Электрофизические свойства земли,сопротивление грунта(глины,песка,чернозема,воды,суглинка) » Дизельгенераторы, бензогенераторы, дизельные,бензиновые, заземление,мини электростанции,стабилизаторы,безперебойники, услуги электрика,Киев,Днепропетровск,Одесса,Винница,Житомир

Электрофизические свойства земли,сопротивление грунта(глины,песка,чернозема,воды,суглинка)

Электрофизические свойства земли, в которой находится заземлитель , определяются ее удельным сопротивлением. Чём удельное сопротивление меньше, тем благоприятнее условия для расположения заземлителя.

Удельным сопротивлением земли называют сопротивление между противоположными плоскостями куба земли ребрами размером 1 м и измеряется оно в омметрах.

Чтобы представить себе это сопротивление, напомним, что куб меди с ребрами 1 м имеет сопротивление 175-10-6 Ом при 20°С; таким образом, например при значении р= 100 Ом-м земля имеет сопротивление в 5,7 млрд. раз больше, чем сопротивление меди в том же объеме.

Ниже приведены приближенные значения удельных сопротивлений земли, Ом м, при средней влажности. 

Песок – 400 – 1000 и более

Супесок – 150 – 400

Суглинок – 40 – 150

Глина – 8 – 70

Садовая земля – 40

Чернозем – 10 – 50

Торф – 20

Каменистая глина (приблизительно 50%) – 100

Мергель, известняк, крупнозернистый песок с валунами – 1000 – 2000

Скала, валуны – 2000 – 4000

Речная вода (на равнинах) – 10 – 80

Морская вода – 0,2

Водопроводная вода – 5 – 60

Для сооружения заземлителей   необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений земли в месте вооружения. Они определяются на местах измерениями.

Свойства земли и сопротивление заземлителя  могут изменяться в зависимости от ее состояния — влажности, температуры и других факторов — и могут иметь поэтому разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания, а также из-за состояния в момент измерения. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами и коэффициентами, учитывающими состояние земли при измерениях , с тем чтобы требующееся сопротивление заземляющего устройства  сохранялось в любой сезон и при любой влажности земли, т. е. при неблагоприятных условиях.

В табл. 1 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли при измерениях , приведены в табл.1.

Коэффициент k1 применяется, если земля влажная, измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков; k2 — если земля нормальной влажности, если измерению предшествовало выпадение небольшого количества осадков; k3 — если земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Таблица 1. Коэффициенты к измеренным значениям удельного сопротивления земли, учитывающие ее состояние во время измерения

Электрод	k1	k2	k3
Вертикальный
длина 3 м	1,15	1	0,92
длина 5 м	1,1	1	0,95
Горизонтальный
длина 10 м	1,7	1	0,75
длина 50 м	1,6	1	0,8

Измерить удельное сопротивление земли можно прибором (измерителем заземлений) типа МС-08 (или другим подобным) методом четырех электродов. Измерение следует проводить в теплое время года.

Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра. Прибор содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, вторая как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению. Шкала прибора градуирована в омах. Источником питания при измерении служит генератор Г постоянного тока, приводимый во вращение от руки. На общей оси с генератором укреплены прерыватель П и выпрямитель Вп.

 

 

 

 

 

 

Принципиальная схема измерителя заземлений типа МС-07 (МС-08)

Если пропускать ток через крайние электроды, то между средними возникает разность напряжений U. Значения U в однородной земле (слое) прямо пропорциональны удельному сопротивлению р и току I и обратно пропорциональны расстоянию а между электродами: U = ?I /2?а или р = 2?aU/I = 2?aR, где R — показания прибора.

Чем больше значение а, тем больший объем земли охватывается электрическим полем токовых электродов. Благодаря этому, изменяя расстояние а, можно получить значения удельного сопротивления земли в зависимости от разноса электродов. При однородной земле вычисленное значение ? не будет изменяться при. изменении расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности). В результате измерений , используя зависимость ? от расстояния между электродами можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине. 

 

 

 

 

 

 

 Схема измерения удельного сопротивления земли прибором МС-08

Измерение следует производить в стороне от трубопроводов и других конструкций и частей, которые могут исказить результаты.

Удельное сопротивление земли можно приближенно измерить методом пробного электрода. Для этого электрод (уголок, стержень) погружают в землю в приямок так, чтобы его верх находился на глубине 0,6—0,7 м от уровня земли, и измеряют прибором типа МС-08 сопротивление электрода гв. А затем, пользуясь данными приближенных значений сопротивлений вертикальных электродов (таблицы 2), можно получить приближенное значение удельного сопротивления земли.

Таблица 2. Сопротивления растеканию электродов заземления

Электрод	Сопротивление, Ом
Вертикальный, угловая сталь, стержень, труба	? / l , где l – длина электрода в метрах
Полосовая сталь шириной 40 мм или круглая сталь диаметром 20 мм	2? / l , где l – длина полосы в метрах
Прямоугольная пластина (при небольшом соотношении размеров сторон), заложенная вертикально	0,25 (? / (ab-1/2)) , где а и b – размеры сторон пластины в м.

Пример расчета удельного сопротивления грунта. В землю погружен уголок длиной 3 м. Сопротивление, измеренное прибором МС-08, оказалось равным 30Ом.

Тогда можем написать: Ризм = rв l = 30х3 = 90 Ом х м.

Измерения желательно производить в двух-трех местах и принимать среднее значение. Пробные электроды следует погружать забивкой или вдавливанием, чтобы создавать плотное соприкосновение с землей; ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

Применять аналогичный метод измерений с укладкой в землю полос не следует: метод трудоемок и малонадежен, так как надлежащий контакт полосы с землей после засыпки и трамбовки может быть достигнут только через некоторое время.

Для учета состояния земли во время измерений принимается один из коэффициентов k из табл. 1.

Таким образом, удельное сопротивление земли равно: р = k х Ризм

В протоколе указываются состояние земли (влажность) при измерениях и рекомендуемый сезонный коэффициент промерзания или высыхания земли.

