Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Сознание. Ощущение. Восприятие. Внимание. Память. Воображение. Мышление. Речь. Эмоции и чувства. Воля. Личность. Направленность. Потребности. Установк...полностью>>
'Документ'
Для начала следует отметить, что работа школьного психолога на первых порах включения образовательного учреждения в инклюзивное пространство может быт...полностью>>
'Документ'
Мужчина 23 лет обратился к фельдшеру с жалобами на общую слабость, недомогание, головную боль, повышение температуры тела до 37,50С, сухой кашель. Бол...полностью>>
'Анализ'
Русская сатирическая проза 30-х годов ХХ века, несмотря на то что господствующая идеология требовала от писателей прежде всего изображения героев инду...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ПРЕДИСЛОВИЕ

Важнейшими инструментами познания современной структуры и истории формирования и развития геологической среды являются, помимо геологических (бурение, геологическая съемка и др.), геофизические методы исследований. Эти методы базируются на известные физические законы, используемые геофизиками для изучения внутреннего строения и вещественных неоднородностей Земли и для решения конкретных региональных и поисково-разведочных геологических задач. Геофизика сочетает в себе физико-математические и геологические науки. Поэтому для овладения геофизическими методами исследований геофизик должен хорошо знать соответствующий физико-математический аппарат и понимать сущность геологии.

В свою очередь современный геолог должен знать не только о существовании геофизических методов поисков и разведки полезных ископаемых, но и ясно представлять физические основы этих методов, их возможности в решении теоретических и поисково-разведочных задач геологии, степень достоверности геофизических конструкций и моделей геологической среды, уметь перевести геофизические данные – геофизические поля и модели разрезов – на геологический язык. Будучи ответственным за геологическое задание, он обязан геофизически грамотно ставить перед геофизиками задачи на его выполнение.

К сожалению учебной литературы по геофизике в библиотеках Минска и Белорусского государственного университета пока недостаточно, она имеется лишь в единичных экземплярах, а применительно к геологическим условиям территории Беларуси вообще отсутствует.

Этот пробел призвано заполнить настоящее пособие. Оно подготовлено на основании многолетнего чтения автором лекций студентам- геологам и геофизикам географического факультета Белорусского государственного университета по курсу «Геофизические методы исследований».

Пособие открывается характеристикой современных представлений о внутреннем строении Земли в целом и особенностей глубинного строения тектоносферы на территории Беларуси. Приведена концепция геофизических исследований как для решения задач теоретической геологии, так и задач поисков и разведки полезных ископаемых.

Изложение геофизических – сейсмического, электрического, гравитационного и магнитного – методов исследования глубин земных недр ведется по единой схеме: физические и геологические условия возникновения поля, системы наблюдений и измеряемые характеристики поля, теория поля, методы решения прямых и обратных задач, методы выделения из наблюденного поля полей конкретной геологической природы, методика построения по наблюденным данным физических разрезов земной коры и пути их геологической интерпретации поля.

Вопросы же собственно геологической интерпретации геофизических полей, использования геофизических методов исследований непосредственно для решения региональных и разведочных геологических задач в Беларуси, читаемые студентам в курсах «Интерпретация геофизических материалов» и «Сейсмогеология», в данное пособие не вошли.

При подготовке настоящего пособия использованы учебники и учебные пособия ведущих советских и российских геофизиков. На наш взгляд, предлагаемое пособие будет полезным не только для усвоения студентами курсов лекций по геофизике, но и даст им основу для понимания геолого-геофизических задач, решаемых в Беларуси.

Автор выражает искреннюю признательность В. Н. Губину, Р. Г. Гарецкому, В. Н. Астапенко и Ю. Н. Стаднику, Г. И. Дорошкевич, Н. Р. Рудковской и Г. В. Черной за активное участие в подготовке пособия.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

3

ВВЕДЕНИЕ

5

1. Земля: ее внутреннеЕ строение и неоднородности

7

2. концепция геофизических исследований

20

3. сейсмический метод разведки

25

3.1. физические условия возникновения сейсмического поля

25

3.1.1 Условия образования отраженных и преломленных волн

29

3.1.2. Соотношение различных типов сейсмических волн

30

3.2. Геологические условия сейсморазведки

33

3.3. Системы наблюдений и измеряемые характеристики сейсмического поля

35

3.4. Интерпретация сейсмических полей

40

3.4.1. Теория полей времен и годографов.

40

3.4.1.1. Поле времен и годограф прямой волны..

