1 Как соотносятся между собой по магнитной восприимчивости

1. Как соотносятся между собой по магнитной восприимчивости осадочные, магматические и метаморфические горные породы? 2. Как и почему изменяется магнитная восприимчивость интрузивных горных пород от кислых разностей к ультраосновным?

Тема 3. Электропроводность горных пород 3. 1 Зонная модель электропроводности твердых тел 3. 2 Классификация минералов по электропроводности 3. 3 Электропроводность минералов-полупроводников 3. 4 Электропроводность минералов-диэлектриков 3. 5 Факторы, влияющие на электропроводность горных пород

Е – напряженность электрического поля J – плотность электрического тока в горной породе - удельная электропроводность горной породы – способность горной породы проводить электрический ток Удельная электропроводность Удельное электрическое сопротивление (УЭС)

Степень свободы (делокализации) валентного электрона: а) в атоме химического элемента Степень Свободы электрона Степень свободы электрона 1 2 3 4 5 6 7 8 П Li Be B C N O F Ne Ш Na Mg Al Si P S Cl Ar Проводники Полупроводники Диэлектрики ь т ос н од в ро п ро т ек а Эл ом ат

б) в химических соединениях Ковалентная связь Ионная связь Fe+2+S-2=Fe. S Na++Cl- =Na. Cl Проводник Диэлектрик Полупроводник При химических соединениях электропроводность понижается и зависит от типа химической связи Химическая связь Ионная Диэлектрики Ковалентная Металлическая Полупроводники Проводники

Еg – Энергия активации электропроводности F – уровень Ферми E E E Вакантные уровни Eg Диэлектрики (Eg>1 -2 э. В) Полупроводники (Eg<1 -2 э. В) Занятый уровень F Проводники (Eg=0) - Валентная зона - Зона проводимости

Петрофизическая группа Проводники Полупроводники Диэлектрики <10 -6 -108 >108 Eg, э. В 0 <(1 -2) >(1 -2) Носители тока Электроны (дырки) Ионы Зависимость от температуры прямая обратная Преобладающая химическая связь Металлическая ковалентная Ионная и ковалентная Группы минералов Самородные Сульфиды и металлы оксиды (вода – провометаллов, дник второго графит, антрацит рода) ρ, Омм Остальные минералы Нефть и газ

Галоиды, карбонаты, Силикаты, алюмосиликаты вольфраматы Оливин 108 -1010 Авгит 109 -1014 108 -1014 Эпидот 109 -1014 Галит 1014 -1018 Доломит 101 -1016 Сильвин 109 -1015 Вольфрамит 103 -106 Роговая обманка Кальцит 109 -1014 Арагонит 107 -1014 Биотит 1012 -1015 Хлориты 109 -1012 Ортоклаз 1010 -1014 Анортит 1010 -1014 ки ри кт Сульфиды е эл и Оксиды Д Пирит Магнетит 10 -2 -10 -5 Корунд 1014 -1015 Ильменит 10 -3 -100 Гематит 10 -1 -102 Хромит 3 101 Арсенопирит 10 -5 -10 Галенит 10 -5 -10° Халькопирит 10 -4 -10 -1 Сфалерит 101 -104 Антимонит 104 -106 Киноварь 10 -6 -1010 Пирротин 10 -6 -10 -4 дни ово 1012 -1016 упр Пол Кварц 10 -5 -10° ки Проводники Самородные элементы Графит 10 -4 -10° Серебро 1, 5 10 -8 Сера 1012 -1015 Платина 9, 8 10 -8

3. 3 Е Eg + 1. Электроны перескакивают в зону проводимости за счет тепловой энергии. 2. Носители тока: электроны (-) и дырки (+). 3. У чистого полупроводника количество дырок и электронов одинаково.

а) Влияние температуры - Электропроводность полупроводника - тепловая энергия б) Влияние примесей а) увеличивается электропроводность б) изменяется тип носителей тока Пирит Fe. S 2 Примесь Cu, Co, Ni Без примеси Sb, As Носитель Электроны тока Электроны+ дырки Дырки Минерал n-p-пирит n-пирит

в) Влияние нестехиометричности состава Пирит Fe. S 2 S/Fe >2 р-пирит S/Fe <2 n-пирит - По эффекту Холла - По термо. ЭДС

3 1 – холодный электрод 2 – горячий электрод 3 - потенциометр ΔU 2 1 αТэдс – удельная термо. ЭДС ΔТ –разность температур Знак ЕТэдс, (потенциал холодного электрода) Преобладающие носители тока + Дырки - 0 Электроны 1. Электроны и дырки 2. Это диэлектрик

? n-p-пирит р-пирит Разрез Р, Т Пириты нижних частей месторождений золота отличаются электронным типом проводимости, а верхних – дырочным. Что можно сказать об изменении состава пиритов?

3. 4 На примере Мусковита K Al 2 (OH, F)2 [ Al Si 3 O 10] Носители тока - ионы Т<800 о. С: OH-, F- и другие примеси Т=800 -1000 o. C: К+ Т>1000 o. C: O-2, Al+3, Si+4 – энергия активации электропроводности ni – заряд i-того иона радиусом Ri m – число ионов в соединении Кварц: W=(0, 88 -1, 32) э. В - зависимость электропроводности от температуры: Электропроводность твердой части горных пород с ростом температуры (глубины) увеличивается.

3. 5 а) Влияние состава и структуры Минералы: А – проводящие минералы (полупроводники и вода); Б – непроводящие минералы (диэлектрики и нефть, газ) Структуры: 1 – минералы «А» → в изолированных включениях; 2 – минералы «А» → образуют непрерывные каналы

железистый кварцит ρ=106 Омм + магнетит ρ=10 Омм 1 ρ, Омм 1 2 2 Содержание магнетита

Пример 1 Колчеданно-полиметалическое месторождение Озерное ρ > 10 000 Омм -Вмещающие породы: известняки, диабазы, кварцевые порфиры, долериты Состав руд: пирит, сфалерит, галенит, магнетит, халькопирит ρ=13 -200 Омм Первичные руды ρ=500 -1000 Омм Окисленные руды ρ=500 -700 Омм Сидеритовые руды

Глубина, температура, метаморфизм, содержание углерода Пример 2

Удельное электрическое сопротивление Нефть Электрическая поляризация Уголь Вода

б) Влияние пористости и характера насыщения пор - коэффициент пористости ρ нефти Флюид Вода Лед Нефть Газ ρ, Омм 10 -2 -105 7. 105 109 -1014 >1014 15 30 ρ воды Гранит Габбро Абсолютно сухие 1010 107 1 % влажности 105 Естеств. влажность 103 105 Kn, %

Земля Земная кора

в) влияние температуры и давления УЭС в а 1 а 2 0 200 а – водонасыщенная порода в - сухая порода 400 600 Геотермический градиент Основание Западно-Сибирской плиты: Байкальское Герцинское 3. 7 град/100 м 4. 2 град/100 м t, o. C t=200 o t=1000 o Гранит 8. 108 3. 103 Базальт 5. 107 5. 103

ρ/ρатм А 2 Б ~4 км а б 1 атм. 3 6 9 Р, 108 Па а – уплотнение и вытеснение влаги б – деформация кристаллической решетки

б) Полевые Электроды: A, B – питающие M, N - измерительные а) Лабораторные в) Скважинные m. A m. B