Виды геофизических исследовании, возможности и место гравимагниторазведки в комплексе геофизических методов при ОГК сложных неоднородны
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Реферат
Виды геофизических
Выполнил:
Проверил: д.г-м.н, профессор
Алматы, 2012
Введение
Геофизические методы исследований — это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для изучения верхних слоев Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геологических, гидрогеологических, мерзлотно-гляциологических и других изысканий и основанный на изучении естественных и искусственных полей Земли. Геофизика, находясь на стыке нескольких наук (геологии, физики, химии, математики, астрономии и географии), изучает происхождение и строение различных физических полей Земли и протекающих в ней и ближнем космосе физических процессов. Ее подразделяют на физику Земли, включающую сейсмологию, земной магнетизм, глубинную геоэлектрику, геодезическую гравиметрию, геотермию; геофизику гидросферы (физику моря); геофизику атмосферы и космоса и геофизические методы исследования, называемые также региональной, разведочной и скважинной геофизикой. Предметом исследования научно-прикладных разделов геофизики является осадочный чехол, кристаллический фундамент, земная кора и верхняя мантия с общей глубиной до 100 км.
- Виды геофизических исследовании
Общее число геофизических
методов или модификаций
Каждое физическое поле определяется своими параметрами. Например, гравитационное поле характеризуют ускорением свободного падения g и вторыми производными потенциала (Wxz, Wyz, Wzz и др.), геомагнитное поле — полным вектором напряженности Т и различными его элементами (вертикальным — Z, горизонтальным — Н и др.), электромагнитное — векторами магнитной Н и электрической Е компонент, упругое — временем и скоростями распространения различных упругих волн, ядернофизические — интенсивностями естественного Iγ и искусственно вызванных (Inγ, Iγγ и др.) излучений, термическое — распределением температур и тепловых потоков.
Принципиальная возможность проведения геологической разведки на основе изучения различных физических полей Земли определяется тем, что распределение параметров полей на поверхности или в глубине Земли, в море, океане или в воздушной оболочке зависит не только от общего строения Земли и околоземного пространства, а также происхождения или способа создания полей, т. е. от нормального поля, но также и от неоднородностей геологической среды, создающих аномальные поля. Иными словами, геофизика служит для выявления аномалий физических полей, обусловленных неоднородностями геологического строения, связанных с изменением физических свойств и геометрических параметров слоев, геологических или техногенных объектов. Геофизическая информация отражает физико-геологические неоднородности среды в плане, по глубине и во времени. При этом возникновение аномалий связано с тем, что объект поисков, называемый возмущающим, либо сам создает поля в силу естественных причин, например, повышенной намагниченности, либо искажает искусственное поле вследствие различий физических свойств, например, отражение упругих или электромагнитных волн от контактов разных толщ.
Если геологические и геохимические методы являются прямыми, методами близкого действия, основанными на непосредственном, точечном или локальном изучении минерального, петрографического или геохимического состава вскрытых выработками пород, то геофизические методы являются косвенными, дальнодействующими, обеспечивающими равномерность, объемный характер получаемой информации и практически неограниченную глубинность. При этом производительность геофизических работ значительно выше, а стоимость в несколько раз меньше по сравнению с разведкой с помощью неглубоких (до 100 м) и в сотни раз меньше при бурении глубоких (свыше 1 км) скважин. Повышая геологическую и экономическую эффективность изучения недр, геофизические методы исследования являются важнейшим направлением современной геологии.
Выявление геофизических аномалий — сложная техническая и математическая проблема, поскольку оно проводится на фоне не всегда однородного и спокойного нормального поля, а среди разнообразных помех геологического, природного, техно- генного характера (неоднородности верхней части геологической среды, неровности рельефа, космические, атмосферные, климатические, промышленные и другие помехи). Измерив те или иные физические параметры по системам обычно параллельных профилей или маршрутов и выявив аномалии, можно судить о свойствах пород и о геологическом строении района исследований.
