курс_специалитет_2014.doc. курс_специалитет_2014. Лекция 1 Тема Введение Предмет геофизики Геофизика (Ге ge Земля и physike физика основы естествознания)
 Скачать 341.83 Kb.
|
|
Лекция №1 Тема: Введение Предмет геофизикиГеофизика – (Ге «ge» – Земля и «physike» физика – основы естествознания)
Разделы геофизикиГеофизика как обобщающая фундаментальная наука включает: 1) Физику так называемой твердой Земли. Физика Земли изучает лишь Землю, как планету и ее оболочки:
2) геофизику воздушной оболочки, включающую прикладные разделы:
3) геофизику водной оболочки (гидросферы), включающие прикладные разделы:
4) науки, изучающие конкретные физические поля Земли:
Из геофизики литосферы выделились разведочная или прикладная геофизика с методами, имеющими большое практическое значение при поисках и разведке полезных ископаемых и называемыми гравиразведкой, магниторазведкой, электроразведкой, сейсморазведкой, терморазведкой, ядерной геофизикой и геофизические методы исследования скважин (ГИС). Предмет, методы и задачи разведочной геофизикиРазведочная геофизика - это составная часть геофизики, которая изучает физические поля (гравитационного, магнитного, электрического, упругих колебаний, термических, ядерных излучений) с целью исследования строения земной коры, поисков и разведки полезных ископаемых. Получаемая информация используется для определения местонахождения геологических структур, рудных тел и т.п. и их основных характеристик. Это позволяет выбрать наиболее правильное направление дорогостоящих буровых и горных работ и тем самым повысить их эффективность. В разведочной геофизике, в зависимости от природы физических полей, различают:
Магниторазведка изучает особенности магнитного поля, вызванного горными породами и рудами различной намагниченности. Гравиразведка основана на различии в плотности пород, влияющих на величину и направление ускорения свободного падения тела на поверхности Земли. Электроразведка изучает процессы, происходящие в горных породах при прохождении через них электрического тока. Сейсморазведка исследует особенности распространения упругих колебаний в горных породах. Ядерная геофизическая разведка включает в себя группу методов, основанных на изучении естественной и искусственной радиоактивности пород. Предметом исследований геофизических методов (прикладной геофизики) являются:
Целью разведочной (прикладной) геофизики является восстановление строения, состава, истории развития этих объектов земной коры на основе косвенной информации о физических полях. Основными задачами геофизических исследований земной коры являются следующее:
Эти задачи решаются путем косвенного изучения физических полей. В соответствии с решаемыми задачами основными прикладными направлениями и методами геофизических исследований земной коры являются:
По способу проведения работ геофизические исследования подразделяются на следующие технологические комплексы: аэрокосмические (дистанционные),
Особое место в геофизике занимают геофизические исследования скважин (ГИС), отличающиеся от прочих геофизических методов специальной аппаратурой и техникой наблюдений и имеющие большое прикладное значение при документации разрезов скважин. Эти методы называют также буровой, промысловой геофизикой или каротаж. Физические поля и аномалииФизическое поле – особая форма материи; система с бесконечным числом степеней свободы. Физическое поле связывают составные части вещества в единые системы и передают с конечной скоростью действия одних частиц на другие. К физическим полям относятся электромагнитное поле и гравитационное поле (электромагнитное поле было изучено физикой первым), поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частицам (например, электрон-позитронное поле). Источником физических полей являются частицы (например, для электромагнитного поля – заряженные частицы). Каждая частица физического поля характеризуется определенной величиной. Эти величины могут быть скалярными и векторными, а следовательно, и физические поля могут быть соответственно скалярными и векторными. Каждое физическое поле численно характеризуется своими параметрами: Гравитационное поле определяется ускорением свободного падения или силы тяжести g; Геомагнитное поле - полным вектором напряженности T и различными его элементами (вертикальной составляющей Z, горизонтальной составляющей H и др.); Электромагнитное поле - характеризуется векторами магнитной напряженности H и электрической напряженности E составляющими; Упругое поле – характеризуется скоростями распространения различных упругих волн; Термическое поле - температурами; Ядерно-физическое поле - интенсивностями естественного и искусственно вызванных гамма- и нейтронных излучений. Геофизические методы изучают как естественные поля, так и искусственно создаваемые. К естественным полям относятся магнитное и гравитационное поля Земли, некоторые виды электрических полей, поле распределения радиоактивности. В создании этих полей человек не принимает участие, они обусловлены самой природой. К искусственным полям относятся электромагнитное поле, поле распространения упругих колебаний, поле искусственной радиоактивности. Понятия о геофизических аномалиях Различают:
