ГЕОФІЗИЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

В С Т У П

Курс лекцій ставить собі за мету ознайомити студентів з:

§ - предметом і методами геофізичних досліджень та продемонструвати їхній зв'язок з геологічними науками (геологічним картуванням, пошуками та розвідуванням корисних копалин, мінералогією та петрографією тощо);

§ - фізичними властивостями гірських порід та методами їхнього визначення;

§ - сучасною класифікацією методів, що застосовують під час вивчення верхньої частини літосферного простору;

§ - історичним нарисом розвитку геофізичних методів і їхньою роллю під час проведення конкретних геологічних досліджень.

Підкреслено, що найкращих результатів можна досягнути тільки у процесі комплексних геолого-геофізичних досліджень об'єктів. Курс містить методику проведення магнетометричних, гравіметричних, електрометричних, сейсмометричних, ядерно-геофізичних досліджень, які зараз повсюдно застосовують під час виконання геологічних робіт.

У результаті студент повинен вміти:

§ вибирати комплекс геофізичних методів, який сприяє вирішенню певних геологічних завдань;

§ провадити елементарні розрахунки геофізичних полів над певними об'єктами;

§ графічно зображати і виконувати якісну та кількісну інтерпретацію геофізичних матеріалів, що має надати суттєву допомогу під час вирішення конкретних геологічних та інженерно-геологічних завдань;

§ продемонструвати можливості застосування ядерно-геофізичних методів для вирішення різноманітних геологічних завдань.

Лабораторні заняття призначені виробленню вміння розв’язувати конкретні практичні задачі, які потребують знань фізичних властивостей гірських порід та їхньої залежності від низки геологічних умов, а також вміння користуватися відповідними розрахунками і методами інтерпретації геофізичних матеріалів з використанням комп’ютерних технологій.

Нижче наведено конкретний зміст лекцій за методами досліджень, які застосовують під час проведення геофізичних робіт.

Е Л Е К Т Р О Р О З В І Д У В А Н Н Я

Електричні методи розвідування та їхня класифікація. Опис електричних властивостей порід (питомого електричного опору, діелектричної проникності, поляризаційності, електрохемічної активності) та їхньої залежності від електричних властивостей мінералів, що складають породу, та природних розчинів, що заповнюють пори та порожнини, поруватості, тиску, температури, явищ, що відбуваються на контакті твердої і рідкої фаз тощо.

Загальні відомості про метод опору. Поняття позірного (видимого) опору. Схеми спостережень (дво-, три-, чотириелектродні, дипольні, комбіновані, диференційовані установки).

Апаратура та обладнання, що використовують для роботи на постійному та інфранизькому струмі (компенсаційний, автокомпенсаційний методи, електричні станції тощо). Джерела струму – батареї, генератори, сухі елементи тощо. Типи заземлень та дротів, що використовують під час електророзвідування.

Методи вертикального електричного та дипольного зондування (ВЕЗ, ДЕЗ). Умови можливості його застосування, методика проведення робіт: вибір мірила знімання, напряму розвідувальних профілів, довжини лінії живлення та міри її зростання (А_n B_n /А_n-1 B_n-1), топографічне забезпечення робіт. Зовнішній та внутрішній контроль за якістю одержаних матеріалів.

Зображення результатів зондування (побудова кривих ВЕЗ та визначення їхнього типу), їхня якісна (побудова карт типів кривих зондування, однакових значень поздовжної провідності та абсцис екстремальних точок та вертикальних електричних розрізів) та кількісна (палетковий, статистичний і машинний методи) інтерпретація.

Приклади застосування методу зондування для вирішення різноманітих геологічних завдань.

Електричне профілювання: вибір типу установки та визначення її оптимальних розмірів, напряму профілів та густини мережі спостережень. Точність досліджень.

Опрацювання матеріалів електропрофілювання (побудова графіків ρ_п, кореляційних планів, карт однакових опорів та полярних діаграм), якісна та кількісна інтерпретація результатів методу.

Застосування електропрофілювання для вирішення різноманітних геологічних завдань.

Методи зарядженого тіла, його сутність та умови, необхідні для його застосування. Схеми спостережень, конструкція заземлення живильного та приймального кола, джерела струму та конструкція вимірювальної апаратури. Точність робіт. Зображення матеріалів, якісна та кількісна інтерпретація результатів спостережень.

