Rock classification according to seismo-electric and electrokinetic effect occurrence

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The seismoelectric effect and the effect of induced polarization of the electro-osmotic type belong to the category of electrokinetic phenomena. The theoretical foundations of both effects are based on the Helmholtz – Smoluchowski equations applied to streaming potentials and electro-osmosis. However, electrokinetic phenomena of significant amplitude do not occur in every type of rocks. Using the mathematical concepts of M. Biot who regarded the fluid motion relative to a solid matrix for slow seismic waves in the wave equation and R.N. Chandler’s problem on transient pressure inside a pore, the amplitude of seismoelectric effect in porous rocks has been calculated. The purpose of the study is to present the analysis results of the amplitudes of electrokinetic effects that occur either when a pressure gradient is imposed on the rock or when there is a potential difference, based on F. Gassman’s classification of the relationship between the components of distinguishing rocks with perfect, imperfect and absent connections between the phases. It has been shown that seismoelectric effect does not occur in rocks with no bonding between the components, where the pore filler freely circulates in the pore space and pores are well connected to each other. The rocks with perfect connection also feature no motion of pore moisture as a result electrokinetic phenomena in these rocks are suppressed. The seismoelectric effect and electroosmotic phenomena occur only in the rocks with imperfect bonding between the components (rocks with low, medium and partially high permeability (except clays)) with the pore radius of 1·10-6–n·10-4 m. The effects of induced polarization distort TEM signals and can be detected only at the values of the induced polarization decay constant of ~ 1 μs – n ms.

