§ 8. Метод потенциалов вызванной поляризации

В методе потенциалов вызванной поляризации (ВП) использу­ют свойства горных пород поляризоваться при протекании че­рез них постоянного поляризующего электрического тока. В горных породах после выключения поляризующего тока в течение некоторого времени наблюдается убывающее электрическое по­ле, известное под названием поля вызванных потен­циалов.

Природа вызванных потенциалов недостаточно изучена. Од­нако большинство исследователей находят, что в горных поро­дах, обладающих ионной проводимостью (практически все оса­дочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электрокинетических явлений, происходящих на границе элект­ролит — непроводящая среда под воздействием электрического поля. Некоторые исследователи считают, что возникновение по­ля связано с деформацией двойного электрического слоя на по­верхности минеральных частиц под воздействием поляризующе­го тока, другие — с образованием микроскопических концентра­ционных элементов за счет изменения чисел переноса ионов в капиллярах разных сечений. Механизм этой поляризации до­вольно сложен, и обычно ее называют объемной поляри­зацией, поскольку поляризация захватывает объем породы, обработанной электрическим током.

В горных породах, обладающих электронной проводимостью (железные руды, некоторые сорта каменных углей), вызванная поляризация возникает в основном за счет электродных процес­сов, протекающих на границе электролит — проводящая среда.

В горных породах со смешанной проводимостью возникают Одновременно как объемная, так и электродная поляризации.

Для измерения вызванных потенциалов обычно используют четырехэлектродный зонд (например, В5, ОАО, О4МО, О4А). Раздвоенный электрод А и электрод В служат для пропускания электрического тока. Электрод М, покрытый слоем перфориро­ванной резины для устранения помех за счет поляризации са­мого электрода, и обычный электрод N на поверхности служат для измерения разности потенциалов. Схема измерений устрое­на так, чтобы в скважину пропускался прерывистый электричес­кий ток. В промежутках между импульсами тока преобразова­тель замыкает цепь MN, и совместно с потенциалами собственной поляризации прибор Г₁ регистрирует вызванные потенциа­лы. Одновременно с этим второй прибор Г₂ регистрирует раз­ность потенциалов, наблюдаемую между электродами М и N в момент протекания поляризующего тока (рис. 35).

Рис. 36. Теоретические кривые потенциа­лов вызванной поляризации в однород­ных пластах различной мощности

Рис. 35. Принципиальная схема из­мерения вызванных потенциалов.

А, В - питающие электроды; М, N, N' - измерительные электроды; R, r — реостаты; Г₁ и Г₂ - приборы для изме­рения разности потенциалов; mА - при­бор для определения силы тока; П - преобразователь тока и напряжения; Б — батарея

В скважинных условиях против однородного поляризующего пласта наблюдается симметричная аномалия вызванных потен­циалов, амплитуда которой зависит от мощности пласта (рис. 36). Для пластов h>12d_c влиянием мощности можно пренебречь. Помимо мощности пласта на величину вызванных потенциалов оказывает влияние диаметр зоны проникновения фильтрата бурового раствора и ее удельное сопротивление..

По замеру вызванной поляризации вычисляют коэффициент вызванной электрохимической активно­сти породы А_в, который в однородном электрическом поле (лабораторные условия) равен

(1.46)

где ΔU_ВП - измеренная разность вызванных потенциалов, мВ; ΔU_КС - разность потенциалов, наблюдаемая между электрода­ми М и N в момент протекания поляризующего тока, мВ.

Рис. 37. Зависимость приведенного коэффициента вызванной электрохими­ческой активности А_в1 от содержания глинистого и карбонатного цемента (С_гл+С) и от коэффициента проницаемости k_пр девонских песчаников-кол­лекторов Татарии.

а — А_в1 = f(С_гл+С); б — А_в1 = f(k_пр); 1 -проницаемые образцы; 2 - непроницаемые образцы; 3 - зависимость, построенная по данным МИНХ и ГП; 4 - то же, по данным ВНИИгеофизики

Для исключения влияния удельного сопротивления ρ_в насы­щающей породу жидкости на величину А_в (для песчано-глинистых коллекторов) в рассмотрение вводят приведенный коэффициент вызванной электрохимической ак­тивности

(1.47)

Опыт показывает, что в песчано-глинистом разрезе наиболь­шей вызванной активностью обладают глинистые песчаники и алевролиты. Незаглинизированные пески и песчаники имеют низкую активность (рис. 37, а). Чистые глины также имеют низ­кую вызванную активность в связи с наличием в них высоко­минерализованной воды. Против известняков и доломитов на­блюдаются обычно высокие потенциалы вызванной поляризации, обусловленные значительным удельным сопротивлением этих пород.

Кривые U_ВП, отражая изменение содержания глинистого минерала в породе, имеют хорошую расчленяющую способность и позволяют получить ряд дополнительных сведений о разрезе, что особенно важно в условиях относительно пресных пласто­вых вод, где метод СП не дает четких результатов.

В частности, перспективен метод ВП для выделения нефтя­ных пластов, обводнившихся в процессе разработки пресной во­дой. В некоторых районах между вызванными потенциалами и проницаемостью песчаников k_пр наблюдается коррелятивная связь (рис. 37, б), которую можно использовать для приближен­ного определения коэффициента проницаемости.

Метод потенциалов вызванной поляризации используют так­же для выделения углей при изучении разрезов угольных сква­жин. Имеется положительный опыт использования метода для определения в разрезах скважин зон сульфидного оруденения.