Геофизика_1 / Геофизика 2010 новый

При индуктивном способе возбуждения источниками являются незаземленные контуры, питаемые переменным или ступенчатоменяющимся током. В этом случае формируется вторичное электромагнитное поле, которое измеряется с помощью электродов(для измерения электрической компоненты), приемных рамок или контуров( для измерения магнитной компоненты). Интенсивность вторичного э/м поля будет также зависеть от состава пород разреза и их э/м свойств.

18. Электрические свойства пород. Удельное электрическое сопротивление меняется в пределах – от тысячных долей омметра для самородных до нескольких миллиардов омметров для минералов изоляторов. Для изверженных пород характерны очень высокие значения удельного электрического сопротивления, близкими или несколько меньшими значениями сопротивления обладают метаморфические породы. Осадочные породы, имеющие высокую пористость и увлажненность, характеризуются низки значениями P. Удельное сопротивление большинстве руд зависит от количественного соотношения минералов с электронной проводимостью и нерудных минералов. Текстурно-структурных особенностей. Диэлектрическая ε и магнитная μ проницаемости – способность вещества концентрировать или разряжать силовые линии соответственно электрического и магнитного поля. Способность г.п. создавать естественные электрические поля называют электрохимической активностью α. Фактически α – коэффициент пропорциональности в формуле для расчета разности потенциалов самопроизвольной поляризации от основных факторов, которыми она определяется: отношение концентраций электролитов или насыщающих г.п. вод, давления, под которым происходит фильтрация и др. Поляризуемость η – характеризует способность г.п. или руды поляризоваться, т.е. образовывать поверхностные объемные заряды по воздействием электрического поля и разряжать после его исчезновения. Определяется отношением напряженности Eвп вызванного электрического поля к напряженности первичного поля E(η = Eвп/E)и выражается в процентах.

19. Высокочастотные методы изучают высокочастотные электромагнитное поле, создаваемыми специальными портативными передатчиками либо радиовещательными станциями. Теория радиоволновых методов базируется на том, что увеличение частоты электромагнитного поля приводит к созданию индукционных эффектов. Однако сильное оглащение обусловленное влияние оказывают токи смещения электромагнитного поля. Поэтому кроме γ и μ изучают диэлектрическую проницаемость ε. Радиоволновое просвечивание и зондирование. Проводят в скважинах в горных выработках. В комплекты аппаратуры входят периодически с электрическими и магнитными антеннами, приемные устройства и оборудование. Методом радиокип изучают электромагнитные поля дальних радиостанций путем измерения вертикальной и горизонтальной компонент магнитного поля и угла наклона магнитного вектора к горизонту. Измеряемые вторичные магнитные поля возникают под действием первичного поля Е и Н и определяются по закону Био-Савара. Интерпретация результатов наблюдений качественная, изредка проводится полуколичественная интерпретация с целью оценки мощности и глубины залегания объекта. Метод радиоволнового просвечивания основан на изучении изменений электромагнитного поля, вызванных различной способностью поглощения электромагнитной энергии г.п. и рудами. В частности, для пород, обладающих высоким сопротивлением, коэффициент поглощения низок, а сульфидные, магнетитовые и другие проводящие образования имеют высокие значения коэффициента поглощения. Метод позволяет обнаруживать в пространстве между скважинами или горными выработками проводящие рудные тела, не выявленные в процессе разведки месторождений.

