МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ
Кафедра польової нафтогазової геофізики
Л А Б О Р А Т О Р Н И Й П Р А К Т И К У М
з курсу “Основи геофізики“ для студентів
за напрямком 6.0707 “Геологія“
м. Івано-Франківськ
2004
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ
Кфедра польової нафтогазової геофізики
Л А Б О Р А Т О Р Н И Й П Р А К Т И К У М
з курсу “Основи геофізики“ для студентів
за напрямком 6.0707 “Геологія“.
МВ 02070855 - 373 - 99
Розглянуто
на засіданні кафедри
польової нафтогазової геофізики
(Протокол №3 від 2.03.99)
Всі цитати, цифровий і
фактичний матеріал
перевірені. Зауваження
рецензента враховані.
м. Івано-Франківськ
2004 рік
Лабораторний практикум з курсу “Основи геофізики“ для студентів за напрямком 6.0707 “Геологія“ містить загальні відомості, в яких дається коротка характеристика геофізичних методів, вимірювальної апаратури та робота з нею.
У практикумі описані методика і техніка проведення лабораторних робіт та польових спостережень, способи обробки даних вимірювань.
Автори: професор Степанюк В.П.
асистент Штогрин М.В.
Вiдповiдальний за випуск:
зав. кафедрою ПНГГ, професор В.П. Степанюк
Погоджено з навчально-методичним об`єднанням:
кафедра ГРНГР проф. Б.Й. Маєвський
кафедра ГДС проф. Д.Д. Федоришин
кафедра ПНГГ проф. В.П. Степанюк
Нормоконтролер О.Г. Гургула
Коректор Н.Ф. Будуйкевич
Член експертно-рецензiйної
комiсiї унiверситету Р.М. Рудий
З М І С Т
стор.
В С Т У П ....................................................
Розділ 1. Р А Д І О М Е Т Р І Я ..............................
Лаб. робота №1.1 Одиниці вимірювання іонізуючого випромінювання і радіоактивних речовин……………………
Лаб. робота №1.2 Еталонування радіометра СРП-68-01 та вивчення розподілу гама-поля над рудним тілом .....................
Розділ 2. Г Р А В І Р О З В І Д К А ..........................
Лаб. робота №2.1 Будова гравіметра астазованого кварцевого та робота з ним ...............
Лаб. робота №2.2 Рішення прямої та зворотньої задачі
гравірозвідки для тіл правильної геометричної форми ..............
Розділ 3. М А Г Н І Т О Р О З В І Д К А ......................
Лаб. робота №3.1 Будова магнітометра М-33 та робота з
ним на точці виміру ..................
Лаб. робота №3.2 Рішення прямої та зворотньої задачі
магніторозвідки для тіл правильної геометричної форми ..........
Розділ 4. Е Л Е К Т Р О Р О З В І Д К А ......................
Лаб. робота №4.1 Вертикальне електричне зондування та електророзвідувальна апаратура .......
Лаб. робота №4.2 Інтерпретація кривих вертикального електричного зондування ..............
Лаб. робота №4.3 Обробка телурограм ...................
Розділ 5. С Е Й С М О Р О З В І Д К А ........................
Лаб. робота №5.1 Короткі теоретичні відомості .........
Лаб. робота №5.2 Побудова годографів прямої, відбитої та заломленої хвиль від нахиленої границі розподілу.....................
Лаб. робота №5.3 Побудова годографів для горизонтально-шаруватих середовищ одно- і багатократно відбитих хвиль .....
Лаб. робота №5.4 Обробка сведловинних сейсмічних
спостережень .........................
Лаб. робота №5.5 Побудова структурних карт ............
Розділ 6. ГЕОФІЗИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СВЕРДЛОВИН ........
Лаб. робота №6.1 Теоретичні відомості про геофізичні методи дослідження свердловин.........
Лаб. робота №6.2 Вивчення зондів та аналіз кривих
позірного електричного опору .........
Лаб. робота №6.3 Визначення значень геофізичних
параметрів пласта ....................
Лаб. робота №6.4 Літологічне розчленування розрізів
свердловин за даними ГДС .............
ВСТУП
Практикум включає лабораторні роботи з радіометрії, гравірозвідки, магніторозвідки, електророзвідки, сейсморозвідки та геофізичних методів дослідження свердловин. Кожний розділ розпочинається з коротких теоретичних засад, опанування якими буде сприяти більш колективному освідомленному виконанню завдання.
