РАЗДЕЛ 2
УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД . ОБЪЕКТЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Установки и методики температурных исследований электрических свойств
пород
Разнообразие и сложность состава, структуры, фазовых компонент гетерогенных
систем, какими являются горные породы и минералы, обусловливают широкую
вариацию их электрических параметров. Поэтому для измерений электрических
характеристик минерального вещества применяются методики и аппаратура,
ипользуемые для изучения диэлектриков и полупроводников. При выполнении таких
измерений соблюдается ряд общих требований.
1. Обеспечивается минимальное переходное сопротивление между электродами и
исследуемыми образцами. В зависимости от максимальной температуры эксперимента
используется графитовая плёнка (при температурах до 500оС), а при более высоких
температурах —золотая или платиновая плёнки, напыленные в вакууме на рабочие
поверхности.
2. Образцы изготавливаются таких размеров, чтобы площадь электродов и
расстояние между ними были в несколько раз больше максимальных неоднородностей,
характерных для исследуемой породы.
3. Соблюдается параллельность между рабочими гранями образцов, на которые
наносятся электроды. Эти грани предварительно тщательно шлифуются и
обезжириваются перед нанесением электродов.
4. Измерение электрических параметров воздушно-сухих и водонасыщенных образцов
сопровождается определениями их влажностей термовесовым методом.
Удельное электрическое сопротивление образцов пород определялось по измеренным
значеням электрического сопротивления из формулы:
R = rЧ l / S , (2.1)
где S — площадь электродов; l — толщина образца.
Электрическое сопротивление измеряется на постоянном и переменном токе, частота
которого составляет 1 кГц. Определение R на постоянном токе проводится
тераомметром Е6-3 или омметром в зависимости от величины этого параметра.
Используемый в этих приборах метод измерений электрического сопротивления
основан на применении операционного усилителя, коэффициент усиления которого
равняется отношению двух сопротивлений, одно из которых является образцовым, а
второе — исследуемым образцом. Измеряемое сопротивление пропорционально
выходному напряжению и отсчитывается по шкале прибора, отградуированной в
единицах электрического сопротивления. Комбинация двух приборов позволяет
перекрывать диапазон R от 1 до 1013 Ом.
Электрическое сопротивление на переменном токе 1 кГц измеряется при помощи
моста емкостей Е8-2. Принцип работы моста состоит в том, что при определенной
фиксированной частоте электромагнитного поля в одно из четырех плеч мостовой
схемы подключается образец породы с неизвестными значениями R и С. В результате
происходит разбалансировка моста переменного тока. Процесс измерений состоит в
том, что достигается балансировка моста и по величине компенсации
регистрируются неизвестные электрические параметры. Мост Е8-2 при использовании
внешнего генератора звуковой частоты и внешнего ноль-индикатора позволяет
выполнять измерения в широком диапазоне частот от 20 Гц до 200 кГц. Этот же
прибор обеспечивает измерение емкости проб, которая затем пересчитывается в
относительную диэлектрическую проницаемость.
Относительная диэлектрическая проницаемость на частоте 700 кГц рассчитывается
из измеренной на этой частоте емкости, которая измерена при помощи
высокочастотного измерителя индуктивностей и емкостей Е7-9. В этом случае
измерения выполняются резонансным методом с индикацией резонанса по нулевым
биениям. Диапазон определений С
составляет от едициц рF до сотен mF, что является вполне достаточным для горных
пород. Относительная диэлектрическая проницаемость рассчитывалась из формулы
для емкости плоского конденсатора:
Сх = eeоЧ S/ l . (2.2)
Для определений возможных погрешностей рассчитаны поправки за влияние
заземленных предметов и краевую емкость [196]. В нормальных термобарических
условиях была выполнена серия измерений электрического сопротивления и
диэлектрической проницаемости пород на образцах, содержащих различное
количество флюидов с минерализацией до сотен г/л. Породы исследовались в сухом,
воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии. Для получения сухих проб удаление
влаги производилось при температуре 1050С в сушильном шкафу в течении 5—6
часов. Затем образцы помещались в эксикатор с сухим хлористым кальцием, где
охлаждались до комнатной температуры, оставаясь при этом полностью в сухом
состоянии. Воздушно-сухие образцы обладают влагой, которая абсорбирована из
воздуха. Следует отметить, что количество воды в этом случае может существенно
колебаться в зависимости от степени влажности атмосферы. Последнее существенно
отражается на величине электрического сопротивления и диэлектрической
проницаемости. Для получения сравнимых результатов образцы измерялись в течение
максимально короткого времени, обеспечивающего их одинаковое агрегатное
состояние. В этом случае представлялось возможным сравнивать электрические
параметры разных типов воздушно-сухих образцов.
Насыщение проб водой производится в вакууме. Породы размещаются в эксикаторе,
из которого с помощью форвакуумного насоса выкачивается воздух. Это позволяет
удалить его из образцов и таким образом обеспечить максимально полное насыщение
водой. Вакуумирование выполняется в течении четырёх часов. Затем в сосуд с
образцами наливается дистиллированная вода, в которой они в условиях вакуума
выдерживаются ещё 4 часа.
Нами разработана методика измерений электрических свойств образцов почв с
полевой и максимальной гигроскопической влаж
- Київ+380960830922