- •Лекция №1
- •Предмет геофизики
- •Разделы геофизики
- •Предмет, методы и задачи разведочной геофизики
- •Физические поля и аномалии
- •Понятия о геофизических аномалиях
- •Понятия об интерпретации в геофизике
- •Тема: Петрофизика – как отрасль знаний. Цели и задачи петрофизики
- •Три группы физических свойств
- •Измерения петрофизических параметров
- •Окраска карт
- •Специализированные карты
- •Петрофизические разрезы
- •Плотность минералов и горных пород. Плотность и пористость физических тел Плотность – это свойство вещества, характеризующиеся отношением его массы m к занимаемому объему V:
- •Плотность минералов
- •Упругие свойства минералов и горных пород Упругие параметры физических тел
- •Скорость упругих волн и упругие модули химических элементов и минералов
- •Лекция №3 Теплофизические параметры веществ и методы их измерения
- •Теплофизические параметры горных пород
- •Магнитные параметры физических тел
- •Магнитные свойства горных пород
- •Электрические свойства минералов и горных пород
- •Удельное электрическое сопротивление элементов и минералов
- •Электрические свойства горных пород
- •Ядерно-физические (радиоактивные) свойства минералов и горных пород Естественная радиоактивность
- •Радиоактивность минералов и горных пород.
- •Физические свойства пластовых вод, нефти и газа
- •Лекция №4 Тема: Использование данных гравиразведки при поисках месторождений углеводородов. Гравиразведка
- •Изучение поверхности и блокового строения фундамента
- •Способ кфс (квазидетерминированных функциональных связей)
- •Блоковое строение
- •Изучение соленосных отложений
- •Антиклинальные структуры
- •Неструктурные ловушки
- •Прогнозирование месторождений нефти и газа
- •Метод полного нормированного градиента
- •Методика «гонг»
- •Методика а.И.Волгиной. Прогнозирование залежей нефти и газа по вариациям силы тяжести.
- •Лекция № 5 Тема: Использование данных магниторазведки при поисках месторождений углеводородов. Аэромагниторазведка
- •Магниторазведочные работы на стадии выявления и подготовки объектов
- •Выявление и подготовка структурно-литологических ловушек, связанных с погребенными рифами
- •Выявление аномалий типа «залежь» по магнитному полю
- •Применение ядерно-геофизических методовпри изучении нефтегазоперспективных территорий.
- •Лекция № 6 Тема: Роль, задачи и принципы интерпретации данных электроразведки.
- •Электромагнитные профилирования
- •Методы естественных полей
- •Магнитотеллурические методы
- •Применение метода вызванной поляризации для прогнозирования нефтегазоносности.
- •Лекция № 7 Тема: Изучение литологических комплексов осадочной толщи методами электромагнитного зондирования
- •Общая характеристика результатов, полученных методом зсбз в Волго-Уральском регионе
- •Лекция № 8
- •Упругие волны в безграничном пространстве
- •Типы сейсмических волн
- •Годографы сейсмических волн
- •Скорости, изучаемые в сейсморазведке
- •Лекция №9 Тема: Обработка сейсморазведочных данных
- •Обратная задача
- •Стадии обработки сейсмических данных
- •Граф обработки
- •Прослеживание и стратификация сейсмических границ
- •Общие принципы корреляции
- •Определение сейсмических скоростей
- •Микросейсмокаротаж.
- •Вертикальное сейсмическое профилирование (всп)
- •Стратификация сейсмических скоростей
- •Составление и анализ сейсмических карт и схем
- •Оценка точности сейсмических построений
- •Тема: Динамическая интерпретация
- •Возможности амплитудного анализа данных мов
- •Качественная интерпретация амплитуд
- •Метод яркого пятна
- •Метод мгновенных динамических характеристик
- •Количественная интерпретация амплитуд
Теплофизические параметры горных пород
Тепловые свойства горных пород в значительной мере определяются особенностями их внутреннего строения:
свойствами и соотношением слагающих минералов;
соотношением различных фаз (твердой, жидкой и газообразной);
текстурой породы, ее анизотропией;
структурой порового пространства, формой и размерами пор;
свойствами цемента.
С увеличением глубины по вертикальному разрезу земной коры теплопроводность возрастает.
Значения коэффициента теплопроводности осадочных, магматических и метаморфических пород во многом перекрывается. Величина этого параметра осадочных пород меняется в диапазоне от 0,14 до 6,5 Вт/(м·К); магматических – от 0,25 до 5,08 Вт/(м·К); метаморфических от 0,44 до 7,6 Вт/(м·К).
Наличие в горных породах порового пространства, заполненного флюидом, резко снижает процент переноса тепла, складывающегося из кондуктивной теплопередачи внутри отдельной твердой частицы, в местах соприкосновения частиц.
Анализ данных показал, теплопроводность λвозрастает в ряду глины→ аргиллиты→ пески→ алевролиты→ известняки→ доломиты→ каменная соль.