Наблюденное поле – это поле непосредственно измеренных величин. Нормальное геофизическое поле получают в результате усреднения измеренных величин на какой-то территории. Аномальное геофизическое поле – поле отклонения наблюденных величин от значений нормального поля. Трансформированное геофизическое поле – поле величин, полученных в результате каких-то преобразований наблюденных значений (например, поле пересчитанное на другую высоту, и т. п.). Аномалией в геофизике считается отклонение измеренного параметра поля от нормального. При этом возникновение аномалий связано с тем, что объект поисков либо искажает поле, либо сам создает поле, либо искажает поле, вследствие различий физических свойств. Интенсивность аномалий определяется контрастностью физических свойств, относительной глубиной объекта, а также уровнем помех. Аномалии определяются, прежде всего, изменением физических свойств горных пород по площади и по глубине. Изучение физических свойств горных пород и связи их с минеральным и петрографическим составом является предметом исследований петрофизики. Обязательной причиной появления геофизической аномалии является разница в физических свойствах возмущающего объекта и вмещающих его пород. Чем больше разница в физических свойствах возмущающего объекта и вмещающей его среды, тем более интенсивной будет наблюдаемая над ним геофизическая аномалия. Понятия об интерпретации в геофизике По результатам геофизических наблюдений после их обработки и введения в них необходимых поправок строят графики изменения измеренного показателя по профилю, план графиков или план изолиний. Для получения геологических выводов (по проведенным геофизическим работам) построенные геофизические графики, планы изолиний, диаграммы и т.п. необходимо расшифровать, или, как говорят геофизики, проинтерпретировать. Процесс интерпретации геофизических материалов является самостоятельным, сложным и весьма специфическим. Глубокий качественный анализ геофизических данных сопровождается количественной интерпретацией, т.е. математическими расчетами на ЭВМ:
Очень важными в разведочной геофизике являются понятия о прямой и обратной задачах геофизики. Прямая задача геофизики сводится к расчету аномального физического поля по известным параметрам возмущающего объекта. Параметрами объекта являются: мощность, глубина залегания верхней и нижней кромок, угол падения, намагниченность, плотность и т.п. Прямую задачу геофизики обычно решают на стадии проектирования геофизических работ. Получаемая при этом ожидаемая геофизическая аномалия помогают выбирать соответствующую измерительную аппаратуру и методику наблюдений. Обратная задача геофизики заключается в расчетах параметров и условий залегания аномалиеобразующего объекта по геофизической аномалии, полученной в результате полевых измерений. Обратную задачу геофизики решают на этапе интерпретации геофизических данных. К сожалению, нередко она может иметь несколько возможных вариантов решения, так как одному заданному распределению физического поля теоретически может отвечать множество так называемых эквивалентных геологических разрезов. В этом проявляется многозначность интерпретации геофизических данных. Ее устраняют привлечением независимых результатов других геологических или геофизических методов. Лекция № 2 Тема: Петрофизика – как отрасль знаний. Цели и задачи петрофизикиИсследования физических свойств в геологии и геофизики, ведущиеся для изучения горных пород и руд, являются специфическими и характеризуются своими задачами, теорией, методикой. Эта область знаний выделена в науку петрофизику. Петрофизика изучает, главным образом, свойства геологических образований (пород) создающие физические поля, которые могут быть измерены геофизическими методами. Таким образом, можно считать, что прикладная геофизика базируется на такой науке как петрофизика. Петрофизика предусматривает изучение:
Основными разделами петрофизики являются:
Комплекс работ при изучении петрофизических характеристик района (или целого региона) включает следующие виды исследований:
Три группы физических свойствФизические свойства по природе и характеру закономерных изменений подразделяются на три группы. I группа – плотность, упругость (скорость упругих волн, упругие модули), температура плавления – эти свойства обусловлены электронным строением и массой ядер атомов; II группа – электрическая проводимость (и электрическое сопротивление), магнитная восприимчивость и намагниченность, теплопроводность и другие тепловые свойства – связаны с особенностями строения электронных орбит; III группа – радиоактивные свойства – зависят от строения атомных ядер. Измерения петрофизических параметров Физическую характеристику можно определить по полям, измеренных на поверхности земли, в воздухе, в скважинах, по физическим свойствам образцов горных пород. Аэро- и наземные съемки позволяют получить физическую характеристику пород в естественном залегании на различных глубинах, в том числе на глубинах недоступных бурению. Геофизические исследования скважин (ГИС) устанавливают характер линейного распределения исследуемых свойств в естественных условиях. Лабораторные методы позволяют получить высокую точность определения физического параметра в образце. Свойства образца при этом не всегда точно отражают свойства породы в естественном залегании. Так как физическое состояние образца в лабораторном эксперименте не соответствует породе, находящейся в естественном залегании в условиях обводненности, механических и тепловых напряжений и т.