Метод природного електричного поля (ПЕП). Причини утворення полів різного (електрохімічного, фільтраційного та дифузійного) походження. Методика знімання (вибір мірила, схеми спостережень, напряму розташування профілів, апаратури, приймальних електродів тощо). Визначення якості досліджень. Царина геологічного застосування методу.

Метод спричинених потенціалів, його сутність та методика проведення робіт (апаратура та обладнання, вибір мірила знімання, схеми спостережень, точність досліджень тощо). Зображення результатів, їхня якісна та кількісна інтерпретація. Приклади застосування методів для вирішення різних геологічних завдань.

Природне імпульсне електромагнетне поле землі, причини його виник-нення, способи вимірювання та інтерпретація одержаних матеріалів.

М А Г Н Е Т О Р О З В І Д У В А Н Н Я

Природа земного магнетизму. Елементи магнетного поля Землі та їхній розподіл на земній поверхні. Нормальні та аномальні геомагнетні поля. Зміни елементів земного магнетного поля з часом.

Магнетні властивості гірських порід та їхня залежність від вмісту магнетних мінералів у породі, форми рудних об’єктів, температури та різноманітних геологічних факторів (складу порід, ступеня вивітрювання, тріщинуватості, глибини залягання, часу утворення, ступеня метаморфізму тощо).

Вибір методики проведення магнетних досліджень залежно від типу знімання (загальне, пошукове і детальне) – вибір параметра для вимірювання та апаратури, мірила знімання, геодезичного забезпечення робіт, точності досліджень тощо.

Спеціальні види магнеторозвідування (аеро-, мікромагнетне знімання та підземне магнеторозвідування).

Зображення результатів знімання (побудова графіків, мап графіків, ізодинам, ізогон, ізоклін). Пряма та обернена задачі магнеторозвідування. Якісна та кількісна інтепретація (тлумачення) магнеторозвідування.

Область (царина) застосування магнеторозвідування (вивчення земної кори, тектонічне районування, палеомагнетні дослідження, пошуки залізної руди та інших рудних і нерудних корисних копалин, пошуки структур, геологічне картування, мікромагнетне знімання).

Г Р А В І М Е Т Р І Я

Гравітаційне поле Землі та його складові. Потенціал та похідні потенціалу сили тяжіння. Нормальні і аномальні гравітаційні поля та їхні зміни з часом. Редукції та аномалії сили ваги.

Щільність гірських порід та методика її визначення. Залежність σ від: мінерального складу, поруватості, шпаруватості, вивітрілості порід, їхньої глибини залягання, віку, ступеня метаморфізму тощо.

Методика проведення гравіметричних досліджень,яка передбачає вибір: параметру для вимірювання, густоти та форми мережі спостережень, апаратури, техніки виконання польових досліджень, топографо-геодезичне забезпечення, точності вимірів. Варіометрійне та градієнтометрійне знімання. Засоби проведення робіт під час виконання наземних, морських, повітряних, підземних спостережень.

Опрацювання матеріалів наземного гравітрійного знімання. Зображення результатів знімання (побудова графіків, планів графіків та ізоліній), вибір для них мірила та інтервалів проведення ізоліній.

Основи теорії інтерпретаціє гравітаційних полів. Якісне та кількісне інтерпретування за допомогою аналітичних формул, графічних методів та ЕОМ.

Межі застосування матеріалів гравіметричних вимірювань під час вирішення інженерно-геологічних та екологічних завдань: пошуки та оконтурювання перезаглиблених долин, вивчення закарстованості порід, визначення глибини та форми залягання корінних (материнських) порід, картування тектонічних порушень.

С Е Й С М О Р О З В І Д У В А Н Н Я

Сейсмологія та сейсморозвідування. Елементи теорії пружності та геометричної сейсміки. Типи сейсмічних хвиль та умови їхнього утворення і поширення у верхніх шарах земноє кулі.

Пружні властивості гірських порід і їхня залежність від геологічних чинників (складу порід, їхньої поруватості, шпаруватості, водонасиченості, щільності, віку, температури, глибини залягання тощо).

Поняття сейсмічного каналу та переносна сейсмічна апаратура, яку використовують під час порівняно незначних (до 100м) глибинах досліджень: сейсмостанція, сейсмоприймач, збуджувач пружних хвиль, електроживлення.

