1 Сущность предмета Геофизическая экология Экологическая геофизика использует

1. Сущность предмета "Геофизическая экология" Экологическая геофизика использует все методы разведочной геофизики, являющейся совокупностью наук, к-е изучают распределения в земной коре геофизических полей с целью поисков, оценки и разведки месторождений полезных ископаемых. Экол. геофизика – это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для решения разнообразных экологических задач. Цель применения методов экологической геофизики – получить над исследуемым объектом аномалию и в последующем выполнить истолкование этой аномалии. Этот процесс достаточно сложный. Поэтому система знаний экологической геофизики требуют изучения таких наук как физика, геология, математика, информатика, радиотехника и радиоэлектроника. Обязательное знание закономерностей изучения физических свойств пород (петрофизика). Полный цикл геофизических исследований включает: • Полевые геофизические наблюдения, цель которых зарегистрировать сигналы геофизических полей с соответствующей аппаратурой; • Получение сведений и проведения измерений физических свойств горных пород; • Решение прямой геофизической задачи (физическое или математическое моделирование); • Решение обратной геофизической задачи с целью получения геофизического разреза или геофизической карты; • Трансформацию геофизического разреза в геологический посредством петрофизических связей.

2. Естественные и искусственные физические поля. Геофизическое поле – это материальная среда, в которой распределяются физические потоки. То есть поле испытывает в земной коре деформации в зависимости от физических свойств геологических объектов. Геологическая среда является гетерогенной (неоднородной). Структура геофизического поля формируется физическими процессами, относящимся к действию гравитационных и магнитных масс, электрофизических и электродинамических процессов и т. д. Принято различать нормальное и аномальное поля. Нормальное поле - это поле в однородной изотропной среде, т. е. в природном объекте, где изменение физических свойств во всех направлениях одинаково, например: вода, песок. В реальных геологических средах под нормальным полем понимают поле вне аномального (изучаемого) объекта, например, интрузивное образование в осадочных отложениях, где осадочные отложения являются объектом, формирующим нормальное поле, а интрузивное - аномальное поле. Переход от параметров поля к значениям физических свойств осуществляется путем материальных уравнений: уравнения классических физических законов, например Ньютона, Ома, Био, Савара и др. Тенденции изменения геофизических параметров изучаются в зависимости от геологических признаков. Естественное – создаются независимо от воздействий (постоянное электрич. поле: диффузионное, адсорбционное, оксилительно-восстановительное; магнито-телурическое, гравитационное и частичнотепловое) Искусственные – там, где есть источник поля (сейсморазведка, электроразведка, радиометрия, тепловое)

3. Прикладная геофизика и ее разделы, относящиеся к экологической геофизике Разведочная геофизика по используемым геофизическим полям подразделяется на: гравитационную разведку, сейсмоакустическую разведку, магнитную и электромагнитную разведки, радиационную разведку, тепловую разведку.

4. Результаты геофизических исследований, как информационная система (информационноизмерительный модуль) в цикле геологоразведочных и геоэкологических работ Полный цикл геофизических исследований: 1) Полевые геофизические наблюдения, цель которых зарегистрировать сигналы геофизических полей с соответствующей аппаратурой; 2) Получение сведений и проведение измерений физических свойств горных пород; 3) Решение прямой геофизической задачи (физическое или математическое моделирование); 4) Решение обратной геофизической задачи с целью получения геофизического разреза или геофизической карты; 5) Трансформацию геофизического разреза в геологический посредством петрофизических связей.

5. Классификационная схема разделов прикладной геофизики (по направлениям геологоразведочных работ, видам исследований, используемым методам) Разведочная геофизика подразделяется: по направлению работ (полевая геофизика, скважинная геофизика, подземная геофизика, геофизическое исследование скважин, аэрогеофизика, аквагеофизика), по видам работ (структурная, нефтяная, угольная, рудная, инженерно-геологическая и гидрогеологическая, экологическая), по используемым геофизическим полям (гравитационная разведка, сейсмоакустическая разведка, магнитная и электромагнитная разведка, радиационная разведка, тепловая разведка).

6. Прямая и обратная задачи прикладной геофизики Прямая геофизическая задача - это получение теоретической кривой (графика) над объектом заданной геометрической формы с конкретными физическими параметрами. Задача решается путем математического или физического моделирования. Обратная геофизическая задача - это интерпретация результатов полевых измерений с целью получения полного представления о геологических свойствах, геометрической форме и физических параметрах изучаемого объекта. Задача решается путем сопоставления полевой (наблюдённой кривой) с теоретическими кривыми (метод подбора). При неоднозначности решения требуется привлечение дополнительных геолого-геофизических данных. Как правило, регистрируемые геофизические параметры являются интегральными показателями изучаемой среды, где наибольший вклад в суммарное аномальное поле выполняют те объекты, которые наиболее контрастны по физическим свойствам и соответственно являются большими по геометрическим размерам. Выявление таких локальных объектов производят специальными интерпретационными приёмами. Наиболее простой способ заключается в вычитании из аномального поля нормального поля. Считается, что вмещающая объект геологическая среда является нормальным полем и аномалию создает только исследуемый локальный объект.

7. Разновидности геофизических методов. Физические свойства пород на уровне твердой, жидкой и газообразной фаз, кристаллических и осадочных пород Различают: гравиметрическую разведку, основанную на изучении поля силы тяжести Земли; магнитную разведку, изучающую естественное магнитное поле Земли; электрическую разведку, использующую искусственные электромагнитные поля, реже – измерение естественных земных полей; сейсморазведку, изучающую распространяющиеся в земной коре упругие колебания, вызываемые искусственно (после взрыва или удара) или имеющие естественное происхождение (сейсмические волны, возникающие в результате землетрясений или извержений вулканов); геотермическую разведку, основанную на измерении температуры горных пород в скважинах; радиометрическую разведку, исследующую естественное радиоактивное излучение. Изменение физических свойств связано с различным вещественным (петрографическим) составом и с давлением, температурой. Важно знать тенденции этих изменений. Для магматических пород эти тенденции удобно изучать в их щелочно-земельном ряду, а для метаморфических - по стадиям метаморфизма. Магматические: Кислые (гранит) Средние (диорит) Основные (габбро) Ультраосн (перидотит) Метаморфические: Зеленосланцевая Гранулитовая Амфиболитовая Эклокитовая Свойства: А) Увеличение-уменьшение физического параметра в зависимости от литологического состава. Б) Увеличение-уменьшение физического параметра в зависимости от стадий преобразования осадочных пород Жидкая фаза Плотность дистиллированной воды составляет 1, 01 г/см 3, а у нефти она изменяется от 1, 3 до 1, 5 г/см 3. При увеличении степени минерализации плотность воды возрастает. Газовая фаза Воздух, газо-воздушные смеси и чистые газы (метан, пентан и др. ) имеют d < 0, 001 г/см 3. Твердая фаза У минералов d изменяется от 0. 1 до 20 г/см 3. Тенденцию изменения d твердой фазы для основных породообразующих минералов можно отобразить схематически

8. Основные понятия и определения гравиразведки Гравиразведка один из основных разделов разведочной (полевой) геофизики, основанный на распределении в земной коре гравитационного поля с целью изучения её строения, а также для решения геологических задач при поисках, оценке, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Гравитационное поле - это поле силы тяжести, то есть поле взаимодействия механических масс в материальной среде (рис. 7). В основе лежит закон Ньютона: где F - сила притяжения, f - постоянная гравитационного поля Схема механизма действия астазированных гравиметров 1 - упругая кварцевая нить, 2 - рамка крепления нити, 3 - главный рычаг с массой m, 3’ - дополнительный рычаг, жестко связанный с главным, 4 - главная пружина, 5 - диапазонная пружина -, 6 - измерительная пружина, 7 - микрометрические винты, 8 - корпус прибора

9. Краткая теория гравитационного поля. Закон Ньютона. Формулы гравитационного потенциала и напряженности поля. Параметр силы тяжести Гравитационное поле - это поле силы тяжести, то есть поле взаимодействия механических масс в материальной среде. В основе лежит закон Ньютона: F - сила притяжения, f-постоянная гравитационного поля: 6, 67*10 -8*г-1 см 3 сек-2, m 1 и m 2 - взаимодействующие массы, r - расстояние между m 1 и m 2. Если m 1 считать точечной массой, а m 2 увеличить до массы Земли, то формула Ньютона примет вид: где q/ - ускорение свободного падения, значение которого с учётом центробежной силы, возникающей от вращения Земли, составляет 9, 81 м/с2. Основной параметр гравитационного поля, его потенциал, описывается формулой: Этот потенциал обладает свойством аддитивности (складываемости) и для суммы дискретных масс mi принимает вид: Поскольку в прямоугольной системе координат приращение массы является произведением плотности на объем, то есть dm = *dx*dy*dz, то Из формулы следует, что U – является функцией плотности. Измеренное значение силы тяжести gаном является частной производной от потенциала гравитационного поля в точке наблюдения: gаном=

10. Нормальное и аномальное гравитационное поле. Уровенная поверхность. Геоид. Поправки за свободный воздух, промежуточный слой, рельеф. Формула аномалии Буге В гравиразведке измерения выполняются по параметру Δg. Б - приращение силы тяжести в редукции Буге. Этот параметр является результирующим между аномальным Δgаном (измеренным) и нормальным gнор (теоретическим) значениями силы тяжести. Кроме того, в показания вводятся поправки: 1) за свободный воздух Δgсв. возд, 2) за промежуточный слой пород Δgб (толщу пород между точкой наблюдения поверхностью геоида или за поправку Буге), 3) за рельеф Δgр. Формула аномальной силы тяжести в редукции Буге: Δg. Б = gаном - gнорм + gф + gб + gр

11. Дифференциация горных пород по плотности и методы ее измерения Плотность - это свойство природных объектов, в том числе горных пород, определяемое отношением их массы ( m) к объему (V): d = m/V, Единица измерения d в системе СИ - кг/м 3*103. Внесистемная единица - г/см 3. В каждой точке геологической среды: следовательно, d =∂m/∂V В магматических породах щелочноземельного ряда наблюдается увеличение плотности от кислых к ультраосновным породам У метаморфических пород одноименного минерального состава наблюдается увеличение d по мере усиления степени метаморфизма Для осадочных пород в пределах одноименных стадий литогенеза тенденция изменения плотности определяется вещественно-петрографическим составом и соответствует изменению d твердой фазы В пределах отдельных групп осадочных пород вторая тенденция проявляется в зависимости от стадий преобразования (литогенеза) МЕТОД: С помощью денситометра и делением массы на объем.

