§ 2.Процессы, протекающие в горных породах под действием электрического поля, характеризует диэлектрическая проницаемость. (4.4)

Вещества в электрическом поле испытывают упругую, релаксационную и структурную поляризации.

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).

Релаксационная (тепловая) поляризаия 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.

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.

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.

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).

§3. Физические свойства бурых углей и антрацитов (7.8)

Условия преобразования углей представлены в схематическом виде на рис.1. По мере возрастание глубины погружения Н, а значит температуры и давления, приводит к увеличению в углях углерода за счет потери ими воды, кислорода и водорода. И в результате изменяется качество углей: по мере увеличения степени метаморфизма бурые угли с содержанием углерода меньше 78% сменяются каменными, а затем антрацитами (С>93%).

Рис.1. Условия образования и свойства углей и угленосных отложений.

Дальнейшее увеличение метаморфизма углей вызывает не только смену качества углей, но и изменение типа их электропроводности. Образуется минерал-полупроводник антрацит с высокой электропроводностью. И рост сопротивления резко сменяется его падением. Изменяется на противоположное и соотношение удельного сопротивления углей и вмещающих их пород. У бурых углей удельное электрическое сопротивление выше, чем у вмещающих их пород, у антрацитов, напротив, ниже. Следствием этого является разный знак аномалий сопротивления над углями разного качества.

Рис.2. Физические свойства углей в зависимости от глубины погружения осадков (Н) и метаморфизма (по материалам В.В.Гречухина, 1980).

Ход изменения плотности и скорости упругих колебаний углей при их метаморфизме принципиально не отличается для таковых у вмещающих пород: при увеличении метаморфизма и увеличении содержания в углях углерода закономерно увеличиваются их скорость и плотность. Поэтому антрациты характеризуются большой плотностью и скоростью (рис.2.).