1. Предмет и методы полевой геофизики

Методы полевой геофизики относятся к разведочной геофизике, которая составляет одну из прикладных ветвей геофизики – науки, изучающей физические явления и процессы, которые протекают в оболочках Земли и в ее ядре.

Предметом геофизики является Земля с ее твердой оболочкой (литосферой), морями, океанами, наземными и подземными водами (гидросферой) и воздушной оболочкой (атмосферой). Геофизику можно разделить на две крупные ветви – физику Земли и физику оболочек Земли (рис. 1.1). Физику Земли составляют разделы:

• сейсмология, изучающая закономерности прохождения сейсмических волн внутри Земли, ее сейсмичность и причины возникновения землетрясений;

• геоэлектрика, занимающаяся изучением электрической модели Земли и закономерностей распространения электромагнитных полей внутри нее;

• геомагнетизм, изучающий магнитное поле Земли, его изменение во времени, причины полярных сияний и др.;

• геотермия, которая изучает температурный режим внутри Земли и ее температурные аномалии;

• гравиметрия, изучающая гравитационное поле, фигуру Земли (в этом задачи и методы гравиметрии и геодезии совпадают) и распределение плотности внутри нее.

Рис.1.1. Разделы геофизики

Физика оболочек Земли делится на физику атмосферы, гидросферы и литосферы (Рис. 1.2.) Наряду с другими, физические методы изучения атмосферы используются в аэрономии, метеорологии, климатологии. При изучении гидросферы также физические методы используются в океанологии, лимнологии (изучение озер), речной гидрологии и гляциологии (изучение ледников).

Физика литосферы, в свою очередь, делится на общую, изучающую региональные физические неоднородности литосферы и закономерности размещения в ней полезных ископаемых. Разведочная геофизика является частью физики литосферы и предметом ее изучения является верхняя часть земной коры, где размещены доступные для человека полезные ископаемые.

Рис.1. 2. Разделы физики оболочек Земли

Методы геофизических исследований – это способы изучения и анализа физических полей и явлений на земной поверхности, в шахтах, скважинах, на поверхности и в глубинах моря, на различных высотах в атмосфере и в окружающем Землю космическом пространстве.

По месту, технологии измерений физических полей и специфике решаемых задач выделяют технологические комплексы разведочной геофизики:

1. Спутниковый

2.Аэрогеофизика

3. Полевая (наземная) геофизика

4. Подземная

-исследования в скважинах (каротаж и скважинная геофизика),

-исследования в горных выработках (шахтно-рудничная геофизика),

5. Морская (надводная, подводная и донная).

По области применения разведочную геофизику делят на отрасли:

1. Региональную, изучающую крупные структуры земной коры и закономерности размещения полезных ископаемых.

2. Нефтегазовую, занимающуюся поиском и разведкой месторождений углеводородного сырья.

3. Рудную, целью которой являются поиски и разведка рудных месторождений различного состава.

4. Нерудную, занимающуюся поисками и разведкой месторождений строительных материалов и другого нерудного сырья.

5. Инженерную, которая занимается изысканиями под строительство различных зданий и промышленных сооружений.

6. Экологическую, образовавшуюся только в последнее десятилетие и занимающуюся вопросами оценки загрязнения (в т.ч. полевого) геологической среды и прогнозами природных и техногенных катастрофических явлений.

По характеру используемых для измерений полей геофизические методы можно разделить на активные (А), использующие для измерений искусственно создаваемые поля и пассивные (Р), измеряющие естественные поля, создаваемые геологическими неоднородностями.

Среди методов разведочной геофизики выделяют следующие (рис.1. 3):

Рис. 1.3. Классификация методов разведочной геофизики

1. Гравиразведка, изучающая аномалии поля ускорения силы тяжести над геологическими объектами и являющаяся пассивным методом. Для сокращения в гравиразведке часто поле ускорения силы тяжести называют полем силы тяжести. Аномалиеобразующим физическим свойством в гравиразведке является плотность горных пород.

2. Магниторазведка изучает магнитные аномалии, создаваемые горными породами различного состава и является также в основном пассивным методом. Однако есть некоторые модификации, использующие искусственное подмагничивание массивов горных пород. Аномалиеобразующими физическими свойствами здесь являются магнитная восприимчивость и остаточная намагниченность горных пород.

3. Электроразведка. Строго говоря, электроразведку нельзя назвать методом разведочной геофизики, поскольку она является целой группой методов (и модификаций), использующих для изучения геологического строения районов различные электрические и электромагнитные поля (от постоянного тока до радиоволновых частот) и, соответственно, различные физические свойства. Методы могут быть как активные, так и пассивные. Чаще всего в электроразведке изучается удельное электрическое сопротивление горных пород, но достаточно широко распространены методы, изучающие электрохимическую активность, поляризуемость, диэлектрическую проницаемость и другие параметры.

4. Сейсморазведка изучает физические поля упругих (сейсмических) колебаний и наиболее широко используется в нефтегазовой геологии. Поэтому по учебному плану образовательной программы «Геолого-геофизические проблемы освоения месторождений нефти и газа» она рассматривается отдельным курсом и в данном пособии не затрагивается.

5. Радиометрия и ядерная геофизика чаще всего рассматриваются вместе, хотя решаемые задачи и методические подходы здесь различаются. Радиометрия основана на изучении естественной радиоактивности горных пород и руд (пассивные методы), а ядерно-геофизические методы исследования основаны на взаимодействии источника внешнего излучения (альфа-, бета-, гамма-излучения или нейтронов) с ядрами или с электронами глубоких орбит атомов вещества, то есть являются активными методами. При этом выводы делаются на основании измерения вторичных излучений, возникающих в результате взаимодействия атомов вещества с внешним излучением.

6. Геотермические методы изучают теплопроводность, теплоемкость горных пород и преимущественно являются пассивными. При инженерно-геологических термических исследованиях используются и активные термические методы, изучающие температуропроводность среды.

7. Основой или фундаментом всех геофизических методов является петрофизика – наука о физических свойствах горных пород и закономерностях их изменения. Все геофизические поля, изучаемые геофизическими методами, определяются соответствующими физическими свойствами горных пород, которые изменяются в зависимости от условий образования горной породы и последующих физико-химических процессов.