Вопросы:

1.Классификация методов геофизики.

2.Сила тяжести, единицы измерения.

3.Нормальное значение, редукции и аномалии силы тяжести.

4.Методика гравиметрической съемки.

5.Принципы решения прямых и обратных задач гравиразведки.

6.Качественная и количественная интерпретация в гравиразведке.

7.Области применения гравиразведки.

8. Элементы земного магнетизма и их распределение на земной поверхности, единицы измерения.

9. Нормальные и аномальные поля и вариации в магниторазведке.

1.Классификация методов геофизики.

Предметом исследований геофизических методов (прикладной геофизики) являются:

-Глубинные структуры земной коры на суше и океанах (платформы..).

-Осадочный чехол, полезные ископаемые в них.

-Верхняя часть земной коры, называемая геологической (геофизической) средой или верхней частью разреза и т.д.

Целью прикладной геофизики является восстановление строения и состава, истории развития этих объектов земной коры на основе косвенной информации о физических полях.

Основными задачами геофизических исследований земной коры являются следующие:

-Изучение состава, строения и состояния пород, слагающих земную кору, а также их динамику.

-Выявление полезных ископаемых в них.

-Изучение геологической среды как основы для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского и военного освоения и сохранения ее экологических функций, как источника жизни на Земле.

В соответствии с решаемыми задачами основными прикладными направлениями и методами геофизических исследований земной коры являются:

Общее число геофизических методов превышает 100 и существуют различные их классификации.

1.Глубинная, региональная (глубины до 100 км).

2.Структурная геофизика (мелко-среднемасштабные структурные исследования глубины около 10 км).

3.Картировочно-поисковая геофизика (крупномасштабные картировочно-поисковых съемки на глубинах до 2 км).

4.Разведочная (нефтегазовая, рудная, нерудная, угольная).

5.Инженерная (инженерно-геологическая, гидрогеологическая, почвенно-мелиоративная, мерзлотно-гляциологическая).

6.Экологическая геофизика.

По используемым физическим полям Земли их подразделяют на:

-Гравиразведка. Гравитационное поле определяется ускорением свободного падения или силы тяжести (g) и его градиентами (gx,gy,gz) и др, зависит от изменения плотности пород.

-Магнито-разведка. Геомагнитное поле определяется полным вектором напряженности T и различными его элементами (вертикальным Z, горизонтальным H и др.), зависит от магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности.

-Электроразведка. Электромагнитное поле определяется векторами магнитной (H) и электрической (E) составляющими, зависит от удельного электрического сопротивления пород, диэлектрической и магнитной проницаемостей, электрохимической активности и поляризуемости.

-Сейсморазведка. Упругое поле определяется скоростями распространения различных упругих волн, зависит от скорости распространения и затухания различных типов волн.

-Ядерная геофизика. Определяется интенсивностями естественного и искусственно вызванных гамма- и нейтронных излучений, зависит от естественной радиоактивности, гамма-лучевых и нейтронных свойств.

-Терморазведка. Определяется температурами ( T°С), зависит от тепловых свойств: теплопроводности и теплоемкости (C) и др.

Принципиальная возможность проведения геологической разведки на основе различных физических полей Земли определяется:

-Происхождением естественных или способом создания искусственных полей, интерференцией полей разной природы.

-Литолого-петрографическим и геометрическим неоднородностям земной коры, создающим аномальные поля.

Также различают по месту проведения работ ГМИ на следующие технологические комплексы: аэрокосмические (дистанционные), полевые (наземные), акваториальные (океанические, морские, речные), подземные и ГИС или каротаж. Выявление геофизических аномалий - сложная техническая и математическая проблема, аномалии определяются, прежде всего, изменением физических свойств горных пород по площади и по глубине.

2. Сила тяжести, единицы измерения.

Силой тяжести (F) называют равнодействующую двух сил - силы ньютоновского притяжения всей массой Земли (Fm) и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли (P). Отнесенные к единице массы, эти силы характеризуются ускорениями силы тяжести g=F/m, ньютоновского притяжения f=Fн/m и центробежным P=P/m.

