Методические рекомендации по подготовке к государственному экзамену (110
..pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
К ГОСУДАРСТВЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ
Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
2011
Утверждено научно-методическим советом геологического факультета 21 октября 2010 г., протокол № 3
Составители: Ю.В. Антонов, А.А. Аузин, В.Н. Глазнев, А.И. Дубянский, В.И. Жаворонкин, С.Н. Закутский, И.В. Притыка
Рецензент д-р геол.-мин. наук, проф. А.Н. Трегуб
Методические рекомендации подготовлены на кафедре геофизики Воронежского государственного университета.
Рекомендуется для студентов 5 курса очной формы обучения, студентов 6 курса очной формы обучения магистерской программы «Геофизика».
Для специальности 020302 – Геофизика, направления 020300 – Геология
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение................................................................................................................. |
6 |
1. Геофизические исследования скважин........................................................... |
7 |
1.1. Электрические и электромагнитные методы.......................................... |
7 |
1.2. Геоэлектрохимические методы................................................................ |
8 |
1.3. Акустические методы................................................................................ |
8 |
1.4. Ядерно-геофизические методы................................................................. |
8 |
1.5. Комплексирование методов геофизических исследований в |
|
скважинах........................................................................................................... |
9 |
2. Гравиразведка.................................................................................................... |
9 |
2.1. Предмет, задачи и классификация гравиметрических методов |
|
поисков и разведки полезных ископаемых, их место среди наук о Земле. 9 |
|
2.2. Гравитационный потенциал...................................................................... |
9 |
2.3. Геоид и эллипсоид как поверхности приведения силы тяжести.......... |
9 |
2.4. Применение гравиразведки для решения задач геологии..................... |
9 |
2.5. Поле силы тяжести (нормальное, региональное, локальное).............. |
10 |
2.6. Решение прямой и обратной задачи гравиразведки для тел простой |
|
геометрической формы................................................................................... |
10 |
2.7. Разделение полей, фильтрации, трансформации, аналитические |
|
продолжения гравитационных полей ........................................................... |
10 |
2.8. Редукции и аномалии силы тяжести...................................................... |
10 |
2.9. Области применения гравиразведки...................................................... |
10 |
2.10. Методика полевых измерений силы тяжести..................................... |
10 |
2.11. Гравиметры и вариометры (основные типы и принципы измерений)10 |
|
2.12. Учет влияния рельефа на измерения силы тяжести........................... |
11 |
3. Магниторазведка............................................................................................. |
11 |
3.1. Характеристика, природа и параметры геомагнитного поля.............. |
11 |
3.2. Методы измерения геомагнитного поля и устройство магнитометров |
|
разных типов.................................................................................................... |
11 |
3.3. Методика полевых измерений магнитного поля.................................. |
11 |
3.4. Намагниченность горных пород............................................................. |
11 |
3.5. Магнитное поле физических объектов.................................................. |
12 |
3.6. Расчет магнитного поля (интегральные выражения) ........................... |
12 |
3.7. Связь гравитационного и магнитного потенциалов............................. |
12 |
3.8. Решение прямой задачи магниторазведки для простой формы.......... |
12 |
3.9. Решение обратной задачи магниторазведки для тел простой |
|
геометрической формы................................................................................... |
12 |
3.10. Области применения магниторазведки и решаемые ей задачи........ |
12 |
3
4. Комплексиривание геофизических методов................................................ |
12 |
4.1. Физико-геологическая модель исследований и принципы ее |
|
формирования.................................................................................................. |
12 |
4.2. Качественная комплексная интерпретация геофизических данных.. |
13 |
4.3. Рациональный комплекс методов и принципы его формирования.... |
13 |
4.4. Условия эффективного применения геофизических методов ............ |
13 |
4.5. Комплексирование геофизических методов при региональных |
|
исследованиях ................................................................................................. |
13 |
4.6. Комплексирование геофизических методов при среднемасштабном |
|
геологическом картировании......................................................................... |
13 |
4.7. Комплексирование геофизических методов при крупномасштабном |
|
геологическом картировании областей развития осадочных и |
|
вулканогенных образований.......................................................................... |
14 |
4.8. Комплексирование геофизических методов при крупномасштабном |
|
геологическом картировании областей развития регионально- |
|
метаморфизованных толщ, интрузивных тел и зон тектонических |
|
нарушений........................................................................................................ |
14 |