Получаемые аномалии определяются прежде всего изменением физических свойств горных пород по площади и по глубине. Например, гравитационное поле зависит от изменения плотности пород σ; магнитное поле — магнитной восприимчивости χ и остаточной намагниченности Ir; электрическое и электромагнитное поля — от удельного электрического сопротивления пород ρ, диэлектрической и магнитной проницаемости, электрохимической активности и поляризуемости; упругое поле — от скорости распространения различных типов волн, а последние, в свою очередь, — от плотности и упругих констант (модуль Юнга и коэффициент Пуассона и др.); ядерные — от естественной радиоактивности, гамма- и нейтронных свойств; термическое поле — от теплопроводности теплоемкости и др.
Физические свойства разных горных пород меняются иногда в небольших (например, плотность — от 1 до 6 г/см3), а иногда в очень широких пределах (например, удельное электрическое сопротивление—от 0,001 до 1015 Ом-м). В зависимости от целого ряда физико-геологических факторов одна и та же порода может характеризоваться разными свойствами и, наоборот, разные породы могут не различаться по некоторым свойствам. Изучение физических свойств горных пород и их связи с минеральным и петрофизическим составом, а также водо-нефтегазонасыщенностыю является предметом исследований петрофизики.
Известны различные прикладные
(целевые) классификации геофизических
методов. Региональные геофизические
методы предназначены для
По месту проведения работ геофизические методы исследования подразделяют на следующие технологические комплексы: аэрокосмические (дистанционные), полевые (наземные), акваториальные (океанические, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные) и геофизические исследования скважин (ГИС) или каротаж. Иногда дистанционные методы изучения поверхности и глубин Земли с помощью самолетов, вертолетов, искусственных спутников, пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций не считают геофизическими, поскольку при этих работах преобладают съемки в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн (фото- и телевизионная съемки). Однако, кроме таких визуальных наблюдений, все чаще используют дистанционные методы невидимого диапазона электромагнитных волн: инфракрасные, радиолокационные (радарная и радиотепловая), радиоволновые, ядерные, магнитные и другие, которые являются сугубо геофизическими. Особое место занимают геофизические исследования скважин, отличающиеся от прочих геофизических методов специальной аппаратурой и техникой наблюдений и имеющие большое прикладное значение при документации разрезов скважин.
Верхние оболочки Земли являются предметом исследования не только геофизических методов, но и других наук: геологии со всеми разделами, геохимии, географии и др. Геофизические методы исследования, базируясь на этих науках, являются, прежде всего, геологическими. Вместе с тем, давая другим наукам о Земле всевозможную информацию, они изменяют сам характер геологоразведочных работ.
Теория
геофизических методов
Решение обратной задачи—это основное содержание интерпретации данных разведочной геофизики. Оно с достаточной точностью может быть выполнено лишь тогда, когда кроме наблюденного поля из дополнительных источников получены сведения о свойствах пород, залегающих на глубине (например, по данным геофизических измерений в скважинах или на образцах). Большей однозначности интерпретации в определенных условиях можно добиться комплексным изучением нескольких полей.
Методика и аппаратура геофизических методов исследования основаны на использовании механики, электроники, автоматики, вычислительной техники, т. е. способы измерений — физико-технические. При этом современный уровень требований к аппаратуре очень высокий.
Эффективность разведочной геофизики при решении той или иной задачи определяется правильным выбором метода (или комплекса методов), рациональной и высококачественной методикой и техникой проведения работ, качеством геофизической интерпретации и геологического истолкования результатов. Сложность геофизической интерпретации объясняется как неоднозначностью решения обратной задачи, так иногда и приближенностью самого решения. Поэтому из нескольких возможных вариантов интерпретации необходимо выбирать наиболее достоверный, что можно сделать при использовании всех сведений о физических свойствах пород района исследований, их литологии, тектоническом строении, гидрогеологических условиях. Иными словами, лишь при хорошем знании геологии района можно получить наиболее достоверное истолкование результатов геофизических методов исследований, что требует совместной работы геофизиков и геологов при интерпретации. Последнее, очевидно, невыполнимо, если геофизики не имеют прочных знаний по геологическим дисциплинам и слабо знакомы с изучаемым районом, а геологи не разбираются в сущности и возможностях тех или иных методов геофизики.
