- •1. Предмет и методы полевой геофизики
- •2. Гравиразведка
- •2.1. Сила притяжения и ее потенциал
- •2.2. Сила тяжести на поверхности Земли
- •Практическое задание № 1
- •2.3. Вторые производные потенциала силы тяжести и их физический смысл
- •Единицы измерения в гравиразведке
- •2.4. Изменение силы тяжести внутри Земли
- •2.5. Изменения гравитационного поля во времени
- •2.6. Нормальное поле силы тяжести
- •Нормальные значения вторых производных потенциала.
- •2.7. Методы измерений ускорения силы тяжести и устройство гравиметров
- •2.7.1. Классификация методов измерений
- •2.7.2. Динамические методы измерений силы тяжести
- •2.7.3. Статические методы измерений силы тяжести
- •Общее устройство кварцевых астазированных гравиметров.
- •Чувствительная система гравиметра.
- •Подготовка гравиметров к работе
- •2.8. Методика гравиметрической съемки
- •2.8.1. Общие положения
- •2.8.2. Опорная сеть
- •2.8.3. Рядовая сеть
- •2.8.4. Методика топо-геодезического обеспечения гравиметрических работ
- •2.9. Камеральная обработка данных съемки
- •2.9.1. Первичная обработка данных
- •9.2.2. Окончательная обработка
- •1. Поправка за высоту точки стояния прибора.
- •3. Поправка за влияние окружающего рельефа
- •2.10. Решение прямой и обратной задач гравиразведки
- •2.10.1. Способы решения прямой задачи.
- •2.10.2. Способы решения обратной задачи.
- •Практическое задание № 3
- •2.10.3. Построение контактной поверхности
- •Практическое задание № 4
- •Контрольные вопросы
- •3. Магниторазведка
- •3.1. Магнитное поле земли
- •3.1.1. Дипольное поле Земли и элементы вектора геомагнитного поля
- •3.1.2. Магнитосфера и радиационные пояса Земли
- •3.1.3. Структура геомагнитного поля
- •3.1.4. Вариации геомагнитного поля
- •3.1.5. Нормальное магнитное поле
- •3.1.6. Генеральная магнитная съемка и магнитные карты
- •Практическое задание № 5
- •3.1.7. Природа магнитного поля Земли
- •3.1.8. Элементы вектора Та
- •3.1.10. Условия и область применения магниторазведки
- •3.2. Магнетизм горных пород
- •3.2.1. Магнитные свойства минералов
- •3.2.2. Магнитные свойства горных пород
- •3.2.3. Палеомагнетизм и археомагнетизм
- •3.3. Способы измерения магнитногополя
- •3.3.1. Классификация способов измерений магнитного поля
- •3.3.2. Оптико-механические магнитометры.
- •3.3.3. Феррозондовые магнитометры.
- •Протонные магнитометры.
- •Квантовые магнитометры.
- •3.3.6. Индукционные и криогенные магнитометры.
- •3.4. Методика полевых работ и обработка полевых данных
- •3.4.1. Методика полевых магнитных съемок
- •3.4.2. Обработка данных магнитной съемки
- •3.5. Различие и взаимосвязь гравитационных и магнитных аномалий
- •3.5.1. Особенности гравитационных и магнитных аномалий
- •3.5.2. Определение величины и направления вектора намагничения геологических тел по наблюденным гравимагнитным аномалиям
- •Практическое задание № 6
- •Контрольные вопросы
- •4. Электрические методы разведки
- •4.1. Физико-геологические основы и классификация методов электроразведки
- •Метод сопротивлений
- •4.2.1. Нормальные поля точечных и дипольных источников
- •4.2.2. Электрическое профилирование (эп).
- •Над вертикальным пластом. Установка (в см) а2в6m2n.
- •4.2.3.Вертикальные электрические зондирования
- •Практическое задание № 7
- •Факторы, определяющие электрические свойства горных пород
- •Методы электрохимической поляризации
- •Метод естественного электрического поля
- •- Медный стержень; 2 – пробка; 3 – резиновая прокладка; 4 – пластмассовый корпус; 5 – пористый сосуд.
- •Практическое задание № 8
- •4.3.2. Метод вызванной поляризации
- •Электромагнитные и магнитотеллурические методы
- •Общие принципы электромагнитных зондирований.
- •Дистанционные и частотные зондирования
- •Магнитотеллурическое зондирование
- •Контрольные вопросы.
- •5.1.2. Устойчивое и подвижное радиоактивное равновесие
- •5.1.3. Единицы измерения радиоактивных величин.
- •5.2. Способы регистрации радиоактивных излучений
- •5.2.1. Газонаполненные детекторы излучения
- •5.2.2. Сцинтилляционные счетчики
- •5.2.3. Полупроводниковые счетчики
- •5.3. Основы полевой гамма-спектрометрии
- •5.3.1. Принцип раздельного определения u(Rа), Тh, к.