Методика проведення сейсмічних досліджень методами відбитих (МВХ) та заломлених (МЗХ) хвиль. Умови можливого їхнього застосування. Системи спостережень методами сейсмічного профілювання та зондування, сейсмічного "просвічування" та каротажу. Боротьба з перешкодами, що не мають геологічноє природи. Точність досліджень.

Побудова годографів прямої, зустрічної, накладеної хвиль та зведеного годографа. Системи спостережень МВХ. Методи побудови сейсмічних границь. Способи визначення швидкостей відбитих та заломаних хвиль. Визначення динамічного модуля пружності (модуля Юнга) та коефіцієнта Пуасона порід масиву за результатами польових досліджень.

Застосування сейсморозвідування для вирішення геологічних завдань: вивчення будови земної кори, тектонічне районування областей, пошуки структур, перспективних на нафту і газ, рудне та інженерне сейсморозвідування.

Я Д Е Р Н О-Г Е О Ф І З И Ч Н І М Е Т О Д И

Використання природної та наведеної радіоактивності для вирішення геологічних завдань. Наземне і повітряне гамма-знімання. Апаратура та обладнання. Застосування радіоактивних ізототопів для пошуків певних корисних копалин. Геологічні завдання та царина застосування польових ядерно-геофізичних методів.

Г Е О Ф І З И Ч Н І Д О С Л І Д Ж Е Н Н Я С В Е Р Д Л О В И Н

(К А Р О Т А Ж)

Головні методи геофізичних досліджень у свердловинах та їхня класифікація.

Електричні методи каротажу (УО, ПС, БКЗ, БК, ВП, діелектричний та індуктивний каротаж).

Радіоактивні (ядерні) дослідження у свердловинах (гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж, нейтронні методи каротажу). Методи визначення речовинного складу гірських порід і руд у свердловинах.

Царина застосування різноманітних методів каротажу.

Методи вивчення технічного стану свердловин (кавернометрія, інкліно-метрія, перфорація, торпедування).

Якісна та кількісна інтепретація (тлумачення) матеріалів каротажу (кореляційна схема, зведений геолого-каротажний розріз).

Л І Т Е Р А Т У Р А

1. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Под редакцией Н.В.Дортман. М., Недра, 1976.

2. Двуліт П.Д. Курс гравіметрії. Львів, 1998.

3. Грушинский Н.П., Сажина Н.Б. Гравитационная разведка. М., "Недра", 1988.

4. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л. Электроразведка. М.,Недра, 1988.

5. Литвиненко О.К. Геологическая интерпретация геофизических данных. М., Недра, 1983.

6. Гурвич И.И., Боганик П.Н. Сейсмическая разведка. М., Недра, 1980.

7. Итенберг С.С. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. М., Недра, 1987.

8. Толстой М.Н., Тимошин Ю.В. и др. Основы геофизических методов разведки. Києв, "Вища школа", 1985.

9. Логачев А.А., Захаров В.П. Магниторазведка. Л., Недра, 1979.

10. Ларионов В.В., Резванов Р.А. Ядерная геофизика и радиометрическая разведка. М., Недра, 1976.

11. Радиоактивные элементы в горных породах. Новосибирск, Наука, 1976.

12. Основы методологии комплексирования геофизических исследований при поисках рудных месторождений. М., Недра,1978.

13. Горбунов Л.М. и др. Геофизические методы поисков и разведки. Л., "Недра", 1982.

14. Матвеев Б.К. Электроразведка при поисках месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1982.

15. Вахромеев Г.С. Основы методологии и комплексирования геофизичес-ких исследований при поисках рудных месторождений. М., Недра, 1978.

16. Геофизические поиски рудных месторождений // Под редакцией Кличникова В.А. и др.). Алма-Ата, 1970.

17. Комаров В.А. Электроразведка методом вызванной поляризации. Л., Недра, 1980.

18. Семенов А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля. Л., Недра, 1980.

19. Руководство по применению методов переходных процессов в рудной геофизике // Под ред. Каменецкого Ф.М., Л., Недра, 1977.

20. Гамма-методы в рудной геологии // Под ред. Очкура А.П., Л., Недра, 1976.

21. Родионов Д.А., Коган Р.И., Голубева В.А. и др. Справочник по математическим методам в геологии. М., Недра, 1987.