20. Прямые задачи в магниторазведке Магнитная разведка метод разведочной геофизики, основанный на изучении пространственных изменений геомагнитного поля, возникающих вследствие различной намагниченности горных породы и руд. Магнитный штокверк – кимберлитовые трубки. Под магнитными вертикальным стержнем (штокверк) понимается такой объект у которого нижний магнитный полюс +m на такой большой глубине. То он не влияет на измеряемую вертикальную компоненту земной коры, что изменяет ∆Z на земной поверхности и характеризует 1- max/ Если магнитный полюс +m приближать к зем поверхности оси X то образуется магнитный диполь. Которое апроксимируется (изометричной магнитный геологический объект) выражается в появлений 2-ух дополнительных экстремизмов по кривой ∆Z. В областях развития магматических пород по данным магнитной съемки выявляют и прослеживают интрузии различных изверженных пород. Основные интрузивные породы могут быть магнитными и немагнитными. Средние и кислые породы чае немагнитны, но из-за активного воздействия на вмещающие породы приконтактовая зона обогащенная магнетитом. Эффективна при картировании зон разрывных тектонических нарушений, которые проявляются по-разному в магнитном поле. Применение манитноразвеки имеются при поисках и разведке магнитных разновидностей железных руд различных генетических типов. Цветных, редких и благоприятных металлов, руды которых содержат акцессорные магнитные минералы, рудных скарнов, обогаенных магнетитом, а так же рудных и нерудных полезных ископаемых, связанных с ультраосновными и основными породами.

21. Геофизика наука о Земле.

Разведочная геофизика применяется для изучения строения з.к и верхней мантии, поисков и разведки пи, решения инж./геол.и г/г задач , проблем горного дела и экологии. В основе разведочной геофизики лежит применение геофизических методов, основанных на измерении характеристик различных физических полей.

Существует 2 типа геофизических полей:1)естественные( природные), которые создаются непосредственно г.п и рудами 2)техногенные (искусственно созданные).

В разведочной геофизике для эффективного решения геологической задачи применяют след типы геофизических комплекс методов:

Целевые геофизические комплексы геофизических методов (г.м)-группа г.м, направленных на решение конкретной геологической задачи, на данной стадии геологоразведки, и на конкретной территории

-геологическое картирование М1:100000 на конкретной площади

-поиски месторождений Auна площади… масштаба…

-выполнять разведку конкретного месторожления( например бокситового месторождения масштаб 1:5000)

2. Технологические геофизические комплексы- это группа г.м, объединенных общностью условий измерений и общими элементами измерительной аппаратуры

- спутниковая геофизика(м.п, г.п, ии,пр,ар)

-аэрогеофизика (м.п,г.п,э/м.п,ии,ɣ-поле)

-наземная геофизика ( все методы разведочной геофизики)

-морская геофизика (методы геофизики, которые применяют для исследования не только стен скв и г.в, но и удаленных нп 10 ки и 100ни м от скв и г.в геологических объектов, все геофиз. Методы)

-экологическая геофизика-отрасль, занимающаяся изучением действия геофиз полей на биот Основной геоф. характеристикой г.п. и руд являются физические свойства-это физическое состояние, хим.состав и процессы, протекающие в г.п, которые все вместе, приводят к генерации собственных геофиз. полей.

Геофизическое ( физическое) поле вкл. 3 основных компонента:

нормальное или фоновое поле- понятие относительное и создается теми геологическими объектами ,которые на данной стадии геологоразведки и на конкретной площади не являются предметом исследования.

Аномальное геофизическое поле-отклонение от нормального( фонового)геофиз.поля геофизики различают 2 типа аномальных полей:1) «сильные» аномалии, у которых амплитуда А превышает 3х кратную погрешность измерения А≥3Ε, и такие аномалии легко выделяются визуально;2) «слабые»-А~Е( соизмерима с погрешностью измерений),такие аномалии визуально не выделяются,для их обнаружения нужны специальные статистические методы обработки информации;3)(геофизический шум)-помехи- источниками являются:

-временные вариации г.п

-рельеф местности

-рыхлые четвертичные отложения.

22. магнитные свойства пород – Общая намагниченность пород Ĵ, Естественная остаточная намагниченность Ĵn – возникает при намагничивании горных пород в слабом магнитном поле во время их образования и последующий период при перепаде температур, и фактор Q = Ĵn/Ĵi. Магнитная восприимчивость ϰ (капо) способность пород создавать собственное магнитное поле под воздействие магнитного поля земли в целом. Индуцированое намагниченность пород Јi=ϰT- напряженность геологического поля. 1) Диамагнетики (1-3)10-6 ед. Си –не магнитные, 2) Феррамагнитные (1-3) ед Си – пирротин, 3) Парамагнитные (10-1000)10-6 ед Си – осадочные породы.

