Цели геологического картирования и задачи основных этапов геолого-съемочных

Геологическое картирование – методическая дисциплина, рассматривающая комплекс геологических задач и организационных мероприятий по составлению геологической карты.

Цель – получение всесторонней информации о геологическом строении и перспективах региона на полезные ископаемые.

Задачи геологической съёмки разных масштабов

Оптимальный комплекс исследований

Спец. исследования

Детальность

Унифицированность методов и форм представления результатов

Повышение качества и эффективности геолого-съёмочных и поисковых работ

Последовательность геолого-съёмочных работ

Предварительный

Полевой этап (геолого-съёмочный)

Заключительный (камеральный)

Подготовка к изданию карты

Задачи:

Подготовительный этап

Дешифрирование с целью получения данных о геологических и геоморфологических характеристиках района предстоящих работ.

Составление предварительных схем и карт.

Разработка планов рациональной организации полевых работ.

Полевой этап

Оценка обнаженности местности и выбор наиболее полноценной схемы маршрутов.

Определение параметров геологических объектов в камеральных условиях.

Исследование взаимоотношений нескольких объектов.

Выявление и прослеживание распространения отдельных горных пород, горизонтов, толщ или свит.

Точное расположение точек наблюдения и их надёжная привязка.

Проведение геологический наблюдений не только по линиям маршрутов, но и на площадях между ними.

Систематические полевые исследования:

1. Геолого-съёмочные и поисковые маршрутные исследования.

2. Наземные площадные и профильные геофизические исследования.

3. Площадные геохимические поиски по вторичным ореолам рассеивания.

Типовые задачи:

• Геологические (выделение и изучение геологических тел – обособление и детализация; прослеживание геологических тел и их границ, различия в зависимости от обнажённости и деформируемости)
• Поисковые (выявление признаков полезных ископаемых и оконтуривание участков их распространения; обнаружение, оконтуривание и изучение потенциально продуктивных геологических тел или стуктур)

Камеральный этап:

• Анализ материалов маршрутных групп и оформление рабочей картыю
• Обобщаются данные по составу и строению литостратиграфических подразделений, интрузий и рудопроявлений, структур района.
• Вычерчивание лито- и стратиграфических колонок, схем интрузий, коллекция образцов и т.д.

Заключительные редакционно-увязочные работы.

• Текущий отчет.
• Новые геологические факты.
• Что не удалось решить

Цель геол. картирования - обеспечение всех отраслей промышленности систематизированной информацией о геологическом строении и перспективах района на полезные ископаемые. Характер исследований зависит от масштаба съёмки. Различают мелко-, средне-, крупномасштабные, а также детальные съёмки.

Среднемасштабная Г. с. (1:200 000, 1:100 000). Проводится с целью изучения главнейших черт геологического строения территории и прогнозной оценки полезных ископаемых. Характеризуется площадными исследованиями*, сопровождаемыми проходкой канав, шурфов, буровых скважин и геологическим дешифрированием аэрофотоснимков. Поиски ведутся комплексно на все виды полезных ископаемых.

Крупномасштабная Г. с. (1:50000, 1:25000) проводится в горно-промышленных районах, в районах, перспективность которых в отношении полезных ископаемых установлена предшествующими исследованиями, а также в районах сел.-хоз. освоения, жилищного и промышленного строительства. В результате крупномасштабной Г. с. намечаются участки возможных месторождений полезных ископаемых, на которых ведутся последующие детальные поисковые и разведочные работы, и даётся первичная оценка выявленных полезных ископаемых. В крупномасштабной съёмке применяются геофизические и геохимические методы и геологическое дешифрирование аэрофотоснимков. В районах, где естественных обнажений недостаточно, для вскрытия коренных пород применяются горные выработки и буровые скважины.

Мелкомасштабная Г. с. (1:1000 000, 1:500 000) производится путём наблюдений вдоль отдельных ходов (маршрутов), направляемых по наиболее обнажённым участкам. Результаты съёмки дополняются геологическим дешифрированием аэрофотоснимков.

Детальная Г. с. (1:10 000 и крупнее) производится на площади месторождений полезных ископаемых, а также в районах инженерно-геологических изысканий и изысканий по водоснабжению и мелиорации. Съёмка сопровождается составлением большого количества разрезов, погоризонтных планов и зарисовок, моделей и блок-диаграмм.