Для виконання лабораторних робіт рекомендована і описана апаратура, яка сьогодні використовується виробничими організаціями України. З огляду того, що апаратурний парк на виробництві регулярно обновлюється, електронні схеми приладів не приводяться, а лише звертається увага на принципи виміру тих чи інших фізичних величин та вимоги до метрологічних параметрів.
Дані для проведення первинної обробки польових геофізичних досліджень та якісної і кількісної інтерпретації геофізичних матеріалів отримані в виробничих організаціях.
Окремі лабораторні роботи передбачається виконувати з застосуванням ПЕОМ з використанням стандартних програм, так і власних.
Особлива увага надається техніці безпеки під час виконання лабораторних робіт, особливо тих, в яких використовуються радіоактивні джерела, блоки високих напруг та інших небезпечних пристроїв. До виконання лабораторної роботи допускаються студенти, якиі успішно пройшли вступний контроль.
В підготовці даного практикуму були використані матеріали, з дозволу авторів, наступні методичні вказівки:
1. Общий курс полевой геофизики. Авторы: ст. преподователь А. С. Ганженко, доц. С. А. Кириллов, доц. к.г.-м.н. Ю.В. Филатов, ИФИНГ, 1987.
2. Лабораторний практикум з курсу “Граві- та магніторозвідка“. Автори: проф. В.П. Степанюк, доц. С.Г. Анікеєв.
3. Лабораторний практикум з курсів “Промислова геофізика“ та “ГДС“. Автор: доц. Й.І. Прокопів, ІФІНГ, 1996.
Розділ 1 р а д і о м е т р і я лабораторна робота № 1.1
ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
І РАДІОАКТИВНИХ РЕЧОВИН
1.1.1 Мета і завдання роботи
Метою роботи є вивчення одиниць вимірювання іонізуючого випромінювання і радіоактивних речовин, співвідношення між різними одиницями виміру. Завдання роботи: розв`язок задач на закріплення теоретичних засад.
1.1.2 Короткі теоретичні відомості
Одиниці активності. Активність А радіонукліда в джерелі - число спонтанних ядерних перетворень радіонукліда dN в цьому джерелі за малий проміжок часу dt і визначається за формулою:
,
(1.1)
де
- стала розпаду,
;
-
кількість ядер радіонукліда.
речовині масою m кількість
атомів визначається за формулою:
,
(1.2)
де
- число Авогадро,
;
- атомна вага ізотопа.
За одиницю вимірювання активності приймається одне ядерне перетворення за секунду, яка в системі СІ отримала назву беккерель [Бк,Bq]. Таким чином, один беккерель відповідає одному розпаду за секунду для будь-якого радіонукліда і має розмірність .
В ядерній фізиці допускається позасистемна одиниця активності - Кюрі [Кі,Сu].
1
Кі
ядерних перетворень в секунду [Бк].
Похідні одиниці від Кюрі (Кі):
мілікюрі - 1 мКи = 1*10-3;
мікрокюрі -1 мкКи = 1*10-6;
нанокюрі - 1 нКи = 1*10-9;
пікокюрі - 1 пКи = 1*10-12;
мегакюрі - 1 МКи = 1*106;
кілокюрі - 1 кКи = 1*103.
Для переходу одних одиниць (СІ) в інші (позасистемні) користуються співвідношенням:
1Бк=
Кі;
1Кі= Бк.
Одиниці кількості радіонукліда. Одиницею кількості радіонукліда є кілограм [кг]. В вагових одиницях вимірюються, як правило, хімічно чисті довгоживучі радіонукліди.
Гама-випромінюючі радіоактивні речовини виражаються в мг-екв.Ra. 1 мг-екв. Ra - це така кількість радіоактивної речовини, яка випромінює g-кванти, кількість яких еквівалентна g-випромінюванню 1 мг Ra за одинакових умов випромінювання.
Для
визначення кількості радіоактивної
речовини Х [мг-екв.Ra] порівнюють
інтенсивність g-випромінювання препарату
Inp з інтенсивністю випромінювання
еталону Ra -
,
для якого відома маса m [мг], при цьому
.
(1.3)
Числом розпадів за с [Бк] вимірюють активності радіоактивних ізотопів з відносно малою тривалістю життя.
