 |
Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2 http://variable-stars.ru/db/msg/1173324/page15.html |
3.4.5. Изучение четвертичных и покровных образований геофизическими методами.
Открытые, полузакрытые и закрытые районы могут иметь одно-, двух- и трехъярусное строение в зависимости от наличия четвертичного, покровного и вулканогенного комплекса пород. Каждый из этих комплексов, с одной стороны, представляет самостоятельный интерес и исследуется определенным набором геофизических методов, а с другой - имеет большое значение для изучения соседних, в основном подстилающих, комплексов и выбора для этого соответствующих геофизических методов.
Четвертичные (как правило, глинистые и песчано-обломочные) отложения характеризуются пониженными значениями плотности (1,2-2,5 г/см3 ) и скоростей распространения упругих волн (от 300 до 2000 м/с), изменчивой (более чем в 100 раз) и невысокой намагниченностью, широким интервалом изменения удельных электрических сопротивлений (от единиц омметров для глин до десятков - для песков и сотен - для гравийных отложений), различными значениями электрохимической активности, поляризуемости, диэлектрической проницаемости, слабой для песчаных и повышенной для глинистых пород радиоактивностью.
Литологические разности четвертичных отложений выделяют, в основном, методами электроразведки (электрическое и электромагнитное профилирование), магниторазведки, радиометрии, реже сейсморазведки. Для расчленения разреза по вертикали и определения мощности четвертичных отложений используют вертикальные электрические зондирования и опорную сейсморазведку МПВ, реже МОВ.
На графиках, картах, кривых зондирований глинистые и суглинистые породы выделяются минимумами кажущихся и эффективных сопротивлений, положительными естественными электрическими потенциалами, иногда локальными аномалиями повышенного магнитного поля, повышенными радиоактивностью и скоростями распространения упругих волн. Песчано-галечниковые породы отличаются повышенными и высокими сопротивлениями, отрицательными естественными потенциалами, отсутствием аномалий магнитного поля (за исключением железистых песков) и гамма-активности, пониженными скоростями упругих волн.
Покровные (т.е. коренные осадочные) отложения, особенно глинистые и песчано-гравийные, характеризуются теми же физическими свойствами и выделяются такими же аномалиями, как четвертичные. У скальных осадочных пород, по сравнению с рыхлыми, выше плотность, скорость распространения упругих волн, удельное электрическое сопротивление, ниже электрохимическая активность, намагниченность, радиоактивность.
Геофизические методы при изучении покровных осадочных отложений служат для решения следующих задач:
- определения общей мощности покровных отложений и глубины залегания коренных складчатых пород (кристаллического фундамента);
- литологического расчленения покровных образований по вертикали;
- выделения литологических разностей пород в плане, а также круто слоистых толщ;
- решения структурно-тектонических задач (определения падения, простирания пород, выделения складчатых структур и разрывных нарушений).
Решение первых двух задач осуществляется сейсморазведкой (МОВ, МПВ) и зондированиями: электрическими (ВЭЗ, ДЗ) при мощности покровных отложений до 500 м или электромагнитными (МТЗ, ЗС, реже ЧЗ) при больших мощностях, а также гравиразведкой. Для решения третьей и четвертой задач наибольшее применение находит электрическое профилирование на постоянном (при глубинности до 500 м) и на переменном (при глубинности до 200-300 м) токе. При больших глубинах используют грави-, магнито-, электро- и сейсморазведку.
3.4.6. Детальное изучение фундамента геофизическими методами.
Вулканогенные породы, которые слагают фундамент, отличаются повышенными значениями плотности (2,6-3,3 г/см3) и намагниченности ((102 - 105)*10-5 ед. СИ), увеличивающимися по мере того, как становится более основным состав пород; разной остаточной намагниченностью; высокими скоростями распространения упругих волн (3-7 км/с); высокими значениями электрических сопротивлений (103 - 105 Ом*м); слабой естественной и вызванной поляризуемостью; различной радиоактивностью (повышенной у кислых и пониженной у основных пород).
При крупномасштабном, т.е. детальном, изучении вулканогенных пород перед геофизическими методами ставят следующие задачи:
- выделение площадей распространения вулканогенных образований;
- расчленение вулканогенных толщ по составу и морфологии;
- определение границ, формы, строения отдельных вулканогенных тел.
Вулканогенные породы складчатого основания, как в условиях одно-, так и двух-, и трехъярусного строения изучают методами магнито-, гравиразведки, радиометрии, меньшее значение при этом имеют электропрофилирование и сейсморазведка. Работы по картированию вулканогенных пород начинают с комплексных двух- и трехметодных аэрогеофизических съемок с дальнейшим уточнением геологического строения с помощью полевых гравимагнитных и гамма-эманационных съемок. При малой мощности покровных отложений (единицы - первые десятки метров) можно использовать высокочастотные методы электромагнитного профилирования: сверхдлинноволновое радиокомпарационное (СДВР) и дипольное электромагнитное (ДЭМП), а при повышенной мощности (десятки - первые сотни метров) - методы профилирования: низкочастотные: переменного естественного электрического или магнитного (ПЕЭП или ПЭМП) или на постоянном токе естественными (ЕП) или искусственными полями (ЭП). Выбор одного, а лучше двух-трех полевых методов определяется физическими свойствами пород и геолого-геофизическим строением района работ.