Геолого-съемочные работы:

1) Подготовительный период (составление проекта работ, подбор топографических карт, подбор аэрофотоматериалов для составления проекта геолого-съемочных работ и составление календарного плана, что и где надо сделать)

2) Полевой период (рекогносцировка- конкретизация программы полевых исследований, выбор единого подхода к решению геологических задач (ознакомление с типовыми разрезами, изучение опорных разрезов, корреляция разрезов,составление сводной стратиграфической колонки) все накопленные материалы идут на составление легенды будущей карты)

3) Камеральные работы (обобщение данных по составу и строению литостратиграфических подразделений, интрузивов и структуре региона, анализ и текущая интерпретация данных геохимии и геофизики)

4) Подготовка к изданию материалов

5) По окончанию каждого полевого периода делается отчет

115. Электрические свойства горных пород: определяющие факторы и закономерности.

Электрические свойства элементов и минералов

Электропроводность чистых веществ (элементов) определяется в первую очередь особенностями структуры валентных электронных оболочек, которые описываются зонной теорией, т. е. их заполнением и шириной энергетической щели между валентной зоной и зоной проводимости. По этому признаку элементы разделяются на проводники — металлы, полупроводники и диэлектрики.

Электропроводность металлов определяется формулой γ= пе τ² /т, где е — заряд электрона, т — его масса; п — плотность электронов проводимости (их число в единице объема уменьшается с увеличением атомного радиуса и атомного номера); τ- время релаксации (промежуток между столкновениями), в течение которого поле действует на свободный электрон. Это наиболее изменчивый фактор ввиду его зависимости от температуры и концентрации дефектов, особенно примесных атомов. С ростом температуры сопротивление металлов возрастает, что отличает их от полупроводников, у которых. Металлы имеют частично заполненную валентными электронами верхнюю разрешенную зону и очень низкий энергетический барьер перехода электронов в зону проводимости.

У элементов-диэлектриков есть заполненная валентная зона и пустая зона проводимости с большим (более 5 эВ) энергетическим барьером между ними. Идеальные диэлектрики возможны только при температуре, близкой к 0 К. В реальных условиях многие кристаллы с четным числом валентных электронов в элементарной ячейке и не перекрывающимися энергетическими уровнями имеют свойства диэлектриков при малой концентрации примесей и в относительно слабых электрических полях.

Для полупроводников характерны либо почти полное, либо очень малое заполнение валентных зон, небольшая ширина запрещенной зоны ниже зоны проводимости. Под действием теплового возбуждения или в связи с наличием примесных атомов эта щель сужается, что обусловливает температурную или примесную проводимость. В зависимости от этих условий удельное сопротивление элементов-полупроводников меняется в широких пределах — от 10^-5 до 10⁵ Ом·м.

Среди минералов по электропроводности различают:

а) электронные проводники: ток создается направленным движением нелокализованнык электронов, сопротивление вызвано столкновениями электронов с атомами; вероятность столкновения растет с температурой. К этому классу относятся минералы самородных металлов, многие сульфиды металлов, графит и антрацит;

б) ионные проводники: ток создают переносимые нонами заряды. В твердом состоянии возможность перемещения ионов ограничена, поэтому проводимость зависит от растворимости и температуры; с ростом температуры сопротивление уменьшается; при наличии растворителей или повышенной температуре к этому классу можно отнести многие минералы: галоиды — галит, сильвин, карналлит, нитраты и некоторые окислы и гидроокислы, карбонаты, сульфаты и алюмосиликаты;

в) полупроводники: в зависимости от примесей они обнаруживают проводимость типа р (электронную, донорную) или п (дырочную, акцепторягую); сопрбтивление зависит от температуры и концентрации примесей. К этому классу относится большое число минералов — окислов, силикатов и нерастворимых солей. Есть много минералов, которые обнаруживают в зависимости от термодинамических условий и флюидной среды свойства полупроводников, ионных полупроводников или диэлектриков;

г) диэлектрики: по определению удельное сопротивление велико, но у реальных минералов оно не превышает 10¹⁵Ом·м; это нерастворимые окислы, силикаты; при высоких температурах в них возможна примесная, а также ионная проводимость, связанная с перемещением вакансий в кристаллической решетке.

