Е. Д. Кузьменко, С. М. Багрій

ОСНОВИ ГЕОФІЗИКИ

лабораторний ПРАКТИКУМ

2012

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний університет

нафти і газу

Кафедра геотехногенної безпеки та геоінформатики

Е. Д. Кузьменко, С.М. Багрій

ОСНОВИ ГЕОФІЗИКИ

лабораторний ПРАКТИКУМ

Івано-Франківськ

2012

УДК 550.3

ББК 26.2

К-89

Рецензент:

Чепурний І. В. кандидат геологічних наук, доцент кафедри геотехногенної безпеки та геоінформатики Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № 16 від 23.02.2012 р.)

Кузьменко Е. Д., Багрій С. М.

К-89 Основи геофізики: лабораторний практикум. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2012. – 50 с.

МВ 02070855-3727-2012

Лабораторний практикум з курсу “Основи геофізики” (для студентів, що навчаються за напрямом підготовки 6.080101 - “Геодезія, картографія та землеустрій“ (освітньо-кваліфікаційний рівень “Бакалавр”), призначений для забезпечення виконання лабораторних робіт. Викладено характеристики геофізичних методів, способи обробки даних та представлення одержаних результатів. В кінці кожної лабораторної роботи наведено контрольні запитання для перевірки знань по даній роботі.

УДК 550.3

ББК 26.2

МВ 02070855-3727-2012 © Кузьменко Е. Д., Багрій С. М.

© ІФНТУНГ, 2012

УДК 550.3

ББК 26.2

К-89

Рецензент:

Чепурний І. В. кандидат геологічних наук, доцент кафедри геотехногенної безпеки та геоінформатики Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № 16 від 23.02.2012 р.)

Кузьменко Е. Д., Багрій С. М.

К-89 Основи геофізики: лабораторний практикум. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2012. – 50 с.

МВ 02070855-3727-2012

Практикум з курсу “Основи геофізики” (для студентів, що навчаються за напрямом підготовки 6.080101 - “Геодезія, картографія та землеустрій“ (освітньо-кваліфікаційний рівень “Бакалавр”), призначений для забезпечення виконання лабораторних робіт. Викладено характеристики геофізичних методів, способи обробки даних та представлення одержаних результатів. В кінці кожної лабораторної роботи наведено контрольні запитання для перевірки знань по даній роботі.

УДК 550.3

ББК 26.2

МВ 02070855-3727-2012 © Кузьменко Е. Д., Багрій С. М.

© ІФНТУНГ, 2012

Відповідальний за випуск, завідувач кафедри геотехногенної безпеки та геоінформатики Узгоджено: Член експертно-рецензійної комісії університету Нормоконтролер Інженер І категорії НТБ

Е. Д. Кузьменко В. А. Старостін Г. Я. Онуфрик Л. З. Костюк

Зміст
Вступ		4
Лабораторна №1	Вивчення фізичних властивостей гірських порід	7
Лабораторна №2	Розрахунок нормального гравітаційного поля для заданої місцевості	10
Лабораторна №3	Рішення прямої та оберненої задачі гравіметрії для елементарних тіл	15
Лабораторна №4	Рішення прямої та оберненої задачі магніторозвідки для кулі	18
Лабораторна №5	Побудова та інтерпретація кривих вертикального електричного зондування	22
Лабораторна №6	Інтерпретація даних природного імпульсного електромагнітного поля Землі (ПІЕМПЗ)	32
Лабораторна №7	Побудова границь відбиття сейсміч-них хвиль за даними годографів	34
Лабораторна №8	Геофізичні методи дослідження свердловин	39
Лабораторна №9	Комплекс геофізичних методів при інженерно-геологічних дослідженнях	45

ВСТУП

Мета і завдання основ геофізики як навчальної дисципліни – ознайомити студентів з геофізичними полями, а також із шляхами використання цих полів при вивченні геосфери.

У результаті засвоєння курсу студенти повинні знати які існують геофізичні поля, їх природу та взаємозв’язок з навколишнім середовищем, вміти використовувати геофізичні методи сейсмометрії, електрометрії, гравіметрії, магнітометрії як у наземному, так і свердловинному варіантах при вирішенні прикладних задач.