Вернутся назад

Смеси для нормализации заземления

Энергетическая наука постоянно вела поиск в направлении искусственного уменьшения сопротивления заземляющих устройств без применения дополнительных металлических вертикальных и горизонтальных заземлителей.

Для устройства заземляющего устройства малого сопротивления в плохо проводящих грунтах (песок, гравий, камень и т.п.) требуются десятки, а иногда и сотни стальных стержней и полос, покрытых либо непокрытых медью и цинком, располагаемых на большой территории.

С целью удешевления заземляющих устройств (далее ЗУ) в местах с высоким удельным сопротивлением грунта применяют различные методы его искусственного снижения. При этом уменьшаются количество металлических горизонтальных и вертикальных заземлителей, размеры территории, на которой они должны располагаться, объемы работ и в итоге сметная стоимость ЗУ.

Общее сопротивление ЗУ зависит, как указывалось выше, от сопротивления прилегающих к ЗУ слоев грунта. Поэтому можно добиться снижения сопротивления ЗУ понижением удельного сопротивления грунта лишь в небольшой области вокруг ЗУ. Одним из способов уменьшения удельного сопротивления ЗУ на 10-40% и, как следствие, его металлоемкости является способ тщательной трамбовки грунта над горизонтальными заземлителями.

Кроме снижения удельного сопротивления грунта, прилегающего к ЗУ, в США и Германии для тех же целей при строительстве ЗУ используют цементные смеси, например, такие как «GEM», «DEHNIT», «PRONIT» с добавками из модифицированного углерода и металлического порошка. Однако данные материалы соединяются с металлическими проводниками ЗУ и работают как его проводящие части и хоть и незначительно, но увеличивают его размеры.

Применение смеси «GEM» (пр-во «ERICO» США) с вертикальным заземлителемПрименение смеси «GEM» (пр-во «ERICO» США) с горизонтальным заземлителем

В СССР, наибольшее распространение получили способы искусственного снижение удельного сопротивления грунта достигающиеся химическим путем при помощи электролитов и путем укладки заземлителей в котлованы, вырытые с помощью экскаваторов с насыпным углем, коксом, а также грунтом с меньшим, чем песок и гравий, удельным сопротивлением. Опыт показал, что максимальное уменьшение сопротивления заземления достигается при использовании соляных электролитов, древесного угля и коксовой мелочи.

Первый способ заключался в том, что вокруг заземлителей грунт пропитывается водяными растворами солей: хлористого натрия (обыкновенной поваренной соли), хлористого кальция, нитрита натрия, сернокислой меди (медного купороса) и т.д. Следует отметить, что указанным способом можно добиться сравнительно большого снижения величины сопротивления ЗУ , однако на непродолжительный срок до 1 года и при условии низкой интенсивности атмосферных осадков в данном районе, после чего требуется вновь пропитывать грунт электролитами из данных солей. Существовали разные способы укладки соли в грунт близ ЗУ. В практике Министерства связи СССР была распространена укладка около вертикального трубчатого заземлителя поваренной соли слоями. С помощью буровой установки бурилась скважина большего диаметра, чем сам вертикальный трубчатый заземлитель, затем поваренная соль укладывалась в скважину возле трубчатого вертикального заземлителя. Последний способ являлся более удобным в том отношении, что практически отсутствовала необходимость вывоза излишков грунта.

Однако коррозия данного ЗУ проявляла себя в самое ближайшее время так как на один погонный метр вертикального трубчатого заземлителя требовалось до 10 кг поваренной соли. Иногда поваренной солью заполняется пространство внутри заземлителя, выполненного в виде полой толстостенной трубы с отверстиями, через которые раствор соли выходит в окружающий грунт.

Широкое применение солей в бывшем СССР сводилось не только к понижению удельного сопротивления грунта, но и к понижению температуры его замерзания в северных районах страны. Так как соль со временем вымывается, то срок действия обработки грунта ограничен и через 2 – 4 года ее приходится повторять.

Эффективность обработки неодинакова и с течением времени меняется. В первый год, когда соль еще не успевала достаточно пропитаться влагой и распространиться вокруг ЗУ, сопротивление снижалось сравнительно мало. Оптимальные условия по снижению сопротивления наступали на втором-третьем году после завершения строительства и затем начинали идти на убыль.

Стойкость обработки поваренной солью зависит от строения грунта, влажности, количества осадков. К недостаткам указанных способов обработки грунтов относятся: необходимость возобновления пропитки грунтов примерно через 2 – 4 года и неизбежность быстрого разрушения заземлителей от химического воздействия на них солей или соляных растворов, вследствие чего потребуется ремонт ЗУ.

Вторым, наиболее часто ранее встречаемым в бывшем СССР, способом создания вокруг ЗУ зоны с пониженным удельным сопротивлением, являлся способ замены высокоомного грунта по месту строительства. В грунте делался котлован с помощью экскаватора радиусом до 2-х метров и глубиной, равной длине забиваемого стержня вертикального заземлителя. Затем котлован заполнялся грунтом, имеющим удельное сопротивление в 5-10 раз меньше, чем удельное сопротивление основного грунта. В качестве заполнителя котлована могли быть использованы: суглинок, глина, торф, чернозем, шлак и т.п. Таким способом достигалось снижение сопротивления ЗУ в среднем в 2,5 раза. В тоже время данный способ снижения сопротивления считался дорогим из-за существенного применения самосвалов и землеройной техники.

Создание вокруг ЗУ зоны с пониженным удельным сопротивлением

В мировой практике делались попытки устранить недостатки, связанные с недолговечностью ЗУ построенных с помощью добавления в грунт солей и электролитов из солей. Так, в Германии, например, был предложен способ, по которому в грунт вокруг заземлителя вводятся металлы в тонкоизмельченном виде, как, например, в коллоидных растворах, или в виде мелкой металлической пыли и стружки. При этом тонко измельченные металлы выбирались таким образом, чтобы не могли возникать гальванические пары с материалом ЗУ и, как следствие, его коррозия.

