|
Вызванная
поляризация Явление вызванной поляризации (ВП) горных пород, эквивалентное частотной дисперсии их проводимости, обусловлено совокупностью электрофизических и электрохимических процессов, протекающих в гетерогенных и полифазных средах. Таковыми, по-видимому, являются вызываемые приложенным электрическим полем процессы макроскопического разделения зарядов в электрически неоднородных монофазных (эффект Максвелла-Вагнера) или двухфазных средах, обладающих разной проницаемостью в отношении катионов и анионов порового раствора («мембранные» потенциалы); изменения ионо-диффузионных потенциалов в пределах двойных слоев на границе твердой и жидкой фаз; разнообразные виды электрохимических явлений, возникающих на границах сред с электронной и ионной проводимостью и ряд других процессов. Вызванная поляризация наблюдается в широком диапазоне времен от мкс до десятков с. Как и сейсмоэлектрический эффект 2 рода, процессы ВП тесно связаны со структурой горных пород, их минеральным составом и петрофизическими свойствами. В силу этого основное внимание уделяется комплексному изучению этих явлений и их совместному использованию при петрофизической интерпретации. Работа Лаборатории в области ВП ориентирована на применение ее в нефтепромысловой, гидрогеологической и экологической геофизике. Как и в случае СЭ, она сочетает в себе теоретические, аппаратурно - методические, экспериментальные и лабораторные исследования. Теоретические и расчетные исследования: Работами Лаборатории детально исследовано взаимное влияние индукционных и поляризационных явлений при различных способах возбуждения и приема поля. Установлено, что различающиеся по своей природе процессы ВП проявляются наиболее сильно в различных временных (частотных) диапазонах. Так эффект Максвелла-Вагнера развивается на самых ранних временах (мкс), а электрохимические процессы – на самых поздних (с). Это позволяет частотную дисперсию проводимости описывать в виде суммы формул Cole-Cole с разными постоянными времени, ответственных за разные процессы. Широкополосное (во временной или частотной области) изучение процессов ВП позволяет получать раздельную информацию об этих процессах. Разработаны методы и программы определения параметров Cole-Cole на основе измеренных процессов ВП. Эти параметры увязываются при дальнейшей интерпретации с петрофизическими свойствами среды (на основе лабораторного изучения образцов). Разработана программа расчета ЭМ поля заземленного кабеля конечной длины над горизонтально слоистой средой с учетом процессов ВП. С использованием метода подбора она позволяет интерпретировать результаты полевых измерений. В настоящее время разрабатывается аналогичная программа для модели цилиндрически слоистой среды (применительно к каротажу ВП). Начата разработка программы численного (методом конечных разностей и интегральных уравнений) расчета ЭМ поля в 2D осесимметричной модели, содержащей цилиндрические и горизонтальные границы. Программа 1D интерпретации полученных данных ВЭЗ-ВП на разных разносах в нескольких временных диапазонах позволяет подобрать слоистый разрез (до 10 слоев) с комплексной частотно зависимой проводимостью слоев. Частотная дисперсия проводимости ищется в форме Cole-Cole. Подбираются проводимости слоев, поляризуемости слоев, их постоянные времени и показатель степени С. Возможность получать и анализировать несколько независимых поляризационных параметров (h, t и С) в отличие от традиционно применяемой в методе ВП кажущейся поляризуемости, существенно повышает информативность метода. Аппаратурно – методические и полевые экспериментальные работы: Разработанная аппаратура ВП позволяет регистрировать электрическое и магнитное поля (2 канала) возбуждаемое заземленной линией конечной длинны. Комплекс работает в 4 различных частотно-временных диапазонах и позволяет изучать процессы от первых микросекунд до десятков секунд. Генератор вырабатывает знакопеременную последовательность прямоугольных импульсов заданной длительности со скважностью, равной 1. Длительности импульсов тока и пауз согласованы в 4 диапазонах с измерителем и синхронизируются при выключении тока по кабелю либо по радиоканалу на расстояние до 1.5 км. Генератор работает от аккумулятора 24 В и выдает стабилизированный ток от 4 мА до 1 А с шагом 2. Максимальная мощность 200 W, максимальное выходное напряжение 600 V. Длительности импульсов тока и пауз равны и составляют соответственно: 1 диапазон – 256 мкс, 2 диапазон – 30 мс, 3 диапазон – 1.28 с, 4 диапазон – 100 с. Измеритель ВП конструктивно представляет собой отдельный блок с автономным питанием 12В, данные с которого поступают в компьютер. Измерения выполняются и в момент пропускания тока и в паузах с разными коэффициентами усиления, задаваемыми программно с дискретизацией, обеспечивающей 1024 дискрета на период. Используется 16 разрядный АЦП. Максимальное усиление обеспечивает чувствительность 0.15 мкв на младший разряд АЦП. Число периодов измерений для накопления может меняться от 1 до 1024. В каждом диапазоне предусмотрена калибровка каналов от внутреннего генератора и режим записи фонового поля. При полевых экспериментах применяются ортогональные установки, позволяющие существенно ослабить индукционную составляющую сигнала и увереннее выделять поляризационную на разносах до сотен метров. Проведенные на различных геологических объектах полевые работы подтверждают повышенную информативность разработанной модификации ВП по сравнению с традиционной. Лабораторные исследования на образцах горных
пород: Разработанная полевая аппаратура позволяет выполнять исследования вызванной поляризации на образцах горных пород. Проводятся исследования на песчано-глинистых образцах и на кернах песчаников и известняков размером 3 х 3 см. В измерительной установке используются медно-купоросные неполяризующиеся электроды. Процессы ВП изучаются в тех же временных диапазонах, что и при наземных полевых исследованиях. Проведенные измерения на песчано-глинистых образцах, отобранных в местах проведения полевых экспериментов, дают хорошее согласие лабораторных и полевых данных, что позволяет применять установленные в лаборатории зависимости ВП от петрофизических характеристик для интерпретации полевых данных. Лаборатория заинтересована: В проведении экспериментальных работ на объектах, где
совокупность параметров ВП может быть значительно информативнее для решения
геологической задачи, чем классическая дифференциация разреза только по
удельному сопротивлению и поляризуемости. Это могут
быть задачи в криолитозоне, рудные задачи, изучение кимберлитовых
трубок и т.п. Основные публикации: 1. В.В.Агеев, Б.С.Светов. Влияние поляризуемости
горных пород на результаты электромагнитных зондирований. // Изв.РАН, Физ.Земли, 1999, N1,
с.19-27. |