12. Общая характеристика плотности основных минералов, горных пород и руд. Плотность - это свойство природных объектов, в том числе горных пород, определяемое отношением их массы ( m) к объему (V): d = m/V, Единица измерения d в системе СИ - кг/м 3*103. Внесистемная единица - г/см 3. В каждой точке геологической среды: следовательно, d =∂m/∂V В магматических породах щелочноземельного ряда наблюдается увеличение плотности от кислых к ультраосновным породам У метаморфических пород одноименного минерального состава наблюдается увеличение d по мере усиления степени метаморфизма Для осадочных пород в пределах одноименных стадий литогенеза тенденция изменения плотности определяется вещественно-петрографическим составом и соответствует изменению d твердой фазы В пределах отдельных групп осадочных пород вторая тенденция проявляется в зависимости от стадий преобразования (литогенеза) МЕТОД: С помощью денситометра и делением массы на объем.

13. Гравиметры. Гравитационные вариометры и градиентометры. Гравиметры бывают двух основных видов: 1) Маятниковые; эти приборы используют от двух до шести и более маятников. Этим за счет разностных колебаний каждой пары маятников, исключается необходимость учета длины этих маятников. Маятниковые гравиметры эффективны при измерениях в движении, в частности на морских суднах. 2) Астазированные (на основе кручения упругой нити). Конструкция гравиметра помещается в сосуд Дьюара, с тем, чтобы максимально снизить влияние температуры воздуха, влажности, ветровых воздействий и т. д. При размещении гравиметра в точке измерения на массу m главного рычага воздействует сила притяжения. Пропорционально ей изменяется угол j, к-й размечается делениями микрометрического винта. Последний регулирует действие измерительной пружины. При этом роль главной пружины заключается в поддержании равновесности рычажной системы. Диапазонная пружина предназначена для искусственного увеличения угла j. Эта операция называется астазированием, что и предопределяет название гравиметров. Астазированием достигают высокой точности измерений (до 0, 01 м. Гал). Визуализация микрометрических меток осуществляется с помощью оптической системы. 1 - упругая кварцевая нить, 2 - рамка крепления нити, 3 - главный рычаг с массой m, 3’ - дополнительный рычаг, 4 - главная пружина, 5 - диапазонная пружина -, 6 - измерительная пружина, 7 - микрометрические винты, 8 - корпус прибора К другим типам гравиметрических приборов относятся вариометры и градиентометры. Они измеряют вторые производные гравитационного потенциала. Их основа - крутильные весы. Градиентометры отличаются от вариометров тем, что, во-первых, для них предусматривается жесткая фиксация, а во-вторых - непрерывное наблюдение во времени. Основные производные гравитационного потенциала Wxz и Wyz: U//xz = ∂2 U/∂x∂z = Wxz; U//yz = ∂2 U/∂y∂z = Wyz Рис. 11. Схема устройства вариометров и градиентометров 1 - корпус прибора, 2 - упругая нить, 3 - ломаный рычаг, 4 - грузики массой m

14. Методика гравиразведки: наземные, морские и подземные съемки. Опорная и рядовая сеть. Методика включает: • Выбор вида и характера съемки; • Топографическую разбивку участка работ; • Порядок и последовательность гравиметрических измерений; • Первичную обработку и последующую качественную и количественную интерпретацию исходных материалов. Основной вид гравиметрической съемки - это полевая съемка, предусматривающая измерения на заданной площади по системе профилей. Первично производится сбор априорных данных о предполагаемом геологическом объекте, а затем уже производится ориентация геофизических профилей. Предполагаемый объект, должен пересекаться не менее чем 3 -4 профилями. Расстояние между профилями и определяется масштабом съемки. Расстояние между точками на профиле должно быть не меньше расстояния между профилями. После разметки всех точек среди них определяются контрольные и опорные. Контрольные точки составляют ≈ 10%, а опорные ≈ 10 -15 %. Их распределение должно быть равномерно по площадке. Конкретные измерения на опорных точках необходимы для характеристики процесса сползания нуля гравиметра, обусловленные кручениями кварцевой нити за счет атмосферных явлений. Опорные точки являются реперными, т. е. служат для увязки измерений на рядовых точках. Для определении значений в опорных точках осуществляется разброс невязок по формуле: где - средняя квадратичная погрешность полигона опорных точек, di - разность основных контрольных измерений, m -общее количество точек, n - количество контрольных точек. Измерения на рядовых точках осуществляются по системе ранее обустроенных (размеченных) профилей. При этом обязательны измерения на опорных точках в течение установленного с учетом сползания нуль пункта прибора времени. Общая поправка при окончании гравиметрических измерений осуществляется по формуле: e=+корень из eопор +eн +eф +eб +eр , где: eопор - поправка за опорную сеть, eн - поправка за нормальное поле, eф - поправка за свободный воздух, eб - поправка за промежуточный слой, eр - поправка за рельеф. Результаты представляются в виде план-графиков. Построения производятся по показателю (приращение силы тяжести в редукции Буге). Положительная аномалия – избыточная плотность, отрицательная аномалия - пониженная плотность

15. Решение прямых и обратных задач гравиразведки Интерпретация гравиметрических данных разделяется на качественную и количественную. Последняя выполняется на основе решения прямой и обратной задач гравиразведки. Цель - установить количественные характеристики изучаемых геологических объектов, т. е. их пространственное расположение, глубину залегания и избыточную плотность. Прямая задача для тел простой геометрической формы (шар, цилиндр и др. ) решается аналитическим способом: где Dd - избыточная плотность. Для элементарной массы dm в гравитирующем теле Т (рис. 19) будем иметь расстояние от А до М равным r: Для объектов (тел) сложной геометрической формы существуют численные методы решения прямой задачи, а также методы физического моделирования. Один из распространенных численных способов решения прямой задачи гравиразведки – применение палетки Гамбурцева. Палетка представляет собой систему параллельных горизонтальных линий, проведенных через равные промежутки в заданном масштабе. На первой линии из точки О проведена система лучей под углом j. Плоскость оказывается разбитой на ячейки ABCD, которые представляют собой неправильные призмы. Эти призмы, если смотреть перпендикулярно на палетку, в точке О имеют одинаковый гравитационный эффект Качественная интерпретация - по построенным план-графикам или картам устанавливается геологическая природа гравитационных аномалий, оценивается местоположение изучаемых объектов. Количественная интерпретация есть суть решения обратных задач гравиметрии. Предусматривает сопоставление теоретических и наблюденных кривых. Разработаны программы для 1 D, 2 D, 3 D моделей геологической среды. Интерпретация носит название Dинверсии. Конечным результатом количественной интерпретации является определение формы, размеров, глубины залегания и пространственного положения объектов.

16. Качественная и количественная интерпретация данных гравиразведки и геологическое истолкование гравитационных аномалий Интерпретация делится на качественную и количественную. Качественная интерпретация - по построенным план-графикам или картам устанавливается геологическая природа гравитационных аномалий, оценивается местоположение изучаемых объектов. Количественная интерпретация есть суть решения обратных задач гравиметрии. Предусматривает сопоставление теоретических и наблюденных кривых. Разработаны программы для 1 D, 2 D, 3 D моделей геологической среды. Интерпретация носит название Dинверсии. Конечным результатом количественной интерпретации является определение формы, размеров, глубины залегания и пространственного положения объектов.

17. Применение гравиразведки для региональных съемок, при поисках и разведке полезных ископаемых, в геоэкологии, инженерной геологии и др. отраслях геологии Гравиразведка один из основных разделов разведочной (полевой) геофизики, основанный на распределении в земной коре гравитационного поля с целью изучения её строения, а также для решения геологических задач при поисках, оценке, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Гравиразведка в основном применяется для изучения больших кристаллических внедрений в породы или рудных залежей, так как именно над этими геологическими объектами наиболее проявлены аномалии проведении геологоразведочных работ. При изучении угольных залежей аномалии будут иметь отрицательные значения.

18. Основные понятия и определения магниторазведки Магниторазведка - раздел разведочной геофизики, изучающий особенности распределения геомагнитного поля в земной коре с целью поисков, оценки и разведки месторождений полезных ископаемых. Геомагнитное поле - это часть общего магнитного поля Земли, имеющего потенциальный характер. Основой является закон Кулона, описывающий взаимодействие магнитных масс (элементарных дипольных масс)

19. Краткая теория геомагнитного поля (закон Кулона для точечных магнитных масс). Совокупное магнитное поле, формулы потенциала и напряженности. Геомагнитное поле - часть общего магнитного поля Земли, имеющего потенциальный характер. Взаимодействие магнитных масс подчиняется закону Кулона: F - сила взаимодействия масс m 1 и m 2, r - расстояние между массами, μа - абсолютная магнитная проницаемость (μа = μ 0*μ), μ 0 = 4π*10 -7 Гн/м – проницаемость вакуума, μ - относительная магнитная проницаемость. Суммарное магнитное поле Земли складывается из: постоянного геомагнитного поля, которое представляет собой поле диполя большого намагниченного шара; материкового поля, созданного породами глубинных структур; переменного магнитного поля, под действием которого формируются в Земле вихревые токи. Последние вызывают магнитную индукцию: Если Землю представить как космическое тело, имеющую массу m 2, то согласно закону Кулона будет притягивать массу m 1, с силой равной напряженности магнитного поля Н: при условии, что, m = 1 т. е. среда не магнитная. Потенциал магнитного поля для элементарных магнитных масс, как и гравитационный потенциал, обладает свойством аддитивности:

20. Происхождение магнитного поля Земли и его вариации. Элементы геомагнитного поля Поле вариаций - это вариации: вековые; годовые; суточные (солнечно-суточные и лунно-суточные); магнитные бури. Происхождение магнитного поля Земли связывается с существованием в ядре слабых вихревых токов, которые вследствие вращения Земли и под действием гидромагнитного эффекта приводят к первоначально слабому эффекту электромагнитной индукции. Процесс "диффундирует" (последовательно передается) к поверхности Земли, где компенсируется поверхностными токами. В результате на земной поверхности постоянно существуют геомагнитное поле, которое в разной степени деформировано в зависимости от намагниченности тех или иных геологических тел. Элементы: Нт = Но + Нм + На + Нвн + ΔН Нт – суммарное магнитное поле; Но – поле диполя Земли; Нм – поле материковое; На – аномальное поле; Нвн – внешнее поле; Δ Н – поле магнитных вариаций. Единицы измерения в магниторазведке – 1 н. Тл = 10(в минус 9 степени) Тл Основной параметр магнитного поля, суммарный магнитный вектор Т и его вертикальная проекция Z Другими параметрами являются магнитное склонение - D, магнитное наклонение - I, северная проекция Х, западная (восточная) проекция У. На полюсах Т = Z = 0, 66*10 5 н. Тл при Н = 0. На экваторе Т = Н = 0, 33*10 5 н. Тл при Z = 0 Нт = Но + Нм + На + Нвн + d. Н (34), где Нт – суммарное магнитное поле, Но – поле диполя Земли, Нм – поле материковое, На – аномальное поле, Нвн – внешнее поле, d. Н – поле магнитных вариаций. Основной параметр магнитного поля, суммарный магнитный вектор Т и его вертикальная проекция Z Нормальное поле - это совокупное поле Земли (поле диполя и материковое), которое формирует картину силовых линий от северного к южному магнитному полюсу. Аномальное поле - это локальное поле от намагниченных геологических тел. Внешнее поле – поле от объектов помех, например: всевозможных металлических сооружений.