- •5.3.2. Факторы, влияющие на результаты γ-спектрометрии
- •5.3.3. Обработка и интерпретация материалов аэрогамма-съемки
- •5.3.4. Характеристика аэрогамма-спектральных аномалий
- •Контрольные вопросы.
- •6. ТерМические методы разведки
- •6.1. Физико-геологические основы терморазведки
- •6.1.1. Тепловые и оптические свойства горных пород.
- •6.1.2. Принципы теории терморазведки
- •6.1.3. Тепловое поле Земли
- •6.2. Аппаратура для геотермических исследований
- •6.3. Методика работ и области применения терморазведки
- •Контрольные вопросы
- •7. Возможности методов полевой геофизики при поисках нефтегазовых месторождений
- •7.1. Применение гравиразведки
- •1.Локальные структуры тектонического типа.
- •2.Локальные структуры аккумулятивного типа
- •7.2. Применение магниторазведки
- •7.2.1. Отражение месторождений углеводородов в региональном магнитом поле
- •7.2.2. Возможности магниторазведки при поисках залежей углеводородов.
- •Применение электроразведки для поисков нефтеперспективных объектов
- •7.3.1. Геоэлектрическая модель залежи углеводородов
- •7.3.2. Применение методов электроразведки для поисков нефтегазовых структур
- •Комплексирование методов полевой геофизики для поисков нефтеперспективных объектов
- •7.4.1. Физико-геологические модели залежей углеводородов
- •7.4.2. Комплексирование геофизических методов при нефтегазопоисковых работах.
- •Практическое задание № 9
- •Справочные сведения к выполнению работы.
- •4. Контрольные вопросы.
- •Литература
5.1.3. Единицы измерения радиоактивных величин.
В понимании единиц радиоактивности существуют объективные трудности, связанные с тем, что имеются единицы измерения как самого явления, так и единицы по измерению воздействия этого явления на вещество. В соответствии с этим выделяют единицы активности и единицы дозы.
ЕДИНИЦЫ АКТИВНОСТИ (радиоактивности). Первой общепринятой единицей радиоактивности была принята активность 1 грамма химически чистого радия, т.е. 3.7 1010 распадов в секунду. Эта единица была названа Кюри (Ки). А единица в один распад за секунду называется Беккерель (Бк). Таким образом :
1 Ки = 3.7 1010 Бк или 1 Бк = 2.7 10-11 Ки
Активность радионуклида прямо пропорциональна его количеству, поэтому количество радиоактивного вещества можно измерить, определив его активность в Бк/кг, Ки/л и т.д.
Радиоактивность 1 грамма некоторых других элементов относительно радия будет следующей:
Элемент |
Радиоактивность 1 г., (Ки) |
Элемент |
Радиоактивность 1 г., (Ки) |
U235 |
2.110-6 |
Co60 |
1.110-3 |
Cs137 |
87 |
C14 |
4.6 |
I131 |
1.2105 |
Rb87 |
8.510-8 |
Th232 |
1.1107 |
Sr90 |
145 |
Pu239 |
6.110-2 |
K40 |
6.810-6 |
Единицы Ku/г , Бк/ л, Ku/л и т.д. называются единицами удельной активности. Существует также площадная активность - радиоактивность вещества , приходящаяся на 1 ед. площади, то есть: Ku/м2, Ku/ км2 , Бк/м2, и т. д.
Для оценки активности жидких и газообразных радионуклидов (Rn, Tn и др.) часто используется понятие объемная концентрация радиоактивности, т. е. Количество распадов в единицу времени , отнесенное к объему вещества (Ku/л, Ku/м3,Бк/л; Бк/м3 и т. д.). Первоначально объемная концентрация радона измерялась в эманах и махе:
1 эман = 10-10 Ku/л = 220 расп/ мин л
1 махе = 3,64 эман = 3,64 10-10 Ku/л = 780 расп/мин л.
Характеризуя радиоактивность какого-либо материала, обычно конкретно указывают, о каком радионуклиде идет речь. При этом радиоактивность других изотопов, присутствующих в этом материале (напр., в грунте), не учитывается.
Например, для почв указывают отдельно радиоактивность по урану, торию и калию. Общая суммарная радиоактивность данной почвы от естественных радионуклидов не будет равна простой сумме активностей, а будет определяться по специальным зависимостям.
Суммарная эффективная удельная активность радионуклида (АС) при оценке соответствия строительных и некоторых других материалов радиационно-гигиеническим нормативам определяется:
Ac = ARa3.410-7 + 1,31ATh + 0,085AK, (5.13)
где ARa ; ATh ; AK - удельные активности урана, тория и калия.
Если в материале определялась концентрация урана, а не радия, то вместо ARa подставляется содержание равновесного урана. Тогда формула (1) будет иметь вид:
AC =AU3.410-7+1.31ATh + 0.085AK . (5.14)
При загрязнении материалов (грунтов, почв) техногенными радиоизотопами общая радиоактивность от загрязнения определяется как сумма активностей от каждого изотопа.
