Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет «Геолого-географический»

Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры геоэкологии и прикладной геохимии ЮФУ Протокол № «____» ___________ 2010 г. Зав. кафедрой___________

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета (зам. декана по учебной работе) _________________________________ «____»_______________200 г.

КУРС ЛЕКЦИЙ

учебной дисциплины «ГЕОФИЗИКА»

по специальности 020301 «Геология»

Составитель: проф. Ю.И. Холодков

Ростов-на-Дону

2010

АННОТАЦИЯ

Материал, изложенный в курсе лекций, состоит из четырех модулей и включает все разделы, относящиеся к геофизике, как науке, занимающейся фундаментальными и прикладными исследованиями Земли. В лекциях рассмотрены физические поля, деформация которых в земной коре обусловливает образование геофизических аномалий над геологическими объектами. Выявление и изучение этих аномалий является предметом геофизических методов,

Курс лекций по дисциплине «Геофизика»:

• читается студентам 2 курса в вариативной (профильной) части циклов по специальности «020301 «Геология», имеет федеральный элективный статус в основной образовательной программе (ООП),

• требует остаточных знаний дисциплин базовой части (физики, общей геологии, математики, химии, информатики, иностранного языка) и вариативной части (экономики, правовых основ и менеджмента в сфере недропользования),

• дает слушателям профессиональную компетенцию о: 1) естественных и искусственно созданных в земной коре геофизических полях (гравитационном, магнитном, электромагнитном, сейсмоволновом, тепловом, радиационном), 2) способах и методах наблюдений геофизических полей, 3) современных прогрессивных технологиях решения научных и прикладных задач, связанных с поисками, разведкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых, охраной окружающей среды, мелиорацией, археологией и т.д.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Модуль 1: Введение в геофизику. Гравитационная и

магнитная разведка ………………………………………………………………5

Лекция 1. Тема: Предмет геофизики. Основные понятия и определения.

Структура разделов, содержательная часть модулей……...........................6

Лекция 2. Тема: Краткая теория гравитационного поля и его изучение в

гравиметрии и гравиразведке………………………………………………17

Лекция 3. Методика гравиразведки и ее применение для поисков

и разведки полезных ископаемых, в геоэкологии, гидрогеологии и в других областях геологии……………………………………….…………27

Лекция 4. Тема: Краткая теория геомагнитного поля и его изучение в магниторазведке………………………………………….

Лекция 5. Тема: Методика магниторазведки и ее применение для региональных съемок, поисков и разведки полезных ископаемых, в геоэкологии, инженерной геологии и экологической геологии….

Модуль № 2 Электроразведка и сейсморазведка

Лекция 6. Тема: Определение предмета электроразведки.

Классификации методов электроразведки…………….

Лекция 7. Тема: Общие сведения об изучаемых естественных

и искусственных полях……………………………………………………

Лекция 8. Тема: Методика электроразведки и сущность ее методов на основе естественных и

искусственных постоянных электрических полей……………………..

Лекция 9. Тема: Методы переменных (гармонически изменяющегося, неустановившегося и магнитотеллурического) электромагнитных полей. Интерпретация результатов электроразведки, ее место в комплексе работ при решении геологических задач…………………………………..

Лекция.10. Тема: Физические и геологические основы сейсморазведки. Сейсмоволновые характеристики горных пород………………….

Лекция 11. Тема: Технология проведения сейсморазведочных работ. Автоматизированная (цифровая) обработка данных и их интерпретация..

Лекция 12. Тема: Применение сейсморазведки при решении структурных

Задач….……………….……………………………………………………

Модуль 3 Ядерная геофизика и терморазведка…………..

Лекция 13. Тема: Физические и геологические основы методов ядерной геофизики.0бщие сведения о радиоактивности, радиоактивные свойства горных пород………………………………………………………….

Лекция 14. Тема. Радиометрические методы разведки для решения задач поисков и разведки полезных ископаемых, в геоэкологии, инженерной геологии и др. …………………………………………………………....

Лекция 15. Тема: Тепловое поле Земли и его циклические изменения. Региональные, поисково-разведочные и инженерно- гидрогеологические термические исследования……………………………………………..

