Введение

Каждый геофизический метод основан на регистрации и изучении определенных физических полей.

Исследуя физические поля на земной поверхности, в скважинах или на воздухе, мы тем самым изучаем изменение их параметров в пространстве, обусловлено характером залегания и составом горных пород – носителя этих физических свойств. Свойства горных пород изучают специальными техническими средствами на поверхности земли, в горных выработках и на образцах горных пород в лаборатории.

Установление корреляционных или экспериментальных зависимостей между разными физическими свойствами для одной и той же породы помогает приводить комплексную интерпретацию геофизических данных. Изучая зависимость физических свойств пород от их минерального состава и текстуры в лабораторных условиях, можно получить представление о процессах, сформировавших горную породу, а исследование изменения физических свойств под влиянием термодинамических процессов позволяет прогнозировать состав и состояние вещества в земной коре и верхней мантии.

В общем физические свойства горных пород определяются условиями образования и геологической историей.

Значение величин физических параметров даются в виде таблиц, изображаются в виде гистограмм или карт. На гистограммах обычно по горизонтальной оси откладываются значения параметра или интервалы его изменения, а по вертикальной  частота (повторяемость) этих значений в процентах. Если полученная гистограмма имеет сложный характер (с несколькими вершинами или асимметрична), значит обрабатываемые породы разнородны по свойствам. Когда образцы для лабораторных измерений взяты по площади, то значение физического параметра часто изображается в виде изолиний самих значений физических параметров, отнесенных к точкам карты.

Широкое исследование физических свойств горных пород привело к созданию новой отрасли знаний – петрофизики или физики горных пород, в которой систематизируются результаты изучения природы физических свойств горных пород, характеризуются и классифицируются типы пород и фации по комплексу физических свойств и по способности свойства изменяться в зависимости от геологических процессов, устанавливаются связи между физическими и петрографическими свойствами пород. Результаты петрографических исследований изображаются в виде петрофизических карт. Легенда петрофизических карт составляется по тому же признаку, что и при петрофизической классификации: разделение пород по величине физического параметра, по генетическому признаку и по составу пород.

Петрофизические характеристики помогают расчленять сложные массивы интрузивных пород, изучать по полевым материалам степень метаморфизма, проводить корреляцию разрезов скважин, особенно когда это трудно сделать по геологическим признакам (из-за отсутствия фауны, например), и решать ряд других геологических задач.

Лекция 1 плотностные свойства горных пород

1.1 Общие понятия о плотности

Плотностью  называется физическое свойство вещества, определяемое как отношение массы породы к ее объему. Удельный вес горной породы определяется как вес единицы объема этой породы.

Плотность  и удельный вес Р связаны зависимостью

,

(1.1)

где g  ускорение свободного падения.

Единицей измерения плотности служит кг/м³ (г/см³). Эталон единицы массы равен эталону единицы веса на широте 45° на уровне моря, поэтому плотность равна удельному весу вещества при этих же условиях. Плотность и удельный вес горных пород в средних широтах при небольшой высоте над уровнем моря раз­личаются на 0,20,4 %.

Плотность горных пород, особенно рыхлых или слабо метаморфизованных, тесно связана с пористостью.

Пористость – способность пород содержать незаполненные твердой фазой объемы.

Пористость (коэффициент пористости) определяется по формуле

(1.2)

где V_ж, V_г  объемы пор, заполненных жидкостью и газом;

V_с  объем сухой породы.

Сведения о величине пористости необходимы для интерпретации геофизических данных. В зависимости от минерального состава, структуры, условий залегания и возраста породы пористость может изменяться от значений, близких к нулю, и почти до 100 %. Погрешность определения пористости не превышает 2 %.

Поскольку горные породы состоят из твердой, жидкой и газообразной фаз, то плотность горных пород представляет собой отношение массы породы с естественной влажностью и структурой к ее объему:

(1.3)

где т_т, т_ж, т_г  массы твердой, жидкой и газообразной фаз;

V  общий объем образца.

Плотность породы связана с пористостью соотношением

(1.4)

в предположении, что все поры заполнены водой, а плотность твердой фазы (минерального скелета) есть отношение m_т/V_т. Выражение (1.4) дает максимально возможное значение плотности. При малой пористости плотность породы есть отношение m_т/V.

Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см³. Плотность земной коры – 2,8 г/см³.

Для определения плотности этих фаз породы существует несколько способов, но для получения величины плотности пород, используемой при интерпретации геофизических данных, наиболее эффективен способ гидростатического взвешивания, основанный на законе Архимеда. В этом способе определяют массу образца в воздухе, а затем – в воде; вытесненная образцом вода составляет его объем.