Геофизические исследования: статья

ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОГО НАСЫЩЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД ПОЛЯРНЫМИ И НЕПОЛЯРНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ НА ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОТКЛИК ПРИ ВИБРОВОЗДЕЙСТВИИ
И.Я. ЧЕБОТАРЕВА1
А.Н. КАМШИЛИН2
1 Институт проблем нефти и газа РАН
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические исследования
Том: 20
Номер: 3
Год: 2019
Страницы: 87-102
УДК: 550.34.016; 537.868; 534-18
DOI: 10.21455/gr2019.3-6
Полный текст статьи
Ключевые слова: сейсмоэлектрический эффект второго рода, горные породы, гетерогенные среды, тип флюидонасыщения, лабораторные исследования
Аннотация: Эксперименты по изучению особенностей сейсмоэлектрического эффекта второго рода при сильной латеральной неоднородности насыщения проводились с использованием кернов песчаника, насыщенного керосином или водными растворами NaCl. Жидкость добавлялась капельным путем через прокол защитной пленки и составляла 6 % от объема порового пространства, что создавало сильную латеральную неоднородность у бокового края цилиндрического образца керна. Все образцы предварительно длительное время просушивались при температуре 110 °С и покрывались защитной пленкой, но, тем не менее, в исходном состоянии содержали остаточную воду. Акустическое воздействие создавалось пьезоэлектрическим вибратором в виде линейно-модулированного по частоте сигнала в диапазоне частот 0.5-10 кГц. Для всех видов насыщения керна в спектрах электрических колебаний наблюдались интенсивные вторые гармоники. Одинаково сильное (до 10 дБ) увеличение среднего по спектру электрического отклика первой гармоники происходило как при капельном введении слабо концентрированного водного раствора NaCl, так и при введении в керн неполярной жидкости - керосина. Однако характер изменения спектра по частоте и временная динамика электрического отклика для полярной и неполярной жидкости различны. Амплитудный спектр отклика керна после добавления керосина сильно меняется во всем диапазоне частот с размахом вариаций более 30 дБ и остается стабильным по форме, но после длительного вибровоздействия уменьшается по амплитуде. Форма спектров электрического отклика после введения растворов NaCl хорошо сохраняется, за исключением узких интервалов сильных вариаций - 2.45-4.95 кГц для раствора NaCl с концентрацией 0.05 моль/л и 5.45-7.15 кГц для раствора NaCl с концентрацией 0.5 моль/л. После длительного вибровоздействия амплитуда спектра уменьшается и сильно изменяется по форме. Амплитуда вторых гармоник для керосина сначала возрастает после флюидизации, затем спадает после длительного вибровоздействия до уровня исходного состояния керна. Для раствора NaCl с концентрацией 0.05 моль/л амплитуда вторых гармоник возрастает после флюидизации и продолжает возрастать после вибровоздействия; при концентрации раствора 0.5 моль/л существенных изменений не наблюдается. Обнаруженные особенности сейсмоэлектрического эффекта второго рода, по-видимому, вызваны именно наличием сильной латеральной неоднородности по насыщению горной породы, что порождает сильно неоднородные электрическое и магнитное поля при распространении продольной волны вдоль оси керна.
Список литературы: Агеева О.А. Использование сейсмоэлектрических преобразований в породах для прогнозирования характера насыщения порового пространства // Геофизика. 2008. № 1. С.16-21.

Агеева О.А., Светов Б.С., Шерман Г.X., Шипулин С.В. Сейсмоэлектрический эффект второго рода в горных породах // Геология и геофизика. 1999. Т. 40, № 8. С.51-57.

Анциферов М.С. Лабораторное воспроизведение сейсмоэлектрического эффекта второго рода // Докл. АН СССР. 1958. Т. 121, № 5. С.827-829.

Волков В.А. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. СПб.: Лань, 2015. 672 с.

Евдокимов Е.Н. Структурные характеристики промысловых водонефтяных эмульсий. М.: РГУ нефти и газа им. Губкина, 2012. 477 с.