Однако коллоиды оказались не более устойчивы в грунте, чем соли и соляные растворы. Они постепенно вымываются из близлежащих к ЗУ слоев грунта дождевой водой, вследствие чего достигнутое его уменьшенное сопротивление с течением времени пропадает. В США предложен способ задержания вымывания соляных растворов из грунта путем смешивания соляного раствора (например, медного купороса) с нерастворимой в воде пластмассовой смесью и впрыскивания их в грунт под большим давлением. Этот способ является весьма затратным и продолжительность его действия не определялась.

Из других способов искусственного снижения сопротивления ЗУ, предложенных в различных странах, в первую очередь заслуживает внимания шведский способ – обработка грунта вокруг ЗУ при помощи электролитов, образующих гель. В результате смешения концентрированного раствора сернокислой меди с эквивалентным количеством концентрированного раствора соли щелочного синеродистого железа получается нерастворимый в воде продукт реакции – железистосинеродистая медь, которая при известных условиях образует однородный электропроводящий гидрогель. Электрические и физические свойства данного геля – электролита существенно не меняются от длительного воздействия воды и являются устойчивыми при колебаниях температуры в пределах от -60 до +60 °С. Однако данный гель – электролит эффективен при снижении очень высоких сопротивлений заземлений (порядка 400-600 Ом) и малоэффективен при величинах сопротивлений порядка 20-30 ом.

В Республике Беларусь в настоящий момент до последнего времени различные способы искусственного снижения удельного сопротивления грунта практически не применяются. Действующие ныне ТНПА «поставили крест» на применении при строительстве ЗУ соли в различных ее видах. Так же не используются цементные смеси с добавками соединяющиеся с металлическими проводниками ЗУ и работающие как его проводящие части. Даже простой и надежный способ уменьшения удельного сопротивления ЗУ путем тщательной трамбовки грунта над горизонтальными заземлителями, похоже, так же «благополучно» забыт. Исключением, можно лишь назвать применение в отдельных энергетических проектах требования по закладке горизонтальных заземлителей красной глиной и использование глинистой суспензии при забивке вертикальных заземлителей.

Требование по искусственному снижению удельного сопротивления грунта декларируется в главе 4.3 ТКП 339-2011 (02230) «Электроустановки на напряжение до 750 кВ. Линии электропередачи воздушные и токопроводы, устройства распределительные и трансформаторные подстанции, установки электросиловые и аккумуляторные, электроустановки жилых и общественных зданий. Правила устройства и защитные меры электробезопасности. Учет электроэнергии. Нормы приемо-сдаточных испытаний», заменившей главу 1.7 «Заземление и защитные меры безопасности» ПУЭ изд.6. В частности, в пункте 4.3.10.2 ТКП 339-2011 говорится: «При сооружении искусственных заземлителей в районах с большим удельным сопротивлением земли рекомендуется …: …применение искусственной обработки грунта неагрессивными к материалу заземлителя компонентами с целью снижения его удельного сопротивления…».

Данное требование, просуществовав без его практической реализации при строительстве ЗУ уже 8 лет, сможет воплотиться лишь сейчас, в 2019 году, с появлением на белорусском рынке смеси для нормализации заземления «Поспех» ТУ BY 192946203.001-2019.Что на самом деле представляется значимым событием и настоящим успехом для специалистов.

Смесь «Поспех» состоит из минеральных составляющих, обеспечивающих низкое сопротивление заземляющего устройства, путем дисперсного введения модифицирующих добавок. При создании смеси учитывался мировой и отечественный опыт по снижению металлоемкости ЗУ. Смесь «Поспех» создана не агрессивной к металлу, не токсичной, не ядовитой, не взрывопожароопасной, не загрязняющей окружающую среду.

После затворения водой с последующим перемешиванием и отстаиванием смесь «Поспех» образует киселеобразный электролит, обладающий высокой ионной проводимостью, то есть заряды переносятся в нем не электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а ионами, образовавшимися в результате электрической диссоциации (распада) молекул минеральных компонентов смеси при растворении их в воде. Под влиянием электрического поля в образовавшемся из смеси «Поспех» киселеобразном электролите возникает направленное движение ионов к электродам, что обуславливает высокую проводимость грунта.

При повышении в результате атмосферных осадков общей влажности грунта более плотная, чем вода структура полученного из смеси «Поспех» киселеобразного электролита не позволяет снизить концентрацию ионов за счет вымывания минеральных компонентов смеси, что обеспечивает ее длительный срок службы. Смесь «Поспех» может использоваться при строительстве новых ЗУ на участках с высоким удельным сопротивлением грунта с целью его снижения.

Особенностью смеси «Поспех» по сравнению с ранее известными материалами является возможность ее применения для ремонта ЗУ, введенных в эксплуатацию ранее, который может заключаться в снижении повысившегося сопротивления ЗУ, например, из-за снижения уровня грунтовых вод, а так же сглаживания сезонных колебаний его эффективности. Ремонт может осуществляться после проверки механической прочности ЗУ.

Стандартная упаковка: 10 кг смеси в 20–ти литровом ведре

Смесь «Поспех» эффективно снижает сопротивление ЗУ от расчетного не менее чем на 25% в любых видах грунтов, даже обладающими низким удельным сопротивлением. В тоже время, при проведении испытаний смеси в песчаных грунтах с высоким удельным сопротивлением эффект снижения сопротивления от применения смеси составил 140%. Данное обстоятельство позволяет со всей ответственностью декларировать ресурсосберегающее значение смеси «Поспех» при строительстве и ремонте ЗУ.

Более подробно об особенностях работы со смесью при строительстве и ремонте ЗУ Вы сможете прочитать в «Руководстве по применению смеси для нормализации заземления «Поспех» ТУ BY 192946203.001-2019 при строительстве заземляющего устройства.»

Смотреть руководство по применению

(В статье использовались информация из документов по проектированию и строительству ЗУ МИНИСТЕРСТВА СВЯЗИ СССР ГЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕЖДУНАРОДНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ за 1971 год.)

