Дисциплина «Полевая геофизика». ВВЕДЕНИЕ Лектор Галина Анатольевна Лобова

Дисциплина
«Полевая геофизика».
ВВЕДЕНИЕ
Лектор Галина Анатольевна Лобова
N
п/п
1
Наименование темы занятий
I
Основные понятия и
положения геофизических
методов разведки
Магниторазведка
Лабораторная работа 1
Гравиразведка
Лабораторная работа 2
Контрольная работа
Электроразведка
Лабораторная работа 3
КТ1
Лабораторная работа 4
Сейсморазведка
Контрольная работа
РЕФЕРАТ
КТ2
ЗАЧЕТ
II
III
IV
V
К-во
часов
Балл
ы
Весенний семестр 2014/2015 уч. год
ИТОГО в весеннем семестре
2014/2015 гг: лекции
лабораторные работы
Неделя
4
2
24
4
4
4
4
25-26
6
8
4
10
5
27-28
5
15
5
30
5
15
10
60
40
100
29
29-30
Основы прогнозирования
нефтегазоносности по геофизическим
данным.
Контрольная работа
Лабораторная работа 5
КТ1
Лабораторная работа 6
Аннотация к научной статье
КТ2
ИТОГО: лекции
лабораторные работы
ЭКАЗАМЕН
ВСЕГО
8
•
31-37
38
39
•
•
5
1-8
20
10
30
20
10
60
42
42
40
100
1. Хмелевской В.К., Костицын В.И. Основы геофизических
методов: учебник для вузов – Пермь: Перм. ГУ, 2010. – 400 с.
2. Воскресенский Ю.Н. Полевая геофизика: Учебник для вузов. –
М.: ООО «Издательский дом Недра», 2010. – 479 с.
3. Исаев В.И. Интерпретация данных гравиметрии и геотермии
при прогнозировании и поисках нефти и газа: учебное пособие
для вузов. – Томск: изд-во ТПУ, 2010. – 172 с.
4. Сейсморазведка : учебное пособие / Г.И. Резяпов; Томский
политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2012. – 310 с.
Дополнительная:
•
16
8
•
•
Осенний семестр 2015/2016 уч. год
VI
•
31
26
26
4
Календарный план
занятий по курсу «Полевая геофизика» на весенний
семестр 2014/2015 уч. год
осенний семестр 2015/2016 уч.год
Литература:
Основная:
•
•
1. Ерофеев Л.Я., Вахромеев Г.С., Зинченко В.С., Номоконова Г.Г.
Физика горных пород: учебник для вузов. – Томск: Издательство
ТПУ, 2006. – 520 с.
2. Конторович В.А. Тектоника и нефтегазоносность мезозойскокайнозойский отложений юго-восточных районов Западной
Сибири. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. – 253 с.
3. Нейман В. Б. Теория и методика палеотектонического
анализа. – М.: Недра, 1984. – 80 с.
4. Березкин В.М., Киричек М.А., Кунарев А.А. Применение
геофизических методов разведки для прямых поисков
месторождений нефти и газа. – М.: Недра, 1978. – 223с.
5. Кунщиков Б.К., Кунщикова М.К. Общий курс геофизических
методов разведки. М.: Недра, 1976. – 429 с.
• Полевая или разведочная геофизика - научноприкладной раздел «Физики твердой Земли»:
предназначен для изучения верхних слоев Земли,
поисков и разведки полезных ископаемых, решения
инженерно-геологических,
гидрогеологических,
экологических и других задач;
базируется
на
изучении
естественных
и
искусственно создаваемых физических полей
Земли.
Объектами исследования являются осадочный чехол,
кристаллический фундамент, земная кора и верхняя
мантия общей глубиной до 100 км.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПОЛЕВОЙ ГЕОФИЗИКИ
• I. По условиям применения:
1. Наземные, подземные
2. Воздушные
3. Морские
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПОЛЕВОЙ ГЕОФИЗИКИ
• II. По физической сущности предмета
исследований:
•
•
•
•
•
•
•
1. Магниторазведка
2. Гравиразведка
3. Электроразведка
4. Сейсморазведка
5. Термометрия
6. Радиометрия
7. Геофизические методы исследования скважин
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПОЛЕВОЙ ГЕОФИЗИКИ
•
•
•
•
III. По объекту и цели исследований
1. Региональные
2. Поисковые
3. Разведочные
1.Региональный этап геофизических
исследований
Объекты –тектонические элементы надпорядковые
или I порядка (Усть-Тымская мегавпадина,
Парабельский мегавал)
Площадь исследований: 100х150км≈15 000 км2
Масштаб исследований: 1:2 500 000 или 1:1 000 000
Геофизические работы проводятся вдоль отдельных
региональных профилей, протяженностью до
нескольких сот км.
Схема расположения региональных
профилей
региональные сейсмические профили
граница Томской области
контуры положительных структур по IIa
контуры отрицательных структур по IIa
номера основных структур
2. Поисковый этап
геофизических
исследований
Объекты –тектонические элементы II
порядка (Неготский мезопрогиб)
Площадь исследований: 30х50км≈1 500 км2
Масштаб исследований: 1:200 000
Геофизические площадные
работы по сетке профилей.
Ведется подсчет ресурсов.
Структуры IV порядка (локальные поднятия) Томской области
3. Разведочный этап
геофизических исследований
Объекты: тектонические структуры III-IV порядка
(Малореченская антиклинальная складка)
Площадь исследований: 10 х 15= 150 км2
Масштаб исследований: 1: 50 000; 1 : 25 000
Ведутся площадные работы +
бурение для подсчета запасов
Основным объектом изучения полевой геофизики
являются горные породы и связанные с ними
полезные ископаемые, в том числе нефть и газ.
Горные породы образуют геологические тела:
• - пликативные ( антиклинальные складки);
• -дизъюнктивные ( зоны разломов);
• - инъективные (дайки).
Геологические тела имеют геометрические
параметры:
- размер;
- форму;
- положение в пространстве (глубину залегания).
• Геометрические параметры геологических тел,
наряду с породным составом, также обуславливают
связь с полезными ископаемыми.
Например: антиклинальная складка –
месторождение нефти.
Возможность изучения и картирования геологических
тел обусловлено различием физических свойств
горных пород и их геометрических параметров.
Величина и аномальность измеренного поля
определяется физическими свойствами горных пород.
Физические свойства горных пород
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Плотность
2.Проницаемость
3.Глинистость
4.Нефте- и газонасыщенность
5. Намагниченность, магнитная восприимчивость
6.Электропроводность, поляризация
7.Теплопроводность
8.Скорость прохождения упругих волн
9.Радиоактивность
Физические свойства горных пород
Основные факторы, влияющие на удельное
электрическое сопротивление (У.Э.С.) горных пород:
1. У.Э.С.
у
породообразующих
минералов
(минерального скелета).
2. % примеси рудных и самородных элементов
(проводников).
3. Коэффициент пористости и структурной
пористости.
4. Величина У.Э.С. у пластовых флюидов (вода, УВ).
5. Величина пластовой температуры.
Физические свойства горных пород
Удельное электрическое
сопротивление (У.Э.С. или ρ) горных
пород
Влияние параметров
пористости на У.Э.С. горных
пород
а), б),в) – гранулярная пористость
(преимущественно первичная ,
гидрофильная )
г), д), е) – трещинная,
кавернозная пористость
(преимущественно вторичная,
гидрофобная)
1- скелет (зерна) породы
2- поровое пространство.
При постоянном Кп и У.Э.С.
флюида:
а) – минимальное У.Э.С
е) – максимальное У.Э.С.
Физические свойства
горных пород
Удельное электрическое
сопротивление (У.Э.С.) горных пород
•
1-концентрация раствора
2- плотность раствора при 20 0С
Шифр кривых – температура в 0С
Влияние концентрации, плотности,
состава растворов и их температуры
на величину У.Э.С. горных пород
• 1. Чем выше плотность раствора, тем
ниже У.Э.С.
• 2. При условии t=const (t=0)
увеличение концентрации раствора в 10
раз уменьшает У.Э.С. В 10 раз.
3. При условии С= const (C=2)
увеличение температуры на 200°С
уменьшает У.Э.С. в 10 раз.
4. Состава флюида
У.Э.С. нефти 109 ÷ 1016 Омм
газа 1012 ÷ 1014 Омм
воды 10-3 ÷ 102
У.Э.С. будет зависеть от количества
связанной пластовой воды.
Физические свойства горных пород
• Под влиянием давления (Р) и температуры (Т),
водных растворов солей изменяется строение и
состав горных пород и их физические свойства.
У.Э.С. сухих горных пород с увеличением давления
уменьшается, а влажных – увеличивается.
Особенно существенное преобразование
вызывает глубинный метаморфизм.
• При преобразовании горных пород:
карбонаты
мраморы кристаллические сланцы
зерна пород приобретают ориентированность, горная
порода –тонкую слоистость с появлением
анизотропности.
Возрастает плотность, У.Э.С., магнитность,
скоростные свойства, и тем больше, чем сильнее
проявляется региональный метаморфизм.
Основные геофизические понятия и
определения
• 1) геофизическое поле и его характеристики –
геофизический параметр (величина);
• 2) напряженность;
• 3) потенциал;
• 4) геофизическое явление.