Электропроводность горных пород определяется не только свойствами слагающих их минералов, но и характером срастания разных минералов. Есть минералы, которые чаще образуют проводящие срастания с другими, например пирротин, халькопирит, а другие, с довольно высокой индивидуальной электропроводностью, например галенит и магнетит, обычно образуют срастания, которые дают повышение удельного сопротивления.

Различия поляризационных и диэлектрических характеристик минералов в зависимости от состава и кристаллической структуры не очень существенны для практики электроразведки. Большее значение имеют в этом плане межфазные и межзерновые границы в горных породах. Следует обратить внимание лишь на существенное отличие от других минералов диэлектрической проницаемости воды и нефти.

Электрические свойства кристаллических пород

Так как породообразующие минералы относятся в основном к категории диэлектриков или полупроводников и их удельное сопротивление составляет 10⁶-10¹⁵ Ом·м, неизмененные магматические породы характеризуются, как правило, довольно высокими удельными сопротивлениями. Существенной разницы между интрузивными и эффузивными палеотипными породами не отмечается.

Кайнотипные эффузивы имеют несколько меньшие значения удельных сопротивлений, чем аналогичные по химическому составу палеотипные, примерно на порядок, но это отличие не велико сравнительно с разбросом значений ρ внутри каждой группы пород. Причина в том, что состав и генезис магматических пород не являются главными определяющими факторами электропроводности горных пород, которая много больше зависит от пористости, трещиноватости, состава и концентрации флюидов. Обычно кристаллический скелет породы имеет на 6—8 порядков более высокое удельное сопротивление, чем жидкая фаза в поровом пространстве.

По этим же причинам относительно невелика дифференциация по удельному сопротивлению метаморфических пород. В большинстве случаев метаморфические породы имеют примерно на порядок меньшие удельные сопротивления, чем соответствующие им неизмененные породы; особенно сильно уменьшается ρ в процессах графитизации, сульфитизации. когда в породе приобретает большой вес металлическая проводимость, а также при серпентинизации гипербазитов.

Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты; С увеличением частоты уменьшается (в сухих породах незначительно, а в водонасыщенных довольно сильно). Имеются данные о зависимости диэлектрической проницаемости от размера зерен: тонкодисперсные водонасыщенные породы имеют большие значения, в особенности
на низких частотах. Для тонкослоистых разрезов и горных пород с преобладающей
ориентацией минералов низких сингоний характерна анизотропия; вдоль слоистости диэлектрическая проницаемость всегда выше, при этом у водонасыщенных пород это различие выражено сильнее, чём у сухих.

Среди рудных минералов повышенными значениями диэлектрической проницаемости характеризуются сульфиды свинца, меди и железа (галенит, халькозин, пирит, пирротин, халькопирит), а также молибденит, окислы железа и титана (магнетит, гематит, рутил). Многие минералы и горные породы имеют близкие значения.

Удельное сопротивление магматических и метаморфических пород почти не зависит от состава и определяется типом увлажнения, содержанием и минерализацией флюидов в порах и трещинах.

Электрические свойства осадочных пород

Осадочные породы имеют ионную проводимость, связанную с водонасыщенностью и степенью минерализации пластовых и поровых вод. Проводимость осадочных пород с пористостью от первых процентов до 20—З0 % при таких вариациях минерализации вод может меняться на много порядков почти безотносительно к составу пород. Точнее, такая зависимость есть, но не прямая: пористость зависит от литологии, степень минерализации отчасти связана с составом горных пород в осадочном бассейне.

На удельное сопротивление пород разного литологического состава неодинаково влияют гидрогеологическая обстановка и химический состав подземных вод. Для терригенных пород характерна наиболее сильная зависимость от степени минерализации вод, если же она одинакова, то наименьшим сопротивлением обладают слабо сцементированные песчаники, конгломераты с большой открытой пористостью, допускающей прохождение тока по флюидам независимо от кристаллической матрицы. Более плотные и сцементированныё песчаники, алевролиты имеют, как правило, более высокое сопротивление. Сопротивление карбонатных пород: известняков, мергелей, доломитов — зависит преимущественно от трещиноватости. Ненарушенные разности (доломиты, известняки) обладают обычно довольно высоким сопротивлением, мергели чаще трещиноваты и потому имеют пониженное сопротивление, которое больше зависит от минерализации вод. Для глинистых пород (глин, аргиллитов, глинистых сланцев) гидрогеологические и гидрогеохимические условия имеют довольно слабое влияние на удельное сопротивление; эти породы стабильно имеют низкие значения сопротивлений. Диапазон значений удельного сопротивления в каждой из групп пород, как правило, шире, чем различие сопротивлений разных пород в конкретных разрезах.

