- •Федеральное агентство по образованию
- •Модуль 1. Введение в экологическую геофизику. Грави-, магнито-, электро- и сесморазведка
- •Раздел 1-а – Введение в геофизику
- •По физическим свойствам геологического объекта
- •Для магматических и метаморфических пород
- •Раздел 1-б - Гравиразведка
- •Породообразующих минералов
- •В виде план – графиков
- •Раздел 1-в - Магниторазведка
- •Магнитного поля у диамагнетиков
- •Магнитного поля у парамагнетиков
- •Магнитного поля у ферро-, ферри- и антиферромагнетиков
- •Магниторазведочная аппаратура
- •Раздел 1-г- Электроразведка
- •Характеристика электрических свойств горных пород
- •И диэлектрической проницаемости (ε) у минералов групп различной литологической принадлежности
- •У кристаллических пород
- •Для одноименных по степени преобразования осадочных пород
- •Метод естественного постоянного электрического поля (еп)
- •Над стальной трубой Методы электроразведки на основе искусственного постоянного электрического поля
- •Электроразведочная установка
- •Электропрофилирование (эп)
- •Приемной линии
- •Над синклиналью и антиклиналью
- •Методы на основе неустановившегося электрического поля
- •Раздел 1-д - Сейсморазведка.
- •У кристаллических пород
- •Осадочных терригенных породах, в зависимости от стадий их преобразования
- •Дования скважин и комплексирование геофизических методов
- •Раздел 2-а - Ядерная геофизика
- •1) Слаборадиоактивные кварц, калиевые полевые шпаты,
- •2) Нормальная и биотит,
- •4) Высокорадиоактивные сфен, ортит, монацит,
- •Раздел 2-б - Терморазведка
- •Породообразующих минералов
- •Современные технологии терморазведки
- •Поисково-разведочные геотермические работы
- •Области применения терморазведки
- •Раздел 2-в- Геофизические исследования скважин
- •Каротаж на основе естественных и искусственно вызванных электромагнитных полей
- •Каротаж на основе полей естественной и наведенной (искусственной) радиоактивности
- •Каротаж на основе сейсмоакустических полей
- •В нефтяной скважине (Западная Сибирь)
- •В разрезе нефтегазовой скважины (Западная Сибирь)
- •Данные для построения фактических кривых зондирования
- •Результаты количественной интерпретации данных бкз
- •Раздел 2-г – Комплексирование геофизических методов
- •1 Увлажненные наносы, 2 – граниты, 3 – зона трещиноватости, 4 – глыбовые песчаники, 5 – глины
В виде план – графиков
r – расстояние по профилю, – приращение силы тяжести.
Интерпретация гравиметрических данных разделяется на качественную и количественную. Последняя выполняется на основе решения прямой и обратной задач гравиразведки. Цель - установить количественные характеристики изучаемых геологических объектов, т.е. их пространственное расположение, глубину залегания и избыточную плотность.
Прямая задача для тел простой геометрической формы (шар, цилиндр и др.) решается аналитическим способом:
(23),
где - избыточная плотность.
Для элементарной массы dm в гравитирующем теле Т (рис.19) будем иметь расстояние от А до М равным r:
(24),
Рис.19. Модель цилиндра для расчета
приращения силы тяжести в месте его
расположения от точки наблюдения.
На рис 20 приведены примеры гравитационных аномалий над объектами правильной геометрической формы.
а) б)
Рис.20. Гравитационные аномалии над шаром (а) и вертикальным уступом (б)
покровные отложения (1=2,2 г/см3), 2 – известняк (2=2,8 г/см3)
Для объектов (тел) сложной геометрической формы существуют численные методы решения прямой задачи, а также методы физического моделирования.
Один из распространенных численных способов решения прямой задачи гравиразведки – применение палетки Гамбурцева. Палетка представляет собой систему параллельных горизонтальных линий, проведенных через равные промежутки в заданном масштабе. На первой линии из точки О проведена система лучей под углом Плоскость оказывается разбитой на ячейки ABCD, которые представляют собой неправильные призмы. Эти призмы, если смотреть перпендикулярно на палетку, в точке О имеют одинаковый гравитационный эффект (рис. 21).
Рис.21. Палетка Гамбурцева
Следовательно, можно вычислить цену деления каждой клетки, то есть цену деления палетки:
g = f* (z* (25),
где f - гравитационная постоянная , равная 6,67*10-82-1см3с-2.
С помощью палетки Гамбурцева можно выполнять расчет гравитационных аномалий над объектами любой геометрической формы и с любой избыточной плотностью. Для этого строится разрез, на котором в масштабе отображается предполагаемый объект. Далее в каждую из точек профиля, например О1, О2, О3, О4, и.т.д. помещается центр палетки и производится подсчет количества ячеек пришедшихся на заданный объект (рис.22). Гравитационная аномалия над объектами избыточной плотности определяется по формуле:
∆gб = m*∆gп*k (26),
где k - масштабный коэффициент:
(27)
Рис. 22. Пример расчета величины
гравитационных аномалий для тел
неправильой формы
Качественная интерпретация предусматривает выявление общей геологической ситуации, в результате которой геологам даются сведения о месте положении, приблизительных геометрических параметрах и природе геологических образований. То есть, по построенным план-графикам или картам установливается геологическая природа гравитационных аномалий, оценивается местоположение изучаемых объектов. Предусматривается получение "чистой" аномалии т.е.:
qб=qнабл - qнорм (28),
где qнабл и qнорм – значения силы тяжести для наблюденного и нормального полей.