Возрастание роли геофизики в связи с увеличением глубин и сложности разведки месторождений ведет не к замене геологических методов геофизическими, а к рациональному их сочетанию, широкому использованию всеми геологами данных геофизики. Единство и взаимодействие геофизической и геологической информации — руководящий методологический принцип комплексирования наук о Земле. Объясняется это тем, что возможности каждого частного метода геологоразведки (съемки, бурения, проходки выработок, геофизики, геохимии и др.) ограничены.
Разведочная геофизика является сравнительно молодой наукой, сформировавшейся в 20-е годы XX века. Однако ее физико-математические основы заложены значительно раньше. Так же давно началось использование полей Земли в практических целях. Ранее других методов возникла магниторазведка. Первые сведения о применении компаса для разведки магнитных руд в Швеции относятся к 1640 г. Теория гравитационного поля Земли берет свое начало с 1687 г., когда И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. В 1753 г. М.В. Ломоносов высказал мысль о связи силы тяжести на земной поверхности с внутренним строением Земли и разработал идеи газового гравиметра. Его же работы в области атмосферного электричества можно считать первыми, относящимися к электромагнитным исследованиям Земли. Первыми работами по электроразведке являются наблюдения Р. Фокса (Великобритания) в 1830 г. естественной поляризации сульфидных залежей и Е.И. Рогозина, который в 1903 г. дал первое изложение основ этого метода. В 1913 г. К. Шлюмберже (Франция) разработал метод электроразведки постоянным током, а в 1918 г. К. Зунберг и Н. Лунберг (Швеция) предложили электроразведку переменным током.
Со времени установления Кулоном закона взаимодействия магнитных масс (1785 г.) начинает развиваться теория земного магнетизма. Первыми магниторазведочными работами в России были съемки Курской магнитной аномалии (КМА) профессора МГУ Э.Е. Лейста в 1894 г., а в конце IX века - работы на Урале Д.И. Менделеева и в районе Кривого Рога И.Т. Пассальского. Теоретические работы Э. Вихерта (Германия) и Б.Б. Голицына в начале XX века в области сейсмологии имели самое непосредственное отношение к созданию сейсморазведки. В 1919 г. были начаты магнитные исследования на КМА. Эти работы можно считать началом развития не только отечественной, но мировой разведочной геофизики. Среди отечественных ученых, заложивших основы геофизических методов исследования, следует назвать Л.М. Альпина, В.И. Баранова, В.И. Баумана, В.Р. Бурсиана, В.Н. Дахнова, Г.А. Гамбурцева, А.И. Заборовского, А.Н. Краева, П.П. Лазарева, А.А. Логачева, А.А. Михайлова, Л.Я. Нестерова, П.П. Никифорова, А.А. Петровского, М.К. Полшкова, Е.Ф. Саваренского, А.С. Семенова, Л.В. Сорокина, Ю.В. Ризниченко, Л.А. Рябинкина, А.Г. Тархова, В.В. Федынского, О.Ю. Шмидта, Б.М. Яновского.
- Особенности использования геофизических ме
тодов при объемном геологическом картировании
Основным резервом обеспечения растущей потребности страны в минеральном сырье все в большей степени становятся выявленные, но еще не достаточно полно оцененные месторождения и месторождения слабо проявленные на поверхности. Актуальной стала разработка новых видов и методик проведения поисково-съемочных работ, в задачи которых входит изучение геологического строения территорий на глубине с целью обнаружения структур, благоприятных для локализации скрытого или слабо проявленного оруденения. Одним из таких видов является объемное геологическое картирование (ОГК).
Под ОГК подразумеваются
комплексные геолого-
Первые опытно-методические работы по ОГК были начаты в 1968 году, тем не менее, методика и содержание объемного геологического картирования до сих пор четко не определены. В настоящее время проведены или проводятся под именем ОГК три вида работ (Завражнов и др. 1983 г.):
1. Крупномасштабное ОГК хорошо изученных рудоносных площадей с составлением геологических разрезов до глубин 1000 м и более и карт-срезов на глубинах 500, 750 и 1000 м. Необходимая точность и детальность объемных построений обеспечивается включением в комплекс данных значительных объемов картировоч-ного и структурно-поискового бурения, тяжелых горных выработок. К таким работам могут быть отнесены завершенное и проводимое в настоящее время детальное (масштаба 1:5000, 1:10 ООО) изучение геологического строения глубоковскрытых рудных полей Казахстана, Рудного Алтая, Северного Кавказа, Урала и др.