116. Ядерная геофизика: физические понятия и основные факты.

Задачи и методы ядерной геофизики (ЯГ): - объединяет физические методы поисков и разведки радиоактивных руд по их естественной радиоактивности (радиометрия) и поэлементного анализа горных пород путем изучения вызванной радиоактивности (ядерно-геофизические методы).

ЯГ отличается малой глубинностью исследований (десятки см по породе) вследствие быстрого поглощения ядерных излучений окружающими породами и воздухом. Основными методами радиометрии являются:

- гамма-съемка (ГС), предназначенная для изучения интенсивности гамма-излучения,

- эманационная съемка (ЭС), при которой по естественному альфа-излучению почвенного воздуха определяют концентрацию в нем радиоактивного газа - радона.

- Гамма-методы (ГМ) служат для поисков и разведки не только радиоактивных руд урана, радия, тория и других элементов, но и парагенетически или пространственно связанных с ними нерадиоактивных полез.ископ. С их помощью можно определять абсолютный возраст горных пород.

Искусственная радиоактивность возникает при облучении горных пород и сред гамма-квантами или нейтронами. Измеряя те или иные характеристики наведенного поля, можно судить о гамма- и нейтронных свойствах горных пород, которые определяются химическим составом элементов и физическими свойствами пород. Существует множество искусственных ядерно-физических методов определения химического состава и физических свойств горных пород, основанных на использовании либо нейтронов (нейтрон-нейтронные, нейтрон-гамма и др.), либо гамма-излучений (гамма-гамма, гамма-нейтронный, рентгенорадиометрический и др.).

Строение атома: Атом состоит из ядра, окруженными электронами. Заряд ядра (Z) определяется числом протонов. Число Z совпадает с порядковым № элемента. В атоме м.б. несколько электронных оболочек (К, L, М и др.), и наиболее прочно с ядрами связаны электроны ближайшей к нему К-оболочки. Все ядра атомов состоят из р⁺ и е^-, за иски, водорода, состоящего из 1-ого р⁺. Атомный вес (А) определяется числом нейтронов (N) и числом Z, т.е. А= N + Z - это есть масса ядра. Элемент можно описать: ^А_zЭ. Изотопы - ядра, содержащие одинаковое кол-во р⁺, но разное число n° (пр. ¹₁Н, ²₁Н, ³₁Н); Изобары - ядра с = А, но не = Z и N (пр. ⁴⁰₁₉К, ⁴⁰₂₀Са, у них А=40); Изотоны - ядра с = N, но не = Z и А (пр. ³₁Н, ⁴₂Не, ⁵₃Li, ⁶₄Ве, у них N=2).

Физические понятия:

Радиоактивнее элементы - ядра, атомов которых находятся в неустойчивом состоянии и претерпевают самопроизвольный (спонтанный) распад, превращаясь в др. элементы. Самопроизвольный распад неустойчивых атомных ядер, спонтанно превращающихся в ядра других элементов и сопровождающийся испусканием альфа-, бета-частиц, гамма-квантов, называется естественной радиоактивностью. Известно 3 семейства - урана, тория и актиния. Известно более 230 радиоактивных изотопов различных элементов, называемых радиоактивными нуклидами (радионуклидами).

Радиоактивность тяжелых металлов с порядковым номером в таблице Менделеева, большим 82, сводится к последовательным превращениям одних элементов в другие и заканчивается образованием устойчивых нерадиоактивных изотопов - эти последовательные превращения слагают ряды или семейства. Основными радиоактивными рядами или семействами являются ряды U-238, U-235, Th-232. Они являются материнскими радионуклидами, т.е. родоначальниками семейств и относятся к долгоживущим: у них период полураспада, т.е. время, необходимое для того, чтобы число атомов уменьшилось вдвое, составляет:

4,5*10⁹; 7,13*10⁸; 1,39*10¹⁰лет

Конечным продуктом (дочерним радионуклидом) превращений урана является нерадиоактивный радиогенный РЬ. Кроме радиоактивных семейств, имеются одиночные радионуклиды, в которых радиоактивный распад ограничивается одним актом превращений (K-40,Rb-87,Sm-82 и др.).

