Электромагнитные свойства горных пород. Поляризация в электрическом поле (вызванная). Естественная поляризация и электрохимическая активность

7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

7.1.  Поляризация в электрическом поле (вызванная)

Виды поляризации

В электромагнитных полях породы поляризуются, проводят электрический ток и часть энергии поля теряется — переходит в тепловую. Кроме того, породы поляризуются и проводят ток при продавливании через них жидкости и приведении в контакт с другими влажными породами или электролитами.

Механизм поляризации, электропроводности и потерь у вещественно-, фазово-, структурно-неоднородных пород чрезвычайно сложен, различен у ионно- и электронно-проводящих пород, зависит от частоты поля, температуры, давления.

Поляризация в электрическом поле сводится к разделению в породах носителей зарядов разного знака и появлению в любом объеме пород электрического дипольного момента. Воздействующее поле вызывает в породах ряд процессов, способствующих их определенной поляризации, которая для ионно-проводящих пород (песков, песчаников, известняков и др.) в постоянном поле объясняется процессами: упругого смещения  (электронов, атомов, ионов), ориентации (дипольных, сильносвязанных молекул), релаксации (ориентационной дипольной и ионной тепловой),миграции (объемной поляризации), концентрационного перераспределения, электроосмоса.

Электронно-ионно-проводящие породы (угли, железные и другие руды) поляризуются аналогично ионно-проводящим. Поляризация упругого смещения, релаксационная и миграционная возникают и спадают относительно быстро. Остальные виды процессов поляризации развиваются и спадают едленнее. В связи с этим с ростом частоты поляризующего тока наблюдается все меньше видов поляризации.

Различают следующие виды паляризации:

Поляризация смещения (упругая). Возникает в породах, содержащих заряженные и взаимосвязанные частицы, способные смещаться относительно друг друга под действием поля. Поляризация смещения подразделяется на электронную, атомную, ионную и дипольную.

Релаксационная (тепловая) поляризация. Возникает у пород, содержащих слабосвязанные частицы, которые при тепловом движении изменяют положение равновесия. Различают ориентационную, дипольную, ионную и электронно-релаксационную поляризацию.

Миграционная (макроструктурпая, объемная) поляризация. Этот вид поляризации предполагается у пород, проводящие компоненты которых разделены непроводящими или воздухом. За короткое время положительные ионы проводящих включений перемещаются по полю, а отрицательные — в противоположном направлении и задерживаются в пределах включений у межфазной поверхности, так как второй компонент породы практически не проводит электрический ток. При этом виде поляризации возможны также миграция электронов к аноду и скопление положительных ионов на противоположном конце зерна с электронной проводимостью, включенного в непроводящую фазу. В результате описанных процессов проводящие частицы породы поляризуются (миграционная поляризация) и приобретают дипольный момент подобно большой молекуле.

Концентрационно-диффузионная поляризация (поляризация концентрационного перераспределения).

Этот вид поляризации ионно-проводящих пород в электрическом поле возникает при резкой неоднородности сечений их поровых каналов, заполненных электролитом и с ДЭС у раздела фаз. При этом в расширенных и суженных частях капилляров противоионы и катионы составляют неодинаковые доли от общего числа ионов электролита, поэтому здесь изменяются также и эффективные (средние) подвижности и числа переноса ионов.

Электролитическая поляризация. Электролитическая поляризация возникает совместно с концентрационно-диффузиоиной при прохождении электрического тока через электронно-ионно-проводящие породы (графит, угли, сульфидные, железные и другие руды). Электролитическая поляризация много больше концентрационно-диффузионной. До пропускания тока электронно-проводящие компоненты и электролит пород непрерывно обмениваются ионами (или электронами) — проходит ток обмена, и вследствие избирательной адсорбции возникает ДЭС. Стационарный потенциал электронно-проводящих минералов определяется их составом и структурой, состоянием поверхности, сортом и концентрацией ионов и газов в электролите, с которым он соприкасается.

Если к электронно-ионно-проводящей породе приложено постепенно возрастающее напряжение, то в результате перезаряжения двойного электрического слоя и электролиза стационарные потенциалы с анодной и катодной сторон электронно-проводящих включений неодинаково изменяются, и они становятся диполями.

Электролитическая поляризация относительно медленно развивается и спадает после отключения поля, поляризующего породу. Ее интенсивность зависит от ряда особенностей электронно