Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Изменение удельного электрического сопротивления горных пород с повышением температуры подчиняется законам зонной теории электрической проводимости. Подвижность ионов в ди­электриках с повышением температуры увеличивается, растет их кинетическая энергия и облегчается их вырывание из решетки. Поэтому электрическая проводимость диэлектрика возрастает. Зависимость электрической проводимости 0э чистого диэлектрика от температуры выражается формулой [57]

оэ = оэ0ехр[—<3Э/(ЬТ)], (1.7)

где о*эо—некоторая постоянная, См/м; фэ — ширина запрещенной зоны, представляющая собой энергию активации, необходимую для вырывания и перемещения иона, Дж; 6 — постоянная Больц­мана (й = 1,38-10—23 Дж/К); Т — абсолютная температура, К.

В полупроводниках повышение температуры приводит к уве­личению концентрации электронов в зоне проводимости и соот­ветственно к росту их электрической проводимости. Зависимость

электрической проводимости полупроводника от температуры вы­ражается формулой [57]

Оэ = огэоехр[—(ЗЛШ)]. (1.7а)

При повышении температуры до 600 °С удельное электрическое сопротивление пород рэ уменьшается от 20 до 109 раз. Наиболь­шее понижение сопротивления с повышением температуры при­суще породам с большим начальным сопротивлением.

Рис. 1.3. Температурные зависимости удельного электрического сопротивления

рэ пород.

/— мрамор; 2 — тальковый камень; 3 —апатито-нефелиновая руда; 4— уртит-порфир; 5—бурый железняк (Коршуновское месторождение).

Рис. 1.4. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости ег мине­ралов.

/ — кварц; 2—тальк; 8—ангидрит; 4 — хромит

В породах и минералах при низких температурах, когда основ­ные ионы решетки еще мало диссоциированы, значительное уча­стие в переносе зарядов принимают примесные ионы. Поэтому при низких температурах наблюдается изменение сопротивления в ши­роких пределах, при более высоких температурах — значительно меньшие изменения, а кривые зависимости рэ = /(1/7′) имеют точки перегиба (рис. 1.3).

Повышение температуры влажной пористой породы вызывает испарение влаги, в связи с чем зависимость электрического со­противления такой породы от температуры начинает отличаться от экспоненциальной. Так, чаще всего повышение температуры по­роды примерно до 200 °С приводит к некоторому’ увеличению сопротивления (за счет высушивания) и только в дальнейшем на­чинается его уменьшение. Например, данные по изучению камен­ных углей (бурых, жирных, газовых) и горючих сланцев показы­вают, что до температур 50—100°С электрическое сопротивление испытуемого образца снижается, а при дальнейшем повышении температуры до 200 °С возрастает.

Фазовые превращения, приводящие к изменению состава по­роды или минерала, четко отражаются на температурной зависи­мости электрического сопротивления пород. Так, у сидерита на­блюдается минимум рэ в области 670°С, что связано с его раз­ложением (РеС03->- РеО + СОг).

Диэлектрическая проницаемость ег большинства пород с повы­шением температуры также возрастает. Установлено, что с повы­шением температуры происходит дифференциация пород и мине­ралов до диэлектрической проницаемости. Так, если ег породооб-

разующих минералов при комнатных температурах не превышает 10, то в области 600°С гг разных минералов меняется от 6 до 33 (рис. 1.4). Характерно, что в жидкостях, в которых бтсутствуют жесткие связи между молекулами, диэлектрическая проницаемость с повышением температуры повышается. В ряде случаев такая закономерность возможна и в породах. При фазовых переходах минералов наблюдаются аномалии в зависимости ег = 1(Т). Так, у серы при температуре 96°С замечен скачок еЛ, соответствующий переходу ромбической серы в моноклинную. Переход от арагонита К кальциту в температурном интервале 360—470 °С также сопро­вождается изменением диэлектрической проницаемости.

Влияние температуры на магнитные свойства пород наиболее выражено в группе ферромагнетиков. С повышением температуры растет подвижность атомов, составляющих домены. При опреде­ленной температуре, называемой точкой Кюри, домены полностью лишаются магнитных моментов. Выше этой температуры ферро­магнетик переходит в парамагнетик. Температура Кюри пород за­висит от их строения и минерального состава. Если порода содер­жит несколько ферромагнитных минералов, то она может иметь ряд точек Кюри, соответствующих каждому минералу.

Ферромагнитным породам присуще также снижение остаточ­ной намагниченности /ост и коэрцитивной силы Нс с повышением температуры. Интересно, что отношение 1ост/Нс имеет максимум в области 500—600 °С (рис. 1.5).

У некоторых минералов-антиферромагнетиков в кристалличе­ской решетке существуют антипараллельно ориентированные, друг друга взаимно компенсирующие магнитные диполи (подрешетки). Поэтому в определенном диапазоне температур их магнитные про­ницаемости малы, и они ведут себя как парамагнетики. При тем­пературе фазового перехода происходит опрокидывание подреше — ток — они оказываются направленными в одну сторону, и их маг­нитные моменты суммируются. Это сопровождается резким

а — магнитная восприимчивость к (/ — гранит биотитовый, 2 — пироксенит, 3—днорит, по Н. Б. Дортман); б —остаточная намагниченность /ост н коэрцитивная сила Нс магнетита горы

Благодать.

увеличением магнитной проницаемости породы. К антиферромаг­нетизм относятся пиролюзит, алабандин, а-гематит, сидерит и другие минералы. На рис. 1.5 показано изменение магнитных свойств некоторых пород при нагревании.

Комментарии запрещены.