Геофизические методы изучения внутреннего строения Земли

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт  недропользования, кафедра прикладная геология

 

 

 

 Допускаю  к защите

Егорова Н. Е.

И.О.Фамилия

 

Геофизические методы изучения внутреннего строения Земли

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Общая геология ПЗ

обозначение документа

 

 

Выполнил  студент группы________ _________ Шелохов И. А.

                                                                      шифр            подпись               И.О.Фамилия

 

Нормоконтроль                                 __________ ____________

подпись               И.О.Фамилия

 

Курсовой  проект защищен с оценкой______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2012г

 

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (КУРСОВУЮ РАБОТУ)

 

По курсу Общей геологии

 

Студенту  Шелохову И. А.

 

Тема проекта Геофизические методы изучения внутреннего строения Земли

 

Исходные  данные__________________________________________________

________________________________________________________________

__________________________________________________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________

Рекомендуемая литература

Геофизические методы исследования// под ред. В.К. Хмельницкого.-М..'Наука,!988. Гравиразведка. Справочник геофизика. -М.:Недра, 1981.

Гуревич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка.-М.:Недра, 1980. Магниторазведка. Справочник геофизика. -М.: Недра, 1980.

 

Дата выдачи задания «30» Марта 2012г

 

Дата представления  проекта руководителю «_____»_____________20__г

 

Руководитель  курсового проектирования (курсовой работы)

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Геофизические методы исследования земной коры (ГМИЗК), называемые по-разному: разведочная  и скважинная; прикладная и промысловая; региональная, разведочная и геофизические  исследования скважин (или каротаж), - это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для изучения земной коры мощностью 35 - 70 км на суше и 5 - 10 км под дном акваторий океанов и морей.

Геофизика, как обобщающая наука, изучающая  Землю и околоземное пространство с помощью естественных и искусственных  физических полей занимает среди  точных и естественных наук (астрономии, физики, математики, географии, геологии, химии) уникальное стыковое положение. Она использует достижения этих фундаментальных  наук или родственных им научно-прикладных дисциплин (например, космонавтики, геодинамики, информатики, электроники, автоматики и др.), ставя перед ними немало проблем теоретического и прикладного  плана.

Хотя иногда геофизику отождествляют с Физикой  Земли, однако последняя наука изучает  лишь Землю, как планету и ее оболочки: каменную - литосферу, мощностью порядка  100 км, астеносферу, простирающуюся до глубин 400 км, мантию - до глубин 2900 км, ядро внешнее (до глубин 5100 км) и внутренне (до центра Земли). Глобальная геофизика как обобщающая фундаментальная наука включает не только Физику Земли, но и геофизику космоса и атмосферы, гидросферы, а также науки, изучающие конкретные физические поля Земли: гравиметрию, магнитометрию, геоэлектрику, сейсмологию, сейсмометрию, термометрию, ядерную геофизику. Из этих фундаментальных геофизических наук выделяются научно-прикладные разделы. Так, геофизика воздушной оболочки включает физику космоса и атмосферы, метеорологию, климатологию и др. Геофизика водной оболочки (гидросферы) состоит из гидрофизики, океанологии, физики моря, лимнологии (изучение озер), гидрологии (изучение рек), подземной гидросферы, гляциологии (изучение ледников) и др. Из геофизики литосферы выделились разведочная или прикладная геофизика с методами, имеющими большое практическое значение при поисках и разведке полезных ископаемых и называемыми гравиразведкой, магниторазведкой, электроразведкой, сейсморазведкой, терморазведкой, ядерно-геофизической и геофизические методы исследования скважин (ГИС).

 

Геофизические методы поисковых работ.

Геофизические методы разведки, исследование строения земной коры физическими методами с  целью поисков и разведки полезных ископаемых; разведочная геофизика  — составная часть геофизики.

Геофизические методы разведки основаны на изучении физических полей (гравитационного, магнитного, электрического, упругих колебаний, термических, ядерных излучений). Измерения  параметров этих полей ведутся на поверхности Земли (суши и моря), в воздухе и под землёй (в  скважинах и шахтах). Получаемая информация используется для определения местонахождения геологических структур, рудных тел и т.п. и их основных характеристик. Это позволяет выбрать наиболее правильное направление дорогостоящих буровых и горных работ и тем самым повысить их эффективность.

Геофизические методы разведки используют как естественные, так и искусственно создаваемые  физические поля. Разрешающая способность, т. е. способность специфически выделять искомые особенности среды, как  правило, значительно выше для методов  искусственного поля. Средства для  исследования методами естественных полей  относительно дёшевы, транспортабельны и дают однородные, легко сравнимые  результаты для обширных территорий. В связи с этим на рекогносцировочной стадии применяются преимущественно  Г. м. р. естественного поля (например, магнитная разведка), а при более детальных работах главным образом используются искусственные физические поля (например, сейсмическая разведка). Различные физические поля дают специфическую, одностороннюю характеристику геологических объектов (например, магниторазведка только по магнитным свойствам горных пород), поэтому в большинстве случаев применяют комплекс Г. м. р. В зависимости от природы физических полей, используемых в Г. м. р., различают: гравиметрическую разведку, основанную на изучении поля силы тяжести Земли; магнитную разведку, изучающую естественное магнитное поле Земли; электрическую разведку, использующую искусственные постоянные или переменные электромагнитные поля, реже — измерение естественных земных полей; сейсморазведку, изучающую поле упругих колебаний, вызванных взрывом заряда взрывчатого вещества (тротила, пороха и т.п.) или механическими ударами и распространяющихся в земной коре; геотермическую разведку, основанную на измерении температуры в скважинах и использующую различие теплопроводности горных пород, вследствие чего близ поверхности Земли изменяется величина теплового потока, идущего из недр. Новое направление геофизические методы разведки — ядерная геофизика, исследующая естественное радиоактивное излучение, чаще всего гамма-излучение, горных пород и руд и их взаимодействие с элементарными частицами (нейтронами, протонами, электронами) и излучениями, источниками которых служат радиоактивные изотопы или специальные ускорители (генераторы нейтронов, см. Радиометрическая разведка).