 

Индивидуальный предприниматель Ерусланов Владислав Леонардович

Удельное сопротивление

Введение Понимание того, как удельное электрическое сопротивление (или проводимость) связано с реальными геологическими свойствами земли, имеет важное значение. Ответы на следующие вопросы он может дать: Если интерпретация геофизических исследований предполагает наличие 10-метрового слоя вскрышных пород с удельным сопротивлением 11 000 Ом·м, лежащим над «фундаментом» с удельным сопротивлением 140 Ом·м, какие геологические материалы соответствовали бы этим двум слоям с разным удельным сопротивлением? Что если профиль удельного сопротивления, собранный над рудным телом в Австралии, покажет кажущихся сопротивлений в диапазоне от 40 до 600 Ом-м, а анализ керна скважины покажет, что истинных объемных сопротивлений находятся в диапазоне от 80 до >1000 Ом-м. Соответствуют ли эти результаты и указывают ли они на наличие промышленного рудного тела? Если объемное удельное сопротивление глубоко залегающего песчаника составляет 1000 Ом-м, можно ли извлечь подробную информацию о матрице (единицах горных пород, в которых находятся флюиды) и/или об удельном сопротивлении флюидов? Это представляет особый интерес для гидрогеологии, разведки нефти и газа и изучения окружающей среды (загрязнителей). В этой главе электрические свойства геологических материалов обсуждаются отдельно для металлических минералов, горных пород, почв и электролитов (подземных флюидов). Что такое удельное сопротивление ? Электрическая проводимость (или удельное сопротивление) — это объемное свойство материала, описывающее, насколько хорошо этот материал пропускает через себя электрический ток. Сопротивление — это измеренное напряжение, деленное на силу тока. Это закон Ома. Сопротивление изменится, если изменится геометрия измерения или объем материала. Следовательно, это НЕ физическое свойство. Удельное сопротивление — сопротивление на единицу объема. Рассмотрим ток, протекающий через единичный куб материала, показанный справа: удельное сопротивление определяется как напряжение, измеренное по длине единичного куба (Вольт на метр, или В/м), деленное на ток, протекающий через площадь поперечного сечения единичного куба (Амперы). на квадратный метр, или А/м 2 ). Это приводит к единицам Ом-м 2 /м или Ом-м. Греческий символ ро часто используется для обозначения удельного сопротивления. Проводимость , часто представляемая с помощью сигмы, является обратной величиной удельного сопротивления: = 1/ . Электропроводность выражается в единицах Сименс на метр или См/м. Единицы миллисименс на метр (мСм/м) часто используются для малых значений электропроводности; 1000 мСм/м = 1 См/м. Таким образом, 1 мСм/м = 1000 Ом-м, поскольку удельное сопротивление и проводимость обратно пропорциональны. Электропроводность земных материалов варьируется на много порядков. Это зависит от многих факторов, в том числе: типа породы, пористости, связности пор, природы жидкости и содержания металлов в твердой матрице. Очень приблизительное указание диапазона проводимости горных пород и минералов показано на следующем рисунке. Рисунок 2. Напоминание этого раздела описывает факторы, влияющие на электропроводность минералов, горных пород, жидкостей в земле, почв Электропроводность металлических минералов Металлические рудные минералы встречаются относительно редко по сравнению с другими материалами земной коры. Тем не менее, они часто являются целью разведки полезных ископаемых. Даже в небольших количествах они могут существенно влиять на объемное удельное сопротивление геологических материалов. Большинство металлических рудных минералов являются электронными полупроводниками. Их удельное сопротивление ниже, чем у металлов, и сильно варьируется, поскольку включение примесных ионов в тот или иной металлический минерал оказывает большое влияние на удельное сопротивление. Например, чистый пирит имеет удельное сопротивление около 3×10 -5 Ом-м, но смешивание с небольшими количествами меди может увеличить удельное сопротивление на шесть порядков до 10 Ом-м. Свойства электропроводности некоторых важных минералов можно обобщить следующим образом: Пирротин (FeS) — минерал с неизменно высокой электропроводностью. Графит ( C ) является настоящим проводником, как металл (т. е. не полупроводник, как рудные минералы), и обладает высокой проводимостью даже в очень низких концентрациях. Он также является платным (другое физическое свойство — см. отдельную главу о заряжаемости), и его, как известно, трудно отличить от металлических рудных минералов. Пирит (FeS 2 ) является наиболее распространенным сульфидом металла и имеет самую переменную проводимость. Его проводимость обычно выше, чем у пористых пород. Галенит (PbS) и магнетит (Fe 3 O 4 ) являются проводящими как минералы, но гораздо менее проводящими, как руда, из-за их рыхлой кристаллической структуры. Другие проводящие минералы включают Борнит (CuFeS 4 ), Chalcocite (CU 2 S), Covellite (CUS), Ilmenite (FETIO 3 ), MOLYBDESE (MOS 2 ), MANERESE (MOS 2 ), MANERESE (MOS 2 ), MANERESE (MOS 2 ), MANERESE (MOS 2 ), . и пиролюзит . Гематит и цинковая обманка обычно являются почти изоляторами. Хотя металлические минералы (особенно сульфиды) могут быть проводящими, существуют как минимум две причины, по которым месторождения этих минералов с содержанием руды могут быть не такими проводящими, как ожидалось. Сульфидные месторождения могут быть вкрапленными или массивными. В первом типе минерал встречается в виде мелких частиц, рассеянных по всей матрице, а во втором минерал встречается в более однородной форме. Рассеянные сульфиды могут быть резистивными или проводящими, тогда как массивные сульфиды, вероятно, будут проводящими. Химическое и/или термическое изменение может преобразовать металлические минералы в оксиды или другие формы, которые не обладают такой проводимостью, как исходные минералы. Электрические свойства горных пород Из всех геофизических свойств горных пород удельное электрическое сопротивление является наиболее изменчивым. Могут встречаться значения в диапазоне до 10 порядков, и даже отдельные типы горных пород могут