- •1. Предмет и методы полевой геофизики
- •2. Гравиразведка
- •2.1. Сила притяжения и ее потенциал
- •2.2. Сила тяжести на поверхности Земли
- •Практическое задание № 1
- •2.3. Вторые производные потенциала силы тяжести и их физический смысл
- •Единицы измерения в гравиразведке
- •2.4. Изменение силы тяжести внутри Земли
- •2.5. Изменения гравитационного поля во времени
- •2.6. Нормальное поле силы тяжести
- •Нормальные значения вторых производных потенциала.
- •2.7. Методы измерений ускорения силы тяжести и устройство гравиметров
- •2.7.1. Классификация методов измерений
- •2.7.2. Динамические методы измерений силы тяжести
- •2.7.3. Статические методы измерений силы тяжести
- •Общее устройство кварцевых астазированных гравиметров.
- •Чувствительная система гравиметра.
- •Подготовка гравиметров к работе
- •2.8. Методика гравиметрической съемки
- •2.8.1. Общие положения
- •2.8.2. Опорная сеть
- •2.8.3. Рядовая сеть
- •2.8.4. Методика топо-геодезического обеспечения гравиметрических работ
- •2.9. Камеральная обработка данных съемки
- •2.9.1. Первичная обработка данных
- •9.2.2. Окончательная обработка
- •1. Поправка за высоту точки стояния прибора.
- •3. Поправка за влияние окружающего рельефа
- •2.10. Решение прямой и обратной задач гравиразведки
- •2.10.1. Способы решения прямой задачи.
- •2.10.2. Способы решения обратной задачи.
- •Практическое задание № 3
- •2.10.3. Построение контактной поверхности
- •Практическое задание № 4
- •Контрольные вопросы
- •3. Магниторазведка
- •3.1. Магнитное поле земли
- •3.1.1. Дипольное поле Земли и элементы вектора геомагнитного поля
- •3.1.2. Магнитосфера и радиационные пояса Земли
- •3.1.3. Структура геомагнитного поля
- •3.1.4. Вариации геомагнитного поля
- •3.1.5. Нормальное магнитное поле
- •3.1.6. Генеральная магнитная съемка и магнитные карты
- •Практическое задание № 5
- •3.1.7. Природа магнитного поля Земли
- •3.1.8. Элементы вектора Та
- •3.1.10. Условия и область применения магниторазведки
- •3.2. Магнетизм горных пород
- •3.2.1. Магнитные свойства минералов
- •3.2.2. Магнитные свойства горных пород
- •3.2.3. Палеомагнетизм и археомагнетизм
- •3.3. Способы измерения магнитногополя
- •3.3.1. Классификация способов измерений магнитного поля
- •3.3.2. Оптико-механические магнитометры.
- •3.3.3. Феррозондовые магнитометры.
- •Протонные магнитометры.
- •Квантовые магнитометры.
- •3.3.6. Индукционные и криогенные магнитометры.
- •3.4. Методика полевых работ и обработка полевых данных
- •3.4.1. Методика полевых магнитных съемок
- •3.4.2. Обработка данных магнитной съемки
- •3.5. Различие и взаимосвязь гравитационных и магнитных аномалий
- •3.5.1. Особенности гравитационных и магнитных аномалий
- •3.5.2. Определение величины и направления вектора намагничения геологических тел по наблюденным гравимагнитным аномалиям
- •Практическое задание № 6
- •Контрольные вопросы
- •4. Электрические методы разведки
- •4.1. Физико-геологические основы и классификация методов электроразведки
- •Метод сопротивлений
- •4.2.1. Нормальные поля точечных и дипольных источников
- •4.2.2. Электрическое профилирование (эп).
- •Над вертикальным пластом. Установка (в см) а2в6m2n.
- •4.2.3.Вертикальные электрические зондирования
- •Практическое задание № 7
- •Факторы, определяющие электрические свойства горных пород
- •Методы электрохимической поляризации
- •Метод естественного электрического поля
- •- Медный стержень; 2 – пробка; 3 – резиновая прокладка; 4 – пластмассовый корпус; 5 – пористый сосуд.
- •Практическое задание № 8
- •4.3.2. Метод вызванной поляризации
- •Электромагнитные и магнитотеллурические методы
- •Общие принципы электромагнитных зондирований.
- •Дистанционные и частотные зондирования
- •Магнитотеллурическое зондирование
- •Контрольные вопросы.
- •5.1.2. Устойчивое и подвижное радиоактивное равновесие
- •5.1.3. Единицы измерения радиоактивных величин.
- •5.2. Способы регистрации радиоактивных излучений
- •5.2.1. Газонаполненные детекторы излучения
- •5.2.2. Сцинтилляционные счетчики
- •5.2.3. Полупроводниковые счетчики
- •5.3. Основы полевой гамма-спектрометрии
- •5.3.1. Принцип раздельного определения u(Rа), Тh, к.
