), то

^. (4.28)

Более сложной является зависимость следующего вида:

(4.29)

Здесь индексы у р соответствуют частоте поля; р* - сопротивление на частоте со; со₀ - частота, на которой на сопротивление р₀ поляризация оказывает максимальное влияние; со_х - частота, на которой поляризация практически не сказывается на сопротивлении р_х; λ - коэффициент, определяющий степень зависимости р* от со.

Частотная характеристика модуля комплексного сопротивления представляет собой монотонно спадающую кривую. При со =0 комплексное сопротивление максимально, так как при этом поле в поляризованной среде складывается из первичного (поляризующего) поля и полного поля вызванной поляризации. При со-со эффект вызванной поляризации практически не проявляется, т. е. поле равно первичному.

Фаза комплексной проводимости равна нулю при со-0 и со-со и имеет максимальное значение при некоторой промежуточной частоте.

При изучении вызванной поляризации в гармонически меняющихся полях о величине поляризуемости среды судят либо по зависимости амплитуды кажущегося сопротивления от частоты (метод частотной дисперсии), либо по величине фазового сдвига между током в питающей линии и разностью потенциалов между измерительными электродами.

При частотно-амплитудных измерениях в качестве информационного параметра выбирают различные величины, зависящие от поляризуемости разреза:

1) частотно-поляризационный эффект

/с =

 

РтХ		Ра>2
	Рш2

(4.30)

или близкий по смыслу параметр

т =

 

Рт\	—	Рш2

(4.31)

Здесь щ - частота, достаточно низкая для того, чтобы модуль р_ш был близок к

предельному (практически эта частота колеблется от сотых до десятых долей герца); со₂ -частота, достаточно высокая для того, чтобы на ней влияние вызванной поляризации было незначительным (эта частота колеблется от десятков до сотен герц). По физическому смыслу параметры f_cиm близки к tj