Базовими для вивчення основ геофізики є фізика, математика, а також предмети геологічного спрямування.

Дана дисципліна складається з одного модуля та трьох змістовних модулів: 1 – Вступ до геофізики. Геофізичні поля та геофізичні методи. Фізичні властивості гірських порід; 2 – Геофізичні методи вирішення геологічних задач; 3 – Геологічні задачі, що вирішуються геофізичними методами.

До першого змістовного модуля відносяться два навчальних елементи: 1 – Вступ: мета і задачі курсу. Література. Історія розвитку геофізики. Класифікація геофізичних полів і методів геофізичних досліджень: 2 – Петрофізичні основи геофізичних досліджень. Прямі та обернені задачі геофізики.

До другого змістовного модуля відносяться п’ять навчальних елементів: 1 – Електричні та магнітні поля. Електричні методи вивчення геосфери; 2 – Гравітаційне поле. Гравіметричний метод вивчення геосфери; 3 – Магнітне поле. Магнітометричний метод вивчення геосфери; 4 – Сейсмічне поле. Сейсмометричний метод вивчення геосфери; 5 – Геофізичні дослідження свердловин.

До третього змістовного модуля відносяться два навчальні елементи: 1 – Геологічні задачі, що вирішуються геофізичними методами для дослідження природного середовища; 2 – Геологічні задачі, що вирішуються геофізичними методами для дослідження техногенного середовища.

Засвоєння дисципліни оцінюється наступним чином (див. таблицю).

Вид робіт, що контролюються		Номер контролю	Максимальна кількість балів
Лекційний матеріал
ЗМ 1		1	10
ЗМ 2		2	10
ЗМ 3		3	10
Разом			30
Лабораторні роботи
ЗМ 1		1	5
		2	5
ЗМ 2		3	5
		4	5
		5	5
		6	5
		7	5
ЗМ 3		8	5
		9	5
Разом			45
Самостійна робота
ЗМ 1	1		5
ЗМ 2	2		5
ЗМ 3	3		5
Разом			15
Індивідуальні навчальні завдання
ЗМ 1		1	3
ЗМ 2		2	3
ЗМ 3		3	4
Разом			10
Всього за курс			100

Оцінювання здійснюється за рейтинговою системою:

Національна	Універси- тетська (в балах)	ECTS	Визначення ECTS	Рекомендована система оцінювання згідно із наказом МОіНУ №48 від 23.01.04р.
Відмінно	90-100	А	Відмінно - відмінне виконання лише з незначною кількістю помилок	90-100 (відмінно)
Добре	82-89	В	Дуже добре - вище середнього рівня з кількома помилками	75-89 (добре)
	75-81	С	Добре - в загальному правильна робота з певною кількістю грубих помилок
Задовільно	67-74	D	Задовільно - непогано, але зі значною кількістю недоліків	60-74 (задовільно)
	60-66	E	Достатньо - виконання задовільняє мінімальні критерії
Незадовільно	35-59	FX	Незадовільно - потрібно попрацювати перед тим, як отримати залік або складати екзамен	35-59 (незадовільно із можливістю повторного складання екзамену)
	0-34	F	Незадовільно - необхідна серйозна подальша робота	0-34 (незадовільно із обов’язковим повторним вивченням модуля)

Лабораторна робота №1

Вивчення фізичних властивостей гірських порід

1.1 Мета і завдання роботи

Метою роботи є вивчення фізичних властивостей гірських порід.

Завдання роботи – скласти таблицю даних фізичних властивостей осадових, магматичних і метаморфічних порід. Побудувати гістограми розподілу фізичних властивостей для вказаних груп порід і навести їх порівняльний аналіз.

Тривалість лабораторної роботи – 2 год. (1 пара).

1.2 Короткі теоретичні відомості

При рішенні чи моделюванні багатьох задач геофізики необхідно знати фізичні властивості гірських порід. Фізичні властивості гірських порід – це їхня здатність взаємодіяти з природними фізичними полями Землі або штучно створеними людиною.