Для различных вулканогенных пород характерны следующие аномалии. Гранитоидные интрузии отличаются от основных и ультраосновных по составу минимумами аномалий гравитационного поля, кажущихся сопротивлений и скоростей распространения упругих волн, повышенными магнитными и радиоактивными аномалиями. Аномалии типа ступени наблюдаются над вытянутыми контактами разных пород, а кольцевые аномалии - над куполами и горстами, субвулканами, вулканическими аппаратами, трубками взрыва. Эффузивные породы в геофизических полях отображаются менее четко, чем интрузивные.
Метаморфические породы фундамента характеризуются большими интервалами изменения физических параметров. Например, плотность у них изменяется от 2,4 до 3,4 г/см3, возрастая с увеличением степени метаморфизма. Метаморфические породы могут быть как немагнитными, так и сильно магнитными, что определяется содержанием ферромагнитных минералов. Они различаются высокими значениями скоростей распространения упругих волн (4-7 км/с) и электрических сопротивлений (103 - 10/6 Ом*м), низкой естественной и вызванной поляризуемостью, слабой радиоактивностью.
При исследовании метаморфических толщ применяют практически те же геофизические методы, что и при изучении вулканогенных.
Характер геофизических аномалий над различными метаморфическими образованиями зависит от того, какие породы, как и в какой степени подвергались метаморфизму. Наиболее уверенно картируются границы между осадочными и метаморфическими породами. Границы вулканогенных и метаморфических пород выделяются хуже, так как физические свойства тех и других различаются мало. Окварцевание и серицитизация приводят к уменьшению значений гравитационного, магнитного, естественных электрического и радиоактивного полей, увеличению кажущихся электрических сопротивлений и скоростей распространения упругих волн. Пиритизация и графитизация ведут к увеличению значения параметров гравитационного, магнитного полей и радиоактивности, к появлению интенсивных аномалий естественных и вызванных потенциалов, проводимости по данным электрического и электромагнитного профилирования.
3.4.7. Изучение разрывных нарушений.
Особым объектом детальных картировочных геофизических исследований являются зоны разрывных нарушений. Они представляют собой сравнительно узкие и вытянутые участки с нарушенной сплошностью осадочных, изверженных и метаморфических пород. По зонам разрывных нарушений может происходить смещение контактирующих пород, а сами они характеризуются дроблением, разрушенностью, трещиноватостью. Благодаря этому по ослабленным участкам может происходить внедрение магматических расплавов и минерализованных растворов. В самой зоне дробления изменяются физические свойства пород: уменьшается плотность за счет повышения пористости; возрастает магнитная восприимчивость вследствие привноса ферромагнитных минералов (иногда, наоборот, она уменьшается); уменьшается скорость, увеличиваются затухание и дифракция упругих волн из-за раздробленности пород; уменьшается электрическое сопротивление либо из-за наличия рудных минералов, либо за счет присутствия глинистого материала и увлажненности пород; повышается содержание радона и других радиоактивных газов и т.п.
Таким образом, зоны разрывных нарушений характеризуются четкими структурными и физическими признаками. С помощью геофизических методов их детально изучают как при площадном картировании окружающей территории, так и самостоятельно. В обоих случаях вдоль профилей, перпендикулярных к предполагаемым направлениям разрывных нарушений, проводят сначала аэрогеофизическую, а затем с учетом геологического строения и физических свойств пород - наземную геофизическую съемку.
Разрывные нарушения выделяются вытянутыми линеаментами на аэрокосмических снимках или полосовыми, линейно вытянутыми, ступенчатообразными хорошо коррелирующимися по профилям аномалиями по данным ряда геофизических методов. Над ними наблюдаются слабые гравитационные и интенсивные магнитные аномалии или градиентные зоны для этих методов; зоны повышенной проводимости (при наличии раздробленных обводненных пород или рудной минерализации) и повышенного сопротивления (при окварцевании, ороговиковании пород) по данным электрического и электромагнитного профилирования; резкая смена геоэлектрических и геосейсмических условий. В блоках пород, контактирующих по сбросам, по данным электрических, электромагнитных зондирований и сейсморазведки наблюдаются смещения по вертикали опорных горизонтов.
Для изучения динамики процессов в зонах нарушений, т.е. с целью мониторинга геодинамических процессов, напряженного состояния пород, техногенных воздействий, особенно в пределах городских агломераций и крупных промышленных или энергетических объектов, необходимы регулярные повторные измерения физических полей, желательно с помощью телеметрических систем наблюдений.