5. Сейсморазведка............................................................................................... |
14 |
5.1. Профильные системы наблюдений в методах отраженных и |
|
преломленных волн ........................................................................................ |
14 |
5.2. Скорости распространения сейсмических волн и виды скоростных |
|
характеристик.................................................................................................. |
15 |
5.3. Метод общей глубинной точки (МОГТ) ............................................... |
15 |
5.4. Основные законы геометрической сейсмики........................................ |
15 |
5.5. Годографы отраженной и головной волн, системы годографов......... |
15 |
5.6. Соотношение годографов прямой, отраженной и головной волн в |
|
случае постоянной средней скорости до горизонтальной границы раздела |
|
и соотношение годографов рефрагированной и отраженной волн в случае |
|
линейного увеличения скорости с глубиной................................................ |
15 |
5.7. Структура сейсмического канала. Принципы цифровой |
|
многоканальной записи.................................................................................. |
15 |
5.8. Поле времен в случае вертикальной непрерывно-неоднородной среды |
|
и годограф рефрагированной волны............................................................. |
15 |
5.9. Модификации вертикального сейсмического профилирования (ВСП). |
|
Задачи, решаемые ВСП.................................................................................. |
16 |
5.10. Граф стандартной обработки сейсмического материала................... |
16 |
5.11. Источники сейсмических колебаний................................................... |
16 |
5.12. Пространственные системы наблюдений............................................ |
16 |
4
6. Электроразведка.............................................................................................. |
16 |
6.1. Электроразведочные установки в методах сопротивления................. |
16 |
6.2. Основные приемы решения прямой задачи методов сопротивления в |
|
неоднородных средах..................................................................................... |
16 |
6.3. Область применения электромагнитного профилирования (ЭМП) ... |
17 |
6.4. Природа и общая характеристика электромагнитных полей, |
|
используемых в электроразведке.................................................................. |
17 |
6.5. Электромагнитные свойства горных пород.......................................... |
17 |
6.6. Электропрофилирование ( основные разновидности, характеристика |
|
первичных материалов, методы их анализа)................................................ |
17 |
6.7. Метод вызванной поляризации (ВП) ..................................................... |
18 |
6.8. Метод естественного электрического поля (МЕП) .............................. |
18 |
6.9. Электромагнитное профилирование и зондирование по методу |
|
переходных процессов.................................................................................... |
18 |
6.10. Методы незаземленной петли (МНП) и длинного кабеля (МДК) .... |
18 |
6.11. Метод ВЭЗ и его основные модификации .......................................... |
19 |
6.12. Кривые ВЭЗ, их свойства и методы анализа....................................... |
19 |
6.13. Задача Тихонова-Каньяра, общая характеристика |
|
магнитотеллурических и магнитовариационных методов......................... |
19 |
6.14. Принципы интерпретации материалов МТЗ....................................... |
19 |
6.15. Метод ЗС................................................................................................. |
20 |
Основная литература.......................................................................................... |
21 |
Дополнительная литература .............................................................................. |
21 |
5
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с требованиями ГОС по специальности 020302 «Геофизика» и направлению 020300 «Геология» выпускной государственный экзамен проводится в виде междисциплинарного государственного экзамена.
Программой государственного экзамена, составленной на основе рекомендаций учебно-методического объединения по классическому университетскому образованию, утвержденных учебно-методическим советом по геологии, предусматривается оценка уровня знаний выпускников вышеперечисленных специальностей по основополагающим геофизическим дисциплинам: гравиразведка, магниторазведка, электроразведка, сейсморазведка, ядерная геофизика, геофизические исследования скважин, комплексирование геофизических методов (цикл ОПД.Ф.00).
Государственный экзамен проводится в последнем семестре учебного срока, предусмотренного соответствующим учебным планом (10-м для специалистов, 12-м для магистров). Срок экзамена утверждается приказом ректора по предложению деканата факультета. Не менее чем за десять дней до назначенной даты экзамена преподавателями выпускающей кафедрой проводятся обзорные лекции. Экзамен проводится членами комиссии ГАК по экзаменационным билетам, утверждаемым председателем ГАК в письменном виде. Ответ оформляется на специальных бланках и оценивается по пятибалльной системе.
Предлагаемые методические рекомендации раскрывают общее содержание экзаменационных вопросов, ориентируют выпускников на требуемую для подготовки учебную литературу. При подготовке рекомендаций обязанности авторов распределились следующим образом: гравиразведка – проф. Антонов Ю.В., доц. Серебряков Е.Б., магниторазведка – проф. Глазнев В.Н., электроразведка – доц. Закутский С.Н., доц. Притыка И.В., сейс-
моразведка – доц. Дубянский А.И., геофизические исследования скважин – доц. Аузин А.А., комплексирование геофизических методов – доц. Жаво-
ронкин В.И.