- •5.3.2. Факторы, влияющие на результаты γ-спектрометрии
- •5.3.3. Обработка и интерпретация материалов аэрогамма-съемки
- •5.3.4. Характеристика аэрогамма-спектральных аномалий
- •Контрольные вопросы.
- •6. ТерМические методы разведки
- •6.1. Физико-геологические основы терморазведки
- •6.1.1. Тепловые и оптические свойства горных пород.
- •6.1.2. Принципы теории терморазведки
- •6.1.3. Тепловое поле Земли
- •6.2. Аппаратура для геотермических исследований
- •6.3. Методика работ и области применения терморазведки
- •Контрольные вопросы
- •7. Возможности методов полевой геофизики при поисках нефтегазовых месторождений
- •7.1. Применение гравиразведки
- •1.Локальные структуры тектонического типа.
- •2.Локальные структуры аккумулятивного типа
- •7.2. Применение магниторазведки
- •7.2.1. Отражение месторождений углеводородов в региональном магнитом поле
- •7.2.2. Возможности магниторазведки при поисках залежей углеводородов.
- •Применение электроразведки для поисков нефтеперспективных объектов
- •7.3.1. Геоэлектрическая модель залежи углеводородов
- •7.3.2. Применение методов электроразведки для поисков нефтегазовых структур
- •Комплексирование методов полевой геофизики для поисков нефтеперспективных объектов
- •7.4.1. Физико-геологические модели залежей углеводородов
- •7.4.2. Комплексирование геофизических методов при нефтегазопоисковых работах.
- •Практическое задание № 9
- •Справочные сведения к выполнению работы.
- •4. Контрольные вопросы.
- •Литература
5.3. Основы полевой гамма-спектрометрии
С развитием методики радиометрических поисков информация о распределении интегральной интенсивности γ-излучения перестала удовлетворять геологоразведочное производство. Во всех модификациях полевых γ-съемок широкое развитие получила сцинтилляционная γ-спектрометрия, позволяющая фиксировать на изучаемой территории распределение U (Ra), Тh, К. Полупроводниковая γ-спектрометрия пока имеет лишь ограниченное применение.
5.3.1. Принцип раздельного определения u(Rа), Тh, к.
Определение содержания радиоактивных элементов в породах и рудах основано на регистрации частоты импульсов N в оптимальных для искомых элементов энергетических окнах, в каждом из которых удельная интенсивность γ-излучения определяемого элемента является преобладающей (рис. 5.11).
Рис 5.11. Выбор энергетических окон двухканального γ-спектрометра.
Кристалл NaI (Tl) . Ширина окна ΔЕ0 = 30 кэВ. Окна, МэВ:
I -1,05 – 1,35, II - 2,05 – 2,65 ( по Г.Ф. Новикову,1989).
При значении Еγ > 1,0 МэВ такими участками являются области фотопиков γ-линий 1,12; 1,76; 2,20 МэВ для U; 2,61 МэВ для Тh и 1,46 МэВ для К. Число энергетических окон п равно числу определяемых радионуклидов. В многоканальных γ-спектрометрах (256 и более каналов) в энергетических границах каждого из п окон импульсы суммируются (Г. Ф. Новиков, 1989).
Так как аналитические линии в спектре урановой руды относятся к 214Вi(RаС)— продукту распада Rа, то γ-спектрометрия практически во всех модификациях определяет лишь равновесное с радием (точнее с RаС) содержание урана или qU по радию.
В пункте наблюдения в выбранных п энергетических окнах последовательно или одновременно, в стационарном положении или в движении регистрируют с помощью у-спектрометра частоту импульсов Ni и по этим значениям, зная чувствительность γ-спек-трометра, вычисляют содержание элемента j в породе.
Исходные уравнения трехкомпонентной системы (U,. Тh, К) имеют вид:
(5.18)
где — пересчетные, или градуировочные, коэффициенты (с-1 на 1 % U, Тh, К), численно равные частоте импульсов в i-м окне на единицу содержания элемента j; эти коэффициенты находят на моделях или на природных объектах с известным содержанием U (Rа), Тh, К ; Fij - функция, учитывающая различие условий измерения частоты импульсов .Ni - в пункте опробования и при градуировании γ-спектрометра, ее значения вводят в равенства (5.18) в виде поправок .
Решение системы уравнений при условии Fij = 1 находят в следующем виде:
(5.19)
где Аij — коэффициенты матрицы (с %), обратной матрице коэффициентов исходных уравнений (5.18), вычисляемые с помощью определителей.
5.3.2. Факторы, влияющие на результаты γ-спектрометрии
К числу основных факторов, влияющих на результаты определения qi γ-спектральным методом и на значения функции Fij, относятся:
Статистическая ΔNст и аппаратурная ΔNап погрешности регистрации частоты импульсов;
конечные размеры излучающего объекта;
геометрия измерений, отличная от 2π- или 4π-геометрии;
эманирование пород и руд;
вариации содержания Rn в атмосферном воздухе;
выпадение атмосферных осадков и переменная влажность рыхлых отложений
водная среда, окружающая детектор при подводной γ-съемке.
