Le liquide employé lors de l'exécution d'un forage (eau, boue, air, etc...) diffère presque toujours chimiquement de l'eau renfermée dans les formations traversées. C'est la mise en contact de ces fluides dissemblables qui provoque l'apparition de potentiels naturels.
Le potentiel de membrane
Considérons une formation poreuse et perméable, contenant un électrolyte
Rw, cette formation est limitée en haut comme en bas par des argiles jouant
le rôle de membrane. Lorsque cet ensemble est traversé par le forage,
l'électrolyte naturel est mis en présence du filtrat de résistivité Rmf.
Généralement l'eau de la formation est plus saline que la boue de forage,
de ce fait Rmf > Rw. Les argiles en présence de deux fluides de salinités
différentes se comportent comme une membrane cationique, c'est à dire
qu'elles laissent passer librement les cations Na+, mais sont imperméables
aux anions Cl-.
le potentiel de membrane
L'ensemble constitue une pile de concentration dont le pôle positif correspond à la formation la moins saline, le filtrat dans cet exemple. Une telle pile donne naissance à une force électromotrice Em. On appelle le potentiel ainsi créé potentiel de membrane (shale potentiel en anglais).
Lorsqu'il s'agit de solutions de NaCl, ce potentiel est relié à la résistivité des solutions par la relation suivante :
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