В этот ряд не входят песчаники. Диапазон изменения теплопроводности у песчаника очень большой и варьирует в пределах от 0,24-7,41 Вт/(м·К). При этом рассматривается тенденция понижения теплопроводности от мерзлых к влажным и далее к нефтенасыщенным и сухим.
Для интрузивных магматических пород наблюдается снижение теплопроводности с повышением их основности. Главная причина – уменьшение концентрации кварца, обладающего относительно высокой теплопроводностью. Эффузивные породы, как правило, характеризуются более низкими значениями коэффициента теплопроводности, чем их интрузивные аналоги.
Метаморфические породы отличаются широкими пределами изменения коэффициента теплопроводности. Причем особенно они значительны у роговиков и кварцитов. Исключение составляют некоторые кристаллические сланцы серпентиниты и эклогиты.
Теплоемкость пород варьирует от 0,42 (известняк) до 4,65 (каменная соль) Дж/кг·К.
Для отдельных же групп пород теплоемкость изменяется следующим образом:
от 0,42 до 4,65 Дж/кг·К (осадочные породы)
от 0,45 до 2,13 Дж/кг·К (магматические породы)
от 0,3 до 1,72 Дж/кг·К (метаморфические породы).
Наибольший диапазон теплоемкости среди осадочных пород имеют каменная соль, песчаники, мел, известняки и глины, а наиболее узкий – ангидриты, гипсы, аргиллиты. Для большинства осадочных пород вариации теплоемкости связаны с коэффициентом пористости и влажности. Чем больше их значения, тем выше теплоемкость. Вариации теплоемкости магматических и метаморфических пород также связаны с влажностью. Теплоемкость пород не зависят от их зернистости, слоистости, состояния (аморфности или кристалличности) минералов.
Магнитные свойства минералов и горных пород
Магнитные параметры физических тел
Магнетизм вещества связан с особенностями строения внешних и внутренних атомных орбит. По типу магнетизма выделяются диа- и парамагнитные химические элементы.
В веществе, помещенном в магнитное поле, появляется внутреннее магнитное поле, которое накладывается на внешнее (намагничивающее). Напряженность суммарного магнитного поля (внешнего и внутреннего) называется магнитной индукцией. Магнитная индукция численно равна:
,
где J –намагниченность вещества, которая является функцией внешнего поля.
Реакция вещества на приложенное магнитное поле характеризуется магнитной восприимчивостью æ:
,
Магнитные свойства вещества обуславливаются главным образом магнитными моментами электронов. Одновременно с вращением электронов вокруг своей оси (спиновое движение) они (электроны) совершают также движение по орбите вокруг положительно заряженных ядер (орбитальное движение). Оба вида движения эквивалентны круговому току, создающему магнитный момент.
Внешнее магнитное поле взаимодействуют с магнитными полями атомов, в результате чего возникает дополнительный момент, либо совпадающий с направлением внешнего поля, либо противоположный ему (диамагнетики).
Восприимчивость диамагнитных веществ отрицательна, то есть наведенные магнитным полем магнитные моменты ослабляют его. Таким образом, диамагнетик, вещество обладающий отрицательной магнитной восприимчивостью (порядка –10-5÷-10-6). Диамагнетизм является наиболее универсальным магнитным свойством, присущим всем веществам. Физическая суть этого явления состоит в следующем. Под действием внешнего магнитного поля в замкнутом токовом контуре (орбите вращения электрона) возникает электродвижущая сила, порождающая дополнительный индукционный ток. Этот ток создает индукционный момент, направленный в соответствии с законом электромагнитной индукции противоположно внешнему магнитному полю, что проявляется в отрицательных значениях магнитной восприимчивости. Магнитная индукция B в диамагнетике меньше напряженности поля H. Однако ослабление поля незначительно.
Восприимчивость парамагнитных веществ положительна, и магнитные моменты усиливают внешнее поле. Природа парамагнетизма заключается в ориентации элементарных магнитных моментов внешним магнитным полем: происходит ориентировка собственных магнитных моментов атомов. Поэтому рост намагниченности не прекращается даже в сильных полях. При выключении поля намагниченность парамагнетика исчезает.
Среди парамагнитных веществ выделяется особая группа веществ, называемая ферромагнитными. Вследствие особенности строения внутренних электронных орбит у веществ этой группы взаимодействие между атомами настолько велико, что магнитные моменты всех атомов даже при отсутствии внешнего магнитного поля располагаются параллельно друг другу и одинаково ориентированы. Это так называемая спонтанная намагниченность. То есть, обладают магнитным моментом даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В высоких полях магнитное состояние ферромагнетиков изменяется путем постепенного вращения спонтанной намагниченности в направлении магнитного поля. При насыщении магнитные моменты располагаются параллельно магнитному полю. Изменение намагниченности при повышении напряженности внешнего магнитного поля графически изображают кривой намагничивания. В малых полях намагниченность в основном обратима. В случае скачкообразного изменения намагниченности процесс необратим.
