Диэлектрическая проницаемость горных пород.

Все виды поляризации, успевшие проявиться при наложении на породу внешнего электрического поля, способствуют возникновению в ней собственного поля, направленного противоположно приложенному. Вследствие этого напряженность внешнего поля в породе ослабевает. Это явление характеризуется, как известно, безразмерной величиной – относительной диэлектрической проницаемостью:

,

где Е₀ – напряженность электрического поля в вакууме, Е_п – напряженность электрического поля в породе, e - относительная диэлектрическая проницаемость вещества.

Выражая электрическое поле в породе через вектор электрической индукции (количество электричества, которое поле способно индуцировать на единицу площади), получим:

, (1.8.1)

где - диэлектрическая проницаемость вакуума (электрическая постоянная).

В переменных электромагнитных полях диэлектрическая проницаемость выражается комплексной величинойи зависит от частоты поля, т.е. наблюдается дисперсия диэлектрической проницаемости.

. (1.8.2)

Здесь - комплексная диэлектрическая проницаемость среды; и - ее действительная и мнимая составляющие; -частота поля. Комплексный характер величин и подчеркивает наличие диссипации энергии поля в среде.

Диэлектрическая проницаемость пород зависит от числа поляризующихся в единице объема частиц и от их среднего коэффициента поляризуемости . Согласно уравнению Клаузиуса – Моссотти:

. (1.8.3)

Здесь n - число поляризующихся частиц в единице объема горной породы, ε₀- средний коэффициент их поляризуемости.

С увеличением частоты поля количество поляризующихся частиц уменьшается (отпадают наиболее медленные виды поляризации), поэтому диэлектрическая проницаемость с повышением частоты постепенно уменьшается и стремится к единице:

, (1.8.4)

где e_t – при w=0; e_¥ – при w=¥; t - время релаксации.

Практический интерес представляет изучение поляризационных процессов при воздействии на породу высокочастотных электромагнитных (ВЧ ЭМ) полей. Особенностью взаимодействия ВЧ ЭМ полей со сплошными средами является запаздывание поляризационных процессов по сравнению с изменением параметров быстропеременного поля. В результате процесс поляризации становится неравновесным и сопровождается интенсивным поглощением энергии поля в виде тепловой энергии, т.е. всегда >0 для всех веществ и при всех частотах.

Диэлектрическая проницаемость минералов находится в пределах от 3 до 150 и выше.

Диэлектрическая проницаемость воды зависит от концентрации и состава растворенных в ней солей. Для бинарных электролитов можно воспользоваться формулой Фалькенгагена:

,

где e - диэлектрическая проницаемость раствора, e₀ - диэлектрическая проницаемость чистой воды, С – концентрация раствора в моль/дм³.

Диэлектрическая проницаемость смесей воды и нефти (у воды e=81, у нефти e=2-4) зависит от их объемного соотношения