- •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
5.1.2. Устойчивое и подвижное радиоактивное равновесие
Число ядер радиоактивного элемента dN, распавшихся за бесконечно малый промежуток времени dt, пропорционально числу ядер N, еще не распавшихся к моменту времени t.
dN = -λNdt, (5.1)
где λ — коэффициент пропорциональности, характеризующий вероятность распада ядра в единицу времени и называемый постоянной распада данного радиоактивного изотопа. Интегрируя уравнение (5.1) и обозначая число атомов радиоактивного вещества в начальный момент времени (t = 0) через N0, т. е. полагая N (t = 0)=N0, получим
N = N0e-λt (5.2)
Из формулы (5.2) следует, что радиоактивный распад подчиняется экспоненциальному закону. В полулогарифмической системе координат (t, lnN) соотношение (5.2) изображается прямой линией, угловой коэффициент которой определяет постоянную распада λ:
lnN = lnN0- λt (5.3)
Из уравнения (5.1) следует также, что произведение λN характеризует скорость радиоактивного распада, называемую обычно радиоактивностью или просто активностью (обозначается А):
A = λN = -dN/dt. (5.4)
Зная величину λ, можно вычислить среднюю продолжительность жизни радиоактивного ядра. Так как согласно выражению (1) суммарная продолжительность жизни атомов, распадающихся в промежуток времени между t и t + dt, равна tλNdt, то
(5.5)
Чаще продолжительность жизни радиоактивных элементов принято характеризовать не значением , а периодом полураспада Т — временем, на протяжении которого распадается половина всех атомов данного радиоактивного элемента. Полагая в уравнении (5.2) N = No/2 при t = T, получим
T = ln2/λ ≈ 0,693/λ = 0,693 (5.6)
Постоянная распада λ и период полураспада Т являются характерными величинами каждого радиоактивного элемента и имеют для него строго определенные значения. Для различных же элементов эти параметры меняются в больших пределах .
Когда рассматривается распад не отдельно взятого радиоактивного элемента, а образующегося при этом радиоактивного продукта его распада (дочернего элемента), закон изменения содержания последнего во времени может быть найден следующим образом. Предположим, что в начальный момент времени t = 0 имелось N01 атомов исходного элемента, а к моменту времени t осталось N1 атомов исходного и накопилось N2 атомов дочернего элементов.
Скорость накопления дочернего элемента dN2/dt, очевидно, будет определяться разностью скоростей распада исходного и дочернего элементов:
dN2/dt = λlN1 – λ2N2, (5.7)
где λ1 и λ2 — постоянные распада исходного и дочернего элементов соответственно. Подставив в выражение (5.7) значение
N1 = N01exp(-λ1t),
получим линейное неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка
dN2/dt+λ2N2=λ1N01exp(-λ1t) (5.8)
Окончательное решение этого уравнения (Ларионов В.В., Резванов Р.А.,1988) дает изменение числа атомов радиоактивного продукта распада исходного элемента во времени и имеет вид:
(5.9)
Когда исходный элемент распадается медленнее, чем продукт его распада (λ2 > λ1), то через достаточно большой промежуток времени (t > T2) этот процесс будет описываться выражением
, (5.10)
или с учетом формулы (1.2):
. (5.11)
Выражение (5.11) определяет состояние подвижного равновесия, при котором отношение количества исходного вещества и продуктов его распада стремится к некоторому постоянному значению.
Если исходное вещество распадается несоизмеримо медленнее продукта его распада (λ2 >> λ1), то для того же достаточно большого промежутка времени формула (5.11) приобретает вид:
или . (5.12)
Это выражение характеризует состояние устойчивого равновесия, когда число распадающихся атомов исходного вещества равно числу распадающихся атомов продукта его распада. Убыль дочернего вещества вследствие его распада полностью компенсируется его образованием из исходного.
Классическим примером такого равновесия является равновесие между ураном (Т = 4.49 109 лет) и радием (Т = 1600 лет), которое наступает при истечении большого промежутка лет ( более 16000 лет) и наблюдается в хорошо сохранившихся горных породах и минералах, вынос и привнос урана или тория в которых исключены.
Необходимо заметить, что процессы радиоактивного распада носят статистический характер и высокая статистическая точность измерений радиоактивности обеспечивается лишь в случае, когда измерения проводятся на протяжении достаточно большого промежутка времени.