Пример получения "чистой" аномалии приведен на рис. 23.
Рис.23. Пример «снятия» регионального фона при качественной интерпретации
гравитационных аномалий
В зависимости от положительного или отрицательного характера аномалии, оценивается избыточная плотность (повышенная или пониженная). Величина аномалии может служить признаком размеров объектов, степени отличия их от вмещающих пород по плотности и соответственно литологической принадлежности. Например, рудное тело характеризуется очень большой избыточной плотностью, а нефтяной или угольный пласт имеет пониженную плотность. Резко пониженную плотность имеют соляные купола. При качественной интерпретации обязательно привлечение априорных данных, т.е. сведений об изучаемом объекте по другим геолого-геофизическим методам.
Количественная интерпретация есть суть решения обратных задач гравиметрии. Используются варианты решения прямых задач с привлечением априорных геолого-геофизических данных. Это необходимо в виду того, что решение обратных задач может быть неоднозначно, поскольку разные по литологическому составу породы могут иметь одинаковую плотность. В тоже время, одинаковые по величине гравитационные аномалии могут быть получены от геологических образований, расположенных на различных глубинах, если объекты имеют неодинаковую плотность.
Количественная интерпретация предусматривает сопоставление теоретических и наблюденных кривых. Этот классический прием в разведочной геофизике носит название способа подбора. Он осуществляется как в ручном, так и в автоматизированном режимах. Разработаны программы для 1D, 2D, 3D моделей геологической среды. Интерпретация носит название D-инверсии.
Конечным результатом количественной интерпретации является определение формы, размеров, глубины залегания и пространственного положения объектов. При этом обязательно определение их плотностных характеристик и геологической принадлежности. Это достигается с помощью петрофизических связей, т.е. связей между плотностью и геологической характеристикой объекта.
Проектное задание раздела 1-Б
1) Объяснить гравитационную постоянную – физическую константу в формуле закона Ньютона.
2) Дать толкование Земному сфероиду.
3) Дать определение эквипотенциальной или уровенной поверхности.
4) Объяснить значимость вторых производных потенциала силы тяжести.
5) Составить картину нормального гравитационного поля и объяснить необходимость его учета при анализе аномального поля.
6) Объяснить с какой целью вводятся поправки за высоту и за плотность промежуточного слоя и с какой знак при этом имеет поправка за рельеф местности.
7) Предложить методику наблюдений для обнаружения геологических объектов правильной геометрической формы - последовательность и порядок измерения силы тяжести на пунктах (рядовых и опорных) гравиметрической сети, позволяющей учитывать смещение нуль-пункта гравиметра.
8) Выполнить построениие палетки Гамбурцева – графического чертежа для вычисления притяжения двухмерных тел произвольной формы. Показать применение палетки для решения прямых задач и пути компьютерного решения задания.
9) Составить типовые модели геологических сред с включением натурных и техногенных объектов, характеризующихся избыточной плотностью, как разностью плотностей вмещающих пород и пород структуры, создающих гравитационную аномалию.
10) Написать реферат о принципах» работы» гравиметров, их типах и конструктивных особенностях, включая современные разработки.
Тесты рубежного контроля раздела 1-Б
1.
Вопрос: Что такое эквипотенциальная или уровенная поверхность?
Ответ: Поверхность рельефа Земли. Поверхность мирового океана. Поверхность, где сила тяжести в любой ее точке направлена перпендикулярна ей.
2.
Вопрос: Что такое нормальное гравитационное поле?
Ответ: Поле земного шара. Поле геоида. Поле сфероида малого сжатия. Поле воздействия солнца и луны.
3.
Вопрос: Почему происходит смещение нуль-пункта гравиметра?
Ответ: Под воздействием атмосферных факторов. Вследствие неидеальной упругости измерительной системы. Из-за влияния рельефа.
4.
Вопрос: Как определяется точность аномальных значений силы тяжести?
Ответ: Путем вычисления средней квадратической погрешности. Путем сравнения показаний двух независимых гравиметров. Путем введения поправки за температуру.
5.
Вопрос: В чем заключается решение обратной задачи гравиметрии?
Ответ: В автоматизированной обработке данных. В подборе (сопоставлении) расчетного и наблюденного графиков. В выводе формул для заданного геологического объекта.
Критерии оценки раздела 1-Б
Контрольная работа.
Литература к разделу 1-Б
Основная:
Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 20-41.
Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 6-28.
Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. Учебник. – М.: Недра, 1989. – С – 6-79.
Дополнительная:
1. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. – М.: Недра, 1967. – 98-123.
2. Вахромеев В.С. и др. Петрофизика: Учебник для вузов. – Томск: Из-во Том. Ун-та, 1997. - С. 10-28.
3. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика: Учеб. Пособие. – М.: Изд-во МГУ, 2000. – С. 83-84.