21. Магниторазведочная аппаратура. Устройство, принципы работы и типовые блок-схемы магнитометров. Приборы применяемые в магниторазведке: Феррозондовые; Протонные; Оптико-механические; Квантовые. Схема устройства оптико-механического магнитометра 1 – рама, 2 – металлическая нить, 3 – постоянный магнит, 4 – зеркало, 5 – диапазонный магнит, 6 – компенсационный магнит, 7 – лимб Блок-схема феррозондового магнитометра 1 – феррозонд, 2 – генератор, 3 – измеритель первичного сигнала, в) 4 – фазовращатели (компенсаторы напряжения и фазы), 5 – сумматор, 6 – кварцевый генератор (частотомер), 7 – регистрирующее устройство В) Протонные магнитометры. Датчик поля представляет собой сосуд, наполненный протонообразующей жидкостью (вода, спирт, бензол или их смеси). Вокруг сосуда намотаны генераторная и измерительная катушки. С помощью первой создается эффект поляризации протонов, а с помощью второй - изменение ориентации магнитных моментов вследствие деформации магнитного поля под действием тех или иных магнитных объектов. Прецессия выражается формулой где Т - суммарный магнитный вектор, w - частота, α- коэффициент, характеризующийся отношением механического и магнитного моментов. Протонные магнитометры отличаются высокой точностью. У них, в отличие от феррозондовых, отсутствует сползание нуль-пункта. Блок-схема протонного магнитометра Д. П. – датчик поля, Вх. У. – выходной усилитель, У – усилитель мощности, С – смеситель, УПЧ – усилитель промежуточной частоты, Д – детектор, ЭЗК – электронная записная книжка, ГПЧ – генератор промежуточной частоты, Б. П. – блок питания, П. Н. – преобразователь напряжения Квантовые магнитометры. Это современные приборы, в основе которыхлежит то же уравнение прецессии, что и для протонных магнитометров. Используется физическое явление Леемана. Сущность явления в переходе электронов на новый энергетический уровень под действием монохроматического света. Вспышка этого света называется накачкой. Под действием этого света электроны атомов отдельных элементов переходят на другой энергетический уровень, причем их магнитные моменты как и у протонов ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля. После прекращения накачки (вспышки монохроматического света) электроны возвращаются на прежние уровни, но при этом выделяется энергия с частотой пропорциональной суммарному вектору магнитного поля Т. Сосуд (лампа) квантового магнитометра наполнен парами или цезия, или рубидия или гелия, которые являются насыщенными атомосодержащими объектами. Блок-схема приборов аналогична протонным магнитометрам.

22. Магнитные свойства природных объектов, включая горные породы. Природа диа-, пара-, и ферромагнетизма диамагнетики (магнитная проницаемость η < 1); парамагнетики (магнитная проницаемость η > 1); в группе парамагнетиков выделяются специальная группа ферро-, ферри- и антиферромагнетиков η >> 1. Природа магнетизма обусловлена структурой спин-орбитальных моментов атомов под действием магнитного поля. Ферро-, ферри- и антиферромагнетики - очень сильные природные магниты, внутренняя структура которых содержит специальные области дом'ены.

23. Тенденции изменения магнитной восприимчивости в твердой, жидкой и газообразной фазах, у кристаллических (магматических и метаморфических) и осадочных (терригенных и хемогенных) пород Твердая фаза. Магнитные свойства минерального состава горных пород в основном определяются примесью ферромагнитных минералов (магнетит, гематит, самородное и метеоритное железо и др. ). Тенденция изменения магнитной восприимчивости ( ) у минералов групп различной литологической принадлежности: Жидкая фаза. Вода и нефть диамагнитны. Газовая фаза. Газы и газовоздушные смеси также диамагнитны. А) Тенденция изменения магнитной восприимчивости у магматических пород щелочноземельного ряда а) б) Б) Тенденция изменения магнитной восприимчивости у метаморфических пород Тенденция изменения магнитной восприимчивости у осадочных пород для одноименных стадий их преобразования

24. Методика и технология магниторазведочных работ 1) Выбор характера и вида съемки, в том числе методы, аппаратуру, технологию; 2) Топографическую (геодезическую) разбивку сети; 3) Увязку результатов профильных (площадных) наблюдений с определением погрешностей; 4) Представление результатов съемки. Перечисленные виды, методики и технологии в принципе соответствуют гравиметрическим работам с определенной спецификой, касательно особенностей проявления деформации магнитных полей на том или ином участке исследования. Для производства измерений применяется современная протонная и квантовая аппаратура (магнитометры, где отсутствует сползание нуль пункта). Следовательно, отпадает необходимость в наличии опорных точек. Остаются только контрольные. При этом, топографическая разбивка сети может выполняться с определением координат первой и конечной точек профиля. Остальные координаты определяются мерным шнуром или шагомером.

25. Полевая магнитная съемка. Система измерений. Представление результатов (формирование таблиц, первичная обработка данных, определение погрешностей наблюдений, построение план-графиков и карт, включая использование современных компьютерных программ). Проведения магниторазведочных работ сопровождается вариационными наблюдениями (непрерывные по времени измерения стационарным магнитометром, установленным на базе) с целью записи магнитных пульсаций (бурь). Магнитные наблюдения производятся либо по профилю, либо по системе профилей, расположенных в пределах изучаемой площадки. Для надежного обнаружения аномалий расстояние между профилями должно быть по крайней мере в 2 раза меньше протяженности исследуемой аномалии, а расстояние между точками на профиле в 2 раза меньше ширины аномалии. Сеть наблюдений определяется ожидаемыми размерами аномалий. Система измерений сводится к записи значений суммарного вектора напряженности магнитного поля на каждой точке профиля. Эта съемка предусматривает топографическую разбивку сети и методику непосредственной съемки. Предварительно выбирается тип съемки на основе изучения участка и проработки предшествующих работ. Определяется применяемая геофизич. аппаратура. Порядок первичной обработки и представление результатов. Если съемка большой площади, то устанавливается второй магнитометр в режиме непрерывной записи. Магнитометрическая съемка похожа на гравиметрическую, но в магнитной только начальный и конечный пикеты профилей. Решение прямой задачи, как правило, производится для объектов простой геометрической формы. На рис. приведены графики параметров магнитного поля Zа и Hа над крутопадающим пластом бесконечного простирания. Форма графиков Zа и Hа над крутопадающим пластом бесконечного простирания.

26. Способы решения прямой и обратной задач магниторазведки. Типовые графики над объектами простой геометрической формы. Качественная и количественная интерпретация выполняются за счет решения прямой и обратной задач. Прямая задача: Расчет распределения потенциалов магнитного поля производится по формуле: где U - магнитный потенциал, I - интенсивность намагничивания, Q угол между точкой наблюдения и изучаемым объектом, m - магнитная проницаемость, r - расстояние между объектом и точкой наблюдения. Решение прямой задачи, производится для объектов простой геометрической формы. Аномальные эффекты связаны в основном с верхней кромкой пласта, поскольку нижняя кромка находиться на достаточно большой глубине и ее влиянием можно пренебречь. Обратная задача. Решение обратной задачи предусматривает количественную интерпретацию с обязательным привлечением априорной информации. Типовой способ решения следующий: 1)Определяется h - глубина залегания объекта по эмпирической формуле: h =1, 3[X 1/2 z max], где X 1/2 z max координата Х в точке 1/2 z max. 2)Определяется магнитная масса m объекта: m=Zmax**m*h 2 3)Определяется интенсивность намагничивания: I== *z , где = , z берётся по справочным таблицам или по натурным замерам. 4)Определяется площадь верхней кромки магнитного объекта: S=m/I Для объектов сложной геометрической формы используются численные методы решения прямой и обратной задач в рамках 1 D, 2 D, 3 D – инверсии. Существуют специальные компьютерные программы.

27. Место магниторазведки в комплексе геологоразведочных работ при геоэкологических наблюдениях. Использование результатов магниторазведки в комплексе с другими методами при решения геологических задач Магниторазведка относится к картировочным геофизическим методам, применяемым в основном для изучения региональных структур в комплексе с другими геофизическими методами. Очень эффективны методы аэромагниторазведки (дистанционные методы). В более крупных масштабах наземные магниторазведочные съемки выполняются при поиске и разведке рудных месторождений. При поисках нефтегазовых месторождений магниторазведка эффективна не во всех случаях. При решении экологических задач методами магниторазведки выявляются и картируются разливы нефти (активизируются магнитные свойства вследствие окисления), а также металлические нефтяные резервуары и трубы нефтяных и газовых магистралей.

28. Определение, сущность и классификация методов электроразведки. Электроразведка - это раздел полевой (разведочной) геофизики, основанный на изучении распределения электромагнитных полей в земной коре с целью поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Электромагнитное поле - это сумма электрического и магнитного полей приводящих к существованию в земной коре электромагнитных волн. В классической физике электромагнитной поле описывается системой уравнений Максвелла. Основные параметры поля: Е - напряженность электрического поля; Н- напряженность магнитного поля; D - электрическая индукция; B- магнитная индукция; J- плотность тока. Электрические свойства: r удельное электрическое сопротивление 1/ρ = э - удельная электропроводность; диэлектрическая проницаемость; h поляризуемость; m магнитная проницаемость. - закон Ома в дифференциальной форме Электромагнитные поля характеризуются частотой f и, в зависимости от используемого диапазона частот, в электроразведке условно выделяют три модели: 1) Стационарную, где f → 0 (постоянное электрическое поле) и основную роль играют токи проводимости (направленное движение электронов, ионов). 2) Полустационарную (индукционную), где ∞ > f > 0 и в разной мере соотносятся токи проводимости и смещения. В области сравнительно низких частот преобладают токи проводимости, а в области относительно высоких – как токи проводимости, так и токи смещения. 3) Волновую, где f→∞ (переменное электромагнитное поле высокой частоты) и основную роль играют токи смещения (волнообразная передача энергии от одних двойных электрических слоев к другим). Для возбуждения и регистрации электромагнитных полей существует два способа: 1)Гальванический (с помощью штыревых металлических электродов). 2)Индуктивный или индукционный (с помощью индукционных рамок или магнитных антенн). Оба этих способа или их сочетание, например гальваническое заземление - индуктивный прием, используются в двух основных модификациях электроразведки: электрозондирование и электропрофилирование.

