Глава 1 Методика петрофизических исследований Глава 1

Глава 1 Методика петрофизических исследований

Глава 1 • 1. 3. Характеристика основных геофизических свойств горных пород. • 1. 4. Статистические методы обработки определений физических свойств. • 1. 5. Построение петрофизических карт и разрезов

1. 3. Характеристика основных геофизических свойств горных пород

Краткая характеристика основных физических свойств горных пород • • Латеральные (плановые) изменения плотности горных пород приводят к появлению гравитационных аномалий, или аномалий приращения силы тяжести. Плотность разных пород изменяется в диапазоне от 1 до 3, 5 г/см 3 в зависимости от плотности минерального скелета, пустотности (пористости и трещиноватости), водогазонасыщенности, а также других факторов. Все горные породы, находящиеся в магнитном поле, намагничиваются поразному, так как обладают различными магнитными свойствами. Основным магнитным параметром горных пород является магнитная восприимчивость (каппа) характеризует способность горных пород намагничиваться (изменять свой магнитный момент) под действием внешнего магнитного поля (н. Тл) и намагниченность (Индукционная намагниченность Ii - намагниченность, создаваемая магнитным полем и исчезающая после прекращения его воздействия. Измеряется в амперах на метр (А/м). Остаточная намагниченность Ir - намагниченность, создаваемая магнитным полем и сохраняющаяся после прекращения его действия (А/м). Естественная остаточная намагниченность In - остаточная намагниченность, создаваемая древним или современным полем Земли (А/м). .

Краткая характеристика основных физических свойств горных пород • • • Большинство методов электроразведки основаны на определении удельного электрического сопротивления, измеряемого в Ом*м, или обратного ему параметра - электропроводности, измеряемой в сименсах (См). В практике электроразведки сопротивление часто определяют по кажущемуся сопротивлению (КС или ρk). Главными факторами, влияющими на величины продольной скорости и поперечной скорости, являются: наличие структурных связей в породах жестких и отсутствие связей в рыхлых песчано-гравийных породах. Скорости увеличиваются с уменьшением пустотности (первичной пористости и вторичной трещиноватости), а для продольных волн - и водонасыщенности. Скорости поперечных волн не зависят от того, чем заполнены пустоты: воздухом или водой, а в жидкостях они не распространяются. В терморазведке измеряемыми параметрами являются температура горных пород в градусах Цельсия (С°) или Кельвинах (К), градиенты температуры и величины теплового потока из земных недр в Вт/м 2. По ним рассчитываются основные тепловые (теплофизические) свойства: теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность.

Краткая характеристика основных физических свойств горных пород • • Ядерно-физические свойства горных пород разделяются на естественные (радиоактивность) и искусственные (гамма-лучевые и нейтронные). Среди более 200 радиоактивных элементов наиболее распространены в земной коре: уран (U) - ~2*10 -4 %, торий (Th) - ~7*10 -4 % и калий-40 (К) - ~1, 8 % (вместе около 99 %). Количественную оценку радиоактивности в радиометрии чаще всего рассчитывают в единицах уранового эквивалента: 1 e. U = 1 Ur = 10 -4 % U. Урановый эквивалент - это такая концентрация (масса) естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), которая эквивалентна излучению урановой руды с концентрацией урана 10 -4 %. Радиоактивность горных пород определяется радиоактивностью минералов, содержащих ЕРЭ. Гамма-лучевыми и нейтронными свойствами горных пород определяется их реакция при облучении их гамма-лучами или нейтронами разных энергий и длительности. По эффектам взаимодействия с ядрами и электронами атомов минералов, приводящим к замедлению, рассеянию и поглощению нейтронов, можно судить о химическом составе элементов, а также о плотности, пористости.

1. 4. 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). •

Пример составления вариационного ряда плотности пород Интервал изменения плотности, г/см 3 Частота ΔN 2, 5 -2, 52 -2, 54 -2, 56 -2, 58 -2, 6 -2, 62 0 7 19 33 24 6 0 2, 62 -2, 64 Частость Накопление частоты , % ΣΔN , % 0 8 21 37 27 7 0 0 7 26 59 83 89 89 0 8 29 66 93 100

На основании вариационного ряда может быть построена вариационная кривая и гистограмма или кривая накопления часто

• Форма вариационной кривой или гистограммы служат основным качественным критерием для выяснения правильности выделения петрофизической группы. Распределение параметра плотности и скорости распространения упругих волн в породах, не подвергшихся вторичным изменениям, обычно подчиняются нормальному закону, магнитная восприимчивость и намагниченность – логнормальному. Нормальный закон описывается функцией: • где x – значение параметра; - среднее арифметическое значение параметра; St- стандарт распределения параметра. • Логнормальный закон описывается функцией: • • где y – значение параметра; - среднее арифметическое значение логарифмов параметра; Stстандарт распределения логарифмов параметра.