2. Мелко- и среднемасштабное
изучение объемного строения
перспективных в поисковом
3. Среднемасштабные работы
по изучению объемного
Последние отличаются повышенными требованиями к эффективности использования геофизических методов, к точности и детальности их результативных построений, даже в сравнении с первыми двумя типами объемного картирования, а не только по отношению к работам, решающим задачи картирования поверхности. Более того, надежность результативных построений при изучении структур на глубине целиком зависит от эффективности сопутствующего комплекса геофизических работ, его информативности и возможностей в конкретных геологических условиях, что и определяет ведущую роль геофизических методов в комплексе работ по ОГК.
Актуальным вопросам исследования
возможностей и специфики применения
геофизических методов и, главным
образом, гравии магниторазведки при
изучении объемного геологического
строения территории и посвящена
данная работа. В исследованиях использованы
материалы ОГК, проведенного в 1970-1976
гг. Центрально-Казахстанской
Основными критериями выбора площади для проведения этих работ были: выразительность участка по набору литологических и возрастных комплексов, разнообразие морфологии структур, типичность изучаемых объектов по рудным характеристикам -факторы, позволяющие использовать полученные материалы с большей полнотой. Наиболее подходящим во всех этих отношениях оказался участок "Сортуз", расположенный на южном погружении Актау-Моинтинского антиклинория в 30-40 км к востоку от пос.
Тас-Арал. Границы района работ установлены таким образом, что площадь исследований включает области развития разнообразных структурно-фациальных комплексов от самых древних (кембрийских) до наиболее молодых (пермских).
Конкретным геологическим заданием было предусмотрено проведение геологического картирования поверхности в масштабе 1:25 ООО на территории пяти планшетов этого масштаба и изучение объемного строения в интервале глубин от 0 до 250 м, представляющем первостепенный поисковый интерес. Объемное строение территории решено было представлять в веде карт-срезов на глубинах 125 и 250 м подкрепленных комплектом геологических разрезов по серии широтных и меридиональных профилей и по линиям интерпретационных геофизических наблюдений.
Согласно поставленной геологической
задаче, основные особенности проведения
геофизических работ и
Главным физико-геологическим фактором, определившим как методику проведения и интерпретации, так и возможности геофизических методов в целом, явилась НЕОДНОРОДНОСТЬ изучаемых сред.
Объектом ОГК являются толщи коренных пород, залегающие вблизи поверхности и занимающие весь интервал изучения. Во многих рудных районах и, в тем числе, на большей части территории Нейтрального Казахстана этот интервал характеризуется сложным мелкоблоковым строением, сопровождающимся изобилием разрывов различного простирания, глубины заложения, геологической значимости с резкими изменениями мощностей и фаций в соседних блоках. Физической моделью такой среды является совокупность залегающих вблизи поверхности сближенных источников, аномальные значения физических свойств, которые часто характеризуются высокой дисперсией даже в пределах единых в геологическом восприятии толщ. Такие среды в дальнейшем называются сложными, неоднородными.
Физические поля, возникающие
над неоднородными средами, характеризуются
присутствием высокочастотной компоненты
значительной амплитуды, сопоставимой,
а часто и превышающей
Именно неоднородность петрофизических свойств горных пород и сложный спектральный состав аномальных физических полей определили основную проблематику исследований. Особое внимание, уделяемое в процессе объемного картирования вопросам использования геофизических методов для изучения неоднородных сред не случайно, оно обусловлено малыми глубинами объекта ОГК (изучение элементов геологического разреза, расположенных вблизи поверхности наблюдений не позволяет пренебречь дисперсией свойств источника, что было бы естественно при залегании тех же комплексов достаточно глубоко), высокими требованиями к детальности расчленения разреза.