6
1.Г Е О Ф И З И Ч Е С К И Е И С С Л Е Д О В А Н И Я
СК В А Ж И Н
1.Физические основы и элементы теории электромагнитных методов геофизических исследований в скважинах.
2.Основы теории каротажа сопротивления КС.
3.Зонды КС и схемы проведения исследований.
4.Боковое каротажное зондирование (БКЗ) – теоретические основы метода, обработка и интерпретация материалов.
5.Индукционный каротаж (ИК), каротаж магнитной восприимчивости (КМВ), диэлектрический каротаж (ДК).
6.Геоэлектрохимические методы ГИС. Каротаж потенциалов самопроизвольной и вызванной поляризации (ПС и КарВП), метод электродных потенциалов (МЭП).
7.Акустический каротаж (АК). Теоретические основы метода.
8.Модификации АК. Методика исследований, аппаратура и интерпретация материалов АК.
9.Ядерно-геофизические методы ГИС. Физические основы и области применения гамма-каротажа (ГК). Спектрометрия ядерных излучений.
10.Взаимодействие гамма-квантов с веществом. Физические основы
иобласти применения гамма-гамма каротажа (ГГК).
11.Взаимодействие нейтронов с веществом. Физические основы и области применения нейтронного каротажа (НК).
12.Основные факторы, влияющие на выбор комплекса геофизических исследований в скважинах.
13.ГИС при решении гидрогеологических, инженерно-геологиче- ских и геоэкологических задач.
14.Комплексирование методов ГИС при поисках и разведке месторождений черных и цветных металлов.
15.Методы ГИС при исследованиях на нефтегазовых месторождениях.
16.Комплексирование методов ГИС при поисках и разведке месторождений углей.
17.Геофизические методы исследования технического состояния
скважин.
18.Операции в скважинах.
1.1.Электрические и электромагнитные методы
•Физические основы и элементы теории электромагнитных методов ГИС. Система уравнений Максвелла. Электромагнитные свойства горных пород и руд и их дифференциация в земной коре. Каротаж сопротивления (КС). Основы теории КС. Зонды КС и схемы проведения исследований. Боковое каротажное зондирование (БКЗ) – физические и теоретические (постановка задачи) основы метода, обработка и интерпретация материалов
7
(снятие существенных значений кажущегося УЭС пород, построение фактической кривой БКЗ, определение параметров пласта-коллектора в прискважинной области). Боковой каротаж (БК) – физические основы метода, зонды БК, сфера применения БК. Индукционный каротаж (ИК), каротаж магнитной восприимчивости (КМВ), диэлектрический каротаж (ДК), физические основы методов, их зондовые устройства и области применения.
1.2.Геоэлектрохимические методы
•Геоэлектрохимические процессы и явления, протекающие в горных породах. Природа наблюдаемых в скважинах электрических полей, обусловленных самопроизвольной и вызванной электрическими поляризациями. Электрические поля диффузионно-адсорбционного, окислительновосстановительного и фильтрационного происхождения. Вызванная поляризация электронных проводников и ионопроводящих сред. Каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС), каротаж вызванной поляризации (КарВП) и метод электродных потенциалов (МЭП). Применяемые зонды. Области применения методов ПС, КарВП и МЭП. Геологическая интерпретация материалов ПС, КарВП и МЭП.
1.3.Акустические методы
•Акустический каротаж (АК). Упругие волны точечного источника, расположенного на оси скважины, распространяющиеся в скважине и прискважинной части разреза. Основные модификации акустического каротажа – АК по скорости и затуханию, АК на рефрагированных волнах. Аппа- ратурно-методическое обеспечение АК (зонды АК – одно-, двух-, трех- и многоэлементные конструкции; регистрация данных АК – регистрация отдельных параметров упругих волн, полных волновых картин и фазокорреляционных диаграмм). Интерпретация материалов АК – определение упругих параметров пород, определение пористости и характера насыщения коллекторов.
1.4.Ядерно-геофизические методы
•Природа ионизирующих излучений, регистрируемых в скважинах. Взаимодействие нейтронов и гамма-квантов с веществом горных пород. Рассеяние и поглощение нейтронов. Комптон- и фотоэффекты. Гаммакаротаж (ГК), гамма-гамма-каротаж (ГГК), рентгенорадиометрический каротаж (РРК), нейтронный каротаж (НК) – физические основы методов, их модификации (плотностной и селективный ГГК, нейтрон-нейтронный и нейтронный гамма-каротаж, импульсный нейтронный каротаж) и решаемые задачи. Зондовые устройства НК, РРК и ГГК (зонды 4π- и 2π-геометрии, коллимированные зонды, зонды прямой видимости). Спектрометрия ядерных излучений. Задачи ядерно-геофизических методов, основанных на спектрометрии гамма-излучений.