Модуль 4 Геофизические исследования скважин и комплексирование

геофизических методов……………………….……………………

Лекция 16. Тема: Скважина как объект геофизических исследований. Краткая характеристика методов. Основы техники и технологии производства работ……………………………………………………………

Лекция 17. Тема Геолого-геофизическая интерпретация результатов комплексных скважинных геофизических исследований (литологическое расчленение разрезов скважин, оценка состояния и свойств исследуемых геологических, геоэкологических и др. объектов……............................

Лекция18. Тема: Понятие о геофизическом комплексе и принципы его выбора. Качественная количественная неоднозначность при решении прямых и обратных задач. Геологическая интерпретация комплексных геофизических данных. …………………………………………………...236

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время дисциплина «Геофизика» преподается студентам более 70 вузов, обучающихся по направлению «Геология» (бакалавриат) и прикладная геология (специалитет), а также студентам других профилей естественных наук. За время возникновения и становления разведочной геофизики (с первой трети ХХ века) для ее изучения составлено не менее ста учебников, учебных пособий и методических руководств как по отдельным разделам, ставших в то же время самостоятельными дисциплинами, так и для геофизики в целом. Периодичность переиздания составляет от 5-ти до 10 лет. Это связано с быстрой сменой геофизической аппаратуры, появлением новых прогрессивных технологий полевых геофизических съемок, созданием компьютерных программ обработки геофизической информации, новых теоретических разработок.

При составлении настоящего курса лекций автор руководствовался программой учебно-методического комплекса, рекомендуемой УМО для классических университетов для учебной дисциплины «Геофизика» по специальностям 020301 – «Геология» и 130301 – «Прикладная геология». В основу положены собственные конспекты-рукописи, составленные на материале многочисленной учебной и специальной литературы по геофизическим методам разведки и авторские научные и учебно-методические наработки.

Отличительная особенность данного курса лекций – в одинаковом структурировании всех разделов, начиная с понятия того или иного геофизического поля, далее формулировки решения геологических задач, изучения физико-геологических предпосылок, разработки, применения и экономической результативности методов, способов и приемов. Такое изложение курса, по мнению автора, способствует более глубокому усвоению достаточно сложной и емкой дисциплины, какой является геофизика.

Модуль 1. Введение в геофизику, грави- и магниторазведка

• Комплексная цель

Получение слушателями системы знаний о геофизике, как науке, занимающейся фундаментальными и прикладными исследованиями Земли, и разделах разведочной геофизики грави- и магниторазведке для возможной дальнейшей работы в полевых экспедициях, научных лабораториях, вычислительных центрах при проведении научно-исследовательских и производственных геологических работ, включая основные приемы качественной и количественной интерпретации полевых наблюдений и их геологическое истолкование.

• Содержание модуля

Введение в геофизику

Лекция 1. Тема: Предмет геофизики. Основные понятия и определения. Структура разделов, содержательная часть модулей…

Заложение основ геофизики восходят в давние времена, но как самостоятельная наука геофизика стала оформляться в XIX веке, а окончательно сформировалась уже в ХХ столетии. Основой геофизики являлись такие фундаментальные науки, как физика, геология, математика и астрономия. Она тесно связана с геодезией, геохимией, а в части методов и технологий геофизических наблюдений с радиотехникой – радиоэлектроникой. Связь геофизики с другими естественными науками отображена на схеме, рис. 1.1.

Физика

Астроно-мия

Матема-тика				География
		Геофизика
Электро-ника				Геология

Автоматика

Геохимия

Рис.1.1. Связь геофизики с другими естественно-научными науками

Разведочная геофизика - совокупность прикладных наук относящихся к изучению распределения в земной коре геофизических полей с целью поисков, оценки и разведки месторождений полезных ископаемых.

Структуру разведочной геофизики по направлениям, видам работ и используемым геофизическим полям можно отобразить схемой (рис. 1.2).

