1 Дәріс. Кіріспе. Геофизика, оның тақырыбы (зерттеу объектісі) және әдістері.

Геофизика – жердегі физикалық құбылыстар туралы ғылым.

Геофизика тақырыбы немесе зерттеу объектісі - қатты қабаттан (литосфера), теңіз, мұхит, жерасты және бетіндегі сулардан (гидросфера), ауа қабатынан (атмосфера) тұратын Жер планетасы.

Геофизикалық зерттеулер мақсаты – Жер қойнауы, оның су және ауа қабаттарының құрылысы туралы мәліметтер алу, планетамыздың пайда болуы мен дамуын зерттеу.

Геофизика бірқатар жаратылыстану ғылымдарына, оның ішінде Жер туралы ғылымдар – геологияға, геодезияға, географияға, солармен қатар, геохимияға, физика мен астрономияға жақын.

Литосфера геофизикасы 2-ге бөлінеді:

а) жалпы геофизикаға – ол Жердің қатты қабатын тұтас зерттейді және осы қабаттың құрылысы мен дамуы зерттеледі.

б) барлау геофизикасына – ол пайдалы қазбаларды (мұнай, газ, көмір, металдар, су және т.б.) іздеу мен барлау мақсатында жер қабығының адам игере алатын аймағының құрылысын зерттейді, сонымен қатар, инженерлік геология саласының практикалық (қолданбалы) міндеттерін шешуде қолданылады.

Кез-келген геологиялық міндетті шешу кейбір геологиялық объектіні орналасқан ортасынан ерекшелеуге, оның заттық құрамы мен геометриялық пішінін және ортамен құрылымдық, заттық ара қатынасын анықтауға келіп тіреледі.

Геологиялық және геохимиялық әдістер таужыныстардың минералдық, петрографиялық немесе геохимиялық құрамын нақты зерттейтін жақын қашықтықтағы тура әдістерге жатса, геофизикалық әдістер алыс қашықтықтан зерттейтін жанама әдістер болып табылады. Олар шексіз тереңдіктен (теория жүзінде) алынған мәліметтердің біркелкі, көлемді және интегралдық сипатта болуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, геофизикалық әдістердің өнімділігі өте жоғары, ал үнемділігі таяз (100 м-ге дейінгі) ұңғылар арқылы барлаумен салыстырғанда бірнеше есе, терең (1 км-ден көп) ұңғылар арқылы барлаумен салыстырғанда жүздеген есе арзан. Жер қойнауын зерттеудің геологиялық және экономикалық тиімділігін арттыра отырып, геофизикалық әдістермен зерттеу геология мен тау-кен ісінде ғылыми-техникалық прогресті жеделдетудің маңызды бағыты болып табылады.

Геологиялық денелердің орналасқан ортасынан ерекшеленуі олардың заттық құрамындағы, физикалық күйіндегі өзара айырмашылықтарына негізделеді.

Геологиялық әдістермен таужыныстардың минералдық құрамы, құрылымдық, бітімдік ерекшеліктері, түсі, иісі, меншікті салмағы сияқты сипаттамалары зерттеледі. Бұл сипаттамаларды анықтау үшін таужыныстар табиғи түрде (эрозия т.б.) немесе тау-кен жұмыстарымен ашылған және тікелей зерттеуге мүмкіндік болуы қажет.

Геофизикалық әдістерде зерттелетін геологиялық объектілердің орналасқан ортасынан физикалық қасиеттерімен (тығыздық, магниттік, электрлік, серпінділік және т.б.) ерекшеленуі қолданылады. Егер объект ортадан физикалық қасиетімен ерекшеленетін болса, оның маңында физикалық өрістің тарауында өзгеріс болады.

Физикалық өрістердің тарауының геологиялық объектілерге байланысты өзгерісі (ауытқуы) геофизикалық аномалиялар деп аталады.

Геофизикалық аномалияларды анықтау күрделі техникалық және математикалық проблема. Себебі өлшеу жұмыстары біртекті және қалыпты өрісті ортада ғана емес, геологиялық, табиғи, техногендік (геологиялық ортаның әртектілігі, тегіс емес рельеф, космостық, атмосфералық, климаттық, өндірістік және т.б.) кедергілер бар жерлерде жүргізіледі. Сондықтан өріс параметрлерінің суперпозициясы ғана емес, олардың күрделі, сызықтық емес әсерлесуі орын алады.

Параллель профильдер немесе бағытжолдар (маршруттар) жүйесімен физикалық өрістердің параметрлерін өлшеу және аномалияларды (ауытқуларды) анықтау арқылы зерттелген массивтің таужыныстарының қасиеттерін бағалауға, геологиялық құрылысы туралы мәліметтер алуға болады.