1. Геофизическое поле
Физическое (или геофизическое) поле – это
форма существования материи, связывающая
элементарные частицы вещества друг с другом
в единые системы и перемещающие с конечной
скоростью действие одних частиц на другие
(т. е. осуществляющие взаимодействие этих частиц).
Источниками физических полей является вся Земля в
целом, все геосферы, любое геологическое тело,
любая горная порода, любое искусственное
сооружение.
Все объекты порождают вокруг и внутри
себя физические поля:
• гравитационное,
• магнитное,
• тепловое,
• радиоактивное,
• электрическое,
• а при механическом и другом воздействии
на них становятся источником полей
упругих колебаний.
КЛАССИФИКАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
1.
- естественное (например, гравитационное,
геомагнитное, электрическое, термическое, поле
естественных ядерных излучений, сейсмическое
(возникшее в результате упругих колебаний при
землетрясениях);
- искусственное
возбуждается по заданию
экспериментатора.
-стационарное (постоянные), если в
каждой точке пространства оно не
меняется с течением времени;
-нестационарное (переменные), если таковое
изменение имеет место.
2.
3.- скалярное (например, поле температур
или поле плотностей);
- векторное (например, поле сил тяготения
или электромагнитное поле и др.)
2. Геофизический параметр
• Геофизический параметр – это величина, значения
которой
служат
для
различия
элементов
геофизических полей.
• В каждой точке и в каждый момент времени
геофизические параметры, характеризующие данное
поле, имеют вполне определенное значение,
неодинаковое в различных частях пространства.
Измеряя величины (параметры) внешних
физических полей, можно судить об источниках
этих полей.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ
ПОЛЯ
 ГРАВИТАЦИОННОЕ - ускорение свободного падения (g)
 ТЕРМИЧЕСКОЕ – температура (T (K), t (0 C); тепловой поток
(Вт/м2)
 ГЕОМАГНИТНОЕ - полный вектор напряженности (T) и его
горизонтальная составляющая (H), угол склонения (D), угол
наклонения (J)
 ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ - магнитная (H) и электрическая (E)
составляющие вектора напряженности
 УПРУГОЕ – время и скорости распространения продольных (Vp) и
поперечных (Vs) упругих волн
 РАДИАЦИОННОЕ – интенсивность естественного излучения (Jγ),
искусственно вызванных (Jγγ, Jnn)
 БАРИЧЕСКОЕ – давление (Р)
ПРИЧИНЫ АНОМАЛИЙ В ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
В ГРАВИТАЦИОННОМ – от изменения плотности пород (σ)
В МАГНИТНОМ - от магнитной восприимчивости (κ) и
намагниченности (J)
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ – от У.Э.С.
(ρ) горных пород; диэлектрической (ε) и магнитной (μ)
проницаемости; электрохимической активности (α) и
поляризуемости (η)
В УПРУГОМ – от упругих свойств (коэффициент Юнга Е) и
плотности горных пород (σ)
В РАДИОАКТИВНОМ - от % содержания в горной породах
радиоактивных элементов ( U, Th и др.)
В ТЕРМИЧЕСКОМ – от теплопроводности горных пород (λ)
• Физические поля в полевой геофизике делятся на - потенциальные ( гравитационные, магнитные,
электромагнитные);
• -поля распределений (упругих колебаний,
радиоактивности).
• Основные характеристики потенциального поля
• -напряженность E
• -потенциал U
3. Напряженность геофизического поля (E)
Под напряженностью понимают силу F, с которой поле
действует на единичный источник (электрический заряд-q,
массу- m, магнитную массу mм).
Напряженность поля –величина векторная,
направленная в сторону действия силы
для единицы заряда в электрическом поле
[вольт на метр (В/м)]
для единицы магнитной массы в магнитном поле,
[ампер на метр (А/м)]
для единицы обычной массы в гравитационном поле
[м/с2 ]
• Если источник поля точечный, то направление
вектора напряженности Е в данной точке
совпадает с линией, соединяющей источник и эту
m
точку.
0
Em
• Потенциальное поле изображают в виде линий
лучей, расходящихся в радиальном направлении.
• Такие линии получили название линий вектора
напряженности.
1E  N
-
4 R 2
+
Свойства напряженности потенциального поля
• 1. Напряженность поля точечного источника
убывает пропорционально квадрату расстояния от
него.
• 2. Если поле создается несколькими источниками, то
напряженность такого поля равна векторной сумме
напряженностей, создаваемой в данной точке
каждым источником в отдельности.
• В этом выражается важный принцип суперпозиции.
4. Потенциал геофизического поля (U)
A  E l  l
где El –составляющий вектор
напряженности на элементарном
отрезке l .