		Р азведочная геофизика
По направлению работ		По видам работ		По используемым геофизическим полям
Полевая геофизика Скважинная геофизика (меж и околоскваженное пространство) Подземная геофизика (шахтная) Геофизическое исследование скважин (каротаж или ГИС) Аэрогеофизика Аквагеофизика		Структурная геофизика Нефтяная геофизика Угольная геофизика Рудная геофизика Инженерно-геологическая и гидрогеологическая геофизика Экологическая геофизика		Гравитационная разведка Сейсмоакустическая разведка Магнитная разведка Электромагнитная разведка Радиационная разведка Тепловая разведка

Рис. 1.2 Классификационная схема разведочной геофизики

Под геофизическим полем следует понимать материальную среду, в которой определенным образом распределяются физические потоки. То есть поле испытывает в земной коре деформации (усиление или ослабление) в зависимости от физических свойств геологических объектов. Поскольку геологическая среда является гетерогенной (неоднородной), то деформация геофизических полей происходит повсеместно и задача разведочной геофизики исследовать особенности аномальных значений поля, приуроченных к тем или иным полезным ископаемым, или элементом геологической среды, подверженным воздействию экзогенных (оползень, карст) и/или эндогеннх (землетрясение, извержение вулкана), а также антропогенных (загрязнение подземных вод, тепловые аномалии в мегаполисах).

Цель применения методов полевой геофизики – получить над исследуемым объектом аномалию и в последующем выполнить геологическое истолкование этой аномалии. Этот процесс достаточно сложный. Поэтому система знаний полевой геофизики требуют изучения таких наук как физика, геология (литология, геохимия, структурная геология), математика, информатика, радиотехника и радиоэлектроника. Обязательное знание закономерностей изучения физических свойств пород (петрофизика).

Полный цикл геофизических исследований включает:

1. Полевые геофизические наблюдения, цель которых зарегистрировать сигналы геофизических полей с соответствующей аппаратурой;

1. Получения сведений и проведения измерений физических свойств горных пород;

2. Решение прямой геофизической задачи (физическое или математическое моделирование);

3. Решение обратной геофизической задачи с целью получения геофизического разреза или геофизической карты;

4. Трансформацию геофизического разреза в геологический посредством петрофизических связей.

Прямая геофизическая задача - это получение теоретической кривой (графика) над объектом заданной геометрической формы с конкретными физическими параметрами. Задача решается путем математического или физического моделирования.

Обратная геофизическая задача - это интерпретация результатов полевых измерений с целью получения полного представления о геологических свойствах, геометрической форме и физических параметрах изучаемого объекта. Задача решается путем сопоставления полевой (наблюденной кривой) с теоретическими кривыми (метод подбора). При неоднозначности решения требуется привлечение дополнительных геолого-геофизических данных.

Как правило, регистрируемые геофизические параметры являются интегральными показателями изучаемой среды, где наибольший вклад в суммарное аномальное поле выполняют те объекты, которые наиболее контрастны по физическим свойствам и соответственно являются большими по геометрическим размерам.

Выявление таких локальных объектов производят специальными интерпретационными пределами. Наиболее простой способ заключается в вычитании из аномального поля нормального поля. Считается, что вмещающая объект геологическая среда является нормальным полем и аномалию создает только исследуемый локальный объект. Полевую геофизику в целом и любой ее раздел можно представить как информационно-измерительный тракт (Рис 2).

Структура геофизического поля в соответствии с его определением формируется физическими процессами относящихся к действию гравитационных и магнитных масс, электрофизических и электродинамических процессов и т.д. Принято различать нормальное и аномальное поля. Нормальное поле в идеальном случае это поле в однородной изотропной среде, т.е. в природном объекте, где изменение физических свойств со всех направлениях одинаково, например: вода, песок. В реальных геологических средах под нормальным полем понимают поле вне аномального (изучаемого) объекта, например: интрузивное образование в осадочных отложениях, где осадочные отложения являются объектом, формирующим нормальное поле, а интрузивное - аномальное поле.

Рис. 1.3 Схема процесса геофизических работ

Пример отображения в геофизическом поле, контрастного по физическим свойствам геологического объекта показан на рис 1.3.

Рис.1. 4 Пример отображения в геофизическом поле, контрастного