Метод вызванной поляризации является активно развивающимся и широко
применяемым методом электроразведки. Благодаря появлению усовершенствованной
аппаратуры и программного обеспечения, за последние 20 лет интерес к методу со
стороны исследователей возрос. Метод помогает решать большой спектр задач в таких
областях, как геология, гидрогеология, геоэкология, инженерная геология и т.д.
Важная роль в развитии метода отводится лабораторным измерениям, которые
позволяют экспериментально устанавливать зависимости параметров, отражающих
сложную структуру процессов вызванной поляризации. В то же время, несмотря на
обширную базу проведенных лабораторных исследований образцов горных пород,
многие электрохимические и электрокинетические процессы до сих пор остаются
недостаточно изученными.
Установлено, что ионопроводящие породы, обладающие одной и той же
электропроводностью, могут различаться по поляризационным свойствам. В свою
очередь поляризуемость таких пород зависит от ряда факторов: пористость,
минерализация раствора, заполняющего поровое пространство, содержания глинистых
минералов и т.д. (Комаров, 1980). Этот важный аспект позволяет успешно применять
метод ВП для решения задач разделения пород в разрезе по литологическому составу.
Среди ионопроводящих пород глины отмечены повышенными
поляризационными свойствами. Установлено, что присутствие глинистых минералов в
составе горной породы, оказывает заметное влияние на электрические свойства пород.
Несмотря на это, в настоящее время до конца не изучены механизмы поляризации в
глинистых породах, которые вызывают изменение поляризационных параметров.
В данной работе основное внимание уделяется изучению глин с помощью
метода спектральной ВП, который позволяет в ряде случаев более детально, в широком
диапазоне частот, изучить поляризационные свойства изучаемых пород. Цель работы –
установить закономерности вызванной поляризации в глинах в зависимости от
электропроводности поровой влаги.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1) Анализ раннее опубликованной литературы в рамках выбранной
темы работы;
2) Ознакомление с методом спектральной вызванной поляризации и
применяемой для этого аппаратурой SIP Fuchs III (Radic Research);
3) Измерение комплексной электропроводности в ходе
лабораторных исследований на образцах синей кембрийской глины;
4) Получение и анализ спектров вещественной и мнимой частей
электропроводности изучаемого образца.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-47-04402 «Развитие теории
вызванной поляризации применительно к поискам месторождений стратегического
сырья». Использовано оборудование Технопарка СПбГУ, Ресурсный центр "Геомодель".
С помощью методики спектральной вызванной поляризации с использованием
аппаратуры SIP Fuchs III (Radic Research) в рамках данной работы были проведены
лабораторные измерения образца глины и получены спектры вещественной и мнимой
частей электропроводности. Анализ полученных спектров позволил сделать
следующие выводы:
1) электропроводность глины определяется не только объемной
электропроводностью (водного раствора), но и в значительной степени
поверхностной проводимостью;
2) поверхностная проводимость проявляется интенсивнее, когда
минерализация порового раствора небольшая - значение электропроводности
раствора, заполняющего капилляр или поры капиллярных систем, оказывается
больше, чем в окружающем и равновесном с ним растворе, за счет проводимости
избыточных ионов ДЭС;
3) процессы вызванной поляризации в глинах вносят значительный
вклад в показатели мнимой части комплексной электропроводности, особенно
заметно проявляются на низких частотах (до 10 Гц) и при низкой минерализации
порового раствора;
4) значение мнимой части электропроводности является одним из
самых показательных параметров в случае, когда УЭС в разрезе практически не
отличается для различных типов пород;
5) вклад вызванной поляризации в глинах выше, чем в большинстве
осадочных горных породах (в исследуемом в данной работе диапазоне
электропроводности порового раствора).
Таким образом, стоит отметить, что изучение процессов вызванной
поляризации в глинах особенно важно на низких частотах и при низкой минерализации
порового раствора. В настоящее время таких исследований недостаточно, чтобы
сформировать модель, включающую в себя все механизмы поляризации, вносящие
вклад в изменение электропроводности системы. Кроме того, важно проводить
исследования на различных типах глинистых минералов, которые отличаются друг от
друга размером удельной поверхности (к примеру, монтмориллонит обладает большей
удельной поверхностью по сравнению с иллитом). В результате этого площадь
диффузионного слоя, занимающего поровое пространство в случае монтмориллонита,
каолинита или иллита, может быть различной (Leroy, 2009). Это напрямую влияет на
величину вызванной поляризации и поверхностную проводимость глинистых минералов.