Необратимые процессы приводят к остаточным явлениям и сохранению в веществе некоторой части намагниченности при уменьшении внешнего поля до нуля.
Намагниченность, остающаяся и после уменьшения поля до нуля, получила название остаточной намагниченности.
Для приведения остаточной намагниченности ферромагнетика к нулю необходимо приложить некоторое обратное по направлению поле. Величина этого поля носит название коэрцитивной силы. Дальнейшее увеличение обратного магнитного поля снова приведет ферромагнетик в состояние магнитного насыщения. При уменьшении обратного поля весь цикл намагничивания повторяется. В результате образуется петля названная петлей гистерезиса.
Повышение температуры приводит к уменьшению спонтанной намагниченности. При определенной температуре, названной точкой Кюри, в ферромагнетике происходит ориентации спиновых моментов, и выше этой температуры ферромагнетик ведет себя как парамагнетик.
Существуют вещества, у которых энергетически более выгодно антипараллельное расположение спинов соседних атомов (отрицательное обменное взаимодействие). При параллельном расположении спинов (ферромагнетики) их магнитные моменты складываются, в то время как антипараллельное расположение (антиферромагнетики) дает результирующий момент равный нулю. Наконец, известны вещества, в которых при антиферромагнитном порядке атомных магнитных моментов их взаимной компенсации не происходит. Такие вещества получили название ферримагнетиков, и среди природных минералов они встречаются чаще, чем ферромагнетики. Во внешнем магнитном поле ферримагнетик намагничивается подобно ферромагнетики.
Таким образом, по определению:
Магнитная восприимчивость– это способность веществ намагничиваться (изменять свой магнитный момент) под действием внешнего магнитного поля.
Индуцированная намагниченность – это намагниченность создаваемая магнитным полем, исчезающая после прекращения его действия.
Остаточная намагниченность– намагниченность, создаваемая магнитным полем, сохраняющаяся после прекращения его действия.
Естественная намагниченность– остаточная намагниченность, создаваемая древним или современным полем Земли.
Магнитные свойства химических элементов и минералов.
Большинство химических элементов являются диа- и парамагнитными. Характерно четко выраженная периодичность смены диамагнетизма на парамагнетизм элементов. Элементам первой половины периодов свойственен парамагнетизм в связи с незаполненностью электронами внешней орбиты, элементы второй половины – диамагнетизм, определяющийся полностью заполненными орбитами.
Диамагнитная восприимчивость большинства элементов составляет (-10÷0)*10-5СИ. Диамагнетиками являются инертные газы, ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, висмут) и неметаллов (кремний, кварц, алмаз, графит, сера, фосфор), органические соединения.
Восприимчивость парамагнитных веществ положительна, и магнитные моменты усиливают внешнее поле. При намагничивании атомные моменты выстраиваются по направлению поля. Абсолютные значения æ меняются в диапазоне 10-2÷10-5ед. СИ.
К парамагнетикам относятся щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы; ряд солей железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов, из газов кислород.
К ферромагнетикам относится железо, кобальт, никель, и некоторые виды лантаноидов: гадолиний (64 Gd), тербий (65Tb), диспрозий (66Dy), гольмий (67Ho), эрбий (68Er). А также ряд соединений хрома, марганца и урана с неферромагнитными элементами.
По величине æ все минералы делятся на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Диамагнитные минералы (висмут, медь, золото, серебро, алмазы, свинец, кварц, гипс, и другие) обладают самой малой восприимчивостью æ обычно порядка (1-2) ·10-5ед. СИ. Такие минералы не могут создавать магнитных аномалий.
Парамагнетизмом обладают соли редкоземельных элементов, щелочные металлы ряд широко распространенных породообразующих минералов умеренно кислого и основного состава: оливина, пироксенов, амфиболов, гранатов, железосодержащих слюд, а также доломит, магнезит, каолинит. Парамагнитные минералы (платина, гранат, турмалин, мусковит, биотит) имеют магнитную восприимчивости æ порядка (20-90) ·10-5ед. СИ. Их крупные скопления вызывают аномалии в несколько нанотесл. Магнитная восприимчивость чисто парамагнитных минералов, как правило, не превышает значений (25-35)·10-5ед.СИ. Наличие микровключений ферромагнитных элементов, связанных с ранней стадией кристаллизации магматических пород или с высокотемпературными метасоматическими процессами, повышает значение æ. Двух- и трехвалентное железо, входя в состав слюд, оливинов, пироксенов, гранатов, создает повышенную парамагнитную восприимчивость. Для большинства известных минералов характерная смешанная параферромагнитная природа магнетизма.
Наиболее распространенными ферромагнитными минералами являются окисные соединения железа – магнетит 8,8-25 ед. СИ, титаномагнетит 1,3-10-4ед. СИ, маггемит 3,8-25 ед. СИ; сидерит 2,5-7,5 10-3ед. СИ; из сульфидных минералов – пирротин 0,13-1,3 ед. СИ. Большой магнитной восприимчивостью обладает минерал якобситMnFe2O4– 250 ед. СИ.