23. Метод частичного извлечения металла. Основан на способности некоторых минералов растворятся под воздействием постоянного тока при переходе в раствор перемещаться в соответствии со знаками зарядов к питающим электродам и здесь скапливаться. Они под воздействием электрического поля собираются в специальных элементах приемниках содержание которых в последствие подвергаются хим анализу и на основе данных хим анализа. Электрохимические годографы по результатам которых определяют наличие орудинения его состав и оценивают примерную глубину залегания.

24. Приборы для ускорение силы тяжести. Применяют три способы измерения силы тяжести : маятниковую, свободного падения и статический. Гравиметр это прибор для измерения значения силы тяжести или ее изменения по отношению к исходному значению в некоторой точке. Маятниковый способ и способ свободного падения тела используют для измерения абсолютной силы тяжести. Маятниковый способ измерения силы тяжести основан на опредилении периода колебаний свободно качающегося маятника, которой описывается выражением T = 2 π√l/g. Статический способ относительных имерений силы тяжести основан на принципе компенсации силы F = mg, развиваемой массой m в силовом поле g, силой упругой пружины или закручиваемой нити. Применяют гравиметры принцип их действия весы 1-ого рода на пружине подвешен груз массой м который имеет стрелочный индикатор на шкале. Если будете обильная руда груз в низ. Если полости то грузик в верх.Нет стабильного числа отсчета для получения уровня отсчета с помощью специальной методики наблюдения, которое предпологает двукратное измерение ∆g на одной и той же точке измерения врзное время, в вести поправку для смещения нуль – пункта.

25 . Контактный способ поляризационных прямых. Заключается в последовательном возбуждении электрохимических реакций на границе электронно-проводящих минералов с влагой в горных породах и изучении зависимости этих реакций от изменения пропускаемого тока. Происходящие процессы регистрируются в форме поляризационных кривых, представляющих собой графическую зависимость возбуждающего тока I от контактной разности потенциалов Uэ на границе рудного объекта с вмещающей средой. При этом один из питающих электродов заземляют в рудный объект в скважине или горной выработке, а в другой – во вмещающих породах, и изменяют пропускаемый ток. Контактную способность разности потенциалов Uэ измеряют с помощью приемных электродов, один из которых установлен в рудном теле, другой – во вмещающей среде. Под действием электрического тока на границе минера – влага проходят зависимость от того. Какой полюс подключен в электроду в руде. Во время прохождения тока реагирующие минералы разрушаются, разность потенциалов возрастает, а ток остается постоянным – на поляризационной кривой прослеживается ступень. Абсцисса которой определяет потенциал реакций.

26. Области разведки магнита разведки. Применяют на всех стадиях геологоразведочных работ, начиная с мелкомасштабного геологического картирования и кончая разведкой месторождения. Как правило, применяют в комплексе с другими геофизическими и геохимическими методами.

30.Аппаратурой для измерения элементов геомагнитного поля являются магнитометры:

1. Феррозондовые магнитометры, которые используются при аэросъемках или скважинных измерениях, погрешность ±n*10нТл. Основным элементом является феррозонд, представляющий собой электрическую катушку с сердечником из магнитомягкого материала используют железоникелевый сплав, обладающий высокой магнитной проницаемостью, и достигающий насыщения в слабом поле.

2. Протонные магнитометры работают на принципе ядерного резонанса, который обусловлен вращением атомного ядра, обладающего собственным механическим моментом количества движения (спином) и магнитным моментом. Применяются в вариантах аэро-, наземной и морской съемке. Очень чувствительны, погрешность ± 1,0нТл.

