Термобарические изменения электрической анизотропии некоторых пород Криворожской сверхглубокой скважины (Украина)
© Лебедев Т.С., Шепель С.И.
Понимание природы и характера изменений электрического состояния и соответствующих
свойств минерального вещества в условиях разных глубин литосферы невозможно без детального
изучения закономерностей и особенностей распределения значений коэффициентов анизотропии
удельного электрического сопротивления(λo)
и относительной диэлектрической проницаемости (λε)
для основных типов горных пород верхних частей земной коры в лабораторных опытах при высоких
температуре и давлении, а также при различной насыщенности флюидами разной степени
минерализации. Особенно интересным представляются такие исследования для потенциально
сильно анизотропных в электрическом отношении минеральных образований.
Рассматриваются результаты экспериментального изучения воздействия концентрации
NaCl (до 50 г/л), температуры (до 900°С) и квазигидростатического давления (до 2,0 ГПа) на
изменение коэффициентов анизотропии электрического сопротивления (на постоянном и
переменном токе частотой 1 кГц) и относительной диэлектрической проницаемости (при
частотах 1 и 700 кГц) пород одного из районов центральной части Украинского щита (УЩ).
Электрическая анизотропия исследовалась на образцах керна пород, вскрытых при бурении
здесь Криворожской сверхглубокой скважины (СГС-8) до глубины 5482 м. Разрез СГС - 8
представлен в основном метаконгломератами, сланцами, кварцитами, амфиболитами,
плагиогранитами, гранодиоритами, мигматитами и некоторыми другими разновидностями
минерального вещества. По данным наших лабораторных опытов рассчитаны средние
значения λo и λε плагиогранитов, гранодиоритов, милонитов, различных сланцев, альбит - карбонатных
пород с графитом и железистых кварцитов. Весьма электрически анизотропными оказались
сланцы (λo=1,58-2,18; λε=1,15-1,79), альбит - карбонатные породы с графитом
(λo=1,14-59,9; λε=1,23-4,57) и железистые кварциты (λo=89,9-1300,0). Другим типам
минеральных образований из разреза СГС-8 присущи более низкие значения коэффициентов
анизотропии ρ (1,11-2,49) и ε (1,06-1,85). Такое распределение обусловлено заметной слоистостью
пород, существенной анизотропией образующих их минералов, трещиноватостью и катаклазом в
связи с тем, что СГС-8 пробурена в разломной зоне коры. По абсолютным значениям λo в целом
выше λε,
а более низкочастотный диапазон их измерений описывается более высокими
величинами электрической анизотропии. При переходе от сухих к водонасыщенным породам
установлено заметное уменьшение λo для всех исследованных проб. Увеличение концентрации
NaCl до 50 г/л в насыщающей породы воде вызывает уменьшение λo в 3,9 раза при постоянном
токе и в 2,5 в режиме переменного тока частотой 1 кГц. Для всех наблюдаемых здесь величин
минерализации флюида коэффициент анизотропии удельного электрического сопротивления
при постоянном токе оказался больше, чем при переменном. Электрическая анизотропия у
водонасыщенных пород также достаточно отчетливо фиксируется значениями λε. Однако
(в отличие от λo)
с ростом влажности она испытывает заметное увеличение.
Анализ температурных и барических зависимостей ρ и ε образцов оказавшихся наиболее
сильно анизотропными железистых кварцитов и альбит-карбонатных пород с графитом вкрест
и вдоль слоистости позволил установить степень воздействия PT-параметров на величину
электрической анизотропии. Наблюдается, что λo указанных пород заметно уменьшается
до 700°С, а затем практически не изменяется в диапазоне 700-900°С. Начальный интервал
температур (до 250-300°С) характеризуется более интенсивным снижением λo по сравнению
с зоной более высоких значений Т. Такой характер изменений обусловлен большими градиентами
уменьшения ρ перпендикулярно слоистости по сравнению с практически не изменными величинами
его вдоль слоистости. Суммарное воздействие температуры, давления, степени влажности и
минерализации в модельных термобарических условиях в целом заметно снижает электрическую
анизотропию этих пород с глубиной. Однако, примерно и на 15 км последняя останется все же
весьма существенной, в том числе величина коэффициента анизотропии электрического
сопротивления их составит сотни единиц. <<назад |
|