Все виды геофизические  методы разведки основаны на использовании  физико-математических принципов для  разработки их теории, высокоточной аппаратуры с элементами электроники, радиотехники, точной механики и оптики для полевых  измерений, вычислительной техники, включая  новейшие электронные вычислительные машины для обработки результатов.

Исследования  в скважинах (Каротаж) ведутся всеми геофизическими методами. Геофизические измерения в скважинах производятся приборами, показания которых передаются на земную поверхность по кабелю. Наибольшее значение имеет электрический, акустический и ядерно-геофизический каротаж скважин. Бурение глубоких скважин ведётся с обязательным их каротажем, что позволяет резко ограничить отбор пород (керна) и повысить скорость проходки. Геофизические измерения в скважинах и горных выработках применяются также для поисков в пространствах между ними рудных тел (т. н. скважинная геофизика). Наконец, геофизические методы используются для изучения технического состояния скважин (определения каверн и уступов, контроля качества цементировки затрубного пространства и т.п.).

Геофизические методы разведки быстро развиваются, успешно  решая задачи поисков и разведки полезных ископаемых, особенно в районах, закрытых толщами рыхлых отложений, на больших глубинах, а также под  дном морей и океанов.

Сейсморазведка

В понятие  “сейсморазведка” входят геофизические  методы исследования земной коры, основанные на изучении искусственно возбуждаемых упругих волн. При помощи сейсморазведки изучается глубинное строение Земли, выделяются месторождения полезных ископаемых (в основном нефти и  газа), решаются задачи гидрогеологии  и инженерной геологии. Сейсморазведка отличается надежностью, высокой разрешающей  способностью, технологичностью и колоссальным объемом получаемой информации.

В основе сейсмических методов лежит возбуждение упругих  волн при помощи специального технического комплекса – источника. В результате геологическая среда реагирует  возникновением периодического колебательного процесса и образованием упругой  волны. Распространяясь в объеме горных пород, упругая волна попадает на границы раздела, изменяет направление  и динамические свойства, образуются новые волны. На пути следования волн размещаются точки наблюдения, где  при помощи специальных приборов – сейсмоприемников – определяются свойства колебательных процессов. Из полученных данных извлекается полезная информация о строении и составе  изучаемой среды.

Наиболее  эффективна сейсморазведка при изучении осадочного чехла древних платформ, поскольку его горизонтально-слоистое строение наиболее просто интерпретируется по сейсмических данным. С увеличением наклона целевых геологических границ надежность получаемой сейсморазведкой информации резко падает.

 

Возбуждение упругих волн

Для возбуждения  колебаний применяется взрывы зарядов  тротила в неглубоких скважинах, а также длительное (вибрационное) или короткое (импульсное) ударное воздействие на горные породы. Взрывные источники характеризуются наибольшей мощностью и компактностью, при этом требуют дорогостоящих подготовительных и ликвидационных работ, а также наносят большой урон окружающей среде.

Невзрывные  источники гораздо слабее, но могут  использоваться многократно в одной  и той же точке, более управляемы, а также безопаснее для человека и экологии.

Источник  возбуждает два типа независимых  сейсмических волн – продольные и  поперечные. С продольными волнами  связаны колебания, направленные вдоль  луча волны, а с поперечными - поперек.

Прямой волной называется продольная или поперечная волна, распространяющаяся непосредственно  от источника к точке наблюдения. Продольные волны характеризуются  большими скоростями, приходят в любую  точку среды раньше поперечных, распространяются практически в любых веществах  и меньше. В силу этих обстоятельств  сейсморазведка использует преимущественно  продольные волны.

 

Модель  среды и волновое поле

 

Установлено, что различные горные породы характеризуются  различными скоростями распространения  упругих волн. Параметр скорости определяется упругими константами и плотностью горной породы, а они в свою очередь  зависят от минерального состава, пористости, трещиноватости и глубины залегания.

По значению скорости упругой волны геологический  разрез разделяется на относительно однородные слои горных пород, на границах которых скорость меняется скачком. Как правило, границы областей с различными физическими свойствами совпадают с геологическими границам, что используется при интерпретации сейсмических данных.

Наличие резких границ раздела между пластами приводит к образованию вторичных  волн – отраженных, проходящих и  преломленных. Интенсивность вторичных  волн зависит от контрастности границы  по упругим свойствам. Чем сложнее  строение изучаемой геологической  среды, тем больше волн образуется на ее границах раздела. Все вместе они  образуют вторичное волновое поле –  объект измерения в сейсморазведке. Если вторичные волны содержат информацию о целевых геологических границах и успешно регистрируются на поверхности  земли или в стволе скважины, то они называются полезными. По типу выделяемых полезных волн в сейсморазведке различают  методы отраженных и преломленных волн.