Под электрохимической активностью понимается свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля. За электрохимическую активность (α) условно принимается коэффициент пропорциональности между потенциалом (U) или напряженностью естественного электрического поля ( E=ΔU/MN, где ΔU - разность потенциалов в двух точках измерения М и N) и основными потенциал-образующими факторами, которыми они обусловлены. Такими факторами являются: концентрация кислорода, водородный показатель кислотности подземных вод, отношение концентрации подземных вод, давление и др. Коэффициент α измеряется в милливольтах и меняется от -(10-15) мВ у чистых песков, близко к нулю у скальных пород, возрастает до +(20-40 мВ) у глин и до сотен милливольт для руд с электронопроводящими минералами (сульфиды, графит, антрацит). В целом α зависит от многих природных факторов (минерального состава, глинистости, пористости, проницаемости, влажности, минерализации подземных вод и др.).

Способность пород поляризоваться, т.е. накапливать заряд при пропускании тока, а затем разряжаться после отключения этого тока оценивается коэффициентом поляризуемости η ("эта"). Величина η вычисляется в процентах как отношение напряжения, которое остается в измерительной линии МN по истечении определенного времени (обычно 0,5-1 с) после размывания токовой цепи (ΔUВП) к напряжению в той же линии при пропускании тока (ΔU), т.е. (geo.web.ru)

Поляризация - это сложный электрохимический процесс, протекающий при пропускании через породу постоянного или низкочастотного переменного (до 10 Гц) тока. Наибольшей поляризуемостью (η = 10-40%) отличаются руды с электронной проводимостью (сульфиды, сульфосоли, некоторые самородные металлы, отдельные окислы, графит, антрацит). Природа этих потенциалов ВП связана с так называемой концентрационной и электродной поляризацией рудных минералов. Коэффициенты поляризуемости до 2-6% наблюдаются над обводненными рыхлыми осадочными породами, в которых имеются глинистые частицы. Поляризуемость их обусловлена деформациями внешних обкладок двойных электрических слоев, возникающих на контакте твердой и жидкой фазы. Большинство магматических, метаморфических и осадочных пород, насыщенных минеральной водой, слабо поляризуются (η < 2%).

Диэлектрическая (ε) и магнитная (μ) проницаемости играют значительную роль лишь при электроразведке на высоких частотах. Относительная диэлектрическая проницаемость (где εп и ε0 - диэлектрические проницаемости породы и воздуха) показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо воздуха в него поместить данную породу. Величина ε меняется от нескольких единиц (у сухих осадочных пород) до 80 (у воды) и зависит, в основном, от процентного содержания воды и от минералогического состава породы. У магматических пород ε меняется от 5 до 12 единиц, у осадочных - от 2-3 (у сухой) до 16-40 (у полностью насыщенной водой породы). Магнитная проницаемость громадного большинства пород равна магнитной проницаемости воздуха. Лишь у ферромагнетиков относительная магнитная проницаемость может возрастать до 10 единиц (geo.web.ru)

3.4 Применение электроразведки при решении различных задач

В геологии:

При поисках и разведке черных металлов используют комплекс геофизических методов, среди которых основными являются методы магнито - и гравиразведки, а методы электро- и сейсморазведки носят вспомогательный характер. Месторождения черных металлов по условиям образования весьма разнообразны, а слагающие их руды обладают различными физическими свойствами. Например, магнетитовые рудные тела характеризуются высокими значениями магнитной восприимчивости, плотности и электропроводности. Поэтому, прежде всего для их поисков и разведки следует применять магниторазведку. Эффективному применению гравиразведки способствует большая плотность железных руд по сравнению с рудовмещающими породами. Значение методов электроразведки существенно повышается при поисках слабомагнитных буро-железистых месторождений в осадочных породах и коре выветривания. В качестве примера рассмотрим результаты применения магнито- и электроразведки на контактово-метасоматическом месторождении в Горной Шории (рис.3.). Рудные тела столбообразной формы, содержащие магнетит, приурочены здесь к сланцевой толще, прорванной мелкими штоками порфиритов и сиенитов. На одном из профилей наблюдений рудное тело уверенно фиксируется повышенными значениями вертикальной составляющей аномального магнитного поля, кажущейся поляризуемости (ηк) и пониженными значениями кажущегося сопротивления (ρк).

Рис.3. Графики Za, ηк и ρк на железорудном месторождении (по А.З.Горину): 1 - сланцевая толща, 2 - порфириты, 3 - сиениты, 4 - магнетитовая руда (http://images.astronet.ru/pubd/2001/11/29/0001173324/fig4-2.gif).

В археологии:

Из всех геофизических методов при археологических исследованиях наиболее широко применяется электроразведка. Этому благоприятствует заметная дифференциация археологических объектов (каменных стен, траншей, могильных камер, металлических изделий, шлаков, углей и т.д.) и рыхлых вмещающих образований по электрическим свойствам. Обычно с помощью методов электроразведки решаются задачи:

1) картирование древних рвов, дамб, горных выработок;

2) поиски и разведка могильников и некрополей;

3) исследование древних городов и поселений.

Рассмотрим пример изучения археологических памятников с помощью геофизических методов, полученный геофизической группой геологического факультета МГУ. Работы на некрополе Херсона (г. Севастополь) сводились к выработке оптимальной методики поиска склепов и их картированию на некрополе, занимающем склоны Песочной балки. Исследования в основном выполнялись электроразведкой методом симметричного профилирования. Из выявленных аномалий более 100 можно было, разумеется, с разной степенью вероятности, связать со склепами. Источниками некоторых аномалий являлись неровности рельефа и неоднородности, которые исключались по аномалиям малоразностного электропрофилирования. Выявление наиболее вероятностного положения склепов осуществлялось с учетом строения геологического разреза.

Древние строители некрополей вырубали склепы только в определенных геологических горизонтах: рыхлых известняках, снизу и сверху ограниченных тонкими слоями очень крепких, перекристаллизованных известняков. На рис.4. приведены результаты электропрофилирования по одному из профилей. Повышенными значениями кажущихся сопротивлений (ρк) выделяются склепы в рыхлых известняках. К сожалению, не все аномалии ρк оказывались над склепами (geo.web.ru).

Рис. 4. Схема строения склона Песочной балки со склепами и идеализированный график электропроводности в крест склону: 1 - почвенный слой (ρк = 30-70 Ом*м); 2 - прослой плотных известняков (ρк = 300-600 Ом*м); 3 - рыхлые обломочные известняки (ρк = 20-50 Ом*м); 4 – склепы (http://images.geo.web.ru/pubd/2001/11/05/0001161637/fig5-13.gif)