Қалыпты өріс – зерттеу ауданының барлық нүктелеріне тән өріс.

Аномалиялы (ауытқыған) өріс – қалыпты өрістен жекелеген геологиялық объектілердің әсерімен ерекшеленетін өріс. Олар ауданы жағынан келесі түрлерге бөлінеді:

құрлықтық немесе материктік – ауданы жағынан құрлықтар мен материктермен салыстырмалы ірі аномалиялар.

аймақтық – бұл өрістің баяу өзгеретін, үлкен ауданда байқалатын және жер қабығы мен жоғарғы мантиядағы ірі геологиялық құрылымдарға байланысты құрамбөлігі (компонент).

жергілікті – аймақтық аномалиялы зона құрамына енетін жекелеген шағын геологиялық объект өрісі.

Табиғаты немесе пайда болуы жағынан физикалық өрістер 2-ге бөлінеді:

а) табиғи өріс – адамның әсерінен тыс Жер мен жер қабығында болатын құбылыстар нәтижесінен пайда болған өріс. Оған магниттік, гравитациялық, электрлік, электрлік-магниттік, сейсмикалық (жерсілкінісінен пайда болған серпінді тербелістер өрісі), ядролық сәулелену және термиялық өрістер жатады;

б) жасанды өріс – зерттеушінің өзі жасайды. Оған электрлік, электрлік-магниттік, сейсмикалық, термиялық (жылыту, салқындату өрістері) өрістер жатады;

Геофизикалық әдістермен геологиялық міндеттерді шешу физикалық міндетті орындаудан басталады. Кеңістікте физикалық өрістің тарауын зерттейді, өлшенген өрістен аномалияны бөліп алады. Сонан соң аномалиялы физикалық өріс геологиялық тұрғыдан түсіндіріледі - интерпретацияланады: осылайша аномалиялы өріс көзі, оның геометриялық пішіні мен геологиялық табиғаты анықталады

Геофизикалық аномалия көптеген факторларға байланысты:

а) объект физикалық қасиеттерінің орналасқан ортадағы таужыныстардың физикалық қасиеттерінен шамасы жағынан айырмашылығы;

б) болжанған геологиялық объектінің өлшемдері, орналасу тереңдігі, пішіні және т.б. геометриялық сипаттамалары.

Аталған параметрлерді біле отырып геологиялық дененің – объектінің өрісін кеңістіктің кез-келген нүктесі үшін есептеуге болады. Осы процедураны геофизиканың тура есебін шешу деп атайды.

Өрістің өлшенген параметрлері бойынша геологиялық дененің пішінін, кеңістіктегі орнын және қасиеттерін анықтау геофизиканың кері есебін шешу деп аталады.

Сонымен қатар физикалық өрістің таралу сипаты, оның көзінің – геологиялық объектінің әр түрлі өлшемдеріне немесе орта моделінің физикалық қасиеттерінің әр түрлі ара қатынастарына сәйкес болуы мүмкін. Барлау геофизикасының мәліметтерін геологиялық түсіндіру (интерпретациялау) немесе кері есебін шешу өріс көзінің геометриясы немесе оның физикалық қасиеттері туралы алдын-ала деректер болғанда ғана жеткілікті деңгейдегі дәлдікпен орындалады.

Геофизикалық әдістердің қолданылуымен шешілетін міндеттер

Геофизикалық жұмыстар, негізінен, пайдалы қазбаларды іздеу және барлау мақсатында жүргізіледі.

Атап айтқанда:

1) болжау мақсатындағы зерттеулер (аймақтық, масштабтары 1:1 000 000–1:500 000) – негізгі міндеттері: тереңдіктегі геологиялық құрылысты зерттеу, жер қабығын оның бүкіл қалыңдығы бойынша зерттеу, геотектоникалық аудандау, пайдалы қазба кенорындарын аймақтық болжау;

2) геологиялық карталау – (масштабтары: орта 1:200 000–1:100 000, ірі 1:50000–1:25 000). Қойылатын міндеттер: іздеу мен барлау. Ол үшін тереңдік және көлемдік карталау, бос түзілімдер тысы алынған геологиялық негізді дайындау, пайдалы қазбалар іздеуге перспективалы аудандарды анықтау;

3) іздеу жұмыстары: а) іздеулер (масштабы 1:50 000–1:25 000) рудалы құрылымдарды, формацияларды, метаморфизм зоналарын, гидротермалдық және контактілік өзгерген таужыныстарды зерттеу міндеттерін шешеді; б) іздеу, бағалау жұмыстары (масштабы 1:10 000–1:2000) аудандар мен учаскелер перспективасын зерттейді; болжанған қорды бағалайды және С2 бойынша қорын санауға үшін барланатын кенорынды анықтайды.

