Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2

по текстам по ключевым словам в глоссарии по сайтам перевод по каталогу

Геофизические методы исследования земной коры

Ядерно-физические свойства горных пород разделяются на естественные (радиоактивность) и искусственные (гамма-лучевые и нейтронные). Среди более 200 радиоактивных элементов наиболее распространены в земной коре: уран (U) - ~2*10^-4 %, торий (Th) - ~7*10^-4 % и калий-40 (К) - ~1,8 %, дающие вместе около 99 % радиогенного тепла. Количественную оценку радиоактивности в радиометрии чаще всего рассчитывают в единицах уранового эквивалента: 1 eU = 1 Ur = 10^-4 % U. Урановый эквивалент - это такая концентрация (масса) естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), которая эквивалентна излучению урановой руды с концентрацией урана 10^-4 %. Радиоактивность горных пород определяется радиоактивностью минералов, содержащих ЕРЭ. Максимальные значения радиоактивности (свыше 1000 еU) у радиоактивных минералов и руд. В магматических породах при переходе от кислых к основным и ультраосновным радиоактивность уменьшается от 30 до 0,3 еU, у метаморфических меняется в пределах 1-15 еU. У осадочных пород она максимальна в россыпях с радиоактивными элементами (свыше 1000 еU), калийных солях, илах, горючих сланцах (около 100 еU) и глинах, песчаниках, мергелях (около 10 еU), минимальна у карбонатов, кварцевых песков, гипсов, поваренной соли (единицы еU).

Гамма-лучевыми и нейтронными свойствами горных пород определяется их реакция при облучении их гамма-лучами или нейтронами разных энергий и длительности. По эффектам взаимодействия с ядрами и электронами атомов минералов, приводящим к замедлению, рассеянию и поглощению нейтронов, можно судить о химическом составе элементов, а также о плотности, пористости, водородосодержании горных пород. Основным гамма-лучевым свойством, которое определяется химическим составом и плотностью, является коэффициент поглощения гамма-лучей ( $\mu _{ \gamma }$ ), рассчитываемый по вторичному гамма-излучению ( $J _{ \gamma \gamma }$ ). В магматических, эффузивных, метаморфических и скальных осадочных породах коэффициенты поглощения высокие, а в пористых водо-, нефте- и газонасыщенных - низкие.

Основными нейтронными свойствами горных пород, характеризующими их химический состав, водородосодержание (наличие воды, нефти, газа), коллекторские свойства, являются: длина замедления ( $l _{ s}$ в см), время замедления ( $t$ в мкс), поглощение ( $\mu _{ n}$ ) нейтронов, определяемые по интенсивности тепловых нейтронов ( $J _{ nn}$ ) или вторичному гамма-излучению ( $J _{ n \gamma }$ ). Хлор и водородосодержащие породы отличаются наиболее заметными аномалиями нейтронных свойств.

1.4.5. Взаимосвязи петрофизических свойств горных пород.

Связи родственных геолого-гидрогеологических свойств горных пород (физико-механических, деформационно-прочностных, фильтрационно-емкостных) иногда можно выразить в аналитическом виде. Однако чаще они являются корреляционно-статистическими. Иногда они обобщены в виде достаточно стабильных эмпирических формул. Самый надежный способ установления межпараметрических связей - постановка геолого-геофизических работ на ключевых участках изучаемого района. В этом случае в результате статистической обработки материалов можно получить уравнения регрессии для парной или множественной корреляции между разными геолого-гидрогеологическими и геофизическими параметрами.

