По физическим свойствам геологического объекта

Рис.1. 4 Пример отображения в геофизическом поле, контрастного

Рис. 1.3 Схема процесса геофизических работ

Рис.1.1. Связь геофизики с другими естественно-научными науками

Введение в геофизику

Лекция 1. Тема: Предмет геофизики. Основные понятия и определения. Структура разделов, содержательная часть модулей…

Заложение основ геофизики восходят в давние времена, но как самостоятельная наука геофизика стала оформляться в XIX веке, а окончательно сформировалась уже в ХХ столетии. Основой геофизики являлись такие фундаментальные науки, как физика, геология, математика и астрономия. Она тесно связана с геодезией, геохимией, а в части методов и технологий геофизических наблюдений с радиотехникой – радиоэлектроникой. Связь геофизики с другими естественными науками отображена на схеме, рис. 1.1.

Физика

Астроно-мия

Матема-тика		География
	Геофизика
Электро-ника		Геология

Автоматика

Геохимия

Разведочная геофизика - совокупность прикладных наук относящихся к изучению распределения в земной коре геофизических полей с целью поисков, оценки и разведки месторождений полезных ископаемых.

Структуру разведочной геофизики по направлениям, видам работ и используемым геофизическим полям можно отобразить схемой (рис. 1.2).

		Разведочная геофизика
По направлению работ		По видам работ		По используемым геофизическим полям
Полевая геофизика Скважинная геофизика (меж и околоскваженное пространство) Подземная геофизика (шахтная) Геофизическое исследование скважин (каротаж или ГИС) Аэрогеофизика Аквагеофизика		Структурная геофизика Нефтяная геофизика Угольная геофизика Рудная геофизика Инженерно-геологическая и гидрогеологическая геофизика Экологическая геофизика		Гравитационная разведка Сейсмоакустическая разведка Магнитная разведка Электромагнитная разведка Радиационная разведка Тепловая разведка

Рис. 1.2 Классификационная схема разведочной геофизики

Под геофизическим полем следует понимать материальную среду, в которой определенным образом распределяются физические потоки. То есть поле испытывает в земной коре деформации (усиление или ослабление) в зависимости от физических свойств геологических объектов. Поскольку геологическая среда является гетерогенной (неоднородной), то деформация геофизических полей происходит повсеместно и задача разведочной геофизики исследовать особенности аномальных значений поля, приуроченных к тем или иным полезным ископаемым, или элементом геологической среды, подверженным воздействию экзогенных (оползень, карст) и/или эндогеннх (землетрясение, извержение вулкана), а также антропогенных (загрязнение подземных вод, тепловые аномалии в мегаполисах).

Цель применения методов полевой геофизики – получить над исследуемым объектом аномалию и в последующем выполнить геологическое истолкование этой аномалии. Этот процесс достаточно сложный. Поэтому система знаний полевой геофизики требуют изучения таких наук как физика, геология (литология, геохимия, структурная геология), математика, информатика, радиотехника и радиоэлектроника. Обязательное знание закономерностей изучения физических свойств пород (петрофизика).

Полный цикл геофизических исследований включает:

1) Полевые геофизические наблюдения, цель которых зарегистрировать сигналы геофизических полей с соответствующей аппаратурой;

2) Получения сведений и проведения измерений физических свойств горных пород;

3) Решение прямой геофизической задачи (физическое или математическое моделирование);

4) Решение обратной геофизической задачи с целью получения геофизического разреза или геофизической карты;

5) Трансформацию геофизического разреза в геологический посредством петрофизических связей.

Прямая геофизическая задача - это получение теоретической кривой (графика) над объектом заданной геометрической формы с конкретными физическими параметрами. Задача решается путем математического или физического моделирования.

Обратная геофизическая задача - это интерпретация результатов полевых измерений с целью получения полного представления о геологических свойствах, геометрической форме и физических параметрах изучаемого объекта. Задача решается путем сопоставления полевой (наблюденной кривой) с теоретическими кривыми (метод подбора). При неоднозначности решения требуется привлечение дополнительных геолого-геофизических данных.

Как правило, регистрируемые геофизические параметры являются интегральными показателями изучаемой среды, где наибольший вклад в суммарное аномальное поле выполняют те объекты, которые наиболее контрастны по физическим свойствам и соответственно являются большими по геометрическим размерам.

Выявление таких локальных объектов производят специальными интерпретационными пределами. Наиболее простой способ заключается в вычитании из аномального поля нормального поля. Считается, что вмещающая объект геологическая среда является нормальным полем и аномалию создает только исследуемый локальный объект. Полевую геофизику в целом и любой ее раздел можно представить как информационно-измерительный тракт (Рис 2).

Структура геофизического поля в соответствии с его определением формируется физическими процессами относящихся к действию гравитационных и магнитных масс, электрофизических и электродинамических процессов и т.д. Принято различать нормальное и аномальное поля. Нормальное поле в идеальном случае это поле в однородной изотропной среде, т.е. в природном объекте, где изменение физических свойств со всех направлениях одинаково, например: вода, песок. В реальных геологических средах под нормальным полем понимают поле вне аномального (изучаемого) объекта, например: интрузивное образование в осадочных отложениях, где осадочные отложения являются объектом, формирующим нормальное поле, а интрузивное - аномальное поле.

Пример отображения в геофизическом поле, контрастного по физическим свойствам геологического объекта показан на рис 1.3.

1 - Покровные отложения; 2 - песок; 3 - глина; 4 - известняк; 5 - интрузия.

Все геофизические поля характеризуются параметрами, основными из которых являются напряженность (Е) и потенциал (U).

Напряженность характеризуется его концентрацией в той или иной точке исследования. В нормальном поле его концентрация равномерная, а в аномальном происходит деформация поля, то есть его усиление или ослабление. Соответствующим образом изменяется потенциал.

Переход от параметров поля к показателям среды т.е. значением физических свойств осуществляется путем так называемых материальных уравнений. К относятся уравнения классических физических законов, например Ньютона, Ома, Био, Савара и др.

Тенденции изменения геофизических параметров изучаются в зависимости от Геологических признаков. При этом горная порода, как совокупный агрегат из минералов определенного состава, рассматривается как полифазная, многокомпонентная, термодинамическая система с присущими ей количественными физическими показателями.

Типовая классификация горных пород для изучения физических показателей представлена на рис. 1.5.

Терригенные

Хемогенные

Метаморфические

Магматические

Рис. 1. 5. Классификация горных пород для изучения физических свойств.

Изменение физических свойств связано с различным вещественным (петрографическим) составом и с действием таких геологических факторов как давление, температура и др. Поэтому очень важно знать тенденции этих изменений. Для магматических пород эти тенденции удобно изучать в их щелочно-земельном ряду, а для метаморфических по стадиям метаморфизма (Рис.1. 6).

Магматические породы: