13) Виды поляризации пород. Удельное электрическое сопротивление пород.

В резуль­тате поляризации наряду с основным полем возникает допол­нительное, направленное противоположно основному, поляризу­ющему. Поляризация пропорциональна поляризующему по­лю:

= αЕ,

где α — поляризуемость среды. Поляризуемость ха­рактерна, как правило, для сред с низкой проводимостью - ди­электриков. Любое вещество способно быть проводником и по­ляризоваться; в общем случае его относительная диэлектричес­кая проницаемость определяется как ε = 1+4πα.

Различают по­ляризации упругую, релак­сационную и структурную поляризации.

1. Упругая поляризация заключается в смещении упругосвязанных зарядов (электронов, ионов) вещества в электрическом поле. Она протекает быстро (время установления совпадает с периодами колебаний, соответствующих инфракрасному излучению, т.е. 10^-12 ÷ 10^-14 с). Относительная диэлектрическая проницаемость у диэ­лектриков с упругой поляризацией обычно составляет 4 - 15, но у некоторых ионных кристаллов она достигает нескольких сотен (до 300 у титаната стронция, например).

2. Релаксационная (тепловая) поляризация характерна для ве­ществ, содержащих слабосвязанные частицы, способные менять равновесие при тепловом движении. Поляризация этого типа вызы­вается тем, что приложенное внешнее электрическое поле создает в хаотическом тепловом движении заряженных частиц определен­ную упорядоченность.

Различают две разновидности поляризации: ориентационную дипольную тепловую и ионную тепловую.

3. Дипольная поляризация возникает в полярных жидкостях (в том числе и в воде) за счет преимущественной ориентации слабосвя­занных дипольных молекул в электрическом поле. Время релакса­ции полярной жидкости пропорционально ее вязкости. В сложных полярных молекулах может также наблюдаться внутримолекуляр­ное вращение различных частей молекулы относительно друг дру­га.

4. Ионная тепловая поляризация возникает в ионных кристаллах, содержащих слабосвязанные ионы, появление которых обуслов­лено дефектами кристаллической решетки. Ионы при тепловом движении перемещаются, преодолевая потенциальные барьеры. Электрическое поле формирует преимущественное направление их переходов. В результате дипольный момент единицы объема по­роды становится отличным от нуля и поддерживается этим элект­ромагнитным процессом.

5. Наконец, в многофазных горных породах наблюдается струк­турная (объемная) поляризация, связанная с захватом носителей тока микродефектами кристаллической решетки, замедлением их передвижения у межфазовых границ раздела или с застреванием свободных зарядов на макронеоднородностях кристаллов. Это сравнительно медленный тип поляризации, период ее становле­ния находится в пределах радиочастот (10^-4 ÷ 10^-10 с).

Диэлектрическая проницаемость минералов обусловлена главным образом упругой поляризацией (ионной и электронной). Относительная величина диэлектрической проницаемости боль­шей части минералов находится в пределах 4 - 12, основных поро­дообразующих минералов – 4 - 7. Наименьшее значение имеет нефть (2 - 4), наибольшее - рутил (90 - 170).

В лияние фазового и минерального составов на удельное элект­рическое сопротивление горных пород весьма существенно. По­родообразующие минералы, из которых состоит скелет породы, являются диэлектриками; газовая фаза также представляет собой изолятор электрического тока. Поэтому любая порода, лишенная влаги и не содержащая в значительных количествах углистого ве­щества, рудных и акцессорных минералов-проводников или полупроводников, обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, близким по величине к удельному сопротивлению породообразующих минералов. Однако породы с такой ничтожно малой электропроводностью в естественном залегании встречают­ся весьма редко. Это связано с тем, что в породе, как правило, содержится в той или иной мере жидкая фаза, удельное сопротивление которой на несколько порядков меньше породооб­разующих минералов.