Для обеспечения геологических построений на глубине количественными характеристиками, на всей территории объемного изучения были проведены площадные геофизические работы масштаба 1:25 ООО. Эти работы, выполненные силами Балхашской комплексной геолого-геофизической экспедиции, включали наземную магниторазведку по сети 250x50 м с точностью - 13нТл (нач. партии Гуменюк В.И.), гравиразведку по сети 250x250 м с точс р ностью + 0,08.10~° м/сек (Мурашкин В.В., Борщевский А.Ф.) и эдектроразведку методом ВП по сети 500x250 м (Хильченко Н.М.). V
На основе результатов
этих работ и текущих сведений
о геологическом строении территории
на перспективных в поисковом
отношении площадях были выбраны
участки детальных грави-
Г о 0,02* 10"" м/сек , магниторазведка по сети 100x25 м с точностью + 4-5 нТл» Вдоль интерпретационных профилей измерения магнитного поля проведены с шагом 10 м, £= + 7 нТл; гравитационного - с шагом 40 м, £= + 0,03.10" м/сек . Кроме того, эти профили частично обеспечены электроразведочными работали методом частотного электрического зондирования (ЧЭМЗ) и вертикального зондирования (ВЭЗ). Работы сопровождались большим объемом петрофизических анализов. Отбор образцов проводился в пределах выходов отдельных стратиграфических комплексов, на всех пикетах детальных гравимагнитных наблюдений (и на детальных участках и по профилям), а также из крена скважин. Автор в полевых работах принимал участие в качестве начальника гравимагнитного отряда.
Геолого-съемочные работы, детализация гравимагнитных наблюдений на перспективных площадях, высокоточные интерпретационные профили, петрофизические измерения и вся интерпретационная часть работы проведена большим коллективом геологов и геофизиков Центрально-Казахстанской экспедиции МГУ. Геологическое картирование и сопутствующие ему работы выполнены группой ведущих геологов экспедиции: А.Б.Веймарном, И.А.Кошелевой, Д.Н.Архангельским, И.Д.Дороховым, возглавляемой кандидатом геолого-минералогических наук В.С.Милеевым. Научный руководитель и идейный вдохновитель всех проведенных геофизических исследований кандидат геолого-минералогических наук Ю.В.Юнаковская.
При интерпретации результатов геофизических исследований для изучения объемного геологического строения возникло много частных проблем, характерных для конкретных геофизических методов, решением которых преимущественно занимались отдельные исполнители. Так, оценка разрешающей способности гравиметрии для изучения геологического строения структур в интервале картирования и обоснование -оптимальных съемочных гравиметрических сетей проведены Ю.И.Прозоровым (Прозоров, 1975). Вопросы метоN дики петрофизических измерений и отбора образцов и использования данных о физических свойствах пород в процессе интерпретации изучались Г.В.Генераловой (Генералова, 1975, Генералова, Юнаковская, 1976). Опробованием современных автоматизированных методов решения обратной задачи и внедрением их в практику интерпретации типичных для региона гравитационных и магнитных аномалий занималась Т.ИДанда (Ланда, Прозоров, Соколова, 1974, Ланда, Соколова, 1978). Эффективности электроразведочных работ методами ЧЭМЗ и ВЭЗ, специфике постановки частотных зондирований при решении структурных задач в условиях Северо-Западного Прибалхашья посвящена серия статей и кандидатская диссертация В.А.Шевнина.
Одной из таких частных проблем - проблемой интерпретации сложных гравитационных ж магнитных полей в условиях неоднородных сред занимался в ходе выполнения работ автор. На заключительной стадии, при обобщении всех результатов оказалось, что эта проблема, обязанная своим существованием специфике геологического строения территории, является наиболее общей характерной, в той или иной мере, для всех использованных методов, для всех геофизических полей. В связи с этим, в данной работе при анализе специфики интерпретации и оценке возможностей различных геофизических методов в условиях сложных неоднородных сред и физических полей используются и результаты предыдущих исследований.
Изучение особенностей применения гравимагниторазведки при объемном геологическом картировании сложных неоднородных сред потребовало решения ряда конкретных задач, среди которых главными, определившими направление данной работы являются:

- Виды гидравлических вяжущих веществ
- Виды гидробионтов, занесенные в Красную книгу РФ
- Виды гимнастики
- Виды гимнастики
- Виды гимнастики
- Виды гипопротекции
- Виды глобальных проблем
- Виды гарантий в системе международного страхования кредитов
- Виды геодезических измерений
- Виды геодезических куполов
- Виды геодезических куполов
- Виды геодезических работ в строительстве
- Виды геодезических работ в строительстве
- Виды геодезических работ на строительной площадке