29. Общие сведения об изучаемых в электроразведке полях. Электромагнитные поля, разделяют на естественные и искусственные. К первым из них относятся: 1) Постоянное естественное электрическое поле, как поле естественных потенциалов (ЕП), возникающих в земной коре вследствие электрохимических и электрокинетических процессов. 2) Магнитотеллурическое поле, как поле космического происхождения вследствие корпускулярного излучения солнца (солнечного ветра). 3) Поле дальних радиостанций, как поле электромагнитных излучений относительно низких (первые десятки килогерц) частот от радиовещания. 3) Поле ЕИЭМПЗ (естественное импульсное электромагнитное поле Земли), как поле механических напряжений вследствие сейсмоакустических и динамических процессов в земной коре. К искусственным, относятся поля, создаваемые в земной коре принудительно с использованием электрических батарей или специальных генераторных устройств. 1) Постоянное и (или) инфранизкочастотное (квазипостоянное) электрическое поле, как поле, описываемое в рамках стационарной модели и возникающее вследствие пропускания ( «задавливания» ) постоянного электрического тока в земной коре. 2) Переменное гармонически изменяющееся поле, как поле, описываемое в рамках полустационарной модели и возникающее вследствие пропускания ( «задавливания» ) переменного электрического тока в земной коре в относительно широком диапазоне частот от первых сотен герц до единиц мегагерц. 3) Неустановившееся поле, называемое полем переходных процессов, описываемое, как и гармонически изменяющееся, в рамках полустационарной модели и возникающее во временном промежутке между импульсным включением или выключением постоянного тока. 4) Электроволновое поле, описываемое в рамках волновой модели и возникающее вследствие излучения высокочастотных импульсов (электромагнитных волн) метрового и дециметрового диапазонов в геологической среде.

30. Прямые и обратные задачи электроразведки. Как и в других разделах разведочной геофизики в электроразведке предусмотрено решение прямых (аналитический расчет, физическое и математическое моделирование) и обратных (выполнение интерпретации) задач. В основу их решения положено понятие о геоэлектрическом разрезе, т. е. о разрезе в котором каждому геологическому объекту присваивается электрические показатели физических свойств. Рис. 39. Геологический (А) и геоэлектрический (Б) разрезы 1 - покровные отложения, 2 – интрузия, 3 – известняк, 4 – карст Измерения в электроразведке в соответствии с понятиями геоэлектрического разреза выполняются в рамках 1 D, 2 D, 3 D моделей.

31. Электромагнитные свойства горных пород и руд, их значение для разных методов электроразведки и зависимость от различных природных факторов. По электрическим свойствам все природные объекты подразделяются на: 1)Проводники ρ→ 0 и ε→∞; 2)Полупроводники 1 Ом*м > ρ > 0 и 20 отн. ед. < ε < ∞; 3)Диэлекрики ρ→∞ и ε→ 1. В проводниках электромагнитное поле обусловлено сквозным током элек-тронов и ионов, в полупроводниках сквозным током ионов и дырок, в диэлектриках преобладают волновые процессы, связанные с токами смещения. Изменение электрических свойств в прир. объектах зависит от частоты электромагнитного поля: чем выше частота, тем меньше ρ и ε. Твердая фаза: Электрические свойства минеральной части горных пород зависят от их вещественнопетрографического состава. Основное значение играет соотношение металлической, ковалентной и ионной связей химических элементов внутри кристаллов. Жидкая фаза Нефть и дистиллированная вода относятся к диэлектрикам поэтому у них ρ→∞, притом, что ε→ 1 только у нефти, а у воды ε = 80. По мере увеличения концентрации солей в природных водах и по мере окисления нефти показатель ρ уменьшается, а показатель ε практически не изменяется в природных водах и уменьшается по мере увеличения окисления нефтей. Газовая фаза: воздух и природные газы диэлектрики, поэтому ρ→∞ и ε→ 1. Все пористые среды заполненные газом или природной нефтью являются более высокоомными по сравнению с таковыми заполненными водой. Кристаллические породы (магматические и метаморфические): обладают низкой электропроводностью, относятся к разряду диэлектриков. Определённую роль в формировании показателей ρ и ε играет и скелетная проводимость, определяемая как химическим составом минералов, так и строением их кристаллической решётки. Осадочные породы: для одноименных по стадиям преобразования осадочных пород тенденция изменения электрических свойств соответствует твердой фазе Для слоистых толщ значения ρ вкрест и ρ вдоль неодинаковы. Такая среда называется анизотропной и характеризуется коэффициентом анизотропии = √ρвкрест /ρвдоль.

32. Аппаратура и оборудование для электроразведки. Модификации электропрофилирования и электрозондирования реализуются применением специальной электроразведочной аппаратуры и оборудования путем возбуждения (создания) электромагнитных полей и измерения составляющих этих полей (получения значений напряженности и потенциалов). Используются специальные электроразведочные установки. Они состоят из питающих и измерительных модулей, включающих генераторы и измерители, электроразведочные провода, штыревые металлические электроды, индукционные рамки и магнитные антенны и др. Типовые блок схемы генератора и измерителя электроразведочной аппаратуры. : А и В - питающие электроды, M и N - измерительные электроды, Г – генератор, И – измеритель, Q – площадь генераторной петли, g – площадь измерительной рамки Типовая блок-схема электроразведочного генератора: З. Г. – задающий генератор, У. М. – усилитель мощности, Ф – фильтр, У. С. Т. – устройство стабилизации тока, В. У. – выходное устройство, Б. П. – блок питания, Пр. Н. – преобразователь напряжения. Типовая блок-схема электроразведочного измерителя: Д. П. – датчик поля, Д. Н. – делитель напряжения, В. У. – входное устройство (обеспечение высокоомного входа), У 1 и У 2 – усилители сигналов, Ф – фильтр, Д – детектор (вы прямление сигнала), Э. З. К. – электрозаписная книга, О. О. С. – отрицательная обратная связь (многократное усиление), Б. П. – блок питания, П. Н. – преобразователь напряжения

33. Электрическое поле в однородной изотропной среде. Гальванические заземлители, формула потенциала. Изотропная среда – это среда, в котором во всех направлениях не изменяются электрич. св-ва. Так как среда однородна, то все величины истины. Так как среда однородна, то на ее основе выводятся все элементарные формулы, начиная от з-на Ома ρк=k*(∆U/I), согласно которому если в однородной среде, где ρ=const, возбуждается ток силой I и воздействует на элементарный объем, где d. I - сила тока, d. S - площадь грани, а dℓ - длина грани (рис. 48), то: R = -d. U/d. I и R = ρ*(dℓ/ds) , где R – сопротивление элементарного куба однородной среды. Приравнивая правые части уравнений получим: -d. U/d. I =(di/ds)*ρ или ds/d. I = -(1/ρ)*(d. U/dl). Так как ds/d. I = j - плотность тока, а d. U/dℓ = Е напряженность поля, следовательно: j = -(1/ρ )*Е = σэ*Е , где σэ = -1/ρ - проводимость среды. Для гальванического заземлителя, который условно можно представить виде полусферы, плотность тока описывается формулами: j = -(1/ρ)*(d. U/dx) и j = I/(2π*x 2) Приравнивая правые части уравнений имеем: d. U = (I*ρ/2π)*( 1/x 2)*dx. После интегрирования: ∫d. U = (I*ρ/2π) ∫-dx/x 2, получаем формулу для потенциала поля в точке, удаленной от источника на расстояние х: U = (I*ρ/2π)*1/x Схема, поясняющая вывод закона Ома в дифференциальной форме

34. Основные типы электроразведочных установок. Для производства работ в электроразведке используются установки с гальваническим способом возбуждения и приема. Параметр ρк рассчитывается по формуле: ρк=k*(∆U/I), где k - коэффициент электроразведочной установки, зависящий от геометрического расположения электродов, ∆U - разность потенциалов между электродами M и N, I - сила тока в цепи AB. В практике электроразведки наибольшее применение получили осевые, экваториальные и радиальные электроразведочные установки:

35. Переменное гармонически изменяющееся поле, его отличие от постоянного. Методы на основе гармонически изменяющегося поля Под гармоническим понимается поле, все элементы которого изменяются во времени по закону косинуса или синуса. Возбуждение (создание) поля производится как гальваническим, так и индуктивным способами. Исследования выполняются преимущественно в диапазоне частот от первых сотен герц до единиц мегагерц. Профилирование заключается в передвижении электроразведочной установки источник-приемник (И-П), где в качестве излучателя используется индукционная рамка, а в качестве приемника - магнитная антенна Схема работы методом дипольного электромагнитного профилирования 1 – генератор электромагнитного поля; 2 – передающая антенна; 3 – приемная антенна; 4 – измеритель электромагнитного поля.

36. Сущность методов электрического профилирования. Электропрофилирование (ЭП) выполняется путем перемещения электроразведочной установки с заданными и не изменяющимися параметрами по системе профилей. Способ движения обычно челночный. Профили располагаются, как правило, вкрест простирания искомых объектов Схема электропрофилирования челночным способом: Размеры электроразведочных установок и шаг перемещения выбирают исходя из предполагаемой глубины залегания объектов. Чем больше длина АВ и меньше MN, тем глубинность исследований увеличивается. Мерой увеличения является коэффициент установки k. AM 1 N 1 B > k. AMNB. Глубинность электроразведочной установки в зависимости от размеров приемной линии: Физической основой электропрофилирования является квазилинейное изменение напряженности поля E = f(∆U) в центре линии АВ в однородной изотропной среде, где ρ среды во всех направлениях одинаково. В случае наличия в этой среде локального объекта, он отразится положительной или отрицательной аномалией в зависимости от соотношения ρ. Способов и методов электропрофилирования много. Наиболее широко применяемыми являются: Симметричное электропрофилирование (СЭП) с двойными (или без двойных) разносами питающих электродов. Электропрофилирование методом срединного градиента (СГ), когда электроды А и В неподвижны и расстояние между ними в три раза превышают длину профилей по которым перемещается линия MN. 3) Комбинированное профилирование (КП) – способ, применяемый с двумя встроенными 3 -х электродными установками AMN и MNB. Линия MN – общая, имеется питающий электрод С, отнесенный в бесконечность. Круговое профилирование (Кр. П) – способ, в основе которого лежит вращение линейной 4 -х электродной симметричной установки по различным азимутам.

37. Сущность методов электрического зондирования. Электромагнитное зондирование это вторая основная модификация электроразведки, цель которой изучение геологических разрезов на глубину в заданной точке. Другими словами это электробурение, инструментом которого служит электрический ток. . Наиболее распространены два способа: ВЭЗ - вертикальное и ДЭЗ - дипольное электрическое зондирование. ВЭЗ осуществляется путем последовательного увеличения размеров питающей линии АВ, когда каждый последующий разнос увеличивается по отношению к предыдущему в 1, 5 - 2 раза, что соответствует логнормальному закону, т. е. чем больше разнос (длина линии АВ), тем больше вклад вторичных зарядов формирующихся на границах разделов сред. Схема установки вертикального электрического зондирования К 1, К 2 - катушки с проводом; Г – генератор, И - измеритель, A, B, M, N – питающие и измерительные электроды; пунктиром показаны токовые линии Электрическое зондирование выполняется постоянным или переменным током низкой частоты. В процессе работ на каждом разносе по результатам измерений вычисляют кажущееся сопротивление: , где k – коэффициент установки: ДЭЗ основан на последовательном удалении друг от друга питающего и измерительного диполей (линий АВ и MN), линейный размер которых меньше расстояния между их центрами. При этом, линия MN последовательно удаляется с заданным шагом от АВ Схема установки ДЭЗ: Г – генератор, И - измеритель, A, B, M, N – питающие и измерительные электроды. Пунктиром показаны токовые линии Метод ДЭЗ по отношению к ВЭЗ точнее регистрирует локальные неоднородности за счет повышенной глубинности. Кроме того его установки более мобильны. Недостаток ДЭЗ в том, что напряженность поля убывает пропорционально кубу расстояния (у ВЭЗ пропорционально квадрату расстояния) и поэтому требуется использование более мощного генератора, чем для ВЭЗ

38. Представление результатов электроразведки Интерпретация данных ЕП преимущественно качественная. Результаты оформляют в виде графиков характерных эффективных параметров. Графики ДЭМП над согласным тектоническим нарушением, развитым в угленосной толще 1 - тектонически нарушенная зона, 2 - песчаник, 3 - покровные отложения, 4 - известняк, 5 - аргиллито-алевролитовая толща, 6 – уголь Интерпретация данных ЭЗ включает анализ кривых зондирования, построение геоэлектрической модели (разреза) на основе решения прямой и обратной задач и геологическое истолкование результатов (трансформацию геоэлектрического разреза в геологический). Первоначально по результатам полевых измерений строятся в билогарифмическом масштабе кривые ЭЗ с последующей их качественной и количественной интерпретацией. Последняя представляет собой достаточно сложный процесс моделью служит трехслойный геоэлектрический разрез, согласно которому все. Основной рабочей кривые зондирования разделяются на четыре типа: Для этих типов составлены семейства кривых, которые называются палетками. Интерпретация выполняется в ручном варианте и в компьютерном режиме по программам 1 D, 2 D, 3 D. В последнем случае обязателен диалоговый (интерактивный) подход. Процесс основан на методе подбора, т. е. сравнении теоретических (палеточных) кривых с наблюденными. Далее строится геоэлектрический разрез, трансформируемый в геологический. Наилучшим образом интерпретация выполняется, когда ЭЗ выполнены в горизонтальнослоистых средах и когда суммарная толщина вышележащих слоев примерно в три раза меньше каждого последующего. Если это условие не соблюдается, то тонкие слои являются «прозрачными» и для их выявления требуются априорные, дополнительные сведения. Наряду с графиками строят план-графики (сопоставление графиков и их корреляция по профилям) и карты этих параметров. Это позволяет составить представление о местоположении искомых объектов и их геометрических особенностях (простирание, падение, примерные размеры). В отдельных случаях возможна количественная интерпретация на основе функционально-аналитической зависимости между характерными точками на графиках аномалий и параметрами создающих их геологических объектов. Необходимое условие достоверности интерпретации данных ЭП - использование дополнительной геолого-геофизической информации

39. Планы-графиков и карт по результатам электромагнитного профилирования. Наряду с графиками строят план-графики (сопоставление графиков и их корреляция по профилям) и карты этих параметров. Это позволяет составить представление о местоположении искомых объектов и их геометрических особенностях (простирание, падение, примерные размеры). В отдельных случаях возможна количественная интерпретация на основе функционально-аналитической зависимости между характерными точками на графиках аномалий и параметрами создающих их геологических объектов. Необходимое условие достоверности интерпретации данных ЭП - использование дополнительной геолого-геофизической информации График, полученный при профилировании симметричной установкой над плохо проводящим пластом. (СЭП) --------I – III положения установки Графики электропрофилирования установкой над синклиналью и антиклиналью ---------------------- Вид установки (а) и изображение результатов наблюдений (б) электрического профилирования методом СГ -------------------- Вид установки (а) и изображение результатов наблюдений (б) электрического профилирования -----методом КЭП

40. Палетки теоретических кривых в электроразведке. Современные технологии решения прямых и обратных электроразведочных задач. Палетками называют семейства кривых. Интерпретация выполняется в ручном варианте и в компьютерном режиме по программам 1 D, 2 D, 3 D. В последнем случае обязателен диалоговый (интерактивный) подход. Процесс основан на методе подбора, т. е. сравнении теоретических (палеточных) кривых с наблюденными. Далее строится геоэлектрический разрез, трансформируемый в геологический Наилучшим образом интерпретация выполняется, когда ЭЗ выполнены в горизонтальнослоистых средах и когда суммарная толщина вышележащих слоев примерно в три раза меньше каждого последующего. Если это условие не соблюдается, то тонкие слои являются «прозрачными» и для их выявления требуются априорные, дополнительные сведения. Пример построения геоэлектрического разреза 1 — пески, 2 — песчано-глинистые отложения, 3 - глинистый конгломерат, 4 - гранит, 5 - бокситы, 6 - точки ВЭЗ

41. Особенности электромагнитного поля над разными геологическими объектами. Изменение электрических свойств в природных объектах зависит от частоты электромагнитного поля: чем выше частота, тем меньше ρ и . Твердая фаза Электрические свойства минеральной части горных пород зависят от их вещественно-петрографического состава. Основное значение играет соотношение металлической, ковалентной и ионной связей химических элементов внутри кристаллов. Тенденция изменения удельного электрического сопротивления (ρ) и диэлектрической проницаемости (ε) у минералов групп различной литологической принадлежности показана на рис Жидкая фаза Нефть и дистиллированная вода относятся к диэлектрикам поэтому у них ρ→∞, притом, что ε→ 1 только у нефти, а у воды ε = 80. По мере увеличения концентрации солей в природных водах и по мере окисления нефти (если она существует длительное время в виде разливов на дневной поверхности и в покровных отложениях) показатель ρ уменьшается, а показатель ε при таких же условиях практически не изменяется в природных водах и уменьшается по мере увеличения окисления нефтей. Газовая фаза Воздух и все природные газы диэлектрики, поэтому ρ→∞ и ε→ 1. Таким образом, все пористые среды заполненные газом или природной нефтью являются более высокоомными по сравнению с таковыми заполненными водой. Кристаллические породы (магматические и метаморфические) Основные породообразующие минералы магматических и метаморфических пород обладают низкой электропроводностью. Следовательно, ввиду малой пористости, эти породы относятся к разряду диэлектриков. В то же время эта малая пористость закономерно изменяется, уменьшаясь у магматических пород в ряду от кислых к ультраосновным и у метаморфических пород по мере усиления степени метаморфизма. Определённую роль в формировании показателей ρ и ε играет и скелетная проводимость, определяемая как химическим составом минералов, так и строением их кристаллической решётки. Вследствие действия вышеперечисленных факторов, имеет место тенденция увеличения уменьшения в ряду магматических пород от кислых к ультраосновным, а у метаморфических пород по мере усиления степени метаморфизма Осадочные породы Для одноименных по стадиям преобразования осадочных пород тенденция изменения электрических свойств соответствует твердой фазе

42. Определение удельного электрического сопротивления жидкостей в лабораторных условиях Нефть и дистиллированная вода относятся к диэлектрикам поэтому у них ρ→∞, притом, что ε→ 1 только у нефти, а у воды ε = 80. По мере увеличения концентрации солей в природных водах и по мере окисления нефти (если она существует длительное время в виде разливов на дневной поверхности и в покровных отложениях) показатель ρ уменьшается, а показатель ε при таких же условиях практически не изменяется в природных водах и уменьшается по мере увеличения окисления нефтей. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) - величина, которая характеризует противодействие единицы объема вещества прохождению постоянного, и в значительной степени, переменного электрического тока. УЭС обозначается ρ и измеряется в единицах Ом∙м. Обратной величиной ρ является электрическая проводимость (σ = 1/ρ), которая измеряется в сименсах на метр (Сим/м). Природные воды являются электролитами, гидратация которых в растворе обусловливает их электропроводность. Возрастание температуры (t) приводит к увеличению подвижности ионов в жидкостях и, как следствие, понижению их УЭС. При этом УЭС природных вод мало зависит от химического состава растворенных в них солей и при малых концентрациях последних является величиной, обратно пропорциональной концентрации (C). Пластовая вода, насыщающая породу, оказывает влияние на ρ этой породы. Поэтому УЭС природных вод изучается во многих геологических (гидрогеология, морская и промысловая геофизика) гидрологических, мелиоративных и др. дисциплинах. Для определения УЭС поверхностных и подземных вод применяют специальные приборы – резистивиметры. Блоксхема, поясняющая их работу на примере прибора ПР-1 1 - переключатель диапазонов; 2 - измерительный сосуд; 3 - переключатель вида измерений; 4 - измеритель (микровольтметр); 5 - регистрирующий при-бор; 6 - источник питания; 7 - генератор; 8 - регулировочное сопротивление. Измерительным датчиком является 4 -х электродная электроразведочная установка, вмонтированная в форме пластинчатых электродов в рабочую цилиндрическую ёмкость из изоляционного материала. Два питающих электрода А и В служат для пропускания электрического тока (I), а два измерительных М и N -для измерения разности потенциалов (ΔU). УЭС вычисляется по формуле: ρ=k*ΔU/I, где k – геометрический коэффициент, зависящий от расстояния между электродами и их конфигурации

43. Использование результатов электроразведки в комплексе с другими методами при решения геологических и геоэкологических задач Электроразведка широко применяется при геологоразведочных работах на все полезные ископаемые. При этом различают: 1)Малоглубинную электроразведку, используемую в инженерной геологии, гидрогеологии, геоэкологии и др. 2)Глубинную электроразведку, которая прежде всего решает задачи структурной и нефтегазовой геологии, а также задачи рудных и угольных месторождений. К наиболее глубинным методам электроразведки относятся ЧЗ, ЗСД, ЗСБ, МТЗ. частотное зондирование (ЧЗ). Суть этого способа в том, что расстояние между питающим и измерительным модулем является постоянным, а частота изменяется от высоких значений до инфранизких. Происходит ---------“задавливание” вихревых электрических токов вглубь земли. Метод относится к разряду глубинных. Проникновение электрического тока на глубину происходит вследствие скин-эффекта, суть которого в том, что на высоких частотах токи концентрируются у поверхности Земли, а на низких, наоборот, все в большей мере проникают на глубину. Исследования относят к дальной зоне, где на удалении от источника формируются плоские электромагнитные волны, проникающие в землю по вертикали. Установка ЧЗ показана на рис Модификации ЭЗ основаны на явлении проникновения вихревых токов во все более глубокие горизонты с течением переходного процесса. Методы относятся к разряду глубинных и разделяются на зондирование становлением поля в дальней (ЗСД) и ближней (ЗСБ) зонах. ЗСД выполняют в дальней зоне, где преобладают линейные процессы распределения электромагнитного поля. Неустановившееся поле регистрируют в режиме включения тока. Применяется экваториальная установка, состоящая из питающего диполя AB (гальваническое возбуждение) и приемного контура q (индуктивный прием) при расстоянии между ними до 10 -15 км. Разнос AB-q должен в два и более раз превышать глубину залегания основного опорного горизонта. ---------Установка ЗСД, форма тока и кривая зондирования приведены на рис ЗСБ основано на изучении неустановившегося поля в ближней зоне, когда преобладают процессы поздней стадии. Поле «выравнивается» и равномерно распределяется в разрезе. Наблюдения выполняют после выключения тока. Используют различные установки Графики ρτ и Sτ используют для детализации геоэлектрического разреза и выделения в них проводящих слоев. ---------------------------------------- МТЗ – это индуктивное зондирование, основанное на использовании скин-эффекта. Глубина проникновения тока зависит от периода вариаций Т. Измерительная установка состоит из 2 -х взаимно перпендикулярных приемных линий M 1 N 1 и M 2 N 2 (датчики электрического поля) и трех магнитометров - вариометров HX, HY, HZ (датчики магнитного поля). Датчики электрического и магнитных полей располагают строго в соответствии с элементами залегания пород и тектоникой района. Наблюдения производят в отдельных пунктах по системе профилей. Возможны одновременные наблюдения в нескольких пунктах.

44. Физические и геологические основы сейсморазведки. Упругие деформации и напряжения, связь между ними Сейсморазведка – представляет собой раздел разведочной геофизики, в котором изучаются поля упругих деформаций происходящих в геологических средах вследствие механических воздействий. Это взрывы, удары, техногенные вибрации, тектонические процессы, в частности землетрясения. Как и в других разделах геофизики поля разделяются на искусственные, используемые преимущественно в сейсморазведке, и естественные, которые изучают в основном в сейсмологии Упругость - это свойство природных объектов сопротивляться изменению их объема и формы вследствие механических напряжений. Параметрами упругости являются Модуль Юнга Е и Коэффициент Пуассона ν. Модуль Е измеряется в Паскалях (Па) и выражается формулой: Е=Рх/е, , где Рх - приложенное напряжение по заданному направлению х, ех - деформация от приложенного напряжения. Поля упругих деформаций, как и другие геофизические поля, характеризуются параметрами напряженности и потенциала. Кроме того, в сейсморазведке изучают колебательные процессы и их распределение во времени. Пользуются показателями А - амплитуды сигнала и t - времени распространения упругих волн.

45. Продольные и поперечные сейсмические волны. Поверхностные волны В результате упругих деформаций в природных объектах возникают упругие волны, основными из которых являются продольные υр и поперечные υs. Эти волны называются объемными. Продольные волны возникают вследствие процессов расширения-сжатия поперечные - процессов сдвига. Продольные и поперечные волны распр. с разными скор. (скор продольных всегда выше скор поперечных) Помимо объемных волн на границе с дневной поверхностью возникают поверхностные волны: • Волны Релея (частицы колеблются под действием силы в вертикальной плоскости, вызывая одновременно деформации объёма и сдвига); • Волны Лява (колебания линейно поляризованы в горизонтальных направлениях). Зависят от плотности (!). Граница, где волна прошла и колебания затухли, называется тылом волны Области распространения сейсмической волны -------------------------------------------В сейсморазведке при изучении особенностей распространения упругих волн пользуются законами геометрической оптики. Наиболее простыми являются кинематические схемы с лучевыми построениями. В их основе лежат два основных принципа: 1) Гюйгенса-Френеля, 2) Ферма΄. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля каждая точка среды самостоятельный источник волн. Форма этих волн - вид затухающих синусоид. Вся волновая поверхность является огибающей семейства элементарных волн (сфер малых радиусов), притом что их интерференция обусловливает за пределами волнового фронта степень интенсивности (амплитуду) суммарной упругой волны. В однородной изотропной среде все лучи распространения волн прямолинейны (рис. 74 -а), а в неоднородно-слоистой, в силу преломления, эти лучи криволинейны (рис. 74 -б). Согласно принципу Ферма΄ распространение волн происходит по кратчайшему расстоянию и, в силу того, что в земной коре существуют отражающие и преломляющие границы, происходит рефрагирование волн, то есть их выход на поверхность. Явление рефракции является основанием для применения методов сейсморазведки то есть методов отраженных (МОВ) и преломленных (МПВ) волн.

46. Понятия о годографе сейсмической волны (метод зачесек) При сейсморазведочных работах определяют времена ti прихода волны в точки хi дневной поверхности, определяемые как расстояние между пунктами возбуждения и приема. Зависимость t от х носит название годографа. Построение таких графиков для известных моделей геологической среды составляет прямую задачу сейсмической разведки, а процесс сравнения (подбора) годографов, построенных по наблюденным значениям, с таковыми для модельных сред – суть решения обратной задачи сейсморазведки. Для поверхностной (прямой) волны годограф состоит из двух отрезков прямых линий, проходящих через начало координат, точку 0 (рис. 81 -а). Уравнение годографа будет иметь вид: uк=∆х/∆t , где uк – кажущаяся скорость. Рис. 81. Годографы прямой (а), отраженной (б) и преломленной (в) волн Для отраженных волн годограф представляет собой совмещенные на отметке взрыва (координата 0 на оси расстояний) две ветви гипербол, характеризующих зависимости времён пробега волн от точки возбуждения упругих колебаний (пункт взрыва-ПВ) до точек расположения сейсмоприёмников (пункты приёма-ПП), если они размещены по обе стороны от ПВ (рис. 81 -б). Формула годографа: uк = √ 2 m*(∆U/∆t) , где U =t 22 -t 12 Для преломленных волн, как и для поверхностных, годографы являются линейными графиками. Они не пересекаются с осью t, так как образуются на определенном удалении от источника (рис. 81 -в).

47. Основные методы сейсморазведки. В сейсморазведке из полезных волн в основном используют отраженные и преломленные, и, в соответствии с этим, методы, основанные на их регистрации, получили название МОВ - метод отраженных (засечек) волн и МПВ - метод преломленных (головных) волн. В МОВ подбирают мощность источника так, чтобы упругие колебания, то есть сейсмические волны имели достаточную амплитуду. В полевых работах распространен способ ОГТ - общей глубинной точки (центр между ПВ и ПП). появляется возможность «привязывать» наблюдения к каждой конкретной её точке (рис. 82 -а) или к площадке (рис. 82 -б). особенность ОГТ в создании перекрытий: всю линию источник-приемник последовательно «сдвигают» (перемещают) по профилю с заданным шагом (рис. 83). При этом не охватываются только первые и последние расстановки сейсмоприемников. Осуществляется накапливание и суммирование сигналов и появляется возможность фильтровать полезные сигналы на фоне волн помех -------- Методика работ МПВ учитывает факт возникновения преломленных волн на определенном удалении от источника. Расстояние х между источником и первым сейсмоприемником оценивают по формуле: х ≥ hо • tgi , где i - критический угол, hо –толщина слоев до отражающе-преломляющей границы (кратчайшее эхо-расстояние). Величина х может составлять от первых до нескольких десятков и даже сотен метров, в зависимости от глубины залегания преломляющей границы раздела. При работах МПВ различают расстановку сейсмоприемников с расположением пунктов возбуждения на двух или одном флангах. По результатам наблюдений в первом случае строятся встречные, а во втором нагоняющие годографы. Система встречных годографов за позволяет распознавать волны от преломляющих границ и их прослеживание по площади. Система нагоняющих годографов, построенных по данным возбуждений в двух односторонних пунктах, дает возможность проследить непрерывность преломляющей границы по признаку параллельного смещения годографов на величину ∆t

48. Сейсморазведочная аппаратура. Методика и техника сейсморазведки Элементарный сейсморазведочный модуль состоит из источника упругих колебаний и их регистратора (приемника). Однако, для выделения полезных волн, возникает необходимость использования систем накапливания и суммирования сигналов. Предусматриваются разнообразные способы группирования и расстановки сейсмоприемников. С последних сигналы передаются на усилители и далее регистрируются в цифровом виде. Предусматривается визуализация результатов на экране дисплея. Функциональная схема сейсморегистрирующего канала приведена на рис. 86. Функциональная схема сейсморазведочного канала СП – сейсмоприемник, У – усилитель, Ф – фильтр, АЦП – аналогово-цифровой -------------преобразователь, Э. Р. – электронный регистратор Совокупность усилительных каскадов и регистрирующих устройств составляют сейсморазведочную станцию Типовая блок-схема цифровой сейсмостанции Электрические сигналы от сейсмоприемников поступают на входы сейсмических усилителей и далее через коммутирующее устройство на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Кодирование сигналов начинается лишь с момента поступления сигнала синхронизации с усилителя-формирователя импульса запуска, на вход которого подключается сейсмоприемник, устанавливаемый на землю рядом с пунктом возбуждения.

49. Возбуждение сейсмических колебаний. Картина сейсмической волны Наиболее эффективными источниками сейсмических колебаний являются взрывы, которые производятся при сейсморазведочных работах в специально пробуренных шпурах или скважинах. Взрывы выполняют под покровными отложениями, то есть ниже зоны малых скоростей (ЗМС), где сейсмические волны интенсивно затухают. К другим источниками сейсмического поля относятся удары. Разработаны специальные невзрывные источники, которые позволяют выполнять многократные возбуждения необходимые для накапливания сигналов. Процесс возникновения сейсмоволнового поля от взрыва условно подразделяется на три зоны. В точке взрыва происходит разрушение пород. Далее образуется зона уплотнения, которая переходит в зону упругих колебаний. Процесс упругих деформаций сопровождается чередованием областей уплотнения и разрежения. Граница между зонами затронутыми и незатронутыми колебаниями есть фронт, а граница, где волна прошла и колебания затухли, называется тылом волны. Области распространения сейсмической волны

50. Первичная обработка и интерпретация данных сейсморазведки Процесс интерпретации многоуровневый и, как для других геофизических разделов, включает на два этапа: 1) собственно сейсмическая интерпретация (интерпретация сейсмотрасс), 2) геологическая интерпретация, то есть решение обратной задачи сейсморазведки. Основная задача сейсмической интерпретации - выделить однократные волны, которые несут полезную информацию на фоне многократных волн-помех. Конечным результатом сейсмической интерпретации является восстановление волновой картины. Выполняется монтаж сейсмотрасс, который дает качественную картину о строении геологического разреза исследуемого участка земной коры. Этот монтаж сейсмотрасс носит название временного разреза Следует отметить, что временный разрез не позволяет оценить глубины залегания тех или иных пластов. Поэтому производится перевод временного разреза в глубинный, на котором расстояния между точками наблюдения и отражающей границей соответствуют толщине по вертикали. Перевод временного разреза в глубинный требует машинной обработки. Используется формула: Fo(t)*t = Фо(t) , где Фо(t) – функция глубинного разреза Fo – функция сейсмотрасс однократных волн. При построении глубинных разрезов обязателен учет априорных данных, к которым относятся в первую очередь результаты бурения и других геофизических методов. Геологическая интерпретация заключается в переводе сейсмогеологического разреза в геологический. Предусматривается определение количественных показателей стратиграфического разреза, то есть глубины залегания стратиграфических слоев, изменения их мощности (толщины) и строения. Обязательно определение скорости распространения упругих волн для каждого интервала между отражающими границами, сопоставление данных с бурением, электроразведкой и гравиразведкой.

51. Применение сейсморазведки при решении геологических и геоэкологических задач сейсморазведка применяется для изучения структурных форм геологических разрезов. Особое внимание уделяется геологическим структурам и зонам, где можно предполагать наличие нефти и газа. Из-за высокой стоимости сейсморазведочных работ принято их планировать для решения только таких задач, которые не могут быть решены другими методами. При изучении глубинных геологических структур, перспективных на нефть и газ, основное значение имеет МОВ-ОГТ (метод отраженных волн и общих глубинных точек). Наиболее эффективны эти технологии на акваториях, где бурение скважин обходится очень дорого, а качество сейсмических данных значительно лучше, чем на суше. Применение сейсморазведки также эффективно в рудной и угольной геологии. Удается регистрировать волны, возникающие в ослабленных зонах, связанных с тектоническими нарушениями. Последние важны для изучения в рудной геологии в связи с приуроченностью к тектоническим зонам рудных скоплений, а, в угольной геологии опережающий прогноз тектонических разрывов, особенно малоамплитудных, необходим при проектировании строительства и в процессе эксплуатации шахт и карьеров, поскольку непредвиденная встреча тектонических нарушений резко снижает эффективность добычи углей. В инженерной геологии и гидрогеологии сейсморазведкой изучают особенности строения верхней части разреза, в связи с чем наблюдают преимущественно проходящие и преломленные волны, реже – отраженные. С помощью МПВ решаются задачи отбивки границ между покровными и коренными отложениями, определения уровня грунтовых вод, оценки карстово-суффузионной опасности, строения дна водоемов и т. д.

52. 0 бщие сведения о радиоактивности Ядерная геофизика – раздел разведочной геофизики, основанный на изучении распределения в земной коре естественных и искусственно созданных радиационных полей, изучаемых двумя основными группами методов: а) радиометрическими, основанными на измерении естественных α-, β-, γ - излучений горных пород и обусловленных кларковыми или аномальными содержаниями в них радионуклидов, или концентрацией изотопов радона в почвенном воздухе, б) ядерно-физическими, предусматривающими поэлементный анализ горных пород путем изучения вызванной радиоактивности. Поле ионизирующих излучений (естественной радиоактивности) присуще Земле, как космическому объекту, и складывается из: 1) космического излучения, 2) радиоактивного распада элементов земной коры, 3) дегазации радиоактивных газов, выходящих на поверхность (радон Rn, торий Th). В результате на дневной поверхности формируется радиационный фон. В этом фоне доля космического излучения около 50% и составляет 3 -6 мк. Р. С увеличением высоты космический радиационный фон возрастает в среднем на 1, 5 мк. Р на каждый километр отметки рельефа местности. Остальная доля радиационного фона приходится на естественную радиоактивность горных пород. При этом, радиоактивность этих пород неодинакова. Cуществуют аппаратурные решения, согласно которым энергию γ–излучения можно разделить на спектры (выделить окна). Способ получил название гамма – спектрометрии. Калий – его материнские породы – преимущественно силикаты магматических пород, полевые шпаты, слюды. Слюды и полевые шпаты преобразуются в различные глинистые минералы. Большая часть калия поступает в породы из водных растворов. Уран – его материнские породы – силикаты магматических пород. Высокая миграционная способность благодаря образованию хорошо растворимого урания–иона ИО. Торий – его материнские породы – силикаты магматических пород. Соединения Th нерастворимы, при выветривании они концентрируются в бокситах, тяжелых и глинистых минералах. Следует отметить, что -излучение имеет наибольшее значение при формировании естественной радиоактивности, поскольку при взаимодействии с веществом испытывают сильное кулоновское взаимодействие и обладают очень малой проникающей способностью: задерживаются обычным листом бумаги, - тонкой свинцовой пленкой. Закон радиоактивного распада выражается формулой: где d. N – число распадающихся ядер из общего количества N за время dt, - постоянная распада. связана с другой единицей Т 1/2 – периодом полураспада соотношением: Т 1/2 = Закон радиоактивного распада описывает последовательное превращение одних элементов в другие и заканчивается образованием устойчивых нерадиоактивных изотопов. Основными являются ряды U и Th. Они включают до 15– 18 изотопов конечный продукт – радиогенный свинец. Искусственная (наведенная) радиоактивность преимущественно связана с гамма- и нейтронным излучением. Нейтронное излучение – возникает при фотоядерных реакциях путем взаимодействия α-частиц с ядрами легких элементов (бериллий, бор и др. ).

53. Радиоактивность руд, горных пород природных вод, почвенного воздуха и атмосферы. Полевые радиометры и эманометры. Естественная γ – активность пород Радиоактивность непосредственно в недрах литосферы (в ее верхних слоях), а также на более глубоких горизонтах зависит от содержания в горных породах радиоактивных элементов. То есть, показания метода естественной γ – активности пород определяются массовыми содержаниями естественно радиоактивных элементов (ЕРЭ). Твердая фаза. Породообразующие и акцессорные минералы главных типов магматических, метаморфических и осадочных пород по степени радиоактивности объединяются в 4 группы: Слаборадиоактивные (кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклаз, нефелин). Нормальная и слабо повышенная активность (пироксены, амфиболы, биотит). Повышенно радиоактивные (апатит, эвдиалит, флюорит, ильменит, магнетит). Высокорадиоактивные (сфен, ортит, монацит, циркон, лопатит) Тенденция изменения естественной γ – активности у минералов групп различной литологической принадлежности показана на рис -------Жидкая фаза. Нефть и дисцилированная вода не радиоактивны. Исключение составляют подземные воды радиоактивных месторождений, а также воды сульфатно-бариевого и хлористо-кальциевого составов. Газовая фаза. Воздух и горючие природные газы (метан, пропан, бутан и др. ) не радиоактивны. Это не относится к радиоактивным эманациям, которыми являются радон, торон и актинон и продукты их распада. Радиоэлектронные приборы имеющие выносной датчик поля и измерительный блок. Счетчики Гейгера - Мюллера, полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счетчики, термолюминесцентные кристаллы. Индикаторы альфа-, бэта- и гамма-активности.

54. Общая характеристика методов терморазведки Терморазведка – раздел разведочной геофизики, основанный на изучении распределения в земной коре преимущественно естественных и реже искусственно созданных тепловых полей специальными приборами проведении аэро-, аква- и наземных геофизических съемок в рамках региональных геотермических исследований и поисково-разведочных геотермических работ. Тепловое поле связывают с материальной средой, в которой возникают и взаимодействуют тепловые потоки. Последние, воздействуя на материальные объекты, определяют их тепловой режим, обусловливая деформацию теплового поля. В настоящее время применяются радиотепловые (РТС) и инфракрасные (ИКС) аэрокосмические съемки. Ценным их преимуществом является возможность проводить измерения в темноте, а при соответствующем выборе длин волн — и практически при любой погоде. Аномалии на полученных снимках формируются за счет тепловых потоков из недр, отражения солнечной энергии и зависят от оптических, тепловых и в меньшей степени электромагнитных свойств горных пород верхней части геологической среды. Недостаток: радиотепловые и инфракрасные съемки осложняются термическими помехами, связанными с неравномерным тепловым обменом земной поверхности и атмосферой, изменяющимися климатическими и метеорологическими условиями, состоянием атмосферы и др. Другой вид исследований носит название геотермических и сводится к высокоточному неоднократному измерению температур, их приращений, иногда тепловых потоков в разведочных скважинах, горных выработках шахт и рудников, донных осадках озер, морей и океанов. Чтобы исключить влияние сезонных колебаний температур, замеры на суше ведут на глубинах свыше 50 -100 м, а на акваториях — при толще воды свыше 100 м. Термические измерения с целью восстановления температур, нарушенных вскрытием недр, проводят через несколько месяцев после бурения глубоких скважин, через несколько недель или дней после бурения неглубоких скважин или часов после пробивки шпуров. Поскольку в глубоких выработках, скважинах, на дне океанов температуры не меняются, то создаются банки данных температур, по которым строятся региональные термические карты больших территорий континентов и океанов. Графики и карты распределения температур и градиентов температур служат как самостоятельным источником геотермической информации, так и для расчетов тепловых потоков.

55. Тепловое поле Земли. Локальные термические аномалии Тепловое поле, равно как и другие физические поля, связывают с матери-альной средой, в которой возникают и взаимодействуют тепловые потоки. По-следние, воздействуя на материальные, в частности природные объекты, определяют их тепловой режим, обусловливая деформацию теплового поля. Земля, как природный объект, представляет собой тепловой космический модуль, характеризующийся тепловым полем. Это поле складывается из постоянного внутреннего поля Земли (основное поле) и переменного теплового поля, присущего земным оболочкам (литосфере, гидросфере и атмосфере). Основным параметром теплового поля является температура. Тепловое поле Земли формируется под действием следующих энергетиче-ских процессов: 1)Солнечная энергия (получаемая и переизлучаемая обратно); 2)Геотермическая потеря теплоты; 3)Энергия, теряющаяся при замедлении вращения Земли; 4)Упругая энергия, высвобождающаяся при землетрясениях. Одним из главных источников современной тепловой энергии в земной коре является радиоактивный распад долгоживущих изотопов. Источником тепла является также процесс дифференциации вещества мантии. Есть физический смысл характеризовать тепловое поле посредством пара-метров потенциала U и напряженности Е. Однако в результате сложившихся многолетних представлений оперируют понятиями теплового потока, геотермической ступени и др. В большинстве случаев изучают тепловой поток. Он обозначается Q, единица измерения Вт/м 2, формула – уравнение теплопроводности: где - коэффициент теплопроводности (Вт/м*К), - вертикальный градиент изменения температуры К/м. Знак «-» указывает на убывание температуры. Зональность земных недр по распределению теплового потока изучена недостаточно в силу отсутствия инструментов проникновения вглубь геосфер. Аномалии на полученных снимках формируются за счет тепловых пото-ков из недр, отражения солнечной энергии и зависят от оптических, тепловых и в меньшей степени электромагнитных свойств горных пород верхней части геологической среды. Недостатком является то, что радиотепловые и инфракрасные съемки осложняются термическими помехами, связанными с неравномерным тепловым обменом земной поверхности и атмосферой, изменяющимися климатическими и метеорологическими условиями, состоянием атмосферы и другими факторами.