Sobre autores

V. Hallbauer-Zadorozhnaya

Irkutsk National Research Technical University

Email: valeriy.hallbauer@gmail.com
ORCID ID: 0000-0001-9213-8346

Bibliografia

  1. Иванов А.Г. Эффект электризации пластов Земли при прохождении через нее упругих волн // Доклады Академии наук СССР. 1939. Т. 24. № 1. C. 41–43.
  2. Иванов А.Г. Электросейсмический эффект второго рода // Известия Академии наук СССР. Серия географическая и геофизическая. 1940. Т. 9. № 5. С. 699–727.
  3. Ageeva O.A., Svetov B.S., Sherman G.K., Shipulin V. E-effect in rocks // Russian Geology and Geophysics. 1999. Iss. 64. P. 1349–1356.
  4. Martner S.T., Sparks N.R. The electroseismic effect // Geophysics. 1959. Vol. 24. Iss. 2. P. 297–308. https://doi.org/10.1190/1.1438585.
  5. Broding R.A., Buchanan S.D., Hearn D.P. Field experiments on the electroseismic effect // IEEE Transactions on Geoscience Electronics. 1963. Vol. 1. Iss. 1. P. 23–31. https://doi.org/10.1109/TGE.1963.271176.
  6. Пархоменко Э.И., Гаскаров И.В. Скважинные и лабораторные исследования сейсмоэлектрического эффекта второго рода в горных породах // Известия Академии наук СССР. Физика Земли. 1971. № 9. С. 88–92.
  7. Мигунов Н.И. О сейсмоэлектромагнитном эффекте рудных тел // Известия Академии Наук СССР. Физика Земли. 1987. № 11. С. 99–107.
  8. Neev J., Yatts F.R. Electrokinetic effects in fluid saturated poroelastic media // Physical Review B. 1989. Vol. 40. Iss. 13. P. 9135–9141. https://doi.org/10.1103/physrevb.40.9135.
  9. Maxwell M., Russel R.D., Kepic A.W., Butler K.E. Electromagnetic responses from seismically excited targets B: non piezoelectric phenomena // Exploration Geophysics. 1992. Vol. 23. Iss. 2. P. 201–208. https://doi.org/10.1071/EG992201.
  10. Thompson A.H., Gist G.A. Geophysical applications of electrokinetic conversion // The Leading Edge. 1993. Vol. 12. Iss. 12. P. 1169–1173.
  11. Butler K.E., Russell R.D., Kepic A.W., Maxwell M. Measurement of the Seismoelectric Response from a Shallow Boundar // Geophysics. 1996. Vol. 61. Iss. 6. P. 1769–1778. https://doi.org/10.1190/1.1444093.
  12. Butler K.E., Russell R.D., Kepic A.W., Maxwell M. Seismoelectric exploration // The Leading Edge. 1997. Vol. 16. Iss. 11. P. 1611–1615. https://doi.org/10.1190/1.1437536.
  13. Mikhailov O.V., Haartsen M.W., Toköz M.N. Electroseismic investigation of the shallow subsurface: field experiments and numerical modeling // Geophysics. 1996. Vol. 62. Iss. 1. P. 97–105. https://doi.org/10.1190/1.1444150.
  14. Mikhailov O.V., Queen J., Toköz M.N. Using borehole electroseismic measurements to detect and characterize fractured (permeable) zone // Geophysics. 2000. Vol. 65. Iss. 4. P. 1098–1112. https://doi.org/10.1190/1.1444803.
  15. Beamish D. Characteristic of near surface electrokinetic coupling // Geophysical Journal International. 1999. Vol. 137. Iss. 1. P. 231–242. https://doi.org/10.1046/j.1365-246x.1999.00785.x.
  16. Светов Б.С., Агеев В.В., Александров П.Н., Агеева О.А., Бабабянц И.П., Баландина С.Е.. Некоторые результаты экспериментальных полевых сейсмоэлектрических исследований // Геофизика. 2001. № 6. С. 47–52. EDN: VBTEQX.
  17. Светов Б.С., Агеева О.А., Лисицын В.С. Скважинные исследования сейсмоэлектрических явлений // Геофизика. 2001. № 3. С. 44–48.
  18. Алексеев Д.А., Гохберг М.Б., Гончаров А.А., Плисс А.О. Численное моделирование сейсмоэлектрических полей, возбуждаемых импульсными сейсмическими источниками // Вестник Российской академии естественных наук. 2022. Т. 22. № 4. С. 69–79. https://doi.org/10.52531/1682–1696-2022-22-4-69-79.
  19. Молчанов А.А., Сидоров В.А., Николаев Ю.В., Яхин А.М. Новые типы переходных процессов при электромагнитных зондированиях // Известия Академии наук СССР. Физика Земли. 1984. № 1. С. 100–103.
  20. Walker G.G., Kawasaki K. Observation of double sign reversals in transient electromagnetic central induction soundings // Exploration. 1988. Vol. 25. Iss. 3. P. 245–254.
  21. Губатенко В.П. Эффект Максвелла – Вагнера в электроразведке // Известия Академии наук СССР. Физика Земли. 1991. № 4. С. 326–334.
  22. Бердичевский М.Н., Губатенко В.П., Светов Б.С. Частотная дисперсия электрических свойств макроанизотропной среды // Известия Академии наук СССР. Физика Земли. 1995. № 9. С. 42–48.
  23. Задорожная В.Ю., Бессонов А.Д. Эффект вызванной поляризации как индикатор загрязнения грунтовых вод углеводородами // Геология и геофизика. 2002. № 12. С. 1074–1084.
  24. Kozhevnikov N.O., Antonov E.Yu., Zakharkin A.K., Korsakov M.A. TEM surveys for search of taliks in areas of strong fast-decaying IP effect // Russian Geology and Geophysics. 2014. Vol. 55. Iss. 12. P. 1452–1460. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.11.009.
  25. Gassman F. Über die Elastizität Poröser Medien // Mitteilunden aus dem Institut für Geophysik. 1951. Vol. 96. Р. 1–53.
  26. Хальбауэр-Задорожная В.Ю., Стеттлер Э.Х. Электрокинетические зондирования: математическое моделирование и интерпретация полевых данных // Первая всероссийская школа-семинар по электромагнитным зондированиям Земли: тезисы докладов (г. Москва, 4–7 октября 2021 г.). М., 2021. С. 120–126. EDN: JGYCFF.
  27. Chandler R.N. Transient streaming potential measurements on fluid-saturated pore structures: an experimental verification of Biot’s slow wave in quasi-static limit // Journal of Acoustical Society of America. 1981. Vol. 70. Iss. 1. P. 116–121. https://doi.org/10.1121/1.386689.
  28. Biot M.A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. 1. Low frequency ranges // Journal of Acoustical Society of America. 1956. Vol. 28. P. 168–178. https://doi.org/10.1121/1.1908239.
  29. Chandler R.N., Johnson D.L. The equivalence of quasistatic flow in fluid-saturated porous media and Biot’s slow wave in the limit of zero frequency // Journal of Applied Physics. 1981. Vol. 52. Iss. 5. P. 3391–3395.
  30. Hallbauer-Zadorozhnaya V.Yu. Fractal model of rocks – a useful model for the calculation of petrophysical parameters // International Journal of Communications, Network and System Sciences. 2013. Vol. 6. Iss. 4. P. 186–196. https://doi.org/10.4236/ijcns.2013.64022.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).