Типы распадов:

Родитель Z	N	А
Дочерний Z- 2	N-2	А-4

- Альфа (α) - распад сопровождается испусканием α -частиц (атомов гелия), при этом масса излучающего ядра уменьшается на 4 раза, а заряд на 2. Уменьшение заряда атома на 2 => испускание двух е^- с наружней оболочки атома (¹⁴⁷Sm = ¹⁴³Nd + ⁴₂Не)

Родитель Z	N	А
Дочерний Z +1	N-1	А

- Бета (β) распад сопровождается испусканием электронов (β^-) и позитронов (β⁺) энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов окружающей среды. Этот распад происходит при +перемещении в ядре нейтронов в протоны и наоборот. Первый из этих процессов приводит к появлению электронов, а второй - позитронов. Каждый из этих процессов сопровождается вылетом нейтральной частицы - нейтрино(v) при β ⁺-распаде и антинейтрино (v^-) при β^- - распаде.. Позитрон - это частица, отличающаяся от электрона знаком заряда, а массы одинаковы (⁴⁰₂₀К = ⁴⁰₂₀Са + β⁺⁺v или еще реакция ¹⁷₉F =¹⁷₈O + β⁺⁺v) при этом образуются изобары.

Родитель Z	N	А
Дочерний Z-1	N+1	А

- Электронный захват, при котором, ядро захватывает с одной из ближайшей к нему оболочек электрон, в результате чего в ядре один протон превращается в нейтрон и из ядра вылетает нейтрино. Наиболее близкой к ядру чаще всего бывает К-оболочка. При этом образуются изобары, которые в периодич. системе размещаются рядом с исходным изотопом, влево от него (⁴⁰₁₉К+е^- = ⁴⁰₁₈Ar+ β^-)

- Гамма (γ) излучение представляют собой поток электромагнитного излучения очень высокой частоты (>10¹⁸ Гц). Хотя они также рассеиваются и поглощаются окружающей средой, но благодаря своей электрической нейтральности отличаются высокой проникающей способностью (сотни метров в воздухе и до метра в горных породах).

Закон радиоактивного распада: каждое радиоактивное ядро распадается не зависимо от других ядер. Среднее число распадов ΔN за малый промежуток времени At будет пропорционально числу имеющихся не распавшихся атомов N и интервалу времени Δt:

ΔN = - λ N Δt,

где λ - постоянная распада, т.е. вероятность распада за ед.времени. Знак минус, т.к. со временем число ядер уменьшается. Переходя к дифференциальному виду и интегрируя по t от 0 до t и по N от N₀ (число радиоактивных атомов при t=0) до N получим:

N = N₀e^-λt => Т_1/2 = lп 2/λ.

При радиоактивном распаде идет уменьшение материнского изотопа и накопление дочернего. Часто бывает так, что дочерний изотоп явл.ся радиоактивным поэтому его кол.во в начальный момент (t = 0) будет = 0. Продолжительность жизни: согласно формуле ΔN = - λ N Δt, число атомов, распадающегося в интервале времени от t до t + dt, равно λ N dt, суммарная же продолжительность их жизни = t λ N dt. Интегрируя это выражение по t от 0 до ∞ получим среднюю продолжительность одного атома τ = 1/ λ.

Единицы измерения: Количество и концентрация долгоживущих элементов (U, Th, К-40) в горной породе определяются их процентным содержанием. Абсолютной единицей радиоактивности в системе СИ является беккерель (1 Бк = 1 расп./с). Единицей удельной радиоактивности в СИ служит беккерель на единицу массы или объема. За единицу экспозиционной дозы облучения в СИ принят кулон на килограмм (Кл/кг). Мощность дозы, т.е. облучение за единицу времени, в радиометрии выражают в амперах на килограмм (А/кг) и микрорентгенах в час (мкР/ч). Важной характеристикой излучений является энергия, которая представляет собой начальную кинетическую энергию частиц и измеряется в электрон-вольтах (эВ). Нейтроны по энергии разделяют на: холодные (0,001 эВ), тепловые (0,025 эВ), надтепловые (> 0,05 эВ), резонансные (0,5 - 100 эВ), медленные (< 1 кэВ), промежуточные (1 кэВ - 0,5 МэВ), быстрые (> 0,5 МэВ).