A  E l  l  E l  l ...E l  l .
1
1
2
2
n
n
Уравнение поверхности равного потенциала
U(x,y,z) = C
или эквипотенциальной поверхности
НОРМАЛЬНОЕ И АНОМАЛЬНОЕ ПОЛЕ
Нормальное поле – это однородное геофизическое
поле, отвечающее однородной геологической среде.
В общем случае, под нормальным полем понимают
поле крупной геологической структуры или целого
геологического региона, (а в магнито- и гравиразведке
нормальному полю соответствует поле всей Земли) по
отношению к полю, создаваемому более мелкой
структурой.
• Поля, обязанные локальным объектам (пластам,
жилам, интрузиям, рудным телам и т.д.),
называют аномальными.
Eизм.  Eнор.  Eаном.  Eпом.
где:
E изм.- измеряемое геофизическое поле (суперпозиция)
E нор.- нормальное поле
E аном.- аномальное поле
E пом.- поля-помехи
тогда:
Eаном.  Eизм.  Eнор.  Eпом.
• Геофизические поля условно разделяются на
информативные поля и поля-помехи.
• К информативным относятся поля, отражающие
влияние геологических объектов, которые
необходимо выделить геофизическими методами.
• К помехам относят поля, вызванные такими
объектами, которые для данных исследований не
представляют интереса.
• Конкретному геологическому разрезу всегда
отвечает один геофизический разрез и физические
величины рассчитываются решением прямой
задачи и всегда однозначны.
• Конкретному
геофизическому
полю
может
соответствовать несколько вариантов геологогеофизических разрезов.
• Нахождение наиболее вероятного варианта
называют решением обратной задачи разведочной
геофизики.
• Качественная
интерпретация
включает
выделение
геофизических
аномалий
или
разнотипных по характеру поля участков,
сопоставление их с геологическими данными по
району и выводы о природе таких аномалий и
участков.
• Количественная интерпретация заключается в
определении
количественных
характеристик
полученного
геофизического
разреза
и
установлении численных значений мощности,
глубины залегания, размеров геологических
объектов, создавших отдельные аномалии.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ НАБЛЮДЕНИЙ
1.Сеть наблюдений
Съемка может быть профильной
(маршрутной) и площадной.
Профили прямолинейны, ориентированы
вкрест предполагаемого простирания
изучаемых структур.
Протяженность в 5—10 раз превышает
поперечные размеры искомых объектов.
Расстояния между профилями (d)
должны быть, по крайней мере, в 3 раза
меньше продольных размеров (L)
разведываемых структур и объектов
(d<0,3L) для того, чтобы аномалия
гравитационного поля от них
фиксировалась на трех и более соседних
профилях
1 — профили; 2—4 — рядовые, опорные и контрольные точки наблюдения;
5 —предполагаемое простирание искомого геологического объекта:
6—изоаномалы Δg.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ НАБЛЮДЕНИЙ
2.Шаг наблюдений
(густота точек)
Шаг наблюдений (Δx), т. е. расстояние между соседними
точками наблюдения по профилю, задают, исходя из
поперечных размеров разведываемых объектов и структур
(l), и он должен составлять Δx<0,3l,
что необходимо для получения четкого аномального
эффекта не менее чем на трех точках каждого профиля.
4.Масштаб
изображения
Вертикальный- 2·ε
Горизонтальный –в
масштабе съемки
или на ступень выше
ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ НАБЛЮДЕНИЙ
3.Проектная точность наблюдений
Проектную погрешность съемки (среднюю квадратическую
погрешность определения ) выбирают в зависимости от
масштаба съемки и интенсивности предполагаемых
аномалий над искомыми геологическими структурами
или объектами.
 E
a
2
Проектная погрешность при поисково-разведочной съемке не
должна превышать 1/5, а при региональной — 1/3
минимального значения интенсивности (амплитуды)
локальных аномалий .
ФОРМЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ НАБЛЮДЕННОГО ПОЛЯ
• 1. Таблица
• 2. График
• 3. План графиков
• 4. Карта изолиний
1. Таблица
2. Изображение поля физической
величины в виде графика
№
профиля
п/п
X
Y
h
E
1
10
1
0.5
200
2
10
8
0.6
250
250
3
10
10
0.8
225
225
4
10
5
0.5
200
Е
h
200
0
-координата X (расстояние от пикета до пикета)
- координата Y
-высота h (если учитывается рельеф)
-значение поля Е
1
X
ФОРМЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ НАБЛЮДЕННОГО ПОЛЯ
План графиков
Карта изолиний
ПЛАН ГРАФИКОВ
Результаты электроразведки методом БДК