Петрофизика (стр. 15 из 20)
Среди сильных парамагнетных минералов наибольшую роль играют сидерит, хлорит, пирит, ильменит, биотит, иногда глинистые минералы.
Однако в значительной мере эта роль обусловлена примесями, реликтами и новообразованиями железоокисных минералов с ферромагнитными свойствами. С этими включениями и примесями связаны повышенные значения магнитной восприимчивости.
Магнитные минералы присутствуют в виде зерен магнетита, мартита и гематита с эффективным диаметром от 0,01 до 2 мм. По размерам эти зерна принадлежат к песчано-алевритовой фракции.
В глинистых породах они встречаются в виде тонкорассеянного гематита, маггемита осадочно-диагенетического происхождения. Диаметры зерен в этом случае изменяются от долей микрометра до нескольких десятков микрометров. Все эти частицы попадают в глинистые фракции.
5.4. Магнитная восприимчивость нефти.
Нефть является диамагнетиком. Ее магнитная восприимчивость примерно равна (-1)*10-5 ед. СИ. В зависимости от плотности и состава магнитная восприимчивость нефти может несколько изменяться. В пластовых условиях нефть может характеризоваться даже слабыми парамагнитными свойствами, что обусловлено молекулярными свойствами органических компонент с железом и его окислами и повышенной концентрацией этих соединений.
Магнитные свойства газа неизвестны. По аналогии с другими газами можно предполагать, что значения магнитной восприимчивости имеет порядок 1*10-5 ед. СИ.
Магнитные аномалии от залежей связываются с различием магнитной восприимчивости углеводородов и законтурных вод, а также пород коллектора.
5.5. Палеомагнитная характеристика горных пород
Явления палеомагнетизма изучает отрасль геофизики, которая получила название палеомагнитологии. Палеомагнитология изучает геологическое прошлое магнитного поля Земли по «отпечаткам» этого поля в горных породах - векторам остаточной намагниченности Jn. В настоящее время наибольшее развитие получило изучение истории изменений направления магнитного поля Земли, которое отражается в направлениях Jn горных пород разного возраста.
Естественная остаточная намагниченность горных пород состоит из ряда намагниченностей, возникших в разное время. Обычно естественная намагниченность результат сложения двух основных векторов – первичной намагниченности Jn0 , возраст которой совпадает с возрастом породы, и вторичная Jnh, которая возникла недавно и совпадает с возрастом по направлению c современным земным магнитным полем в точке наблюдения.
Главной задачей палеомагнитного исследования является выделение первичной намагниченности.
Осадочные и вулканогенные породы, не измененные или слабо измененные процессами метаморфизма и эпигенеза, могут быть объектами палеомагнитных исследований. Ориентированные образцы с помощью горного компаса повышенной точности или солнечного компаса. Установлено, что направление первичной намагниченности пород есть функция из географического положения и возраста. Распределение направлений Jn0 одновозрастных пород в пределах стабильных в тектоническом отношении территорий соответствуют полю диполя с определенными для данного возраста координатами палеомагнитных полюсов. Изменение координат палеомагнитных полюсов является отражением движения литосферных плит относительно оси вращения Земли.
Палеомагнитные исследования применяются для изучения строения земной коры, в стратиграфии и геохронологии, при региональных геологических исследованиях и геологическом картировании.
Контрольные вопросы к главе 5.
1. Образуют ли ферромагнетики никель и кобальт естественные ферромагнитные минералы?
2. Какие факторы оказывают наибольшее влияние на магнитные характеристики горных пород?
3. Что изучает палемагнитология?
Глава 6 Электрические свойства минералов и горных пород
6.1 Электрические свойства веществ
К основным электромагнитным свойствам горных пород относятся:
удельное электрическое сопротивление (ρ), электрохимическая активность (α), поляризуемость (η), диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости.
Помимо основных характеристик, при изучении электромагнитных полей используются и другие электромагнитные параметры, которые могут быть определены по числовым значениям основных характеристик. К ним относятся: волновое число среды, а также его компоненты – электромагнитный коэффициент среды, фазовая постоянная и коэффициент поглощения, волновое сопротивление (импеданс) среды, диэлектрические потери и время релаксации.
Применимость различных электроразведочных методов обуславливается разницей в электрических свойствах объектов поиска и вмещающей среды. В электроразведке используют многие электрические свойства пород, но важнейшим из них, измеряемым почти во всех методах, является удельное электрическое сопротивление ρ.
Из электрических характеристик горных пород наиболее полно изучена удельная электропроводность среды или обратная ей величина – удельное электрическое сопротивление ρ.
Удельное электрическое сопротивление это сопротивление, которое оказывает кубический метр горной породы электрическому току:
, (6.1)где R- сопротивление вещества, Ом; l – длина тела, м; s – поперечное сечение его м2.
Способность горных пород пропускать электрический ток определяется их электропроводностью:
(6.2)Процесс электропроводности обуславливается направленным движением заряженных частиц (ионов, электронов, дырок) под действием внешнего электрического поля. Единицей измерений удельной электропроводности в системе СИ является См/м, а удельного электрического сопротивления – Ом*м. Оно меняется в горных породах и рудах в очень широких пределах: от 10-3 до 1015 Омм.
Диэлектрическая проницаемость характеризует способность вещества изменять напряженность первичного электрического поля вследствие явления поляризации, т.е. упорядоченной ориентировки связанных электрических зарядов. При этом величина ε показывает, во сколько раз в данной среде сила взаимодействия (напряженность электрического поля) между электрическими зарядами уменьшается по сравнению с вакуумом.
В высокочастотном электромагнитном поле плотность полного электрического тока является суммой токов проводимости и токов смещения:
, где 
. (6.3, 6.4)Абсолютная диэлектрическая проницаемость εа определяется отношением электрической индукции D к напряженности электрического поля E:
(Ф/м) (6.5) .Если диэлектрическая проницаемость вакуума обозначить через ε0, то относительная диэлектрическая проницаемость среды:
( отн. Ед), (6.6)где диэлектрическая проницаемость вакуума
Диэлектрическая и магнитная проницаемости играют значительную роль лишь при электроразведке на высоких частотах. Относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха в него поместить данную породу.
Под электрохимической активностью понимается свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля. За электрохимическую активность α условно принимается коэффициент пропорциональности между потенциалом U или напряженностью естественного электрического поля и основными потенциал-образующими факторами, которыми они обусловлены.
Такими факторами являются: концентрация кислорода, водородный показатель кислотности подземных вод, отношение концентрации подземных вод, давление и др.
Коэффициент α измеряется в милливольтах.
Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения этого тока оценивается коэффициентом поляризуемости η ("эта"). Величина η вычисляется в процентах как отношение напряжения, которое остается в измерительной линии МN по истечении определенного времени (обычно 0,5-1 с) после размывания токовой цепи ΔUВП к напряжению в той же линии при пропускании тока ΔU, т.е.:
(6.8)Поляризация - это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного переменного (до 10 Гц) тока.
6.2. Удельное электрическое сопротивление элементов и минералов
Атомы химических элементов характеризуются определенной величиной электрического заряда. В свободном состоянии атомы являются электрически нейтральными, поскольку отрицательные заряды электронов скомпенсированы равными по величине положительными зарядами протонов ядра.
Электрический ток возникает под действием внешнего электрического поля или других факторов вследствие движения электронов, внешней электронной оболочки, что обуславливает периодичность величины сопротивления и характера проводимости.