3. Квантовые магнитометры основаны на принципе оптической ориентации атомов или оптической накачки рабочего вещества под действием внешнего магнитного поля. В этих магнитометрах используют эффект Зеемана, заключающийся в том, что энергетические уровни атомов жидких, газообразных и парообразных веществ, находящихся в магнитном поле, расщепляются на несколько подуровней, т.е атомы приобретают дополнительную энергию, пропорциональную их магнитным моментам и моментам количества движения(спинам). В нормальном состоянии количество атомов на каждом из возможных энергетических подуровнях примерно одинаково и число переходов атомов в единицу времени( частота переходов)с верхнего подуровня на нижний, и наоборот, будет также одинаково.

4. Оптико- механические магнитометры используют для проведения наземных пешеходных съемок. Наиболее распространенным из приборов этого типа является переносной магнитометр М-27М, предназначенный для измерения вертикальной составляющей ΔZ магнитного поля компенсационным способом.

Чувствительным элементом прибора является подвижный постоянный магнит-индикатор.

27. Наибольший интерес в геомеханике из плотностных свойств представляют объемный вес, объёмная масса (плотность), удельный вес, и пористость.

В лабораторных условиях на образцах пород обычно определяют объемный вес g и удельный вес g0. Далее рассчитывают плотность (объемную массу) r и удельную массу r0. Общую пористость также определяют расчетным путем, используя полученные экспериментально значения удельного g0 и объемного веса g.

П=( g0 - g0)/ g0

Для экспериментального определения объемного веса породы требуется знать вес и объем образца. Если определения ведут на образцах правильной геометрической формы, то вес устанавливают путем взвешивания на лабораторных весах, а объем - путем измерения линейных размеров. В случае испытания образцов неправильной геометрической формы для определения объемного веса используют метод гидростатического взвешивания.

В последние годы для лабораторного определения плотности (и объемного веса) пород широко используют гамма-метод (в модификации узкого пучка). При этом испытуемый образец породы помещают между источником радиоактивного гамма-излучения и детектором (рис. 6.1).

б Фото, рис.7, стр.51“Основы мех.г.п.”

Рис.6.1. Схема лабораторной установки для измерения плотности горных пород гамма-методом.

1 - источник гамма-излучения; 2 - детектор; 3 - образец породы; 4 - радиометр для регистрации гамма-излучения.

Зная гамма-активность источника, расстояние r между источником и детектором и толщину d образца и регистрируя интенсивность гамма-излучения, прошедшего через образец породы, определяют по специальным номограммам плотность породы r. Гамма-метод определения плотности отличается простотой и высокой производительностью измерений с применением несложной серийной аппаратуры и обеспечивает точность 1-3 %.

Определение удельной массы r0 (удельного веса g0) в принципе не отличается от определений объёмного веса и плотности, но при этом необходимо обеспечить вскрытие всех пор и удаление газовой и жидкостной составляющих испытуемой породы.

В некоторых задачах геомеханики, и особенно при физической интерпретации результатов наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность выражают процентным отношением веса воды, содержавшейся в образце породы, к весу образца после его высушивания. Для определения влажности образец сначала взвешивают в естественном состоянии, а затем доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105-110°С. Сопоставляя вес влажного образца G1 и вес сухого образца G2, влажность вычисляют по формуле: W=((G1 - G2)/ G2)*100