8
1.5. Комплексирование методов геофизических исследований в скважинах
•Основные факторы, влияющие на выбор комплекса геофизических исследований в скважинах: геологическое назначение скважины, физические свойства пород вскрытого скважиной разреза, скважинные условия и пр. Задачи, стоящие перед ГИС на различных стадиях геолого-разведочного процесса: поисковой, оценочной и разведочной, а также на стадии эксплуатационной разведки месторождений полезных ископаемых (расчленение разрезов, выделение и опробование полезных ископаемых, выявление и геометризация рудных тел в околоскважинном пространстве, контроль процесса разработки месторождений и технического состояния скважин). Состав комплексов ГИС, направленных на решение гидрогеологических, ин- женерно-геологических и геоэкологических задач, и конкретное назначение входящих в них методов. Комплексирование методов ГИС при поисках и разведке месторождений черных и цветных металлов, углеводородного сырья и углей. Исследование технического состояния скважин геофизическими методами – кавернометрия (профилеметрия), инклинометрия (магнитная
игироскопическая), резистивиметрия, термометрия. Операции в скважинах – перфорация и торпедирование, отбор проб флюидов и образцов горных пород из стенок скважин.
2.Г Р А В И Р А З В Е Д К А
2.1.Предмет, задачи и классификация гравиметрических методов поисков
иразведки полезных ископаемых, их место среди наук о Земле
•Предмет и задачи гравиразведки. Физические основы метода гравиразведки. Гравиметрия и вариометрия. Связь силы тяжести с физикой, математикой и геодезией. Основные задачи, решаемые гравиметрическим методом.
2.2.Гравитационный потенциал
•Притяжение материальной точки. Определение потенциала через работу. Первые и вторые производные потенциала силы тяжести.
2.3. Геоид и эллипсоид как поверхности приведения силы тяжести
•Сфероид – как первое приближение формы Земли. Определение геоида, как уровенной поверхности воды океана. Причины различия между сфероидом и геоидом.
2.4.Применение гравиразведки для решения задач геологии
•Применение гравиразведки при глубинном изучении Земли и тектоническом районировании. Поиски и картирование месторождений полезных ископаемых (железо, нефть, полиметаллы, хромиты). Использование гравиразведки при инженерно-геологических изысканиях.
9
2.5.Поле силы тяжести (нормальное, региональное, локальное)
•Измеренное значение силы тяжести. Понятие о нормальном значении силы тяжести. Исключение нормальных значений. Понятие о региональном гравитационном поле. Локальные аномалии. Соотношение между региональным и локальным полями.
2.6. Решение прямой и обратной задачи гравиразведки для тел простой геометрической формы
•Притяжение для материальной точки. Вывод формул силы тяжести для шара, горизонтального кругового цилиндра. Характер локальных аномалий силы тяжести над пластом и уступом. Определение глубины залегания центра тяжести, массы и избыточной плотности для шара и цилиндра.
2.7.Разделение полей, фильтрации, трансформации, аналитические продолжения гравитационных полей
•Основы формул и физический смысл Грина и Дирихле для проведения трансформаций гравитационного поля. Задачи, решаемые с помощью аналитического продолжения аномалий вверх и вниз, осреднения, метода вариаций и вычисление горизонтальной составляющей по распределению вертикальной составляющей.
2.8.Редукции и аномалии силы тяжести
•Нормальное поле силы тяжести для Земли. Наблюденное поле силы тяжести. Поправка за «свободный воздух» (Фая). Притяжение промежуточного слоя. Формула Гельмерта. Физический смысл приведения аномалий силы тяжести к уровенной поверхности.
2.9.Области применения гравиразведки
•Применение гравиметрии при изучении фигуры Земли. Изостатическое равновесие Земли. Тектоническое районирование. Поиски и картирование. Инженерно-изыскательские работы.
2.10.Методика полевых измерений силы тяжести
•Понятие о гравиметрических съемках и их классификация. О задании направления профилей при профильно-площадных съемках. Определение погрешности гравиметрических измерений и соотношение этой погрешности с амплитудой предполагаемых аномалий силы тяжести. Оценка качества гравиметрической съемки (среднеквадратическая погрешность).
2.11.Гравиметры и вариометры (основные типы и принципы измерений)
•Классификация гравиметров. Физические основы датчиков гравиметров. Пешеходные и морские гравиметры. Принцип действия гравиметров, основанных на вертикальном маятнике Голицина.
10