Зейгарник В.А., Ключкин В.Н. Физическое моделирование электросейсмического эффекта в горных породах // Триггерные эффекты в геосистемах: Материалы третьего Всероссийского семинара-совещания / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. М.: ГЕОС, 2015. С.252-258.

Иванов А.Г. Эффект электризации пластов земли при прохождении через них упругих волн // Докл. АН СССР. 1939. № 1. С.41-43.

Камшилин А.Н., Казначеев П.А. Флюиды как управляющий параметр механоэлектрических колебаний // Триггерные эффекты в геосистемах: Материалы третьего Всероссийского семинара-совещания / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. М.: ГЕОС, 2015. С.273-278.

Московский И.Г., Балабан О.М., Федорова О.С., Кочетков А.В. Математическое моделирование сейсмоэлектрического эффекта второго рода, порождаемого плоскими упругими волнами в пористых влагонасыщенных средах // Науковедение. 2015. Т. 7, № 1. http:// naukovedenie.ru/PDF/ 04TVN115.pdf

Нейштадт Н.М., Эппельбаум Л.В. Применение пьезоэлектрических и сейсмоэлектрических явлений в разведочной геофизике // Российский геофизический журнал. 2012. № 51-52. С.63-80.

Пархоменко Э.И. Основные закономерности сейсмоэлектрического эффекта осадочных пород и пути его использования в геофизике // Физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах / Ред. Е.А. Любимова. М.: Наука, 1977. С.201-208.

Пархоменко Э.И., Гаскаров И.В. Скважинные и лабораторные исследования сейсмоэлектрического эффекта второго рода в горных породах // Физика Земли. 1971. № 9. С.88-92.

Пархоменко Э.И., Чжао Цзе-Сань. Исследование влияние влажности на величину сейсмоэлектрического эффекта осадочных пород // Изв. АН СССР. Геофизика. 1964. № 2. С.68-73.

Пилипенко Ю.Н., Дякун Р.А. Геофизический контроль трещинообразования при разрушении флюидонасыщенного угля и горных пород // Геотехническая механика: межведомственный сборник научных трудов. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. Вып. 104. С.69-81.

Симонян С.С. Зависимость сейсмоэлектрического эффекта от одноосного давления при насыщении образцов растворами поваренной соли // Известия АН АрмССР. Науки о Земле. 1987. V. XL, № 3. С.56-59.

Тереньтьев В.Г. Исследования сейсмоэлектрического эффекта второго рода в лабораторных условиях // Записки Горного института. 1992. Т. 130. С.13-17.

Френкель Я.И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве // Изв. АН СССР, Сер. геогр. и геофиз. 1944. Т. 8, № 4. С.134-149.

Чеботарева И.Я., Камшилин А.Н. Исследование механоэлектрических преобразований в горных породах с малой степенью флюидонасыщения // Радиопромышленность. 2018. № 1. С.18-26.

Черняк Г.Я. О прямом и обратном сейсмоэлектрических эффектах в осадочных породах при синусоидальном возбуждении // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1975. № 7. С.117-121.

Черняк Г.Я. О физической природе сейсмоэлектрического эффекта горных пород // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1976. № 2. С.108-112.

Черняк Г.Я. Электромагнитные методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1987. 214 с.

Biot M.A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solids // J. Acoust. Soc. Amer. 1956. V. 28. P.168-186.

Chen B., Mu Y. Experimental studies of seismoelectric effects in fluid- saturated porous media // Journal of Geophysics and Engineering. 2005. V. 2, N 3. P.222-230.

Kamshilin A.N., Volkova E.N., Kuzichkin O.R., Sokolnikov M.A. Self-oscillations in rocks, results of laboratory experiments // Annals of Geophysics. 2004. V. 47, N 1. P.93-100.

Pride S.R. Governing equations for the coupled electromagnetics and acoustics of porous media // Phys. Rev. 1994. V. 50. P.15678-15696.

Pride S.R., Haartsen M.W. Electroseismic wave properties // J. Acoust. Soc. Amer. 1996. V. 100. P.1301-1315.