28. Магнитное поле Земли описывается семью параметрами.Для измерения земного магнитного поля в любой точке, мы должны измерить направление и напряжённость поля. Параметры ,описывающие направление магнитного поля: склонение ( D ),наклонение ( I ).D и I измеряются в градусах. Напряженность общего поля ( F ) описывается горизонтальной компонентой (H), вертикальной компонентой (Z) и северной (X) и восточной (Y) компонентами горизотальной напряженности. Эти комопненты могут быть измерены в Эрстедах( 1 Эрстед=1 гауссу), но обычно -в нанаТеслах( 1нТ х 100 000 = 1 эрстеду).Напряженость магнитного поля Земли грубо между 25 000 - 65 000НТ (0,25-0,65 эрстеда). Магнитное склонение - угол между магнитным и географическим полюсами.D считается положительным если измеряемый угол восточнее географического и отрицательным когда-западнее. Геомагнитное поле, измеренное в любой точке земной поверхности является совокупностью нескольких магнитных полей, генерируемых различными источниками. Эти поля накладываются и взаимодействуют друг с другом. Более чем 90% измеряемого поля генерируется внутри планеты и в земной коре.Эта часть геомагнитного поля часто называется главным магнитным полем. Главное магнитное поле измеяется медленно во времени и может быть описано такими математическими моделями как (IGRF) - международная геомагнитная рекомендуемая модель, (WMM) - Глобальная магнитная модель. Главное магнитное поле создает в межпланетной среде полость, называемую магнитосферой, где земное магнитное поле преобладает в магнитном поле солнечного ветра. Конфигурация магнитосферы чем-то напоминает комету по распределению динамического давления солнечного ветра. Она сжата с солнечной стороны примерно до 10 радиусов Земли и в тени солнца хвостовая часть распространяется на расстояния свыше 100 земных радиусов. Магнитосфера отклоняет поток большей части частиц солнечного ветра около Земли, тогда как линии геомагнитного поля направляют изменение движения частиц внутри магнитосферы. Различные потоки ионов и электронов внутри магнитосферы и токовые системы в ионосфере вызывают вариации напряженности магнитного поля Земли.Эти внешние токи в верхней ионизированной атмосфере и магнитосфере изменяются во времени гораздо меньшем,чем внутреннее главное магнитное поле и могут создавать магнитные поля больше 10% главного магнитного поля. Другими важными источниками являются поля,возникающие от электрических полей, текущих в ионизированной верхней атмосфере и поля, индуцированные токами текущими внутри земной коры и мантии. Главное магнитное поле изменяется медленно во времени и может быть грубо описано как магнитный стержень с северным и южным полюсами глубоко внутри Земли и линии магнитного поля родолжаются далеко в пространстве. Земное магнитное поле изменяется и в пространстве и во времени. Исторически, магнитные обсерватории были основаны для мониторинга вековых изменений магнитного поля Земли и это остается одной из их наиболее важных функций. Это обычно включает в себя абсолютные измерения в количестве достаточном для мониторинга приборного дрейфа и для получения среднегодовых значений. Свыше 70 стран содержат более чем 200 обсерваторий по всему миру. Данные магнитных обсерваторий являются основными при изучении вековых изменений, исследования внутреннего строения Земли и глобальном моделировании.

29. В результате гравиразведки рассчитываются аномалии силы тяжести, обусловленные теми или иными плотностными неоднородностями, а влияние притяжения всей Земли и окружающего рельефа исключается вычитанием нормального поля и введением редукций (см. 1.2.3). Поэтому в математической теории гравиразведки расcчитываются аномалии от тел простых форм: шара, горизонтального цилиндра, вертикального уступа, вертикального цилиндра и т.д. без учета притяжения всей Землей.

Нахождение аномалий силы тяжести и вторых производных потенциала от тел известной формы, глубины залегания, размера и плотности носит название прямой задачи гравиразведки. Определение местоположения, формы, глубины залегания, размеров и плотности тел по известным аномалиям или вторых производных потенциала силы тяжести называется обратной задачей гравиразведки.

31. Инклинометрия скважин. Скважины бурят вертикальные и наклонные с заранее заданными направлениями и углами отклонения от вертикали. По ряду причин геологического и технологического характера скважина отклоняется от намеченного направления. Отклонение оси скважины от заданного направления называется искривлением.

Положение оси скважины на какой-либо глубине определяется по двум углам :зенитному углу наклона скважины и магнитному азимуту наклона скважины. Измерения искривления скважины называют инклинометрией, а используемые при этом приборы инклинометрами. Измерения инклинометром проводят дискретно, в отдельных точках, интервал между которыми составляет 25м при обычном и 10 м при наклонно направленном бурении. Результаты инклинометрии оформляют в виде проекций оси скважины на горизонтальную и вертикальную плоскости.

