Для разных районов величина удельного сопротивления пород в зоне развития трещинных вод неодинакова в связи и различной интенсивностью развития процесса выветривания и отличием в степени минерализации вод. Сопротивление одних и тех же пород обычно значительно изменяется по площади.
Необходимо отметить, что в пределах эксплуатируемых рудных месторождений в результате вскрытия их горными выработками и нарушения естественной циркуляции вод рудничные воды характеризуются значительно более высокой минерализацией (10 – 20, реже 100 г/л) по сравнению с водами неэксплуатируемых месторождений. Поэтому сопротивление пород, полученное в результате параметрических измерений на эксплуатируемых месторождениях, может быть значительно ниже, чем сопротивление аналогичных пород в пределах невскрытых месторождений.
Удельное электрическое сопротивление (в Ом×м) метаморфических пород (по литературным и фондовым данным)
Порода | Измерения на образцах | Измерения с помощью ВЭЗ и каротажа в породах | ||
| с гигроскопической влажностью | с максимальной капиллярной влажностью | с максимальной капиллярной влажностью | с вкраплениями рудных минералов, графита, углистого вещества | |
| Скарн | 1×106-1×107 | 1×103-1×106 | - | 50-1×103 |
| Роговик | 1×106-1×107 | 1×103-1×106 | - | 50-1×103 |
Пьезоэлектрический эффект – свойство определенных кристаллических веществ проявлять электрическую поляризацию под действием механических напряжений или деформации.
Пьезоэлектрическая поляризация проявляется как в монокристаллах определенного типа симметрии, так и в полнокристаллических агрегатах, содержащих ориентированные пьезоэлектрические кристаллы.
Горные породы, в составе которых находятся пьезоэлектрические активные минералы, образуют обширную и распространенную группу пьезоэлектрических текстур. Тип симметрии пьезоэлектрических текстур горных пород и величина их пьезоэффекта находятся в зависимости от следующих свойств пьезоактивного минерала: типа кристаллографической симметрии, величины пьезомодулей, характера пространственной ориентировки электрических (полярных) и других осей, процентного содержания минерала и его пространственного положения относительно нейтральной компоненты в породе. К наиболее распространенным в природе минералам пьезоэлектрикам относятся кварц, турмалин, сфалерит, нефелин.
При наложении на породу электрического поля в ней происходит смещение внутренних связанных зарядов. В результате на ее поверхности появляются неуравновешенные заряды, которые создают электрическое поле, направленное противоположно внешнему и ослабляющее последнее. Это явление носит название поляризации породы. Вектор поляризации h – суммарный электрический момент единицы объема диэлектрика. По природе поляризации и величине поляризуемости выделяются 4 группы веществ:
1. полезные ископаемые с высокой поляризуемостью, образующиеся за счет высокой электронной проводимости;
2. полезные ископаемые и горные породы с непостоянной поляризуемостью, изменяющейся в зависимости от содержания и состава вкрапленных электронно-проводящих минералов;
3. магматические и метаморфические породы со слабой поляризуемостью, возникающие за счет полупроводниково-ионной проводимости;
4. осадочные породы со средней и слабой поляризуемостью, образующиеся в средах с ионной проводимостью
Минералами, способствующими увеличению поляризуемости пород, являются: пирит, пирротин, галенит, графит, марказит, халькозин, халькопирит и др.
Поляризуемость пород, содержащих вкрапленность проводящих минералов, изменяется также от влажности – с увеличением влажность поляризуемость заметно возрастает.
Магматические, метаморфические и осадочные “чистые” породы (не содержащие вкрапленности рудных минералов или графита) имеют относительно невысокую поляризуемость, определяющуюся полупроводниково-ионной и ионной проводимостью.
7.4 Теплофизические свойства
Тепловое состояние земных недр является первопричиной многих геологических процессов.
Теплофизические параметры определяются следующими формулам:
теплопроводность
l = q/grad T,
где q – плотность теплового потока; gradT – температурный градиент;
удельная теплоёмкость
c = Q/m(T2 – T1),
где Q – количество теплоты; m – масса тела; Т – Т – разность температур, на которую изменяется температура тела массой m при подведении к нему количества теплоты Q;
температуропроводность
a =l /cs,
где cs - объёмная теплоёмкость [Дж/(м3*К)].