Перехід від активності речовини А [ ] до кількості речовини m [кг] виконується за допомогою формули:
[кг]
, (1.4)
де - стала радіоактивного розпаду речовини, ;
,
де
-
період піврозпаду;
- атомна вага ізотопу;
-
число Авогадро (
).
Приклад:
Визначити масу Ra , якщо активність
А=
[
].
Період піврозпаду Т=1590 років.
Розв`язок: Період піврозпаду переводимо з років у секунди.
[кг]
= 1
[мг]
Одиниці
концентрації радіоактивних елементів.
В якості одиниці концентрації
радіоактивних речовин у гірських
породах, рудах та інших твердих речовинах
приймається вагова концентрація, яка
вимірюється в кілограмах радіоактивної
речовини на 1 кг породи або руди, або у
відсотках. Часто використовується
еквівалентна одиниця кг-еквівалент
радію на 1кг породи
.Перехід
від вагової концентрації до еквівалентної
концентрації радію може бути здійснений,
якщо виходити з умови, що при радіоактивній
рівновазі в 1
кг урану міститься
кг радію. Рідше користуються об`ємною
концентрацією - в кг/м або в об`ємних
відсотках, а також в кілограмах на 1 м
води або іншої рідини.
Концентрація радіоактивних газів (Rn,Tn,An) в рідинах і
газах
в системі СІ вимірюється числом розпадів
в 1с в одиниці об`єму газу або рідини
[Бк/л]. На практиці використовуються
позасистемні одиниці - кюрі на літр
[Бк/л] і, похідна від неї, еман, 1
еман =
кюрі/л =3,7
Бк/л.
Одиниці іонізуючого опромінювання. Одиниці іонізуючого опромінюванння - міра дії опромінювання на речовину і визначається дозою. Розрізняють дозу експозиційну і дозу поглинання.
Експозиційна доза характеризує іонізаційну дію променів і чисельно дорівнює відношенню сумарного заряду іонів, як кожного так і окремо створених фотонами випромінювання, до одиниці маси опроміненої речовини:
.
(1.5)
Одиницею експозиційної дози є кулон на кілограм, Кл/кг.
Рентген - доза рентгенівського або g-випромінювання, при якому спряжене з ним вторинне корпускулярне випромінювання в 0,001293 г повітря (1см сухого повітря при 0 С і 760 мм рт.ст.) утворить іони, які несуть заряд в одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знаку.
Зв`язок між одиницями експозиційної дози [Кл/кг] і [Р]
наступний:
1Р
=
Кл/кг =
Гр,
1
Кл/кг =
Р.
Гама-випромінювання
дозою в 1 Р в 1 см повітря утворює
пар іонів; на утворення пари іонів
витрачається 34 еВ (5,44 [фДж]).
Таким чином, енергетичний еквівалент рентгена:
Дж.
Зауважимо, що поняття експозиційної дози і потужності відносяться до фотонного випромінювання з енергією фотонів 1 кеВ : 3 МеВ.
Поглинута доза випромінювання - кількість енергії випромінювання, яка поглинається одиницею маси опроміненої речовини і вимірюється в системі СІ в греях [Гр,Gr]:
(1.6)
Таким чином, грей дорівнює дозі випромінювання, при якому опроміненій речовині масою в 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання, яка дорівнює 1Дж (1 Гр=1 Дж/кг). Але ця величина не враховує того, що при одинаковій поглинутій дозі a-випромінювання є значно небезпечнішим, ніж бета- і g-випромінювання. Тому, для порівняння різних видів опромінювання з точки зору їх ушкодження тканин організму введено поняття еквівалентної дози поглинання
(H ), яку вимірюють в системі СІ одиницею зіверт [Зв]. Зіверт - це одиниця поглинутої дози, що помножується на коефіцієнт, який враховує різну радіоактивну небезпеку для організму від окремих видів іонізуючого випромінювання.
H
=
DQ ,
(1.7)
для
рентгенівського,
-
і
-
випромінювання Q
(коефіцієнт якості) дорівнює 1;
для
10
Мев
=20
n
[(E
<20 кеВ) = 3, E
=(0,1-10 МеВ)=10].
Ефективна
еквівалентна доза - еквівалентна доза
H
,
помножена на коефіцієнт W
, який враховує різну чутливість різних
тканин до опромінювання.
H
=
. (1.8)
Коефіцієнти радіаційного ризику W для різних органів і тканин організму людини:
Статеві органи - 0,25
Молочна залоза - 0,15