К вопросу определения удельного электрического сопротивления дисперсных грунтов в лабораторных условиях

При выполнении геофизических исследований для повышения их эффективности нередко возникает необходимость привлечения априорной информации. Она, например, может быть получена в виде физических свойств геологического разреза как при полевых исследованиях, так и в результате лабораторных измерений [7].

Одной из широко определяемых в лабораторных условиях характеристик горных пород является удельное электрическое сопротивление (УЭС). Электрическое сопротивление используется в электроразведке и позволяет получить информацию о литологии, влажности, минерализации, льдистости и т. п. [2, 3, 4].

На практике существуют разнообразные методики лабораторного определения УЭС горных пород с использованием двух-, четырехэлектродных установок и измерительных ячеек или кернодержате-лей [1, 6]. Однако для проведения измерений требуется подготовка образца и его отстранение от определения других физических параметров. Данные обстоятельства влекут за собой потерю времени и увеличение трудозатрат.

В статье рассматривается методика, позволяющая более оперативно, без нарушения герметичности образца произвольных размеров, определять УЭС дисперсных грунтов.

Для измерений применяется серийная электроразведочная аппаратура, используемая при выполнении исследований на постоянном токе, и четырехэлектродная микроустановка AMNB с разносом питающей линии 0,05 м (рис. 1, б). Такая длина установки была выбрана исходя из наиболее встречаемых размеров рядовых проб и простоты конструкции. Питающие

Рис. 1. Схема измерений (а) и вид четырехэлектродной микроустановки AMNB (б)

и приемные электроды смонтированы на многопиновом разъеме типа BLD в виде съемных штырей, которые легко проходят через парафин или защитную пленку образца.

С помощью физического и численного трехмерного моделирования электрических полей «ZONDRES3D» [8] было проведено исследование влияния геометрических размеров образца на величину УЭС, получаемого при измерении в лабораторных условиях. Наблюдения на образцах выполнялись с последовательным изменением его геометрических размеров при естественной влажности.

На основании полученных данных определено, что при использовании установки длиной 5 см и образцов, имеющих размеры менее 8 см в длину, 6 см в высоту и ширину, необходимо введение соответствующих поправок к измеренным значениям.

По описанной выше методике были проведены лабораторные измерения на образцах, полученных ООО НИППППД «Недра» при выполнении изысканий и для определения балльности при инженерногеологическом районировании [5, 7].

Для примера на рис. 3 изображено распределение изменений удельного сопротивления для каждой группы дисперсных грунтов, залегающих в Приволжском и Северо-Западном федеральных округах.

Рис. 2 . Распределение отклонения УЭС, измеренного на образце, в зависимости от его геометрических размеров, %

Мы видим, что из всего массива данных 90 % глин имеют сопротивление до 20°Ом м. Для суглинков наибольшее число сопротивлений находится в пределах 20– 50°Ом м. Для аргиллитов наибольшее количество встреченных значений сопротивления находится в пределах 50–70 Ом м, для супесей – 80°Ом м, для песков – более 200°Ом м.

Определение зависимости удельного электрического сопротивления от литологического состава и общефизических свойств в лабораторных условиях необходимо для уточнения физико-геологической модели (ФГМ), которая имеет большое значение на этапе физико-геологического истолкования геофизических данных.

Рис. 3. Распределения удельных электрических сопротивлений дисперсных грунтов для Приволжского и Северо-Западного федеральных округов

Выводы

Предложен путь развития методики определения УЭС горных пород в лабораторных условиях на образцах произвольных размеров, позволяющий существенно сократить трудозатраты и потерю времени на измерения.

С помощью моделирования выполнены исследования зависимости величины измеряемого УЭС от геометрических параметров образца. По результатам расчетов построена зависимость отклонения УЭС от истинных значений. При параметрах