43

3.4.1.2. Поле времен и годограф отраженной волны

44

3.4.1.3. Поле времен и годограф преломленной волны

45

3.4.2..Построение сейсмических разрезов

46

3.4.2.1. Определение скоростей сейсмических волн

46

3.4.2.2. Построение отражающих и преломляющих границ

48

3.4.3. Геологическая интерпретация сейсмических данных

51

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗВЕДКИ

52

4.1. Физические условия распространения электрического поля в геологической среде

52

4.2. Системы наблюдений и измеряемые характеристики электрического поля

57

4.2.1. Электроразведка на постоянном токе

57

4.2.2. Электроразведка на переменном токе

64

4.3. Геологические условия применения электроразведки

65

4.4. Интерпретация данных электроразведки

67

4.4.1. Теория потенциального поля: прямая и обратная задачи

67

4.4.2. Геологическая интерпретация данных электроразведки

75

5. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД РАЗВЕДКИ

78

5.1. Физические основы гравиразведки

78

5.2. Геологические предпосылки гравиразведки

84

5.3. Методы измерения силы тяжести

87

5.4. Интерпретация гравитационных аномалй

89

5.4.1. Теория количественной интерпретации

89

5.4.1.1. Прямая задача

90

5.4.1.2. Обратная задача

98

5.4.2. Практические приложения теории гравитационного потенциал

101

5.4.3. Геологическая интерпретация гравитационных аномалий

104

6. МАГНИТНЫЙ МЕТОД РАЗВЕДКИ

106

6.1. Физико-геологические основы магниторазведки

106

6.2. Методы измерения геомагнитного поля

112

6.3. Интерпретация данных магниторазведки

116

6.3.1. Теория магнитного потенциала: прямая и обратная задачи

116

6.3.1.1. Тела правильной геометрической формы

118

6.3.1.2. Тела произвольной формы сечения

124

6.3.2. Практические приложения теории магнитного потенциала

125

6.3.3. Геологическая интерпретация данных магниторазведки

127

7. КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

130

7.1. Теория комплексирования геофизических полей

130

7.2. Примеры построения комплексных геофизических разрезов

135

7.3. Методика комплексной интерпретации геологических и геофизических данных

142

ЛИТЕРАТУРА

145

ВВЕДЕНИЕ

Геофизика – наука, изучающая физические поля, строение и физические свойства вещества Земли, физические процессы, происходящие в ее твердой (земная кора, мантия, ядро), жидкой (гидросфера) и газовой (атмосфера) оболочках. Термин «геофизика» чаще всего применяют для науки о физических явлениях только в твердых сферах Земли. Науку же о физических процессах в гидросфере называют физикой морей и океанов или гидрофизикой, а в атмосфере – физикой атмосферы.

Геофизика как наука о строении и физических неоднородностях твердой сферы Земли, подразделяется на физику Земли и поисково-разведочную геофизику (геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых). При этом она является комплексной наукой, включающей сейсмо-, грави-, термо-, электро-, магнито- и нуклеометрию (ядерную геофизику).

Физика Земли – теоретическая наука. Она изучает глубинное строение Земли и физические процессы, протекающие в ее глубинных оболочках. Развивается главным образом в академических институтах и университетах. В Республике Беларусь этой наукой занимается Институт геохимии и геофизики Национальной Академии наук Беларуси.

Поисково-разведочная геофизика, чаще именуемая как геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых или как разведочная геофизика (синоним – геофизическая разведка), – прикладная наука, изучающая физическими методами строение и вещественный состав верхнего слоя земной коры, в котором размещены месторождения полезных ископаемых, доступные для их извлечения современными способами. Геофизическая разведка основана на использовании различий физических свойств искомых полезных ископаемых и вмещающих их горных пород. В разведочных целях применяются гравитационный (плотность), магнитный (намагниченность), электрический (удельное электрическое сопротивление), сейсмический (волновое сопротивление и скорость распространения сейсмических волн), радиоактивный (радиоактивность) методы поисков и разведки в различных их модификациях.

Различают структурную, рудную и промысловую (геофизические исследования в скважинах) геофизику.

Поисково-разведочной геофизике как прикладной науке, уделяется большое внимание в отраслевых научно-исследовательских институтах, в вузах на факультетах геолого-геофизического профиля, а также в научно-производственных объединениях (в Республике Беларусь – в Белорусском научно-исследовательском геологоразведочном институте РУП «Белгеология»).

Геофизика тесно связана с физико-математическими, техническими (электроника, автоматика, кибернетика, космонавтика) и геологическими (геология, планетология, геохимия, геотектоника и др.) науками.