1. 5. Построение петрофизических карт и разрезов

Наиболее полное и наглядное представление о распределении физических свойств геологических образований дают карты: 1. петрофизические, отражающие распределение в плане петрофизических групп горных пород (или геологических формаций); 2. физических параметров, показывающие значения физических параметров пород (толщ) без учета их типа и состава; 3. специализированные – карты приведенных аномальных значений физических свойств горных пород, палеомагнитные и др.

Карта распределения петрофизических классов

1. Петрофизические карты В основе легенд петрофизических карт лежит петрофизическая классификация горных пород, т. е. подразделение и группирование по физической характеристике пород различных генетических типов и петрографического (литологического) состава. Классификацию пород района проводят с учетом их возраста или структурно-формационных комплексов. Карты строят раздельно – петроплотностные, петромагнитные, петроскоростные и др. При построении карт стремятся: возможно полнее показать физическую латеральную неоднородность геологических образований района; отразить наиболее существенные закономерности изменения физической характеристики пород разного генезиса и состава; с наибольшей детальностью показать физическую характеристику рудоносных, угленосных и нефтегазоносных формаций и зон околорудных изменений (на крупномасштабных картах).

• 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. • Масштабы карт определяются густотой точек наблюдения (средние расстояния между точками должны быть не больше 1 см в масштабе карты). Сечение изолиний на картах зависит от точности съемки и должно быть в 3 раза больше среднеквадратических или арифметических ошибок наблюдений.

• Рекомендуется группировать физические свойства по интервалам их изменения буквенными индексами в алфавитном порядке. • Так, для плотности при σ<2 г/см 3 вводится индекс а, далее с ростом σ на 0, 05 г/см 3 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 ɤ < 100*10 -5 ед. СИ обозначается заглавной буквой А, а далее обозначают: при ɤ = 100 -300 (Б), 300 -700 (В), 700 -1500 (Г) и т. д. (с увеличением интервала группирования вдвое при ɤ >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).

Сначала выделяются основные генетические типы пород: магматические (интрузивные и эффузивные), метаморфические и осадочные, затем их подразделения (ультраосновные, кислые, карбонатные, песчано-обломочные, глинистые) и, наконец, при достаточной информации дается более точный петрографический (литологический) состав. Наиболее важно на картах выделить полезные ископаемые, характеризующиеся экстремальными значениями физических свойств.

Окраска карт подчинена принципу – показать наиболее выразительными средствами основное их содержание. Для петроплотностной карты принимается гамма цветов, отражающая плотность: сине-зеленые – желтые – коричневые - темно-коричневые. Интенсивность окраски усиливается от среднего значения плотности пород (2, 5 г/см 3) в сторону ее уменьшения (до 1, 8 г/см 3). И увеличения (до 3, 2 г/см 3). Гамма цветов на петромагнитной карте более многообразна. Различным цветом показывается химический (литологический) состав пород: Розово-красным – кислый; коричневым – средний и высокоглиноземистый; зеленым – основной; фиолетовым – ультраосновной; желтым – щелочной; желто-оранжевым – песчаный; голубым – карбонатный; серым - глинистый и угленосный. Увеличение интенсивности окраски каждого цвета соответствует повышению намагниченности пород. Например, слабомагнитное габбро окрашиваются в светлозеленый цвет, магнитные – в зеленый, сильномагнитные – в темно-зеленый. Разный характер окраски обусловлен различным содержанием карт; наиболее информативно сопоставление плотности пород разного состава и намагниченности пород близкого состава.

2. 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 значение этих карт – использование при интерпретации гравитационного и магнитного полей с целью изучения глубинного строения земной коры. Кондиционность карт определяется равномерностью расположения точек исходных данных, а также проведением изолиний с учетом точности измерения параметров, возможности случайных ошибок из-за использования данных по выветрелым образцам.

3. Специализированные карты строят по величине параметров, выраженных в статистических характеристиках, в частности в отклонениях от среднего значения в единицах стандарта. Например, при построении карты приведенных аномальных значений плотности измеренное значение плотности σ переводится в значение плотности, нормированное по стандарту: где среднее арифметическое значение плотности данной группы пород; St 0 – стандарт распределения плотности данной группы пород. 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. По данным палеомагнитных исследований строятся палеомагнитные карты. Они отражают возраст пород по палеомагнитным данным, прямое или обратное направление вектора древней (синхронной) остаточной намагниченности, положение древнего магнитного полюса.

Петрофизические 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, оценке фациальных, структурных и текстурных изменений каждой петрофизической группы.

Петрофизические разрезы условно подразделяются на: - картировочные петрографические разрезы, которые строят в процессе геологической съемки с использованием геологических петрофизических данных и геофизических карт; - петрофизические разрезы отдельных скважин, разрез которых составляют с использованием геологического изучения керна, данных определения петрофизических параметров по керну и каротажу, результатов опытно-фильтрационных работ в скважине. - профильные петрофизические разрезы. Строятся схемы межскважинной корреляции пластов или горизонтов. В этом случае разрез отражает изменение петрофизической характеристики по вертикали и по латерали.