[科普中国]-电极电位法测井

特点

电极电位法在划分导电性矿层，确定矿层的结构，区分致密矿层（富矿）与浸染状矿层（贫矿）方面具有突出的优越性。因此，电极电位法是金属矿测井中常用的重要测井方法。

测井时采用刷子电极。当刷子电极与非电子导体接触时，刷子电极与相同金属材料做成的比较电极具有相同的电极电位，所以测量电路显示为“零电位差”。当刷子电极与电子导体接触时，刷子与导体等电位，与比较电极将有一定电位差。因此，沿井身记录的电极电位曲线可以用来划分电子导电矿体。1

岩矿石的电极电位当金属浸在纯水中时，极性很强的水分子将与金属的离子相吸引而发生水化作用，结果使一部分金属离子与金属晶格中其它离子间的键力减弱，甚至离开金属表面进入水中。金属正离子进入水溶液，剩下的负离子则留在金属表面，从而使金属带负电。由于静电吸引作用，进入水中的金属正离子将大部分聚集在金属表面附近。与此同时，带正电的水相对金属离子有排斥作用，它将阻碍金属离子继续进入水相，已溶于水中的正离子受金属负电荷吸引也可再沉淀到金属表面。当这种溶解和沉淀的速度相等时，便达到动态平衡，产生稳定的电动势，即电极电位。

金属与溶液间的电极电位的大小和符号，取决于金属的种类和溶液的性质，以及溶液中金属离子的浓度等。当金属浸在含有该金属离子的盐溶液中，由于溶液中存在该金属离子，使离子沉淀到金属的过程加快，因而在另一种电位下建立平衡。若金属离子很容易进入溶液，则该金属表面仍带负电，只是比纯水中所带的负电少；若金属离子进入溶液不易，溶液中已存在的正离子向金属沉淀的速度可能一开始就超过由金属进入溶液的速度，因而金属带正电。各种不同的金属都有一定的电极电位，下表为常见金属相对于氢电极的电极电位。可见贵金属相对于氢电极的电极电位为正值，而一般非贵金属的电极电位则为负值。

|| || 常见金属的电极电位（25℃）

实验证明，各种硫化物矿石也有不同的电极电位，表附4-2列出了各种硫化物矿石相对于金属铜的电极电位值。由表可看出：

（1）大多数金属硫化物矿石的电极电位均为正，它们的电极电位相对于一般贵金属的电极电位。

（2）如果选择与硫化物电极电位差别较大且电位较稳定的锌电极来制成电极，便可在矿层处得到明显的正的电极电位异常。2

|| || 各种硫化物矿石相对于金属铜的电极电位

原理如图，M为刷子电极，N1，N2为比较电极刷子电极，比较电极都用锌做电极。锌电极的电极电位为-0.76V，它与金属矿层的电极电位相比差别大，目的是产生大的正异常，而且比较稳定。N1，N2短路，这样可以平均井孔中自然电位，减小自然电位的影响。

设Vm为刷子电极在矿层上的电极电位；Vn为比较电极在泥浆中的电极电位，在非矿层上两者在泥浆中的电位相等即：

ΔVmn=Vm-Vn=0

在矿层上

ΔVmn=Vm-Vn

所测得的电位差与矿体的出露面积与刷子头的接触面积有关。当刷子头(M极)与电子导电矿体接触时，刷子头的电极电位可用下式近似确定：

式中，VK，Va分别为矿体和刷子电极的电极电位；SK，Sa分别为矿体出露面积和刷子头的接触面积。

由式可得出：

(1)当SaSK时，VM≈Va，则△VMN→0。

(2)实验结果表明，当刷子头的接触面积比电子导电矿物颗粒的出露面积大100倍以上（Sa/SK>100）时，电极电位法实际上已测不到任何异常。1

应用应用电极电位测井曲线可以解决下列问题：

1．精确划分电子导体矿层

在大多数金属硫化物、石墨、无烟煤等电子导电性矿层上，电极电位曲线都显示出急剧突变的鲜明异常(如图)。根据电极电位曲线的急剧变化段，可以精确确定矿层的界面和厚度。这是其他测井曲线所不及的。

2．了解矿层的结构，估计矿层的贫富

当刷子电扳在浸染状矿层中通过时，刷子头时而与矿接触，时而不接触，故电极电位曲线呈参差不齐的多峰异常。矿层越贫，电极电位曲线的异常越稀疏。反之，矿层越富，曲线的异常峰就越密集。致密块状矿体，有很好的电连通性，它的电极电位异常表现为规则的宽的单个异常。据此，利用电极电位曲线可以定性判断矿层的结构，估计矿层的贫富。2