Верхня частина земної кори (літосфера) доступна сьогодні для безпосереднього вивчення. Вона складена гірськими породами трьох головних груп: магматичними, осадовими та метаморфічними. Фізичні властивості гірських порід можна вимірювати на взірцях, у свердловинах, гірських виробках та на відслоненнях.

До фізичних властивостей відноситься багато параметрів, серед яких є щільність порід, пористість, проникність, швидкість розповсюдження пружних хвиль, питомий електричний опір, поляризуємість, намагніченість, магнітна сприйнятливість, радіоактивність, теплопровідність і багато інших. Неоднорідність фізичних властивостей лежить в основі дистанційного вивчення будови літосфери, гірських порід, що входять до неї, та виявлення в них фізичних аномалій. Розглянемо деякі з названих фізичних властивостей детально.

Щільність – відношення маси породи до об’єму, який вона займає; у системі СІ вимірюється в кілограмах на кубічний метр (кг/м³). Позаситемною одиницею є г/см³ – 1 кг/м³∙10³.

Швидкість розповсюдження пружних (сейсмічних ) хвиль - характеризує пружні властивості геологічного середовища. На лабораторних роботах будемо розглядати тільки поздовжні хвилі (хвилі стискування); у ситемі СІ швидкість вимірюється в метрах за секунду (м/с). Іноді використовують км/с або км/год.

Питомий електричний опір - характеризує здатність порід пропускати через себе електричний струм; у системі СІ вимірюється в Омметрах (Ом·м).

Магнітна сприйнятливість - характеризує здатність гірських порід намагнічуватись (змінювати свій магнітний момент) під дією зовнішнього магнітного поля; у ситемі СІ вимірюється в теслах (Тл), частіше в нанотеслах (нТл).

Щоб точніше визначити значення заданої властивісті, необхідно виконати виміри на багатьох взірцях (не менше 20 значень). Потім виміряні значення потрібно математично обробити, тобто визначити середнє, побудувати криву розподілу (або гістограму) та встановити закон розподілу. На підставі таких розрахунків та побудов визначається конкретне значення фізичного параметра.

У даній лабораторній роботі використаємо значення тих фізичних властивостей, що описані в довідковій літературі, зокрема [1].

1.3 Порядок виконання роботи

1 З довідкової літератури виписати фізичні властивості (щільність, швидкість, питомий електричний опір і магнітну сприйнятливість) тих порід, які задасть викладач.

2 Всі дані звести в таблицю, форма якої представлена нижче.

3 По кожному фізичному параметру (щільність, швидкість, питомий електричний опір і магнітна сприйнятливість) побудувати для порід, що будуть у таблиці, гістограми. Для цього потрібно вирахувати середнє значення.

Наприклад: мінімальне - 2.11, максимальне - 2.37. Тоді середнє буде

(2.11+2.37)/2=2.24

Середнє значення відкладаємо по вертикальній вісі, а по горизонтальній - назви гірських порід. Приклад такої гістограми показано на рисунку 1.1.

ρ(Ом·м)

порода

Рисунок 1.1 – Гістограма та крива розподілу фізичного параметра

4 Використовуючи середнє значення кожної групи порід одного і того ж параметра, побудувати криву розподілу (див. рис.1.1). Виконати таку побудову для кожного фізичного параметра ( ).

5 Звіт по роботі повинен містити:

- зведену таблицю фізичних властивостей гірських порід (аналогічно таблиці 1.1);

- гістограму та криву розподілу заданого викладачем фізичного параметра по групі порід (див. рис.1.1);

- висновок про криву розподілу фізичного параметра.

Таблиця 1.1 – Фізичні властивості гірських порід

По-рода

Щільність, , 103 кг/м3

Швидкість, , м/с

Питом.елек. опір ,Ом·м

Магн.сприй-нятливість , нТл

min

сер

мax

min

сер

max

min

сер

max

min

сер

max

Осадові

Глина

Кварц

Метаморфічні

Амфі- боліт

…

Магматичні

Габро

…