различаться на несколько порядков. Следующий рисунок представляет собой репрезентативную диаграмму (адаптированную из Palacky , 1987), иллюстрирующую в очень общем виде, как удельные сопротивления важных групп горных пород сравниваются друг с другом. Этот тип рисунка приводится в большинстве текстов по прикладной геофизике. Рисунок 3. Почвы и горные породы состоят в основном из силикатных минералов, которые в основном являются изоляторами, а это означает, что они обладают низкой электропроводностью. Наиболее распространенные исключения включают магнетит, зеркальный гематит, углерод, графит, пирит и пирротин. В общем, проводимость в значительной степени электролитическая, и проводимость зависит главным образом от: Пористость, гидравлическая проницаемость, которая описывает, как поры взаимосвязаны, влажность, концентрация растворенных электролитов, температура и фаза порового флюида, количество и состав коллоидов (глинистость). Рис. 4. Поровое пространство и геометрия пор являются наиболее важными факторами. Пористость существует в основном в швах, трещинах, кавернах (растворенных карманах в известняках и доломитах) и межзерновых пустотах в осадочных породах. Рисунок вверху и таблицы внизу (с Geonics TN5 , 1980) дают некоторое представление о сложности и диапазоне возможных пористостей. Столбец «Отношение» представляет собой объемное удельное сопротивление, деленное на удельное сопротивление электролита (см. закон Арчи ниже).   Кавернозная пористость (состоящая из более крупных дискретных пустот) может иметь очень низкую проницаемость, что приводит к низкому удельному сопротивлению при измерении с использованием гальванических методов (постоянный ток). Однако удельное сопротивление, измеренное индуктивно (с использованием методов электромагнитной индукции), может быть выше, потому что токи, индуцированные колеблющимися электромагнитными полями, не должны течь на большие расстояния. См. «Фундаменты => Методы съемки» и «Фундаменты => Геофизические исследования» для получения подробной информации об этих методах съемки. Удельное сопротивление может быть анизотропным в слоистых породах, особенно в сланцах, где коэффициент анизотропии (отношение поперечного удельного сопротивления к продольному удельному сопротивлению) может достигать 4. Дополнительные сведения см. в разделе «Анизотропия» ниже. Большая часть наших знаний об удельном сопротивлении пористых пород пришла из индустрии каротажа нефтяных и газовых скважин. Влияние жидкостей, отличных от воды, закон Арчи, коэффициент формирования и т. Д. Подробно описаны в следующих нескольких разделах. Электролиты в земле Электропроводность жидкостей зависит от количества и подвижности (скорости) носителей заряда. Подвижность зависит от вязкости жидкости (следовательно, температуры) и диаметра носителей заряда. Температурная зависимость существенна. Для растворов хлорида натрия изменение проводимости составляет примерно 2,2% на градус С. Таким образом, изменение на 40 o С удваивает проводимость. На иллюстрации, показывающей проводимость воды в Великих озерах (ниже), сравните проводимость в изверженных (западных) и осадочных (восточных) регионах и обратите внимание на зависимость проводимости от температуры вод этих озер. Типичные проводимости электролитов и примеры из Великих озер. Природный источник мСм/м Метеорные воды (от осадков) от 1 до 30 Поверхностные воды (озера и реки) 0,3 для очень чистых вод 10 000 для соленых озер от 2 до 30 в изверженных районах от 10 до 100 в осадочных районах Грунтовые воды До 10 000 в среднем около 10 Подземные воды от 6 до 30 в изверженных регионах 1000 в осадочных районах Рудничные воды (медь, цинк и т. д., т.е. сульфаты) обычно не менее 3000 Обратите внимание, что озеро Верхнее является самым западным озером и, следовательно, находится в изверженной области, а озеро Онтарио является самой восточной или осадочной областью. Это может способствовать большей проводимости вод восточных озер. Рис. 5. Зависимость проводимости жидкости от солености (концентрации ионов) для различных электролитов показана справа. Водопроводная вода обычно имеет минимальное сопротивление около 0,01 См/м (т.е. 100 Ом-м) при солености около 40 частей на миллион, а морская вода составляет примерно 3,3 См/м при солености 30 000 частей на миллион. Сравните эти значения с значениями озерной воды, показанными выше. Проводимость жидкости также зависит от температуры, поскольку подвижность ионов в растворе увеличивается с температурой. Это поведение противоположно поведению металлических проводников, которые включают электронную проводимость, а не ионную проводимость, и демонстрируют увеличение удельного сопротивления с температурой.   Рисунок 6, адаптировано из Keller and Frischknecht , 1996. Приблизительная формула зависимости удельного сопротивления от температуры: , где R — удельное сопротивление, t — температура, а a — приблизительно 0,025, где R 18C — удельное сопротивление при комнатной температуре (18 градусов С). Напомним, что удельное сопротивление = 1/проводимость. Эффект пористости   Насыщенные чистые (без глины) почвы или породы: Эмпирическая формула Арчи связывает пористость и проводимость воды с объемной проводимостью для различных сцементированных горных пород, а также для рыхлых материалов. Формула Арчи или «закон» выражается несколькими способами. Одна версия – это обычно 1, 9.0066 x — объемная проводимость, 1 — проводимость связанной («на месте») воды, n — пористость (представленная в долях от общего объема), а м — константа. Значение m , равное примерно 1,2, подходит для сферических частиц, а значение около 1,85 используется для пластинчатых частиц. Этот параметр обычно составляет ~1 для рыхлых материалов, 1,4-1,6 для песчаников и 2,0 для известняков или доломитов. Другой способ выражения соотношения Арчи, чаще используемый в каротажных работах для нефтегазовых скважин, выглядит так: Rw , Ro – объемное удельное сопротивление, если поровое пространство на 100 % заполнено рассолом (связанной водой), Rw – удельное сопротивление самой связанной воды и пористость. Как всегда, не путайтесь с использованием проводимости или удельного сопротивления — они просто обратны друг другу. Легко использовать электронную таблицу, чтобы исследовать, как уравнения Арчи определяют, как связаны пористость и удельное сопротивление в различных материалах.   