Например, если почва была загрязнена цезием, стронцием и кобальтом и их активности составляют соответственно 110 Бк/кг, 90 Бк/кг и 60 Бк/кг , то общая радиоактивность ( A ) почв составит:
A = AC + 110 + 90 + 60.
Для перехода от удельной активности в Бк/кг; Бк/г и т.д. к площадной (Pв Бк/м2, Ku/км2) и др. необходимо знать плотность (объемный вес) вещества. Различными авторами предложены разные переходные формулы, из которых наиболее известны и просты следующие (Гавшин В.М., Сухоруков Ф.В. и др., 1993):
P(Бк/км2) = А(Бк/кг)dh107 ,
P(мКu/км2) = 0.27*А(мКu/км2)Аdh,
где d - плотность вещества, откуда берется проба (г/см3 ), h - глубина отбора пробы в см.
ЕДИНИЦЫ ДОЗЫ
В процессе распада радиоактивных элементов образуются потоки -квантов, и -частиц, способных ионизировать окружающую среду (воздух, воду, биологические ткани и др.) и сообщать веществу дополнительную энергию.
Например, если при воздействии -квантов в см3 воздуха при нормальных условиях происходит его ионизация с образованием 2.08*109 пар ионов (что соответствует электрическому заряду в 1 Кулон , а также поглощению 88 эрг энергии в 1 г воздуха ), то говорят, что экспозиционная доза - излучения соответствует 1 Рентгену (Р).
Экспозиционная доза, отнесенная ко времени, называется мощностью экспозиционной дозы. В системе СИ она измеряется в А/кг, но чаще используют внесистемные единицы Р/c; Р/ч; кР/ч; кР/c и т.д.
Переход от единиц активности вещества, выраженных, например, в кКu, к мощности экспозиционной дозы -излучения данного радионуклида в Р/ч, осуществляется при помощи гамма-постоянных, характерных для каждого изотопа и приведенных в справочной литературе (напр., Справочник по дозиметрии,1974).
Гамма-постоянная любого радионуклида равна мощности экспозиционной дозы -излучения нуклида в Р/час, которая создается точечным изотропным -источником активностью 1 мКu на расстоянии 1 см. Единица измерения -постоянной - Р*см2/г*мКu. Например, от источника Ra-226 активность 1 мКu на расстоянии 1 см создается мощность экспозиционной дозы -излучения 9.36 Р/ч, а от такого же источника цезия -137 - 3.1 Р/ч и т.д.
Кроме экспозиционной дозы, характеризующей степень ионизации воздуха, существует и другое понятие - поглощенная доза (DП) - это энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества. В системе СИ единицей ее измерения служит Грей (Гр): 1Гр = 100 рад.
Поглощенная доза, отнесенная ко времени поглощения, называется мощностью поглощенной дозы и измеряется в Гр/ч, Гр/с, мГр/ч, рад./с, рад/год и т.д.
По всему спектру -излучения до энергии 3 мэВ 1Р экспозиционной дозы соответствует поглощенной дозе в биологической ткани в 0.93 рад., т.е. 1Р около 0.93 рад., или 1Р 0.0093 Гр, тогда как в воздухе 1Р 0.88 рад.
Биологический эффект воздействия ионизирующего излучени зависит от вида излучения энергии частиц и -квантов. Например, -частица с энергией 4 мэВ проходит 31 мкм биологической ткани, а с энергией 10 мэВ - 130 мкм.
Связь понятий поля, дозы, радиобиологического эффекта и единиц их измерения можно представить в виде схемы, приведенной в таблице 5.1 (по Л.П.Рихванову, 1997).
Таблица 5.1
Характеристика: |
Источника |
Поля |
Облучения объектов |
||
|
|
|
Неживых |
Живых |
|
Величина |
Активность (С) |
Экспозиционная доза (X) |
Поглощенная доза (D) |
Эквивалентная доза (Н) |
|
Едини- цы |
СИ |
Беккерель (Бк) |
Кулон/кг (Кл/кг) |
Грей (Гр) |
Зиверт (Зв) |
изме-рения |
Внесис-темная |
Кюри (Кu) |
Рентген (Р) |
Рад |
Бэр |
Степень воздействия радиоактивного излучения на биологические системы оценивается с помощью относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучения, которая выражается по отношению к дозе условно принятого стандартного типа излучения. Кроме того, для количественной оценки воздействия радиоактивного излучения на биологические ткани введено понятие коэффициента (или фактора) качества излучения ( КК или ФК ). Для -излучения КК = 1, для -излучения КК = 10, для -излучения с энергией 10 Мэв КК = 20.
Эквивалентная доза определяется, как поглощенная доза, умноженная на коэффициент качества излучения:
Н= D КК. (5.15)
При приближенных расчетах обычно принимают, что для -излучения 1 бэр 1Р 0.93 рад. Сейчас основной единицей измерения эквивалентной дозы является Зиверт (Зв),
1 бэр = 100 Зв.