Методи вивчення електричних властивостей зразків

Вимірювання питомого електричного опору (і провідності) порід здійснюють із використанням 2-електродного (вимірюється опір, площа поперечного перетину і довжина – r=R×S×l^-1) і 4-електродного (визначається падіння напруги при пропусканні струму - r=DU ×J^-1×K) методів. Для моделювання питомого опору в природних умовах слід насичувати зразки водою (мінералізація якої відповідатиме умовам залягання). Основні похибки в вимірювання вносять електродна поляризація і поверхневі струми (постійний струм), ємнісні ефекти (змінний струм) тощо. При лінійному розташуванні електродів поверхня на якій здійснюється вимірювання має бути плоскою, а при розташуванні електродів на торцях зразок повинен мати форму циліндра або паралелепіпеда. Вибір конкретних вимірювальних засобів (місткові, резонансні, імпульсні) та приладів залежить від величини електричного опору зразків та частот, які застосовуються.

Основним методом визначення діелектричної проникності зразків порід є метод плоского конденсатора. У цьому методі із зразка породи вирізається пластина, яка як діелектрик вміщується між електродами вимірювального конденсатора, при цьому ефективні розміри конденсатора із зразком повинні бути набагато меншими довжини хвилі електричного поля. Значення діелектричної проникності обраховуються за виміряною ємністю конденсатора із зразком (C_X), товщиною (h) і площею контакту (S) зразка:

Тангенсу кута діелектричних втрат визначають резонансним методом, за якого коливальний контур настроюється в резонанс двічі – спочатку з зразком, а потів з конденсатором змінної ємності (C_X) та потенціометром (R_X):

де f – частота.

Методи вимірювання параметра викликаної поляризації порід засновані на вивченні перехідного процесу, який виникає в гірських породах під впливом імпульсного електричного поля. Лабораторні методи вимірювання поляризуємості аналогічні методам вимірювання електричного опору і спонтанної поляризації порід. Режим вимірювання – величина і частота струму збудження, час зарядки зразка і час запису спаду напруження визначається експериментальним шляхом. Зазвичай час запису спаду напруження обирають рівним 0,5 с після вимкнення струму, а поляризуємість обраховують за відношенням залишкової різниці потенціалів поля викликаної поляризації DU_ВП, і різниці потенціалів DU, виміряної під час пропускання електричного струму перед його вимкненням:

Методи вимірювання п’єзоелектричних параметрів поділяються на ті що використовують прямий п’єзоефект і ті які пов’язані із зворотнім п’єзоелектричним ефектом. За характером прикладеного навантаження виділяють статичні і динамічні методи. При вивченні п’єзоелектричного ефекту гірських порід статичним методом зразки піддаються стиску в 10-50 МПа, а вимірювання утвореної різниці потенціалів (U) і ємності системи (C), та знання прикладеного зусилля (F) дозволяє розрахувати п’єзоелектричний модуль:

Динамічний метод відрізняється від статичного імпульсним (періодичним) характером прикладеного навантаження і заснований на використанні ультразвукової апаратури (сейсмоскопів та дефектоскопів) і п’єзоелементів. Недоліком відносно експресного динамічного методу є досить низька (±10¼30 %) точність.