Развитие теории вызванной поляризации применительно к поискам месторождений стратегического сырья

В последние два десятилетия метод спектральной вызванной поляризации (СВП) привлекает внимание многих исследователей в связи с возможностями дистанционного изучения свойств межфазных поверхностей горных пород и грунтов. Метод все чаще используется при решении задач гидрогеологии, геоэкологии, инженерной геологии и поисков рудных месторождений. В то же время, многие аспекты физико-химической теории явления вызванной поляризации (ВП) противоречивы и недостаточно изучены. Во-первых, неясна роль различных механизмов поляризации электронопроводящих и полупроводящих минералов (ПМ) (межфазные явления, поляризация электронов и дырок, электромагнитная индукция и эффект Максвелла-Вагнера). Во-вторых, современные модели поляризации горных пород описывают лишь один из возможных механизмов поляризации (поляризация слоя Штерна, мембранная поляризация, поляризация Максвелла-Вагнера). Модели, включающей все эти механизмы, пока не существует. Общая цель настоящего проекта состоит в устранении этих противоречий. Мы предлагаем развитие обобщенной теории поляризации ПМ и построение современной модели поляризации горной породы. Для проверки этих моделей мы планируем выполнение большой серии экспериментов на образцах магматических и гидротермально-измененных пород, типичных для многих рудных месторождений. Кроме того, понимая, что горные породы, будучи полиминеральными неоднородными средами, всегда недостаточно полностью охарактеризованы в терминах минерального состава и топологии порового пространства, мы предлагаем использование их синтетических моделей. Последние будут детально охарактеризованы и использованы для уточнения отдельных аспектов новых теоретических моделей. В дополнение, для тестирования моделей, мы численно воспроизведем явления, ответственные за ВП, на основе решения системы дифференциальных уравнений Нернста-Планка - Пуассона-Больцмана, описывающей перенос вещества под действием электрического поля и диффузии, на основе пакета COMSOL Multiphysics. Необходимо также рассмотреть две задачи методологического характера. Во-первых, поляризация не всегда описывается простой моделью Дебая. Однако, экспериментальные данные часто аппроксимируются путем дебаевской декомпозиции. Мы предлагаем обобщить этот подход на случай недебаевской поляризации. Во-вторых, полевые работы, как правило, проводятся во временной области (ВО), а петрофизические исследования - в частотной (40). Поэтому, данные, полученные в 40 и ВО необходимо сопоставлять. В то же время, для реальных лабораторных и, особенно, - полевых данных преобразование из 40 во ВО - нетривиальная задача. Мы предлагаем дальнейшее развитие этого преобразования на основе дебаевской декомпозиции. Наконец, теоретические и методологические результаты будут применены на практике при поисковых работах. Мы предлагаем разработку прототипа скважинного зонда для каротажа ВП, его тестирование на рудном объекте и оценку его информативности. В случае успеха мы рассчитываем получить перспективную технологию поисково-разведочных работ, которая будет востребована на рынке.