Кавернометрия скважин. Фактический средний диаметр скважин изменяется по стволу и отличается от номинального диаметра долота ( коронки), которым она бурилась. При этом наблюдается как уменьшение, так и увеличение его, иногда значительное(каверны). Поперечное сечение скважины может существенно отличаться от круга за счет образования желобов.

Данные о фактическом диаметре скв. необходимы для интерпретации данных ГИС, при подготовке к спуску обсадной колонны и подготовке скв. к цементированию, а профиль скв. Необходимо знать для выявления желобов с целью предотвращения аварий при бурении.

Измерение форм и размеров поперечного сечения скв. называют профилеметрией . Для определения среднего диаметра скв. широко используется кавернометрия. В результате измерений каверномером получается кривая измерения с глубиной кавернограмма.

32. Законы распространения упругих волн в горных породах могут быть получены из основных принципов геометрической оптики - принципов Гюйгенса - Ферма. Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку фронта волны можно рассматривать как самостоятельный элементарный источник колебаний. Это значит, что по положению фронта волны в некоторый момент можно определить положение его в любой другой момент, если построить огибающую элементарных сферических фронтов с центрами, расположенными на заданном. Принцип Ферма формулируется следующим образом: волна распространяется между двумя точками по такому пути, который требует наименьшего времени для ее распространения. Следствием этого принципа является прямолинейность распространения волн в изотропной среде, когда скорость постоянна во всех направлениях.

Важный принцип геометрической сейсмики - принцип суперпозиции, согласно которому при наложении (интерференции) нескольких упругих волн их распространение можно изучать по отдельности для каждой волны, пренебрегая влиянием волн друг на друга.

33. В методе преломленных волн ведут наблюдения на больших расстояниях от источника возбуждения по сравнению с глубиной залегания исследуемых границ. В этом случае сейсмические волны значительную часть -своего пути проходят в направлении, близком к направлению напластования в слое, скорость в котором превышает скорости в соседних пластах. Наблюдение преломленных волн во многих случаях дает возможность судить о литологическом составе пород, слагающих слой. Сейсмические методы разведки при решении различных геологических задач применяются в сочетании с одним или несколькими геофизическими и геологическими методами. Комплексное применение разных методов в конкретных геологических условиях позволяет повысить геологическую эффективность.

34. Способы построения отражающих границ. Получив , можно определить глубину залегания отражающей границы и ее наклон, т.е. построить отражающую границу.

Наиболее простыми способами построения отражающих границ являются различные графические варианты: способ , способ засечек, способ эллипсов и др.

Способ . Поскольку , где - время на пункте взрыва, которое можно определить по годографу (оно равно времени при ), то глубина залегания равна .

Имея несколько ПВ (несколько годографов), можно построить отражающую границу как касательную к окружностям с радиусами , проведенными из соответствующих ПВ (рис. 4.5, а).

	а	б	в
	Рис. 4.5. Построение отражающей границы способами: а - ; б - засечек; в - эллипсов

Способ засечек. На профиле наблюдений выбирают 3 - 5 точек и из них проводят засечки радиусами . Засечки, пересекаясь примерно в одной точке, дают местоположение мнимого пункта взрыва , а отражающая граница располагается в середине и перпендикулярно (рис. 4.5, б).

Способ эллипсов. В случае неплоских границ раздела для построения отражающей границы применяется способ эллипсов. Известно, что эллипс - это кривая, каждая точка которой расположена на постоянной сумме расстояний до двух его фокусов. Приняв и за фокусы эллипса с постоянным расстоянием , легко видеть, что отражающая площадка лежит на эллипсе (рис. 4.5, в). Построить указанный эллипс можно следующим образом. Берется нить длиной (величина выбирается в том же масштабе, в котором строится разрез). Ее концы закрепляются кнопкой в точках и . Натягивая нить карандашом, легко прочертить эллипс. Построив аналогичные эллипсы для ряда годографов, можно построить отражающую границу, которой является огибающая всех эллипсов.