Барлау геофизикасының негізгі тәсілдері, міндеттері мен жұмыс жүргізу масштабтары.

Барлау геофизикасының негізгі әдістері:

1) Магниттік барлау;

2) Гравиметриялық барлау;

3) Электрлік барлау;

4) Сейсмикалық барлау;

5) Радиометрия және ядролық геофизика;

6) Ұңғыларды геофизикалық зерттеулер (ұңғылар каротажы).

Жұмыс жүргізу масштабтары:

– майда масштабты;

– орта масштабты;

– ірі масштабты;

Шешілетін міндеттер:

а) рудалы кенорындар табу;

б) мұнай, газды кенорындар табу;

в) рудалық емес пайдалы қазбалар және көмір;

г) инженерлік-геологиялық зерттеулер,

д) таукен-техникалық зерттеулер.

Кенорындарды барлауда геофизикалық әдістерді рудалы денелерді анықтауға және рудаланудың морфологиясын, құрылысын зерттеуге, оны табиғи жағдайында сапалық және сандық бағалауға, кенорынның гидрогеологиялық жағдайын зерттеуге қолданады.

Геофизикалық әдістердің теориясы физикалық, математикалық сипатта, сондықтан геологияның осы саласы нақты ғылымдарға жақын. Математикалық модельдеу немесе геофизикалық міндеттерді математика көмегімен шешу күрделі процесс. Ол математиканың соңғы жетістіктерін қолдану мен ең жоғарғы деңгейдегі компьютерлендіру арқылы шешіледі. Геофизикалық міндеттерді шешуде математикалық аппарат та жетіліп отырады.

Таужыныстардың физикалық қаситеттері.

Кеңістікте физикалық өрістердің тарауын зерттеу кезінде объект пен оның орналасқан ортасы таужыныстарының физикалық қаситеттері де зерттеледі. Олар барынша дәл жүргізілсе, аномалиялы өрісті геологиялық түсіндіру де соншалықты нақты болады.

Таужыныстардың физикалық қаситеттері олардың табиғи орналасқан күйінде немесе бөліп алынған үлгілері бойынша анықталады.

Таужыныстардың негізгі физикалық қаситеттері:

1) Тығыздық σ;

2) Кеуектілік К_п;

3) Магнит қабылдағыштық (магниттік қабілеттілік) æ;

4) Қалдық магниттелу J_r;

5) Электр кедергісі ρ;

6) Жылу өткізгіштік λ;

7) Радиоактивтілік.

Таужыныстардың физикалық қаситеттері кейде аз (мысалы, тығыздық 1-мен 6 г/см³-ге дейін), кейде көп (мысалы, меншікті электр кедергісі 0,001-ден 10¹⁵ Ом·м-ге дейін) аралықта өзгереді. Кейбір физикалық, геологиялық факторларға байланысты бір таужыныстың қасиеттері әр түрлі, ал әр түрлі таужыныстардың қасиеттері бірдей болуы мүмкін.

Таужыныстардың физикалық қаситеттері, олардың минералдық және петрографиялық құрамға, суға, газға, мұнайға қанықтылығына байланыстылығын петрофизика зерттейді.

Сонымен, жоғарыда айтылған тұжырымдарды жалпылай отырып, келесі қорытындыға келуге болады: жер қабығын геофизикалық зерттеулер – күрделі құрылымды, көп қырлы ғылыми-қолданбалы сала. Ол әр түрлі сипатта классификацияланады:

- қолданылған өрісіне қарай (гравитациялық, магниттік, электрлік, сейсмикалық, температуралық және ядролық геофизика),

- технологиясы мен жұмыс жүргізу ортасына қарай (аэрокосмостық, далалық, акваториялық, жерасты әдітстері мен ұңғыларды геофизикалық зерттеулер),

- қолданбалы бағыттары мен шешетін міндеттеріне қарай (тереңдік, аймақтық, барлау, инженерлік және экологиялық геофизика),

- жұмыстардың түрлеріне қарай (теориялық, аспаптық, тәжірибелік, есептеу және интерпретациялау геофизикасы).

Әдебиет

12 нег. [5-14], 1 нег. [3-18], 2 нег. [3-8], 3 нег. [6-10]

Бақылау сұрақтары

1. Геофизика дегеніміз не?

2. Геофизикалық аномалия туралы түсінік.

3. Таужыныстардың физикалық қаситеттерін ата.

4. Негізгі геофизикалық әдістер.

5. Геофизикалық әдістермен шешілетін геологиялық міндеттер.