В гравиметрии традиционно используют единицу Гал, равный 1 см/с2. В среднем на Земле g=981 Гал. В практике гравиразведки применяется величина в 1000 раз меньшая, получившая название миллигал (мГал).

Сила притяжения какой-либо массы (m) всей массой Земли (M) определяется законом всемирного тяготения Ньютона: , (1) где r- расстояние между центрами масс m и M, т.е. радиус Земли; g- гравитационная постоянная, равная G=6,67*10-11 м3/кг*с2.

Сила тяжести почти целиком определяется силой притяжения, а ускорение силы тяжести практически равно ускорению притяжения . Земля в первом приближении является эллипсоидом вращения. Разная величина радиуса Земли на полюсе и экваторе наряду с изменением центробежной силы приводит к увеличению g на полюсе (gп=983 Гал) по сравнению с g на экваторе (gэ= 978 Гал). По известным g и r были определены масса Земли М=5,98*1024 кг и ее средняя плотность кг/м3 (5,51 г/см3)

3.Нормальное значение, редукции и аномалии силы тяжести.

Нормальным значением силы тяжести ( ) называется сила тяжести, обусловленная суточным вращением и притяжением Земли, в предположении, что она состоит из однородных по плотности концентрических слоев. Принимая Землю за сфероид, Клеро получил следующую приближенную формулу для ее расчета: , где - сила тяжести на экваторе; - географическая широта пункта наблюдения; - коэффициент, зависящий от угловой скорости вращения и сжатия сфероида.

Составлены специальные таблицы, по которым легко определить величину для любой точки земной поверхности. Измерив g_н в какой-то точке и вычтя , получим аномалию силы тяжести.

В наблюденные значения силы тяжести вводятся поправки (редукции). Введение поправок необходимо потому, что нормальные значения относятся к поверхности геоида, которая совпадает с уровнем океана, а измеренные значения относятся к действительной (реальной) земной поверхности. Для того, чтобы все наблюдения силы тяжести были сопоставимы, их приводят к одной поверхности - уровню геоида, т.е. как бы опускают точку наблюдения на этот уровень. Это осуществляется путем введения поправок за высоту, за притяжение промежуточного слоя и окружающий рельеф.

4. Методика гравиметрической съемки.

Общая характеристика методики гравиразведки. Методика гравиразведки - это целая совокупность тесно связанных принципов, объясняющих выбор тех или иных решений при проведении работ в зависимости от геологической задачи, имеющихся материальных и людских ресурсов. Эти решения касаются выбора конкретной аппаратуры, проектной точности съемки, густоты сети наблюдений, направления профилей, способа обработки данных и представления результатов исследований.

Прежде всего следует различать виды работ по месту их проведения:

-Наземная. Чаще всего применяется пешеходная съемка, реже для перемещения между пунктами используется автотранспорт.

Обычно используется площадная съемка, при которой некоторый участок покрывается сетью наблюдений.

Маршрутная съемка проводится по отдельному профилю и не дает достаточной информации о структуре поля. Она применяется лишь при рекогносцировочных и поисковых работах.

Одним из важнейших этапов методики является выбор масштаба съемки. От него зависит и густота сети, поскольку расстояние между профилями на итоговой карте не должно превышать 1 см в масштабе съемки. Например, при проведении разведочной съемки в масштабе 1 : 10 000 расстояние между профилями должно составлять не более 100 м. Шаг по профилю (т.е. расстояние между точками профиля) либо равен расстоянию между профилями (при квадратной съемке), либо меньше него, но не более чем в 5 раз (при прямоугольной съемке). Профили располагаются вкрест ожидаемого простирания объектов аномальной плотности. Длина профиля должна в 5 - 10 раз превышать ширину искомых тел.

-Морская. Морские гравиметрические работы делят на надводные, подводные и донные.

