host rock water От чего зависит “интенсивность” и “скорость” ВП вкрапленных руд ? Гурин Г.В., Тарасов А.В., Ильин Ю.Т., Титов К.В. Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП. 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников; 4. Обсуждение результатов. Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников. 4. Обсуждение результатов. Характеристика использованных моделей Объемное содержание электронопроводящих минералов (ξ ), % r, мм 0.6 1.3 2.5 5 0.045 + 0.055 + + 0.125 + + + 0.2 + 0.375 + + 0.55 + + + 10 20 Пирит Fe S2 30 Галенит Pb S + + + + + + Полиминеральные зерна: пирит 30% + магнетит 30% + пирротин 30% +халькопирит 10% r, мм Галенит Пирит Графит Пиролюзит 0.125 0.25 + + + + + + + + 0.375 + + + + + 0.55 + + + + + объемное содержание минералов ξ = const = 10 % Графит С Магнетит Пиролюзит MnO2 Лабораторная установка A Питающий латунный электрод Неполяризующиеся хлор-серебрянные электроды y x x A y z 6 см M 6 см N x y 2.4 см 6 см Соляной мостик Исследуемое вещество B Питающий латунный электрод Блок схема лабораторных измерений A Измерения ВП во временной области Г 6 см M И 6 см 6 см N B 3.10-5 10-3 Результаты тестов используемой аппаратуры и лабораторной установки а – измерения на активных сопротивлениях (0.3, 1.6 и 10 кОм); б – измерения на RC цепочках (с постоянной времени 0.2, 6 и 200 мс), в – измерения на водных электролитах (с электропроводностью 10 и 100 Омм). Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников. 4. Обсуждение результатов. Измерения ВП во временной области: переходная характеристика, дифференциальная поляризуемость (В.А. Комаров, О.М. Шаповалов, В.Ю. Черныш и др.) “Интенсивность” ВП 1. Поляризуемость: постоянная времени ВП 2. Заряжаемость: i U (ti ) U ПР t 2 1 m (t )dt (t 2 t1 ) t1 Т t 2 t1 - длительность зарядки “Скорость” ВП 3. Постоянная времени ВП ( ) Идея оценки РВР (Дебаевская декомпозиция) Z 100 40 1+2+3+4+5 1+2+3+4+5 t i Z j exp i j 1 j 5 1 2 10 30 3 1 2 3 4 5 4 1 c 20 c c 0.1 5 c c 0.001 0.01 0.07 0.5 5 Z,% c 20 12 4.3 2 0.8 10 c 0.01 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 t, с -4 -3 -2 10 10 10 10 -1 0 1 2 , t, с 1. Постоянная времени ВП ( ); 2. Стационарная поляризуемость: M smax Z (s)ds, где smin 3 10 10 10 10 Z ( s) весовая функция РВР; s ln( ) Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры ВП характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников. 4. Обсуждение результатов. Зависимость заряжаемости и стационарной поляризуемости от размера (а) и объемного содержания зерен электронопроводящих минералов (б). а Т = 2с Полиминеральные зерна: пирит 30% + магнетит 30% + пирротин 30% +халькопирит 10% б Зависимость времени релаксации от размера (а) и объемного содержания зерен электронопроводящих минералов (б). Z, % 20 а) 0.045 Z, % 16 5% 0.055 12 б) 26.7 % r = 0.55 мм 12 9 0.125 17.8 % 8.9 % 8 2.2 % 1.1 % 0.6 % 6 0.2 4 0.3 0.55 ,с 0 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 10 10 10 10 10 10 10 10 Спектр ВП для моделей, содержащих 5% электронопроводящих минералов при разном радиусе их зерен (0.045 – 0.5 мм). 4.5 % 3 c 0 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 Спектр ВП для моделей, содержащих разное количество электронопроводящих минералов при постоянном радиусе их зерен ( 0.55 мм) С 100 МС 102 -1 10 1 10 -2 10 -1 -2 -3 10 -3 100 -4 -4 2 10 -5 y = 0.1 x R2 = 0.7443 0 10 -6 r, мм -5 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 Зависимости времени релаксации ВП от радиуса зерен электронопроводящих минералов. а) – сопоставление полученных времен релаксации () от размера зерен электронопроводящих минералов с опубликованными результатами [Pelton et al, 1978; Wong, 1981, 1979; Zhdanov, 2008] (1-Wong, (6,3%), 1979; 2 - Collett, (3%),1959; 3 - настоящая работа, (5%), 2010; 4 - Grissemann (6.3%), 1971; 5 - Zhdanov, (халькопирит 7.5, %), 2008; 6 - Zhdanov, (пирит, 7.5 %), 2008). Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников. 4. Обсуждение результатов. Зависимость заряжаемости (а) и стационарной поляризуемости (б) от электропроводности электролита насыщающего модели. y = 0.75.x 0.4 R² = 0.96 y = 0.03.x 0.9 R² = 0.97 1 – пиролюзит (r = 0.2 мм); 2 – галенит (r = 0.55 мм); 3 – галенит (r = 0.125 мм) ависимость времени релаксации от электропроводности внутрипоровог электролита a Галенит, r = 0.55 мм ξ = 10% 1 – Slater, 2005, Fe, (r = 0.4 мм, ξ = 5) 2 – Галенит (r = 0.125 мм, ξ = 10 %) 3 – Пиролюзит (r = 0.2 мм, ξ = 10 %) 4 – Mahan, 1986, халькопирит, (r = 0.55 мм, ξ = 6 %) 5 – Галенит (r = 0.125 мм, ξ = 10 %) 6 – Жандалинов, 2011, халькопирит Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников. 