Особый практический интерес представляют определения геолого-гидрогеологических свойств полевыми геофизическими методами. Например, с помощью гравитационных и магнитных или электрических и ядерных методов можно вести петрофизическое (литологическое) картирование. Применение комплекса методов ГИС позволяет изучать коллекторские свойства пород и выявлять заполнитель пустот (вода, нефть, газ). Основными прикладными задачами петрофизики и является установление подобных связей. Поскольку физико-геологические связи многофакторны, их лучше всего определять с помощью многомерной корреляции. С этой целью для любого геологического свойства в пределах изучаемого района надо получить уравнение многомерной связи этого свойства с рядом геофизических, называемое уравнением регрессии. Например, коэффициент нефтенасыщенности можно определить по формуле $К _{ н} = aV _{ p} + b \rho + c \eta$ , где $а, b, c$ - коэффициенты, которые находятся в ходе эталонирования (обучения) на участках с известными $К _{ н}$ , скоростями продольных волн ( $V _{ р}$ ), удельными электрическими сопротивлениями ( $\rho$ ) и поляризуемостями ( $\eta$ ) нефтеносных пород. Можно попытаться определить ряд геологических свойств по одному геофизическому параметру с помощью одномерных линейных уравнений связи. Однако надежность таких определений невысока.

1.4.6. Построение петрофизических карт.

Петрофизические карты или карты физических свойств пород (петроплотностная, петромагнитная, петроэлектрическая, петроскоростная и др.), полученные по данным лабораторных измерений на образцах, являются фактической основой для петрографического (литологического) картирования изучаемой площади. Масштабы карт определяются густотой точек наблюдения (средние расстояния между точками должны быть не больше 1 см в масштабе карты). Сечение изолиний на картах зависит от точности съемки и должно быть в 3 раза больше среднеквадратических или арифметических ошибок наблюдений. Рекомендуется группировать физические свойства по интервалам их изменения буквенными индексами в алфавитном порядке. Так, для плотности при $\sigma \leq$ 2 г/см³ вводится индекс а, далее с ростом $\sigma$ на 0,05 г/см³ группам придаются индексы в виде букв русского алфавита: при $\sigma$ = 2-2,05 (б), 2,05-2,10 (в), 2,10-2,15 (г), ..., >3,2 (я). Магнитная восприимчивость большинства ферро- и парамагнитных пород с $\chi \lt$ 100*10^-5 ед. СИ обозначается заглавной буквой А, а далее обозначают: при $\chi$ = 100-300 (Б), 300-700 (В), 700-1500 (Г) и т.д. (с увеличением интервала группирования вдвое при $\chi \gt$ 40000*10^-5 ед. СИ (К)). Для скоростей продольных волн вводится латинский алфавит: при $V _{ p}$ = 2,0-2,3 км/с ( а) и далее скорости с интервалом 0,3 км/с обозначаются 2,4-2,7 ( b), 2,8-3,1 ( с), 3,2-3,5 ( d), ..., 7,6-7,9 ( v). При необходимости дается более дробная индексация: a1, a2, ..., A1, A2, ..., d1, d2 и т.п. Один или несколько интервалов группирования физических свойств, соответствующие определенным литологическим или стратиграфическим образованиям на геологической карте, заштриховываются или закрашиваются в соответствии с правилами оформления геологических карт. При достаточном количестве и качестве геологических данных, в том числе петрографических определений образцов, ведется петрографическое (литологическое) группирование пород по физическим свойствам. Сначала выделяются основные генетические типы пород: магматические (интрузивные и эффузивные), метаморфические и осадочные, затем их подразделения (ультраосновные, основные, кислые, карбонатные, песчано-обломочные, глинистые) и, наконец, при достаточной информации дается более точный петрографический (литологический) состав (см. табл. 1.1).

Наиболее важно на картах выделить полезные ископаемые, характеризующиеся экстремальными значениями физических свойств: рудные, отличающиеся очень низкими значениями УЭС ( $\rho\ll$ 1 Ом*м), высокими плотностями ( $\sigma \gt$ 4 г/см³ ); радиоактивные - высокими концентрациями урана (еU > 0,1); железорудные - высокими плотностями ( $\sigma \gt$ 4 г/см³ ) и магнитными восприимчивостями ( $\chi \gt$ 0,01 ед. СИ); нерудные - высокими плотностями ( $\sigma\gt$ 4 г/см³ ) и высокими скоростями продольных упругих волн ( $V _{ p} \gt$ 6 км/с) и т.д.