Статистические и аппаратурные погрешности. Частоты импульсов Ni в равенствах (5.18) и (5.19) являются случайными величинами:
Анализ результатов расчета погрешностей (Г.Ф. Новиков,1989) приводит к следующим выводам.
Случайная статистическая погрешность уменьшается с увеличением размера кристалла, ширины энергетических окон, времени регистрации частоты импульсов и вычисляемых содержаний элемента. Для кристаллов NaI(Т1) объемом V >100 смэ ghb экспозиции наблюдений 1 мин, ширине окон ΔЕ >200 кэВ относительная статистическая погрешность составляет единицы процентов в случае рудных концентраций U и Тh и первые десятки процентов в случае кларковых их содержаний.
Аппаратурная составляющая погрешности сравнительно слабо зависит от размера сцинтиллятора, особенно при широких окнах; она возрастает с увеличением концентрации сопутствующего радионуклида и сильно зависит от положения энергетического окна и в определенной мере от его ширины. Правильный выбор энергетических окон и включение в схему γ-спектрометра устройств стабилизации масштаба энергетической шкалы позволяют резко снизить аппаратурную составляющую погрешности.
Конечные размеры излучающих объектов. Насыщенные по γ-излучению рудные модели или природные объекты, на которых обычно градуируют γ-спектрометры, соответствуют бесконечным однородным излучающим средам с 2π- или 4π-геометрией измерения излучения. Реальные объекты отличаются конечными размерами и неравномерным распределением радионуклидов по их простиранию и падению. За счет этих факторов возникают недонасыщение γ-излучения по сравнению с условиями градуирования аппаратуры и изменение энергетического состава γ-излучения.
Для учета конечного размера объектов излучения вводятся специальные поправки. При определении поправок в данные γ-спектрометрии используются коэффициенты ослабления в горной породе, руде и воздухе, взятые для энергетического диапазона рабочих окон конкретного γ-спектрометра.
Учет неравномерности распределения радионуклидов по площади более сложен, особенно для условий аэрогамма-съемки. Составляемые ныне карты распределения U (Rа), Тh, К в действительности отражают лишь распределение урановой, ториевой и калиевой компонент излучения . Для перехода к содержаниям U (Rа), Тh, К необходимо учесть влияние соседних участков с иным распределением радионуклидов по сравнению с пунктом опробования.
Геометрия измерений. Переменную геометрию у-спектральных измерений в шурфах, дудках, расчистках, на рудных отвалах учитывают двумя способами: 1) аналитически — с помощью поправочных коэффициентов; 2) путем измерения разностного эффекта излучения ΔNi с экраном и без экрана.
Первый — аналитический — способ реализуется лишь в условиях равномерного распределения радионуклидов и простой геометрии выработки. Измеренную при телесном угле ω частоту импульсов Niω - приводят к показаниям спектрометра в 2π-геометрии:
Niп = Niизм/К, (5.20)
где
К = Niω /.Ni2π (5.21)
Приведенные значения частоты импульсов Niп используют в расчётах содержания элементов по формуле (5.19). Значения K находят расчетным путем, предварительно записав аналитическое выражение Niω для выработки конкретной формы. Эти выражения обычно приведены в методических руководствах и справочниках.
Второй способ заключается в том, что в точке наблюдения измеряют в рабочих окнах спектрометра частоту импульсов (Niб.э) без экрана и (Niэ) со свинцовым экраном толщиной 2,0—2,5 см пластинчатой или стаканообразной формы и находят разностный эффект
ΔNi = Niб.э - Niэ. (5.22)
Далее для расчета содержания U (Rа), Тh, К используют в равенствах (5.18) и (5.19) значения разностного эффекта ΔNi вместо записанных там частот импульсов Ni, а пересчетные коэффициенты заменяют их разностными аналогами .
Способ экранов дает хорошие результаты при наблюдениях в любой геометрии в рудных и аномальных зонах, но приводит к высокой погрешности в нормальных γ-полях.
Для учета эманирования горных пород и руд (что сказывается в основном при аэрогаммасъемке) в современной аппаратуре предусмотрена компенсация влияния атмосферного радона путем установки дополнительного детектора, экранированного снизу свинцом и регистрирующего излучение радона лишь над самолетом.
Выпадающие на землю атмосферные осадки захватывают с собой твердые продукты распада Rn и на поверхности земли образуется тонкий излучающий слой с активностью, эквивалентной содержанию U до (7 – 10)10-4 %. После дождя первоначальный фон восстанавливается через 2 - 2,5 часа (время распада RaC).
Большой экспериментальный материал (Новиков,1989) показывает, что на площадях с континентальным климатом даже во время слабого дождя проводить γ-спектрометрические съемки нельзя. В приморских районах эта рекомендация касается лишь сильного дождя.