Рисунок 7. Ненасыщенные чистые (без глины) почвы: В фуникулярной зоне грунтов (рисунок справа) влага не полностью заполняет поровые пространства, но пути проводимости все же имеются. Можно использовать закон, аналогичный закону Арчи, где n теперь представляет собой долю объема пор, заполненную электролитом, а не пористость, а м = 2 . Используя это, проводимость оказывается очень малой при низком содержании влаги. Однако «смачивание» материала имеет решающее значение для воздействия на проводимость, а слегка влажные материалы обладают гораздо большей проводимостью, чем сухие материалы. Соотношение, показанное ниже, похоже на формулу Арчи и дает водонасыщенность S W в чистых (без глины) пластах, где  — пористость, w — удельное сопротивление воды, t — полное удельное сопротивление. , и a и m являются эмпирически рассчитанными константами. Это соотношение сложно использовать, и оно определенно не применимо к грязному (глинистому) материалу. Следовательно, водонасыщенность может быть оценена, если можно использовать электрические методы для определения удельного сопротивления пласта, , если можно протестировать связанную воду, и . , если можно оценить пористость. Это похоже на определение водонасыщенности, Sw , когда часть порового пространства заполнена нефтью или газом, как это часто делается по данным ГИС в углеводородных коллекторах. Удельное сопротивление грунтов Электропроводность грунтов довольно сложная, на объемные свойства влияет множество факторов. Следующий материал не освещается в большинстве текстов по прикладной геофизике, но он важен, поскольку грунты обычно (за исключением скважинных работ) являются наиболее близкими материалами к съемочным электродам. Таким образом, почвы оказывают значительное влияние на результаты. Как отмечалось выше, первичная ссылка Geonics TN5, 1980. Пористость колеблется от 20% до 70% для большинства рыхлых материалов (т.е. для грунтов). Тем не менее, не является обычным иметь большой диапазон пористости в одной ситуации. Как отмечалось выше, пористость является основным свойством, связанным с удельным сопротивлением, поэтому трудно отличить песок от гравия с одинаковой пористостью. Влияние замерзания на проводимость почв Снижение температуры снижает электролитическую активность и, следовательно, проводимость. На рисунке справа показан этот эффект с точки зрения удельного сопротивления. При замерзании проводимость воды становится проводимостью льда, что очень мало. Однако замораживание редко бывает простым. Пресная вода замерзает при более высокой температуре, чем соленая. Поэтому растворенные вещества имеют тенденцию концентрироваться в зоне незамерзшей соленой воды, прилегающей к почвенным частицам. Кроме того, электрическое поле катионов a d сорбируется на частицах почвы, локально ориентирует молекулы воды вблизи частиц, предотвращая их замерзание. Конечным эффектом является небольшое и устойчивое снижение проводимости по мере приближения температуры к точке замерзания, затем выравнивание до 0 градусов и дальнейшее снижение ниже точки замерзания. Коллоидная проводимость (проводимость глины) Сложность и разнообразие типов почв показаны на тройной диаграмме внизу слева. Не нужно много глины, чтобы изменить электрические свойства почвы. Любой мелкозернистый минерал обладает определенной емкостью катионного обмена (ЕЕС). То есть заряды (катионы) могут быть d сорбируются (прикрепляются к поверхности) на слегка отрицательно заряженную поверхность, и их впоследствии можно заменить или растворить. Рис. 9. Текстурный классификационный треугольник Министерства сельского хозяйства США (троичная диаграмма). Точка P представляет собой глину (грунт) с 50% глины, 20% ила, 30% песка. (От Geonics TN-5 , 1980 г.). Рисунок 10а. Иллит (глинистый минерал) с общей площадью поверхности из 100 м 2 / г (фото предоставлено Р. Найт.) Рисунок 10б. Кварцевые наросты в песчанике общей площадью из 0,1 м 2 /г (фото предоставлено Р. Найт.) Поскольку глина имеет огромное отношение площади поверхности к объему, она обладает гораздо более высокой обменной способностью. Особенно это касается глин вермикулита и монтмориллонита. Следовательно, глины могут резко увеличить проводимость связанной воды, особенно пресной воды. Соленые воды могут не обладать большей способностью поглощать дополнительные электролиты. Анизотропный грунт Анизотропия означает «зависит от направления». Структурная анизотропия (например, слоистость или трещиноватость) может привести к тому, что электрические свойства грунта станут анизотропными. Это означает, что измеренное кажущееся удельное сопротивление будет зависеть от направления системы измерения, как показано на соседнем рисунке. Анизотропия может быть очень интересной; например, предпочтительные направления потока флюида вполне могут быть определены путем измерения изменения удельного сопротивления в зависимости от ориентации измерительных электродов (например, север-юг по сравнению с восток-запад). Однако, если анизотропия существует, но игнорируется, то истинные удельные сопротивления грунта, которые интерпретируются на основе измеренных кажущихся сопротивлений, могут быть неточными. Для анизотропных материалов R 1 НЕ равно R 2 . Вертикально анизотропный грунт: Для обычных съемок удельного сопротивления, проводимых на поверхности, невозможно определить разницу между удельным сопротивлением, измеренным по вертикали, и удельным сопротивлением, измеренным по горизонтали. Следовательно, вертикальная анизотропия не обнаруживается на поверхности. Если такая анизотропия существует, оценки глубины будут ошибочными на коэффициент λ, коэффициент анизотропии, определяемый как λ=(Rv/Rh) 1/2 , где Rv и Rh представляют собой удельные сопротивления от вертикального к горизонтальному соответственно. Горизонтально анизотропный грунт: Горизонтальная анизотропия означает, что удельное сопротивление, измеренное с электродами, ориентированными