56. Термические свойства горных пород К тепловым свойством природных объектов относятся теплопроводность λ, единица измерения которой Вт/м*К и удельная теплоемкость С, измеряемая в единицах Дж/кг*К. 1) Теплопроводность (λ)– направленный процесс распределения теплоты, приводящий к выравниванию температуры среды: Где q–удельный тепловой поток, grad T –градиент температуры. 2) Удельная теплоёмкость С – величина характеризующая теплоёмкость тела массой m, при увеличении температуры на 1 при действии количества теплоты Q. Единица измерения Дж/кг. К. Где m – масса тела, Q – количество теплоты, T 2–T 1 – изменение температуры тела. Твердая фаза. Теплопроводность минералов изменяется в пределах 0, 3 (сера)-420 (серебро) Вт/м·К и зависит от минерального состава, формы, размеров и пространственных ориентации кристаллов или зерен, температуры и давления. Жидкая фаза. Теплопроводность воды в нормальных атмосферных условиях составляет =0, 582 Вт/м·К. При увеличении температуры t до 100 возрастает до 0, 7, а затем падает, так как уменьшается притяжение между молекулами. При увеличении давления возрастает и увеличивается с ростом концентрации солей. Теплопроводность нефти при t =20 составляет 0, 13 -0, 14 Вт/м·К. убывает в породах при увеличении нефтенасыщенности и увеличивается с ростом давления. Теплоемкости воды и нефти составляют: С воды= 4 к. Дж/кг. К, С нефти= 1, 8 -2, 7 к. Дж/кг. К. Газовая фаза. Средние значения теплопроводности воздуха и природных газов следующие: воздуха = 0, 02441 Вт/м·К, метана = 0, 034 Вт/м. К, этана = 0, 021 Вт/м. К. Эти значения возрастают с ростом температуры и давления. Теплопроводность магматических пород в щелочноземельном ряду от кислых к ультраосновным вначале несколько уменьшается, а затем увеличивается, что обусловливается не только некоторым уменьшением пористости, но и их разным вещественно-петрографическим составом. Теплоемкость магматических пород в щелочноземельном ряду наибольшая у диоритов (С = 1, 23 к. Дж/кг·К) и примерно одинаковая у гранитов и пироксенитов (С = 0, 93 к. Дж/кг·К). . Теплоёмкость метаморфических пород несколько ниже, чем у магматических и изменяется в пределах 0, 3 1, 72 к. Дж/кг·К. Теплопроводность и теплоёмкость осадочных пород характеризуются более значительными вариациями, нежели у кристаллических пород, что связано не только с их литологическим составом, но и влиянием эпигенетических преобразований. Диапазоны этих показателей для (0, 1 7, 5 к. Дж/кг·К) и для С (0, 42 4, 65 к. Дж/кг·К). К оптическим свойствам пород относятся: альбедо, характеризующее отражательные свойства поверхности (%); коэффициент яркости, т. е. отношение яркости поверхности в рассматриваемом направлении к яркости белой идеально рассеивающей поверхности; степень черноты, показывающая, во сколько раз плотность излучения данного объекта меньше плотности излучения абсолютно черного тела при той же температуре, и др. Эти свойства оказывают влияние на результаты инфракрасной съемки.

57. Региональные, поисково-разведочные, геоэкологические и инженерно- гидрогеологические исследования термическими методами. Терморазведка в комплексе с другими геофизическими методами может применяться в процессе поисков и разведки нефтяных, газовых, рудных, нерудных, угольных месторождений и их эксплуатации. Чаще всего измерения температур пород проводятся в скважинах наземного и подземного бурения и донных осадках океанов, морей в установившемся (за часы, сутки, месяцы в зависимости от глубины скважин) тепловом поле. Кроме того, температуры можно измерять в шпурах, пробуриваемых на земной поверхности глубиной 0, 5 -2 м, где через минуты или первые часы существует неустановившееся тепловое поле. По замеренным естественным температурам на разных глубинах строят графики их изменения с глубиной. Из наблюденных температур желательно исключить вариации фонового теплового поля. По разноглубинным замерам температур можно получить градиенты, а зная тепловые свойства пород - и тепловые потоки. При достаточной густоте точек площадных наблюдений строят карты изотерм (постоянных температур) для одинаковых глубин, карты средних геотермических градиентов и тепловых потоков. Интерпретация геотермических графиков и карт обычно качественная и сводится к выделению локальных аномалий термического поля и сопоставлению их с аномалиями других геофизических методов, а также с геологическими данными. При количественной интерпретации используются данные математического моделирования. Природа термических аномалий объясняется: 1) на месторождениях нефти и газа миграцией углеводородов (УВ) к земной поверхности, особенно по субвертикальным зонам трещиноватости, окружающим нефтегазовые ловушки (антиклинальные, структурно-тектонические и др. ); 2) на рудных полиметаллических месторождениях бо'льшей теплопроводностью руд по сравнению с вмещающими породами; 3) над неметаллическими полезными ископаемыми типа кимберлитовых трубок, из которых до 10 % алмазоносны, - видимо инфильтрацией к кровле трубок поверхностных вод по системам пор и трещин, а также физико-химическими процессами в теле трубок.

58. Скважина, как объект изучения геологических разрезов. Основные геологические и геоэкологические задачи, решаемые методами ГИС. Геофизические методы исследования скважин (ГИС) – раздел разведочной (прикладной) геофизики, представляющий совокупность геофизических методов, предназначенных для изучения горных пород в разрезах геологоразведочных скважин и околоскважинном пространстве. К ГИС (ГИРС – геофизические исследования и работы в скважинах) также относят изучение технического состояния скважин и работы в скважинах (отбор проб из стенок скважин, перфорацию, торпедирование и др. ). ГИС называют каротажем, а в нефтегазовых скважинах – промысловой геофизикой. Методы ГИС, служащие для изучения межскважинного пространства называются скважинной геофизи-кой. Методы ГИС основаны на использовании тех же физических полей, что и методы полевой геофизики, т. е. это поля гравитационное, магнитное, электроволновое (электромагнитное), сейсмоволновое (сейсмо-акустическое), тепловое, радиационное и др. скважина выступает в качестве геофизического профиля, преимущественно вертикального по отношению к дневной поверхности, реже круто- и пологонаклонного и еще реже горизонтального. В таких условиях технология геофизических работ приобретает самостоятельное значение. Необходимы знания о технологиях бурения скважин, их устройства и способов перемещения в них геофизических приборов (скважинных приборов). Следует учитывать, что скважины заполнены буровым раствором и с глубиной в них происходит рост давления и температуры. При спуске и подъеме приборов возникают их механические столкновения со стенкой скважин. Все это требует, чтобы приборы были помещены в герметизированные механически прочные корпуса и не могли бы подвергаться обрыву. С этих приборов измеряемые параметры должны передаваться и регистрироваться на поверхности. Следовательно, должны быть специальные геофизические (каротажные) кабели и спускоподъемные механизмы. Для регистрации параметров на дневной поверхности должны существовать измерительные приборы

59. Специфика скважинных геофизических методов при решении геологических и геоэкологических задач.

60. Классификация методов ГИС по используемым геофизическим полям. Геолого-геофизическая интерпретация результатов комплексных скважинных геофизических исследований Электромагнитн. поле: электрический каротаж методом КС (кажущихся сопротивлений). Исследования выполняются с использованием искусственно созданного поля, т. е. должен быть источник поля (генератор). Боковой каротаж – один из основных методов исследований нефтяных, угольных и др. скважин. Достоинство метода в фокусировке тока, что достигается специальной конструкцией зондов Метод бокового каротажного зондирования (БКЗ) основан на измерении ρк в заданном интервале скважины зондами КС (градиент- или потенциал-) разной длины L. Цель БКЗ – определение истинных значений удельного электрического сопротивления (ρп) и мощности (h) продуктивных пластов. БКЗ в скважинах является квазианалогом метода ВЭЗ в электроразведке. Индукционный каротаж (ИК) - электромагнитный метод, основанный на измерении кажущейся удельной электрической проводимости σк, то есть параметра σэ = 1/ρ, который измеряется в единицах Сим/м (сименс – проводимость проводника с сопротивлением R = 1 Ом). Сущность метода в электромагнитном профилировании (ЭМП) по стволу скважины. Высокочастотный индукционный каротаж изопараметрических зондирований (ВИКИЗ) отличается от ИК тем, что измеряются не абсолютные сигналы на фоне скомпенсированного прямого поля, а относительные фазовые характеристики. Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС или СП) основан на измерении естественного постоянного электрического поля Земли, дополнительно деформированного влиянием скважины. Это поле создается в основном вследствие окислительно-восстановительных фильтрационных и диффузионно-адсорбционных процессов. Радиац. поле: Радиоактивный каротаж (РК) – совокупность методов, основанных на изучении распространения естественного или наведенного (искусственного) радиоактивного поля в разрезах скважин и околоскважинном пространстве. На основе поля естественной радиоактивности создан метод гамма-каротажа (ГК), а на основе наведенной радиоактивности методы гамма-каротажа (ГГК) и методы нейтронного каротажа (НК). Многозондовый каротаж НК основан на определении декремента пространственного затухания плотности тепловых нейтронов в скважине с помощью двух или более детекторов, расположенных на различном расстоянии от источника. Сейсмич. поле: Методы акустического каротажа (АК) основаны на возбуждении упругих волн в полосе частот f = 1 -10 к. Гц. Многоэлементный зонд АК содержит минимум 2 измерителя и более 10 приемников (16, 24, 48 и т. д. ). Такие зонды называют матричными. Интерпретация методов ГИС состоит в: 1) обработке диаграмм; 2) геофизической интерпретации; 3) геологической интерпретации. Геофизическая интерпретация проводится с целью определения истинных параметров. Геологическая интерпретация заключается в определении геологических характеристик разреза. Обработка диаграмм включает: а) приведение результатов к определенным глубинам и системе отсчетов; б) учет и устранение аппаратурных и других помех; в) нахождение границ пластов и их толщин (мощности); г) снятие показаний. Далее, с целью проведения последующей количественной интерпретации, снимают (определяют) «существенные значения» .