В последние десятилетия количество легко-открываемых месторождений стратегического сырья сокращается. В то же время экономика требует прироста запасов. В связи с этим поиски слепых, перекрытых и глубокозалегающих объектов является насущной задачей. Решение этой задачи возможно лишь на основе широкого использования геофизических методов, которые позволяют находить руды на расстоянии. Очевидно, что малые количества благородных металлов, типичные для их руд можно определить лишь на основе химического анализа. Однако к ним приурочены минералы сульфидного ряда, содержание которых намного выше, чем у благородных металлов. Кроме того вблизи от руд вмещающие их породы часто изменены и обогащены глиной. Единственным методом, который позволяет дистанционно находить и оконтуривать в пространстве вкрапления сульфидных минералов и области с повышенной содержанием глины является метод вызванной поляризации (ВП).
Уникальная чувствительность поляризуемости к вкрапленным рудам позволила существенно повысить эффективность поисковых и разведочных работ.
В последнее десятилетие метод ВП выполняется в так называемом спектральном варианте, когда с помощью двух заземленных электродов измеряется зависимость электропроводности от частоты переменного синусоидального тока, подающегося в Землю с помощью двух других электродов. Зависимость электропроводности от частоты называется спектром ВП.

В то же время, эффективное применение спектральной вызванной поляризации сдерживается рядом факторов. Во-первых, теория явления вызванной поляризации не вполне разработана и требует существенных уточнений. Во-вторых, уточненная теория должна быть проверена на экспериментальном материале. Кроме того, большая часть наблюдений методом ВП выполнятся на поверхности, в то время как интересные и важные геологические результаты могут быть получены при исследованиях в скважинах.

Решению этих задач посвящен настоящий проект. В рамках первого этапа проекта нами предложены новые теоретические подходы к описанию явления. Мы теоретически получили основные закономерности поляризации матрицы пород, самих включений и их смеси. Эти теоретические результаты мы начали проверять в первых экспериментах, которые поставлены на моделях горных пород и на их природных образцах. Мы усовершенствовали способы выделения отклика отдельных видов минералов, частицы которых имеют разные размеры и показали, чем отличается вызванная поляризация округлых и продолговатых частиц. Мы разработали и протестировали специальный зонд для измерения вызванной поляризации в скважинах.
На втором этапе проекта мы исследовали поведение синтетической модели горной породы представленной пучком капилляров, часть из которых перегорожены полупроводящими частицами. Интерес к такой физической модели связан с тем, что до сих пор экспериментальные лабораторные данные о ВП получали только для смесей песка и проводящих частиц, то есть для гранулярной модели. Основываясь на данных, полученных на гранулярных моделях, было установлено, что интенсивность вызванной поляризации пропорциональна объемной концентраций полупроводящих частиц. Новые данные, которые мы получили на пучке капилляров, показали, что предельно высокое значение интенсивности поляризации может быть получено даже тогда, когда в породе присутствует только одна пора, блокированная частицей. При этом объемное содержание частиц – крайне невелико. Таким образом, интенсивность ВП не всегда является мерой содержания электронопроводящих частиц в низкопористых породах.
Мы также установили, что длительность поляризации, которая выражается ее характерным временем, зависит не от электропроводности раствора в порах, как считалось раньше, а от электропроводности всей горной породы.
Мы также нашли новый подход к решению задачи о так называемом «осреднении». На основе предшествующих и наших собственных исследований мы знаем параметры вызванной поляризации отдельных элементов текстуры горных пород: зерен диэлектриков, зерен проводников, пор разного диаметра. Для каждого такого элемента мы можем посчитать его отклик. Однако задача о поведении ансамбля таких элементов – не тривиальна и не сводится к простому суммированию откликов. В отчетном периоде мы опробовали метод сеточного моделирования импеданса (Impedance Network Modelling), который позволяет моделировать отклик всей горной породы, представленной как сетка, каждый узел который имеет комплексное сопротивление с заданной наперед частотной зависимостью. Мы сопоставили результаты моделирования с экспериментальными лабораторными данными и получили удовлетворительное их соответствие.
Мы выполнили большую серию экспериментальных работ на образцах горных пород, которые обладают так называемой поверхностной проводимостью. Большинство горных пород и грунтов характеризуются объемной проводимостью, когда электрический ток протекает по свободному раствору в порах. Однако, в пристенном слое пор всегда присутствует избыток ионов который обуславливает наличие дополнительной поверхностной проводимости. Такое поведение типично для глинистых пород. Мы выполняем (и будем продолжать в 2022 г.) большую серию измерений комплексной электропроводности на типичных глинах и на кимберлитах. Для определения параметров поверхностной проводимости необходимы кропотливые измерения при различной солености раствора в контакте с породой, которые занимают много времени для приведения породы и раствора к равновесию. Часть из лабораторных наблюдений на глине выполнены совместно нами с партнерской группой.