в одном направлении, будет отличаться от сопротивления, измеренного с использованием того же массива, ориентированного в перпендикулярном направлении (например, «Полевые настройки» на рисунке выше). В общем, «поперечное удельное сопротивление» (как в R 1 на рисунке, измеренное перпендикулярно плоскости напластования) будет больше, чем «продольное удельное сопротивление» (R 2 на рисунке, измеренные параллельно плоскости напластования). Противоречащий здравому смыслу эффект: Следует отметить, что влияние крутопадающих пластов на измерения поверхностного удельного сопротивления не такое, как можно было бы ожидать вначале. Если анизотропия имеет крутое падение (и нет перекрывающих пород), можно ожидать, что измеренное удельное сопротивление будет самым низким параллельно простиранию (R 2 на рисунке выше), поскольку ток имеет тенденцию течь по путям наименьшего сопротивления. На самом деле измеренное удельное сопротивление равно самый высокий по простиранию из-за повышенной плотности течения параллельно съемке. Расчеты кажущегося удельного сопротивления предполагают равномерную плотность тока в трех измерениях. Когда плотность тока выше, чем она была бы в однородном грунте, измеренная разность потенциалов выше для данного источника тока, что приводит к более высокому кажущемуся удельному сопротивлению. Поэтому удельные сопротивления, измеренные с помощью установок, расположенных вдоль простирания, завышаются, а сопротивления, измеренные перпендикулярно простиранию, занижаются. Почему возникает анизотропия: Для читателей, желающих более строгого рассмотрения, вот объяснение того, как структурная анизотропия (например, расслоение или трещиноватость) приводит к тому, что простая форма закона Ома становится недостаточной. Поскольку ток не обязательно параллелен силовому электрическому полю, простая форма закона Ома должна быть переписана как ; где Дж — векторная плотность тока, Дж i — i th компонента плотности тока, E — вектор электрического поля, V — 70 70 6 напряжение и 6 ik th компонента тензора проводимости. В однородном грунте с одиночными токовым и потенциальным электродами выражение для В через удельное сопротивление и расстояние от источника тока будет . В анизотропном грунте есть как горизонтальное, так и вертикальное сопротивление. Выражение для напряжения в терминах горизонтально и вертикально ориентированных удельных сопротивлений и расстояния, где называется коэффициентом анизотропии (введенным выше в разделе «Вертикально анизотропный грунт»). См. таблицу справа для некоторых значений лямбда встречается в обычных геологических материалах. Аспекты почвообразования, влияющие на электрические свойства почв Стоит обсудить формирование грунтов, чтобы лучше понять, что происходит при прогнозировании электрических свойств приповерхностных материалов и при интерпретации неглубоких геофизических исследований. Это обсуждение не заменяет курс по почвоведению, но некоторые вопросы, влияющие на удельное электрическое сопротивление, должны стать более понятными. Как правило, на электрические свойства влияет различное содержание глины, тип ионов и концентрация ионов в воде. Ниже приводится схема того, как эти факторы развиваются в почвах. Выветривание включает механические, химические и биологические процессы, которые превращают поверхностные материалы в гумус (вещество органического происхождения), глину и мелкозернистые отложения. В присутствии воды и СО 2 породы расщепляются на ионы (часто растворяются и удаляются дренажем), образуются глинистые минералы, вода расходуется (входит в состав глинистых соединений), растворы становятся более щелочными (т.е. менее кислый). Этот процесс является самовоспроизводящимся, поскольку тонкий слой почвы вызывает более быстрое протекание соответствующих процессов на поверхности породы. Это потому, что слой удерживает воду и CO 2 , который производит слабую угольную кислоту, которая соединяется с компонентами горных пород с образованием глин. Скорость выветривания зависит от температуры, вегетативного роста и наличия влаги. Поэтому тропические почвы имеют тенденцию быть толстыми. Хорошо дренированные почвы, как правило, лишены нестабильных минералов (т. е. электролитов), а сухие почвы, как правило, засолены (следовательно, являются проводящими). На рисунке справа показан типичный профиль почвы. Зона A обычно сильно подвержена выветриванию, проницаема и не содержит растворенных веществ. Зона B , как правило, намного более плотная (менее пористая), богаче глинами (как местными, так и привезенными из A ), и контролирует, сколько воды попадает в зону C и нижележащие слои горных пород. Зона C обычно проницаема и состоит из менее подверженного выветриванию основного материала. Зона D часто считается непористой и непроницаемой. Рис. 11. Рисунок 12. На влажность почвы влияют несколько факторов. См. рис. 7 выше: В маятниковой зоне вода существует в виде изолированных колец вокруг узких мест. В зоне фуникулера над поверхностью находится тонкий слой воды. Толщина этого зависит от капиллярных сил. Если поверх крупнозернистого слоя находится мелкозернистый материал, то в мелкозернистой области может быть флюикулярная вода, а в крупнозернистом слое может быть маятниковая вода, и, следовательно, его проводимость может быть ниже. Поведение уровня грунтовых вод зависит от многих факторов, включая проницаемость (которая колеблется в 10 10 !) и региональную влажность, как показано на рис. 12 справа. Эти факторы могут вызывать различные конфигурации грунтовых вод, некоторые из которых могут быть довольно нелогичными. ПРИМЕЧАНИЕ: обсуждаемые здесь процессы являются естественными. При наличии конструкционного материала поверхностная слоистость может быть совершенно иной. Ссылки Палацкий Г.В. (1987), Характеристики удельного сопротивления геологических объектов , в Электромагнитные методы в прикладной геофизике, Том 1, Теория, 1351 Geonics Ltd. Техническое примечание 5 (1980 г.), Электропроводность почв и горных пород , технические ссылки (см. страницу ссылок). Келлер, Г.В., и Фришкнехт, Ф.К., (1996) Электрические методы в геофизической разведке, Пергамон, Лондон.