  1. 3. СЕЙСМИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗВЕДКИ

  2. 3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

  3. СЕЙСМИЧЕСКОГО ПОЛЯ

  4. Сейсмический метод разведки (сейсморазведка) основан на свойстве горных пород упруго деформироваться под воздействием внешних сил, возбуждаемых взрывами, и передавать упругую энергию от точки (частицы) к точке (частице) посредством упругих или сейсмических волн. Сейсмические волны распространяются в различных физико-геологических средах с разной скоростью, отражаясь и преломляясь на границах сред с разными упругими свойствами. Суть сейсморазведки заключается в следующем.

  5. На профиле изучения сейсмогеологического строения последовательно расстанавливаются сейсмические приемники (рис. 3.1). В точке начала профиля в скважине на глубине 20–50 м закладывают взрывчатое вещество и взрывают его. При взрыве за пределами зоны разрушения частицы среды упруго деформируются, образуя сейсмические волны. Распространяясь в среде, волны, достигнув какой-нибудь границы раздела среды с разными упругими свойствами, отражаются (и преломляются) от нее и последовательно, смещаясь во времени, приходят в датчики сейсмоприемников. Здесь они преобразуются в электрические колебания-сигналы (импульсы), напоминающие затухающую во времени синусоиду. Сигналы записываются на какие-либо носители (фотобумагу, дискету и т. п.) с протяжкой во времени, а затем выносятся на плоскость в координатах: по оси ординат – время прихода импульса волн, а по оси абсцисс – точки с расположением сейсмоприемников вдоль профиля (см. рис. 3.1). Такой график, фотоблок, несущий информацию о наблюденном на данном профиле сейсмическом поле, называют сейсмограммой. Если теперь последовательно соединить точки сигналов с одной и той же фазой, то получим график, называемый годографом сейсмической волны от данной границы раздела (рис. 3.2). Если в геологической среде несколько границ, различных по упругим свойствам, то и годографов будет по числу границ. Поле сейсмических сигналов и годографы являются главными характеристиками сейсмического поля, несущего информацию, прежде всего, структуре конкретных границ раздела сред, о скоростях распространения сейсмических волн, а через них – об упругих свойствах среды и соответственно о вещественном составе геологической среды.


  6. Рис. 3.1. Схема сейсмических наблюдений

  7. Разберемся теперь с условиями возникновения сейсмических волн. Под упругим телом понимают такое тело, которое под воздействием внешних сил изменяет свой объем и форму, но восстанавливает их прежнее положение после прекращения воздействия. Это означает, что упругое тело обладает некоей внутренней силой, сопротивляющейся внешним давлениям. Эту силу называют напряжением. Связь между деформацией и напряжением упругого тела описывается линейным соотношением, называемым законом Гука (а упругое тело называют телом Гука). Существуют два вида деформаций – объема и формы. Так, если, скажем, кубик сжимать равномерно со всех сторон, то его объем уменьшается, но форма останется прежней – кубик (деформация объема, сжатия – растяжения). Если же нижнюю грань закрепить, а вдоль верхней грани приложить усилие, то форма кубика изменится – в вертикальном сечении будет параллелограмм (деформация сдвига), но численно объем сохранится.

  8. В упругом теле передача энергии деформации, возникшей при внешних воздействиях, осуществляется последовательно от точки (частицы среды) приложения силы к другим частицам тела. При этом полученная некоей частицей энергия от соседней частицы постепенно со временем затухает. Процесс такой передачи энергии образует движение (распространение) в пространстве тела упругой или сейсмической волны. Скорость передачи энергии в среде, т. е. скорость распространения сейсмических волн в среде, зависит от ее упругих свойств. Картина этого явления записывается в виде затухающих электрических колебаний в сейсмоприемниках; соответствующую кривую называют записью или трассой (см. рис. 3.2).


  9. Рис. 3.2. Схема формирования сейсмического годографа

  10. Поскольку в возбужденном упругом теле возникают два вида деформации – объема и формы, то образуются два типа сейсмических волн: продольные, обусловленные деформацией объема, и поперечные, создаваемые деформациями формы (сдвиговыми деформациями). При этом продольные волны распространяются из-за смещения частиц среды вдоль направления волны за счет образования зон сжатия и растяжения, а поперечные – в результате скольжения частиц относительно друг друга по плоскостям, перпендикулярным направлению движения волны. Для большинства горных пород скорость продольных волн примерно в 1,7 раза больше скорости поперечных. В сейсморазведке продольные и поперечные волны объединяют единым понятием – «объемные волны». В отличие от них вдоль земной поверхности распространяются поверхностные волны со специфическим типом колебания частиц. В сейсморазведке они, как правило, не используются.

