1.2. Методы изучения физических свойств

Физическую характеристику можно определить по полям, измеренных на поверхности земли, в воздухе, в скважинах, по физическим свойствам образцов горных пород. Аэро- и наземные съемки позволяют получить физическую характеристику пород в естественном залегании на различных глубинах, в том числе на глубинах недоступных бурению. Геофизические исследования скважин (ГИС) устанавливают характер линейного распределения исследуемых свойств в естественных условиях /4,6,8/.

Лабораторные методы позволяют получить высокую точность определения физического параметра в образце. Свойства образца при этом не всегда точно отражают свойства породы в естественном залегании. Так как физическое состояние образца в лабораторном эксперименте не соответствует породе, находящейся в естественном залегании в условиях обводненности, механических и тепловых напряжений и т.д. Кроме того, образец имеет различные приделы изменения состава. Играет роль и масштабный коэффициент, т.е. несовпадение малых объемов изучаемых образцов (истинные свойства) и больших объемов массивов (пластовые и осредненные свойства толщ) горных пород. Поэтому величины физических свойств, измеренных на образцах в лабораторных условиях и в естественном залегании, отличаются.

Однако большинство геологических (литология, механический состав, глинистость, пористость, статические деформационно-прочностные, некоторые водные свойства), а также физических (плотность, магнитные, электрические, упругие, тепловые, ядерные) свойств горных пород определяются в лабораторных условиях на образцах, взятых из обнажений, горных выработок и скважин (керн).

Некоторые свойства, например, деформационно-прочностные, магнитные (каппа-метрия), упругие (ультразвуковые) и др., определяются на опытных площадках, где коренные породы выходят на поверхность.

Водные свойства изучаются с помощью специальных гидрогеологических исследований (наливы воды в шурфы, откачки ее из скважины).

1.3. Характеристика основных геофизических свойств горных пород.

Свойства горных пород, получаемые в результате интерпретации данных геофизических методов исследования, необходимы в начале для петрофизического, а в последствии для геологического истолкования результатов и определения геологических свойств. Остановимся на краткой характеристике основных физических свойств горных пород /9/.

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/см³ в зависимости от плотности минерального скелета, пустотности (пористости и трещиноватости), водогазонасыщенности, а также других факторов.

Все горные породы, находящиеся в магнитном поле, намагничиваются по-разному, так как обладают различными магнитными свойствами. Основным магнитным параметром горных пород является магнитная восприимчивость (каппа), представляющая собой коэффициент пропорциональности между интенсивностью намагничивания и напряженностью намагничивающего геомагнитного поля. Есть еще физическая величина как намагниченность, которая является магнитным моментом единицы объема и состоит из двух компонентов- индуцированного и остаточного магнитных моментов.

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 ρ_k), являющемуся сложной функцией параметров геологического разреза.

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/м² . По ним рассчитываются основные тепловые (теплофизические) свойства: теплопроводность (в Вт/К*м), теплоемкость, температуропроводность.

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 eU = 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.