[PDF] Корреляция между удельным электрическим сопротивлением и содержанием воды в песке – статистический подход title={Корреляция между удельным электрическим сопротивлением и содержанием воды в песке – статистический подход}, автор = {Судхир Бхатт и Прадип Кумар Джайн}, год = {2014} }

• С. Бхатт, П. Джейн
• Опубликовано в 2014 г.
• Геология

Гражданские инженерные сооружения строятся в грунтах, на них или на них, и их инженерные характеристики имеют прямое отношение к содержанию воды. Несвязный грунт, такой как влажный мелкий или средний песок, наиболее восприимчив и наименее устойчив к разжижению и может вызвать повреждение вышележащих структур. Измерения удельного электрического сопротивления в настоящее время широко используются для геотехнической характеристики грунта, поскольку они являются быстрыми, экономичными и неразрушающими. В работе представлены результаты электрических… 

iasir.net

Корреляция удельного электрического сопротивления грунта с инженерно-геологическими параметрами в районе Ваттар, район Новшера, Хайбер-Пахтунхва, Пакистан

• Абдул Рахим Асиф, Сайед Самран Али, Назиш Норин, Сарфраз Вакас Ахмед, Мухаммад Юнис Хан, М Waseem

• Геология

• 2016

Геоэлектрическая съемка — это привлекательный инструмент для определения свойств недр без нарушения грунта. Систематическое исследование объединения геофизических и инженерно-геологических параметров для…

Интеграция удельного электрического сопротивления и анализа почвы для характеристики сельскохозяйственных почв — тематическое исследование

• Санми Токунбо Фагбемигун, Расидат Аджибола Ойебамиджи, Идову Джейн Фалойо, Исаак Колаволе Аровугун, Олайде Джоэл Амосун, Адетола Олусеун Сануаде
3 9002 Journal of Geosciences
• 2021

Интеграция двухмерного метода удельного электрического сопротивления и анализа почвы была использована для характеристики верхнего слоя почвы на сельскохозяйственных угодьях Федерального университета Ойе-Экити, Нигерия, чтобы определить ее пригодность для…

Применение измерения электрического удельного сопротивления в качестве теста на контроль качества для известняковой почвы

• M. MOSTAFA, M. B. ANWAR, A. Radwan

• ГЕОЛОГИЯ

  HBRC Journal

• 2018

9 0008 ИСПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИ Чтобы охарактеризовать богатые гипсовые почвы

• R. Bhamidipati

• Геология

• 2016

Использования диссертационных лабораторных геофизических и геотехнических исследований, особенно характерные гипс, богатые мировыми, богатые мировыми насыщенными почвами. в засушливых и…

Investigation of soil moisture content over a cultivated farmland in Abeokuta Nigeria using electrical resistivity methods and soil analysis

• S. A. Ganiyu, O. T. Olurin, M. Oladunjoye, B. S. Badmus

• Environmental Science

• 2020

Experimental Study по электродному методу исследования удельного электрического сопротивления для обнаружения полостей под дорожными покрытиями

• Chang-Seon Park, Jin-Hoon Jeong, H. Park, Kyoungchul Kim

• Физика

• 2017

Существует два типа электродных методов для исследования удельного электрического сопротивления (ERS): метод полюсного электрода (PEM) и метод плоского электрода (FEM). За последние несколько десятилетий большинство исследований было…

Детальное геофизическое картирование и гидрогеологическая характеристика недр для оптимального размещения инфильтрационных устойчивых городских дренажных систем

• T. R. Andersen

• Геология

  Науки о Земле

• 2020

Непрерывный рост городов в сочетании с будущими изменениями климата ставит перед градостроителями серьезные проблемы, поскольку традиционные городские канализационные системы обычно проектируются для…

Разработка датчика влажности почвы для проверки пассивных Микроволновые данные о влажности почвы с помощью дистанционного зондирования

• Муктимани Брахма, Б. Госвами, М. Калита

• Науки об окружающей среде

• 2017

Влажность почвы является важным параметром, который имеет огромное значение в области гражданского строительства, сельского хозяйства и экологии. Формирование погодных условий и поступление питательных веществ растениями…

Электрические методы измерения влажности почвы: обзор

Влажность почвы является важным фактором, имеющим огромное значение в технике, сельском хозяйстве и экологии. Диэлектрическая проницаемость почвы зависит от уровня воды в почве…

Геоэлектрическое зондирование для интерпретации подземных вод на плантациях масличных пальм

• Аби Манью, Риска Экавита, Супан Джани, Язид Исми, Зул Бахрум

• Науки об окружающей среде

• 2018 Данные являются важной характеристикой
3 изучение подземных вод, особенно для определения емкости подземных вод, которые могут храниться в слое почвы и в каком количестве…

ПОКАЗАНЫ 1-10 ИЗ 14 ССЫЛОК

SORT BYRelevanceMost Influenced PapersRecency

LABORATORY MEASUREMENTS OF ELECTRICAL RESISTIVITY VERSUS WATER CONTENT ON SMALL SOIL CORES

• H. Robain, C. Camerlynck, G. Bellier, A. Tabbagh, Ird Ur

• Geology

• 2003

Оценка вариаций влажности почвы все больше и больше опирается на геофизические методы, которые являются неинвазивными и допускают высокую пространственную выборку. Среди различных методов электрический ток постоянного тока…

Корреляция между удельным электрическим сопротивлением и содержанием влаги в почве: Стамбул и Гольчук

Почва представляет собой гетерогенную среду, состоящую из жидкой, твердой и газообразной фаз. Твердая и жидкая фазы играют существенную роль в самопроизвольных электрических явлениях почвы и в поведении…

Метод удельного электрического сопротивления для оценки пористости чистых морских песков на месте

• П. Джексон

• Геология

• 1975

Резюме Хорошо известным параметром электрического каротажа скважин является коэффициент пласта (удельное сопротивление пласта/удельное сопротивление поровой воды) и его связь с пористостью пласта (или коэффициентом пустотности). Это…

Оценка содержания и пористости воды с использованием комбинированных радиолокационных и геоэлектрических измерений

• G. Dannowski, U. Yaramanci

• Geology

• 1999

Dannows, G. и yArmanci 1999

Dannowski, g. and ymanci 1999

Dannowski. обводненности и пористости с использованием комбинированных радиолокационных и геоэлектрических измерений. Европейский журнал экологической и инженерной геофизики, 4:…

Анализ разжижения почвы на уровне земли с использованием свойств in situ: I

• К. Аруланандан, К. Муралитаран

• Геология

• 1988

На основе фундаментальной электропроводности Максвелла подход, использующий электрические свойства почв для характеристики их зерна (частицы…

Влияние электропроводности жидкой фазы, содержания воды и поверхностной электропроводности на электропроводность основной массы почвы1

Недавние исследования показали, что о засоленности почвы в полевых условиях можно судить по электропроводности почвы (ECa) с четырьмя электродами, если профиль почвы близок к «полевой емкости» и калибровочным кривым,… радар и построение изображений удельного сопротивления

• A.