Надводные проводятся на кораблях, отличаются наиболее сложной используемой аппаратурой и обработкой из-за наличия ускорений и силы тяжести, обусловленных качкой. Приборы помещают на гироплатформы, обеспечивающие их постоянное вертикальное положение. Съемки проводятся непрерывно в движении по профилям (галсам) (при комплексных геофизических исследованиях) либо по площади (когда гравитационные исследования являются основными). Наблюдения проводятся по системе субпараллельных профилей, пересеченных несколькими контрольными. Так же, как при наземных съемках, используются опорные точки, на которых начинается и заканчивается каждый рейс. Они располагаются в портах и отличаются повышенной точностью проведенных измерений. Для привязки точек используется радиогеодезический способ. Точность определения приращений силы тяжести при надводных съемках достигает 1 мГал.

Более высокой точностью отличаются измерения, проводимые на подводных лодках, поскольку в этом случае меньше влияние возмущающих ускорений.

Принципиально отличаются от исследований в движении донные исследования. Гравиметр помещается в контейнер и опускается на дно. С помощью карданова подвеса или гироплатформ он принимает вертикальное положение. Сигнал в виде электрических импульсов поступает на корабль. Работы этим методом проводятся на глубинах до 150 - 200 м, т.е. в области континентального шельфа, неглубоких морей и озер. На мелководье вблизи берега применяются погружаемые на дно гравиметры, по характеристикам близкие к наземным. Точность таких съемок также обычно соответствует точности наземных.

-Воздушная. Аэросъемка иногда с помощью специальных гравиметров проводятся съемки на самолетах и вертолетах, движущихся на высотах порядка 100 - 150 м со скоростью 100 - 200 км/ч. Эти работы осложняются наличием долгопериодных возмущающих ускорений (десятки секунд), которые трудно устранить фильтрацией, а также высокочастотных ускорений. Аэросъемки, аналогично морским, проводят по субпараллельным профилям, которые пересечены несколькими опорными, что позволяет учесть сползание нуль-пункта.

-Подземная. Под подземной гравиразведкой понимаются съемки в горных выработках и шахтах. В удобных местах располагаются опорные точки, привязанные к государственным гравиметрическим пунктам на поверхности. Расстояния между рядовыми точками при подземных съемках обычно значительно меньше, чем при наземных. Подземные работы позволяют исследовать тела с аномальной плотностью сбоку и снизу, но требуют учета воздействия вышележащих толщ.

-Скважинная съемка. Аналогичными преимуществами и недостатками обладают скважинные гравиметрические измерения. Кроме того, они должны быть устойчивы к высокому давлению, температуре, "уметь" принимать вертикальное положение в наклонной скважине. Точки наблюдений располагаются через десятки метров по стволу скважины, что связано со сравнительно невысокой точностью измерений.

Не менее важно разделение по масштабу работ:

-Региональные съемки проводятся для выявления региональных аномалий и наиболее общих закономерностей структуры поля в масштабах 1:200 000 и мельче, они дают конкретные сведения лишь о глубинном строении литосферы.

-Поисковые съемки проводятся по результатам региональных съемок (которые выделили крупные аномалии), они выполняются в масштабах 1:100 000 - 1:50 000 и обычно направлены, как и следует из их названия, на поиск месторождений полезных ископаемых.

-Разведочные (детальные) съемки проводятся, если поисковые съемки дают положительный результат (есть основание, что данный район перспективный), они выполняются в масштабе крупнее 1:10 000.

Гравиметрические съемки также подразделяют на площадные и профильные:

-Площадной называется съемка, в которой пункты наблюдений достаточно

равномерно заполняют изучаемую территорию. Для площадной съемки строят

гравиметрические карты.

-Профильная съемка выполняется по отдельным маршрутам (профилям). Результат

такой съемки – графики аномалий силы тяжести.

Обработка данных гравиметровых съемок. При первичной обработке гравиметровых съемок для каждой точки наблюдений вычисляются аномалии Фая и Буге. Вычисление аномалий вручную представляет трудоемкую задачу и давно не практикуется. Для этих целей эффективно используются персональные ЭВМ, поскольку за последние годы накопился большой объем соответствующего программного обеспечения. Далее рассчитывается общая погрешность выполненных съемок.

В результате гравиметровой съемки строятся графики и карты аномалий Буге.