Параметром теплового поля земли, который можно непосредственно измерить, является плотность теплового потока
q = Q/St,
где S – площадь изотермической поверхности ; t – время.
В геологических исследованиях плотность теплового потока Земли находится из уравнения Фурье:
q = -l grad T,
Коэффициенты теплового линейного и объёмного расширения определяются соответственно формулами
a = (LT – L0)/L0;
b = (VT – V0)/V0,
где LТ и L0 – длина тела соответственно при температуре T и 00; VТ и V0 – объём тела соответственно при температуре T и 00.
Метаморфические породы (скарны, кварциты, гнейсы, мраморы, роговики и др.) имеют высокую теплопроводность (для скарнов lср =2,31 Вт/(м×К)), что связано с наличием у этих образований плотных кристаллических структур с низкой пористостью и широким развитием метаморфических минералов (андалузита, ставролита). Диапазон изменения теплопроводности метаморфических пород значителен - 0,55-76 Вт/(м×К). Стандартное отклонение теплопроводности метаморфических пород несколько выше, чем осадочных, и более чем в 3 раза превышает таковое для интрузивных пород. В полиминеральных метаморфических образованиях теплопроводность ниже, чем в мономинеральных метаморфических породах, как это видно на примере чарнокитов и гранито-гнейсов (Хср=1,3и 2 Вт/(м×К) соответственно). Продукты контактового метаморфизма отличаются повышенной теплопроводностью. Теплопроводность пород из зон гидротермального метасоматизма близка к теплопроводности продуктов регионального метаморфизма. Метаморфические породы имеют высокую теплоемкость, максимальными значениями ее характеризуются роговики - 1480 Дж/(кг×К). Средняя теплоемкость у метаморфических пород выше, чем у магматических.
7.5 Ядерно-физические (радиоактивные) свойства
Естественная радиоактивность пород обусловлена наличием в их составе либо минералов, содержащих радиоактивные элементы (уран U, торий Th, радий Ra), либо радиоактивных изотопов калия K40.
Кроме того, ряд минералов обладает способностью адсорбировать из окружающей среды радиоактивные элементы и изотопы (глины, глинистые сланцы).
Величина радиоактивность горных пород оценивается параметром горной радиоактивности R – количеством распадающихся в одну секунду атомов в килограмме вещества.
Содержание урана и тория в метаморфических породах, образующихся за счет метаморфизма вулканитов основного состава, является повсеместно низким и не зависит от фаций метаморфизма.
В целом в метаморфических породах – продуктах регионального динамотермального и контактового метаморфизма содержание урана и тория различно лишь для образований, метаморфизованных в условиях амфиболитовой, эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций. В продуктах более высоких ступеней метаморфизма содержание радиоактивных элементов практически выравнивается во всех типах пород. Процессы ультраметаморфизма и метасоматоза приводят к увеличению содержания урана и тория. При этом среди продуктов ультраметаморфизма и метасоматоза выделяются образования с резко пониженным (<1) и аномально высоким (>10-20) торий-урановым отношением.
Список литературы
-Белоусова О.Н., Михина В.В., Общий курс петрографии, “Недра”, М, 1972
-Дортман Н.Б., Физические свойства горных пород и полезных ископаемых, “Недра”, М, 1984
-Ермолов В.А., Попова Г.Б., Мосейкин В.В. и др., Месторождения полезных ископаемых: учебник для вузов, “МГГУ”, М, 2001
-Ершов В.В., Геология и разведка месторождений полезных ископаемых, “Недра”, М, 1989
-Жариков В.А., Метасоматизм и метасоматические породы, “Научный мир”, М, 1998
-Павлинов В.Н., Михайлов А.Е., Кизевальтер Д.С. и др., Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии, “Недра”, М, 1988
-Попов В.С., Богатиков О.А., Петрография и петрология магматических, метаморфических и метасоматических горных пород, “Логос”, М, 2001