1.4.7. Выявление аномалосоздающих объектов по геофизическим исследованиям скважин и полевым геофизическим съемкам.

В результате геофизических исследований в скважинах (ГИС) и полевых геофизических съемок получаются графики измеренных параметров (ИП): по одной оси откладываются величины ИП (в скважинах по горизонтали, на графиках полевого профилирования - по вертикали), на другой оси - точки записи (ТЗ), за которые в скважинах принимаются глубины расположения измерительного прибора, а на графиках полевого профилирования - пикеты профиля. В качестве ИП могут быть: гравитационные ( $\Delta g _{ a}$ ), магнитные ( $\Delta T _{ a} , \Delta Z _{ a}$ ), электрические ( $\rho _{ к}$ ), упругие ( $V _{ p} , V _{ s}$ ), термические ( $T^\circ, \Delta T^\circ$ ), ядерные ( $J_{ \gamma } , J _{ \gamma \gamma } , J _{ n \gamma }$ ) и другие аномалии.

Аномалосоздающие объекты с отличающимися физическими свойствами располагаются, как правило, под экстремумами аномалий. Разрезы с горизонтальной слоистостью лучше изучать в вертикальных скважинах, а среды с вертикальной или наклонной слоистостью, даже перекрытые наносами, - с помощью наземного профилирования.

Интерпретация графиков изменения ИП в зависимости от положения ТЗ может быть качественной, т.е. сводиться к визуальному выделению аномалий в виде максимумов, положительных, очень высоких, высоких, повышенных, или минимумов, отрицательных, очень низких, низких, пониженных значений, или участков средних, нулевых значений. По резким градиентам на графиках ИП определяются контакты толщ, отдельных слоев, других геологических тел, а по экстремумам - чаще всего положения центра аномалосоздающих объектов.

Величина аномалий ИП пропорциональна относительным изменениям следующих геофизических свойств горных пород (см. 1.4.1): избыточной плотности ( $\Delta \sigma$ ) в гравиразведке; интенсивности намагничивания ( $J = \chi T _{ ср}$ ) в магниторазведке; УЭС ( $\rho$ ), величины естественных (ЕП) и вызванных (ВП) потенциалов и других параметров поля в электроразведке; упругих параметров ( $V _{ p} , V _{ s} , E, \delta$ ) в сейсморазведке; теплопроводности ( $\lambda _{ т}$ ) в терморазведке, концентрации урана (еU) в радиометрии; длины пути ( $l _{ s}$ ) и времени ( $\tau _{ s}$ ) замедления нейтронов и их поглощений ( $\mu _{ n}$ ), а также коэффициентам поглощений гамма-лучей ( $\mu _{ \gamma }$ ) в ядерной геофизике. Поэтому по соотношениям аномалий на графиках можно судить о соотношениях соответствующих свойств, что при комплексировании нескольких методов дает возможность выяснить литологию и оценить геолого-гидрогеологические свойства пород даже без количественных определений самих свойств (см. табл. 1.1, 1.2). В практике геофизических исследований используются методы количественной интерпретации, позволяющие с помощью ЭВМ по величинам ИП определить физические свойства и геометрические параметры объектов.

Назад| Вперед

Публикации с ключевыми словами: геофизика - Земля - земная кора
Публикации со словами: геофизика - Земля - земная кора

См. также:

Земля из межпланетного пространства

Заход Земли с "Ориона"

Противосумеречные лучи и фестиваль планет

Восход Земли: видео

Ударный кратер Маникуаган: вид из космоса

Земля и Луна: вид с другой стороны

Снежная буря 1938 года в Верхнем Мичигане

Все публикации на ту же тему >>

Обсудить эту публикацию

Версия для печати

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце