Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский Государственный Нефтегазовый университет»

Институт Геологии и нефтегазодобычи

Кафедра « Прикладная геофизика»

Утверждаю:

Председатель СПС

______________Корнев В.А.

«____»_____________ 2012г.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Физика горных пород»

Направление 650200 «Технология геологической разведки»

Специальность/специализация 130202.65 «Геофизические методы исследования скважин» (ГИС), 130201.65 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» (ГФН)

Форма обучения очная/заочная (6лет)/заочная сокращенная(3г.10 мес)

Составители: Мамяшев В.Г.,

Колесникова Л.А.

Тюмень 2012 г.

Методические указания являются приложением к Рабочей программе по дисциплине «Физика горных пород»по направлению

650200 «Технология геологической разведки»

Специальность/специализация 130202.65 «Геофизические методы исследования скважин» (ГИС), 130201.65 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» (ГФН)

Форма обучения заочная (6лет)/заочная сокращенная(3г.10мес)

Курс 2/2

Семестр 4/4

Программа разработана на основании Государственного образовательного Стандарта (ГОС) высшего профессионального образования для направления 650200 – технология геологической разведки, специализация СП.03 «Геофизические методы исследования скважин»,утвержденного министерством образования Российской Федерации 3.03.2001г

Выписка из ГОС по дисциплине

ЕНФ.06 Физика горных пород:

физика горных пород: электрические, магнитные, упругие и прочностные свойства пород и минералов; изучение плотности, пористости и проницаемости пород; теплофизические параметры; физическая классификация горных пород; физические модели геологических объектов.

Составители методических указаний: Мамяшев В.Г., к.г.-м.н.,профессор кафедры ПГФ

Беляков Е.О., к.г.-м.н.

Устюжанина Л.А., ст. преподаватель

Колесниковой Л.А., ассистент кафедры ПГФ

Рабочая программа разработана:

ассистентом кафедры ПГФ

Института геологии и нефтегазодобычи _______________ Колесниковой Л.А.

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры Прикладной геофизики

Протокол № «____»__________2012 г.

Зав. Кафедрой ПГФ ИГиН _____________________Корнев В.А.

Введение

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Петрофизика" предназначены для студентовнаправления650200 – технология геологической разведки,

специализации 130202.65 «Геофизические методы исследования скважин» (ГИС), 130201.65 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» (ГФН), обучающихся очно и заочно.

В ходе выполнения лабораторных работ студенты изучают методику определения того или иного физического свойства на образцах горных пород. При этом рассматриваются принципы измерения физических величин, аппаратура и материалы для обеспечения измерения, подготовка образцов к анализу и получаемые метрологические погрешности при определении физических величин.

Процесс выполнения лабораторной работы предусматривает знание теоретических основ изучаемого физического свойства, которое в обязательном порядке должно быть отражено в отчете по лабораторной работе. Кроме того, отчет по лабораторной работе должен содержать четко сформулированное задание на выполнение лабораторной работы, перечень и описание приборов, оборудования, а так же материалов, необходимых для проведения измерений, последовательность действий, все расчеты, промежуточные и окончательные результаты. В случае необходимости в отчете должны быть приведены принципиальные схемы измерений.

При прохождении лабораторного курса принимается следую­щий порядок выполнения и отчетности. На первом занятии фор­мируется бригады из 3-х человек, ответственный в ней назнача­ется переменно от первой работы к последней. В соответствии с графиком работ, отдельным для каждой из бригад, студенты заранее знакомятся с описанием лабораторной работы. Отчет принимается перед получением задания на следующую по графику работу. Студент должен уметь анализировать ошибки, неизбежные при проведении эксперимента и дать свои предло­жения по их уменьшению.

Лабораторная работа выполняется на основании настоящих методических указаний. По окончании работы студенты предъявляют преподавателю полученные результаты. Отчеты по выполненной лабораторной работе оформляются каждым студентом самостоятельно (не допускается подготовка одного отчета на бригаду). Защита отчетов по лабораторным работам проводится по усмотрению преподавателя либо в процессе выполнения следующей работы, либо на специально выделенном для защиты занятии. (Для облегчения подготовки к защите в конце каждой лабораторной работы приведены контрольные вопросы.).

В соответствие с рейтинговой системой оценки знаний рекомендуемая совокупная сумма балов по лабораторным работам составляет 40 баллов, при условии сдачи лабораторных работ в сроки установленные преподавателем. Любое нарушение сроков сдачи работ (без уважительной причины, т.е. не подтвержденное документально: справкой, заявлением с визой зав. кафедрой и др.) приводит к снижению итоговой оценки на один балл за каждую лабораторную работу, при повторной защите – еще на один балл.

Кроме того, оценка может быть снижена за нарушение правил техники безопасности ведения работ.

В прикладной геофизике (разведочной и промысловой) изу­чение объекта - горных пород и полезных ископаемых проводит­ся путем изменения физической величины. Измерение производит­ся: в лаборатории на образцах пород либо в условиях естествен­ного залегания пород - в параметрических скважинах или в об­нажениях.

Измерение физических величин делятся на прямые и кос­венные. Если измеряют саму исследуемую величину с помощью физических приборов - это прямые измерения. Например, из­мерение длины образца с помощью линейки, мерной ленты, вре­мени - с помощью секундомера, массу образца - взвешиванием на весах. При косвенных измерениях интересующая нас величина рассчитывает по формуле их других величин, которые измерены с помощью физических приборов.

Примеры косвенных измерений;

плотность - по массе и объему тела, скорость - по расстоянию и времени и т.д.

Все физические свойства являются примерам косвенных измерений.

Качество измерений определяется их точностью. Оно зависит: от методики измерения, класса точности измеритель­ной аппаратуры, от мастерства экспериментатора и т.д.

Точность измерений характеризуется погрешностью, или иначе ошибкой измерения. Между терминами "ошибка" и "по­грешность измерения" нет никакого различия, и можно поль­зоваться ими обоими, теоретически это разность между изме­ренным и истинным значением физической величины.

Пусть мы измеряем какую-нибудь физическую величину .

Тогда погрешность измерения равна:

Таким образом, для определения погрешности необходимо знать истинное значение интересующей нас величины. Но, если бы оно было известно, то не было бы необходимости про­водить измерения.

Поскольку истинное значение измеряемой величины узнать вообще нельзя, то определяют наиболее близкое к истинному значение, называемое наилучшим значением измеряе­мой величины. Таким значением является среднее арифметичес­кое из многократно выполненных измерений. Оно определяется следующим образом:

Отклонение измеренного значения от среднеарифметического называется абсолютной погрешностью отдельного измерения

Эти отклонения могут быть как положительными, так и (-) и могут отличаться друг от друга по абсолютной величине. Поэтому для оценок границ погрешности при измерении исполь­зуют среднюю абсолютную погрешность ,которая равна частному от деления суммы абсолютных значений погрешностей отдельных измерений на число измерений:

Результат измерений физической величины записывают в виде

Относительная погрешность более полно характе­ризует точность измерений. Она определяется по формуле:

Косвенные измерения, как сказано выше, определяются через прямые измерения с использованием уравнений связи. Абсолютные и относительные погрешности таких измерений находят следующим образом.

1.Если исследуемая величина А равна сумме или разно­сти двух измеренных величин В и С, то наилучшее значение равно:

Абсолютная погрешность находится по выражению

относительная

2. Если искомая величина А равна произведению или частному двух других В и С, т.е. А=ВС или А=В/С, то

Относительная погрешность А произведения или частно­го величин В и С определяется

абсолютная

Пример. Определить плотность горной породы. Знаем, что . Измерим массу тела и объем. Пусть в результате многократных измерений образца нашkи, что , объем . Тогда наилучшее значение плотности равно

а абсолютная погрешность определяемой величины равна

При измерениях, которые затем обрабатываются по фор­мулам А=ВС, А=В + С, А=В/С, следует определять все измеря­емые величины с приблизительно одинаковой точностью. Так, например, если объем образца измерен с точностью 1%, масса его о точностью 0,5%, то плотность определится с точностью 1,1‰. Если масса измерена с погрешностью 0,01%, то оп­ределится с точностью 1%т.е. с той же практически точность. Поэтому тратить силы и врем на измерениеобразца о точностью 0,01% в этом случае не имеет смысла.

Исследователь не может считать себя хорошим специалистом, если он упускает из виду необходимость критического анализа допускаемых при измерениях предположений, а также не проводит оценки точности своих измерений или проводит измерения с излишней точностью.

Точность записи результата. Запись означает, что цифра 4 определена точно, а 5 – приблизительно, т.е. последней значащей цифрой является 4. Таким об­разом, в результате измерений для массы образца найдено значение 1,245 г. с абсолютной ошибкой 0,003, т.е. лежит в интервале от 1,242 и до 1,248.

Существует правило, что при записи погрешности сле­дует округлять ее величину до двух значащих цифр, если первая из них является единицей, и до одной значащей цифры во всех остальных случаях.

Так, правильно: ±3; ±0,2; ±0,08; ±0,14.

Не следует писать: ±3,2; ±0,23; ±0,84.

Не следует округлять ±0,14 до 0,1. Поясним это правило. Оказывается, если выполняется десяток измерений одной, величины, то погрешность эксперимента редко удается опреде­лить c точностью лучше 20%. Если вычисление абсолютной ошибки приводит к 0,14, то округление 0,14 до 0,1 изменяет величину относительной погрешности на целых 40%, в то время как округление до 0,3 числа 0,26 или 0,34 изменяет погрешность менее, чем на 15%, т.е. несущественно.

При записи результата должно иметь столько знаков после запятой, сколько знаков использовано при указа­нии погрешности (ошибки).

Например, один и тот же результат, в зависимости от по­грешности, запишется 3,2±0.2; 3,24±0,03; 0,324 ±0,012 и т.д.

Т.е. последняя из указанных цифр (в последнем примере две) при записи среднего значения оказывается сомнительной, а остальные достоверными.

Сформулированное правило следует применять и в тех случаях, когда некоторые из цифр являются нулями. Если при измерении получен результат =(0,900±0,004)г, то писать нули в конце числа 0,900 необходимо. Запись 0,9г означа­ла бы, что о следующих значащих цифрах ничего не известно, в то время как измерения показали, что они равны нулю. Анало­гично если масса образца равна 58,3 г (с погрешностью в деся­тых долях грамма), то не следует писать, что она равна 58300 мг, т.к. эта запись означала бы, что тело взвешено с точностью несколько миллиграммов. Если результат взвешивания должен быть выражен в мг, то в нашем случае надо писать 5,83*10⁴мг.

Отчет по лабораторной работе оформляется в следующем виде.

Студенты: Ф.И.О. группа.

Ответственный: Ф.И.О.

Название лабораторной работы.

Определение физического свойства, единица измерения.

Аппаратура, материалы.

Задание по работе.

Краткое изложение последовательности измерений.

Таблица результатов.

Анализ точности измеренной физической величины.

Измерения физических свойств студент проводит на серии образцов магматических, метаморфических или оса­дочных. Необходимо по полученным данным сделать вывод о наблюдаемой зависимости физического свойства от вещест­венного состава и структуры породы.