д. Поэтому величины физических свойств, измеренных на образцах в лабораторных условиях и в естественном залегании, отличаются. Однако большинство геологических, а также, физических свойств горных пород определяются в лабораторных условиях на образцах, взятых из обнажений, горных выработок и скважин (керн). Некоторые свойства, например, деформационно-прочностные, магнитные (каппа-метрия), упругие (ультразвуковые) и др., определяются на опытных площадках, где коренные породы выходят на поверхность. Статистические методы обработки определений физических свойств. Статистическая обработка материалов состоит из двух этапов: предварительной обработки и математического анализа. Предварительная обработка заключается в составлении каталогов данных о составе и физических свойствах пород. Математический анализ позволяет установить основные закономерности изменения физических параметров и выделить петрофизические группы и ассоциации. При выделении петрофизических групп пород применяется метод группирования по наиболее общим и устойчивым признакам: генетическому типу, составу, текстурно-структурными особенностями, диагенезу и метаморфизму. Для выяснения распределения физического параметра в пределах предварительно выделенной петрофизической группы используют вариационный ряд, где каждому значения параметра x или интервалу его изменения ΔN соответствует определенная повторяемость значений параметра (частота). Форма вариационной кривой или гистограммы служат основным качественным критерием для выяснения правильности выделения петрофизической группы. Построение петрофизических карт и разрезов Наиболее полное и наглядное представление о распределении физических свойств геологических образований дают карты:
Петрофизические карты В основе легенд петрофизических карт лежит петрофизическая классификация горных пород, т.е. подразделение по физической характеристике пород различных генетических типов и петрографического состава. Петрофизические карты или карты физических свойств пород (петроплотностная, петромагнитная, петроэлектрическая, петроскоростная и др.), полученные по данным лабораторных измерений на образцах, являются фактической основой для петрографического (литологического) картирования изучаемой площади. Рекомендуется группировать физические свойства по интервалам их изменения буквенными индексами в алфавитном порядке. Так, для плотности при σ<2 г/см3 вводится индекс а, далее с ростом σ на 0,05 г/см3 группам придаются индексы в виде букв русского алфавита: при σ = 2-2,05 (б), 2,05-2,10 (в), 2,10-2,15 (г), ..., >3,2 (я). Магнитная восприимчивость большинства ферро- и парамагнитных пород с χ < 100*10-5 ед. СИ обозначается заглавной буквой А, а далее обозначают: при χ = 100-300 (Б), 300-700 (В), 700-1500 (Г) и т.д. (с увеличением интервала группирования вдвое при χ >40000*10-5 ед. СИ (К)). Для скоростей продольных волн вводится латинский алфавит: при Vp= 2,0-2,3 км/с (а) и далее скорости с интервалом 0,3 км/с обозначаются 2,4-2,7 (b), 2,8-3,1 (с), 3,2-3,5 (d), ..., 7,6-7,9 (v). При необходимости дается более дробная индексация: a1, a2, ..., A1, A2, ..., d1, d2 и т.п. Окраска карт Окраска карт подчинена принципу – показать наиболее выразительными средствами основное их содержание. Для петроплотностной карты принимается гамма цветов, отражающая плотность: сине-зеленые – желтые – желтые – коричневые - темно-коричневые. Интенсивность окраски усиливается от среднего значения плотности пород (2,5 г/см3) в сторону ее уменьшения (до 1,8 г/см3). И увеличения (до 3,2 г/см3). Гамма цветов на петромагнитной карте более многообразна. Различным цветом показывается химический состав пород: Розово-красным – кислый; коричневым – средний и высокоглиноземистый; зеленым – основной; фиолетовым – ультраосновной; желтым – щелочной; желто-оранжевым – песчаный; голубым – карбонатный; серым - глинистый и угленосный. Карты физических параметров Карты плотности, магнитной восприимчивости, намагниченности, радиоактивности и других параметров строят по данным измерения образцов или по данным расчетов с использованием геофизических карт. Геологическая и петрофизическая характеристика пород на картах не отражается; она может быть приведена в обобщенных показателях. Карты плотности и магнитной восприимчивости для складчатых районах и древних щитов строят в изолиниях по значениям параметра в каждой точке или по средним значениям для площади с определенным радиусом. Для платформенных областей карты строят в изолиниях параметров (преимущественно плотности) по средним значениям в целом для осадочного покрова или отдельных стратиграфических единиц. Основное назначение этих карт – использование при интерпретации гравитационного и магнитного полей с целью изучения глубинного строения земной коры Специализированные картыСпециализированные карты строят по величине параметров, выраженных в статистических характеристиках, в частности в отклонениях от среднего значения в единицах стандарта. Аномальными значениями петрофизического параметра считаются отклонения от среднего более чем на три стандарта. Карты строят для каждого параметра для отдельных участков. Они могут совмещаться и с петрофизическими картами. Петрофизические разрезыПетрофизические разрезы дают представление об изменении физических свойств горных пород с глубиной залегания. Отличием петрофизических разрезов от геолого-геофизических является предварительное выделение петрофизических групп пород, т.е. дифференциация геологических комплексов (серий, свит) по петрофизической характеристике. Петрофизические разрезы условно подразделяются на:
Плотность минералов и горных пород. Плотность и пористость физических тел |