  11. Распространение сейсмических волн в среде характеризуется сейсмическими лучами, показывающими направление движения волны, и перпендикулярными лучам поверхностями. При этом колебание частиц в данный момент времени характеризуют двумя поверхностями: внешней относительно источника волны, называемой фронтом (или передним фронтом) и внутренней, которую именуют тылом (или задним фронтом). Для более глубокого понимания понятий «фронт» и «тыл» волны рассмотрим произвольную частицу среды – М. До прихода в эту точку фронта волны частица М находится в покое. Как только фронт волны в момент t0 пересечет точку М, т. е. произойдет вступление волны, частица М начнет колебаться по типу затухающей «синусоиды». Это колебание прекратится, когда через точку М в момент t1 = t0+t пройдет тыл волны.

  12. Пусть в некоторой в общем случае неоднородной по упругим свойствам среде известно положение фронта в момент t1, являющегося огибающей совокупности точек Mi(t1). Используя принцип Гюйгенса о независимости процесса колебания каждой частицы среды от соседних частиц на малых промежутках времени, поверхность соседнего фронта в момент t2 = t1+t получают как огибающую точек Mi(t2), удаленных от соответствующих точек Mi(t1) исходного фронта на расстояниях ri = Vit, отложенных вдоль сейсмических лучей (здесь Vi – скорость распространения сейсмической волны в произвольной точке Mi).

  13. В однородной среде фронт волны имеет сферическую форму. При значительном удалении от пункта взрыва на небольшом участке его можно принять плоским. Это обстоятельство широко используется в сейсморазведке (часто рассматриваются плоские волны). Вид записей импульсов (трасс) сейсмических волн будет одинаковым для однородных сред.

  14. Если же среда неоднородна по упругим свойствам, то скорости распространения в ней сейсмических волн будут различны, а колебания частиц (импульсы) примут разную форму. Чтобы сопоставить два каких-либо импульса, возбужденных разными или одинаковыми средами, и решить вопрос о степени их сходства и различия, применяют методику спектрального разложения наблюденных импульсов (разложения периодических функций в ряд Фурье). Суть его в том, что данный импульс как периодическую функцию времени представляют системой синусоид (косинусоид) с заранее зафиксированным набором частот. Затем строятся два графика. Первый график представляют в следующих координатах: по оси абсцисс – частоты, по оси ординат – амплитуды синусоид; такой график называют линейчатым спектром амплитуд. На втором графике на оси ординат откладывают значения фаз синусоид; его называют линейчатым спектром фаз. Спектральное представление непериодических импульсов сейсмических волн приводит к построению непрерывных спектров импульсов и фаз.

  15. В сейсморазведке значительное внимание уделяется изучению в конкретном геологическом регионе спектрального состава различных типов сейсмических волн (отраженных, преломленных, поверхностных, а также микросейсмических, вызванных ветром, дождем, техногенными факторами) в целях выбора наиболее надежно фиксируемых волн.

  16. Геологическая среда, разумеется, не является ни однородной, ни абсолютно упругой (как это требует закон Гука). Поэтому энергия сейсмических волн в ней быстро убывает в силу трения между частицами среды. Происходит рассеивание волн при прохождении через объекты, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Часть энергии расходуется на образование отраженных и преломленных волн. Все это приводит к в уменьшению амплитуд сейсмических волн с глубиной. При сопоставлении продольных и поперечных волн в этом аспекте выигрывают продольные волны: они меньше затухают, имеют большую интенсивность и легко возбуждаются. Поэтому в сейсморазведке главным образом используются продольные волны.



Похожие документы:

  1. В. П. Алексеев литолого-фациальный

    Документ
    ... и умело используются данные о современных геологических про­цессах и явлениях в ... очень широкое развитие и являются сами по себе важным диагностическим призна ... формирования Рис. 3.30. Стилолиты (но Р.Шроку, 1950). А - обыкновенная стилолитовая структура ...
  2. Пространство событий

    Документ
    ... Структуры. Современные Научные Корифаны иногда нашу Двурогую Вселенную называют Галактикой, а остальную Матрешечную Среду ... что является принципиально важным для развития этой науки, познания ее ... недавней истории. Перечислены далеко не все геологические ...

Другие похожие документы..