Constante dieléctrica del mineral de roca

Las propiedades dieléctricas de las rocas o minerales se describen mediante sus constantes dieléctricas relativas. De manera similar a la conductividad eléctrica, la constante dieléctrica de las rocas o minerales está estrechamente relacionada con la constante dieléctrica de los minerales que contienen. Por lo tanto, la constante dieléctrica de los minerales se analizará primero a continuación.

1. Constante dieléctrica de los minerales y sus factores que influyen

La constante dieléctrica de los minerales naturales cambia dentro de un amplio rango y tiene una fuerte dispersión. En la banda de microondas, la constante dieléctrica cambia hasta de 2 a 4 órdenes de magnitud; en la banda de frecuencia inferior a la de microondas, la constante dieléctrica cambia en un rango mayor sólo en la banda de frecuencia óptica muy alta, la constante dieléctrica cambia; en un rango determinado Alejar.

Tabla 5-5-1 Constante dieléctrica de algunos minerales

Para la mayoría de los minerales formadores de rocas, incluidos los silíceos, la constante dieléctrica relativa es de 6 a 8. La constante dieléctrica relativa del sulfuro puede alcanzar varias decenas. Los minerales que entran en esta categoría incluyen: pirita, pirrotita, molibdenita, ilmenita, cromita, etc. La constante dieléctrica relativa de algunos otros sulfuros no supera 10 (por ejemplo: esfalerita, cinabrio, etc.). La tabla 5-5-1 proporciona las constantes dieléctricas de algunos minerales.

Existen muchos factores que afectan a la constante dieléctrica de los minerales: frecuencia, composición, estructura, contenido de agua, temperatura, presión, porosidad, grado de metamorfismo y ocurrencia de la formación.

(1) Frecuencia: La frecuencia es una de las razones importantes de los cambios en la constante dieléctrica de los materiales, pero la mayoría de los minerales formadores de rocas muestran una dispersión constante dieléctrica muy débil en la banda de frecuencia de las ondas de radio (102 ~ 106 Hz). ) característica.

(2) Humedad: La constante dieléctrica relativa del agua llega a 80. Por lo tanto, el agua tiene una gran influencia en las propiedades dieléctricas de los minerales. Entre los minerales, el agua existe en dos formas: agua estructural y agua adsorbida. Los experimentos muestran que el agua estructural tiene poco efecto sobre la constante dieléctrica de los minerales, mientras que el agua adsorbida afecta seriamente la constante dieléctrica relativa de los minerales. Especialmente para los minerales arcillosos, una gran cantidad de agua adsorbida exhibirá las propiedades del agua libre y afectará significativamente a los minerales. propiedades dieléctricas.

(3) Composición y estructura: Según los resultados relevantes de la física del estado sólido, el tipo de ion, el radio iónico y la polarizabilidad de los iones del mineral determinan el nivel de su intensidad de polarización eléctrica. Por tanto, la composición de un mineral afectará directamente a su constante dieléctrica. Además, las impurezas y defectos de los minerales también afectan la constante dieléctrica de los minerales. Esto se debe a que cuando los iones en la red cristalina mineral son reemplazados por impurezas, afectará el momento dipolar eléctrico inherente dentro del mineral. La estructura de los minerales tiene un impacto relativamente complejo en las propiedades dieléctricas de los minerales.

(4) Ocurrencia geológica: Los procesos geológicos son altamente regionales, por lo tanto, un mismo mineral producido en diferentes áreas tendrá diferentes impurezas porque ha experimentado diferentes procesos geológicos. Por tanto, el valor de la constante dieléctrica de un mismo mineral de diferentes orígenes será diferente.

(5) Temperatura: La regla general de la influencia de la temperatura en la constante dieléctrica es que a medida que aumenta la temperatura, la constante dieléctrica disminuye. En condiciones ideales, la relación entre temperatura y constante dieléctrica es

Conceptos básicos de la física de rocas

donde: A, B y C son todas constantes. Cuando la temperatura es muy alta y la frecuencia es muy baja, el segundo término del denominador disminuye y la constante dieléctrica se vuelve casi inversamente proporcional a la temperatura. Si la temperatura es baja pero la frecuencia es alta, el valor del segundo término aumenta con la temperatura, lo que hace que aumente la constante dieléctrica. Por tanto, el cambio de la constante dieléctrica de un mineral con la temperatura es una curva con valores extremos.

2. Constante dieléctrica de la roca y sus factores influyentes

La constante dieléctrica relativa de la roca tiene una gran relación con la litología. La constante dieléctrica de una roca policristalina de un solo mineral es siempre mayor que la constante dieléctrica de sus minerales constituyentes. Por ejemplo, los principales minerales formadores de rocas sedimentarias son el cuarzo, la calcita, la dolomita y diversos minerales arcillosos, y la constante dieléctrica de la calcita y la dolomita es de 1,5 a 2 veces mayor que la del cuarzo. Por tanto, la constante dieléctrica de la roca carbonatada es mayor que la de la arenisca cuyo componente principal es el cuarzo. En términos generales, el valor relativo de la constante dieléctrica de las rocas sedimentarias varía en el rango de 2,5 a 40. En las rocas magmáticas, la constante dieléctrica relativa oscila entre 6 y 10, con valores mayores para rocas ultrabásicas y rocas básicas y menores para rocas ácidas. La constante dieléctrica relativa de las rocas metamórficas varía en el rango de 5 a 17. La tabla 5-5-2 proporciona la constante dieléctrica relativa de algunas rocas.

Tabla 5-5-2 Constante dieléctrica relativa de algunas rocas

Un factor importante que afecta la constante dieléctrica relativa de la roca es el contenido de agua en la roca. La permitividad relativa de la roca húmeda es mucho mayor que la de la roca seca. Además, la forma de las partículas que forman la roca también afecta a la constante dieléctrica.

Por ejemplo, cuando las partículas de roca son esféricas, la constante dieléctrica de la roca compuesta por dos materiales es

Conceptos básicos de física de rocas

Donde: V1 es la constante dieléctrica del primer material fracción de volumen de partículas. Para rocas compuestas de n partículas materiales, existe

Conceptos básicos de la física de rocas

Esta fórmula se llama ecuación de Lorenz-Lorenz.

Otro factor importante que afecta a la constante dieléctrica de las rocas es la frecuencia de observación. Los experimentos han demostrado que existe una gran dispersión en el valor de la constante dieléctrica de las rocas.