4. Обсуждение результатов. Влияние минерального состава на заряжаемость (а) и стационарную поляризуемость (б) 1- постоянного минерального состава и разного ξ, 2 - разного минерального состава (ξ = 10%), Уравнения регрессии вычислены для (1). Спектры ВП для моделей содержащих зерна электронопроводящих минералов различного минерального состава Зависимость времени релаксации от электродного потенциала минералов Схема лабораторной установки использованной д измерения электродного потенциала От чего зависит “инт енсивност ь” и “скорость” ВП вкрапленных руд 1. Концентрации электронопроводящих минералов; 2. Размером зерен электронопроводящих минералов; 3. Электропроводности электролита насыщающего модели; 4. Минерального состава электронопроводящих зерен; + 5. Электродного потенциала электронопроводящих зерен; Существующие модели ВП электронопроводящих минералов не учитывают наблюденные закономерности. Содержание: 1. Методология экспериментов: - характеристика используемых моделей; - лабораторная установка. 2. Параметры ВП характеризующие “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП 3. Влияние петрофизических характеристик вкрапленной руды на “инт енсивност ь” и “скорост ь” ВП: - размера вкрапленников и их объемного содержания; - солености электролита; - минерального состава вкрапленников; - рН электролита. 4. Обсуждение результатов. Г0 СГ Емкость слоя Гемгольца Модель плоского конденсатора – толщина слоя Гемгольца равная радиусу ионов; СД 4(2 0 RT ) C q 2 F 2 RT 2 ( q 2 2 0 RT ) 0 F C sh 2 RT ДЭС С SRП ( Э , Э , r ) C Д CГ CГ C Д RП Э 2 RT Fi0 Плотность заряда диффузного слоя Эквивалентная электрическая схема границы раздела металл – электролит (модель ДЭС Штерна) S 4r 2 С Емкость диффузного слоя 50 Э 3/ 2 С C Д CГ CГ C Д ( Q 2 20 RT ) K 2 F C sh 2 RT К=1 φ2 = φ0 .K 2 Расчет емкости двойного электрического слоя на поверхности плоского электрода при разной электропроводности электролита 2 Влияние введенного коэффициента на зависимость емкости от потенциала ДЭС С SRП Сопоставление расчетных и экспериментальных данных Зависимости времени релаксации ВП от радиуса зерен электронопроводящих минералов и их минералогического состава 10 0 Psl Psl Deff = 10-6.5 Gal 10 -1 10 -2 φ = 380 мВ Gal φ = 240 мВ Deff = 10-6 Py Pr+Mgt+Py 10 -3 10 -4 φ = 150 мВ Py Pr+Mgt+Py φ = 20 мВ Deff = 10-5 10 -5 10 -2 10 -1 r, мм 10 0 10 r2 2/с.%); Deff (3%); 3 - настоящая (1-Wong, (6,3%); 2 - Collett, работа,значение (5%); 4 - Grissemann 5 - Zhdanov, (халькопирит , среднее Deff для(6.3%); растворов порядка 10-9 м7.5, 2 [Pelton et al, 1978; Wong, 1981, 1979; Zhdanov, 2008] 6 - Zhdanov, (пирит, 7.5 %)). 1 ВЫВОДЫ: 1. Время релаксации зависит от минерального состава зерен электронопроводящих минералов, электропроводности электролита насыщающего модели, радиуса включений и связано с их электродным потенциалом экспоненциальным законом. 2. Проведенное сопоставление влияния различных петрофизических характеристик вкрапленных руд на заряжаемость (m) и стационарную поляризуемость устойчивым (M), показывает, параметром ВП, что последняя зависящим только является от наиболее концентрации электронопроводящих вкрапленников. 3. Предложенный вариант расчета времени релаксации с учетом емкости ДЭС на поверхности шарообразных включений позволяет учитывать влияние их размера, минерального состава (электродный потенциал) и электропроводности насыщающего модели электролита, и хорошо согласуется с экспериментальными данными. Спасибо за внимание !!! ЗАО «НПП Вирг-Рудгеофизика» Санкт-Петербургский Государственный Университет ООО «Бюро геофизического консалтинга» Сопоставление наблюденных значений m с расчетными F (t ) M exp( t / ДЭС )erfc( t / ДЭС ) N (t ) M (1) k F (t 2kT ) F (t (2k 1)T )) k 0 m t2 1 (t )dt (t 2 t1 ) t1 Т t 2 t1 - длительность зарядки Эмпирические модели ВП электронопроводящего зерна Модель Пелтона (Коул-Коул) «Неправильный резистор» RП Э 2 RT 40 Э 3/ 2 Fi0 ДЭС С SRП «Неправильный конденсатор» (iX ) c 1C R0 X m Методика работ Лабораторная установка Сложившееся в России представление о протекании процессов ВП Рис. 5. Временная зависимость ВП образца пирита из полиметаллической руды (1 - ΔUВП; 2 dΔUВП/dlgT) [Комаров., 1980]. Выделяют перенапряжение трех видов [Кормильцев, 1980; Комаров, 1980]: • перенапряжением разряда – активационная поляризация (время релаксации – соответствует ранней стадии ВП (РС-ВП)); 2-10 мс, • перенапряжением адсорбции – химическая поляризация (время релаксации – 100-200 мс до 1 с); • перенапряжением диффузии – концентрационная поляризация (время релаксации от единиц секунд до нескольких минут и более). Спектры ВП полученные при разной плотности тока (пиролюзит, ξ = 10%, r = 0.375 мм). 170 мВ 500 мВ 2500 мВ Штерна Грэмма Мямлина-Плескова Модели строения ДЭС Влияние рН раствора на спектры ВП пиролюзит