Методи досліджень у геології

Первинним методом вивчення земних надр є геологічна зйомка – сукупність робіт, результатом яких є складання карт. Карти будують на топографічній або географічній основі, на котру наносять як гірські породи, що виходять на денну поверхню, так і породи, що залягають на глибині. Умовними позначками записують їхній склад, вік, елементи залягання, тектонічні порушення й т. ін. Геологічна зйомка здійснюється наземним способом із застосуванням технічних засобів. При наземній зйомці використовують природні виходи гірських порід, гірські виробітки та бурові свердловини. Геологічна зйомка супроводжується геофізичними і геохімічними дослідженнями.

Геофізичні методи вивчають фізичні поля Землі: електромагнітне, гравітаційне, теплове й інші. Ними досліджують глибини, яких не досягають глибокі шахти і свердловини. Так, за допомогою сейсмічних методів зондуються найглибші сфери планети аж до мантії та ядра.

Усе ширше застосовують методи підземної геофізики – радіохвильового просвічування, наведеної поляризації, свердловинної електророзвідки (рис. 10.1).

Ці методи мають велике значення не лише в процесі виконання геологознімальних робіт, але і при пошуках та розвідці родовищ корисних копалин.

1. Метод глибинного сейсмічного зондування (ГСЗ). Це головний метод вивчення глибинних зон Землі (рис. 10.2).

У його основі – поведінка сейсмічних хвиль на різних рівнях

Рисунок 10.1 – Схема результатів електричного каротажу в свердловині

земних надр. За допомогою сейсмічних хвиль можна встановити щільність та фазовий стан речовини, визначити глибини меж оболонок Землі (кори та верхньої мантії), структуру глибинних розломів, магматичних осередків і т. ін. Використовується три типи сейсмічних хвиль: поздовжні, поперечні й поверхневі. Вони народжуються підземними поштовхами, що спричинені природними або штучними джерелами. Метод важливий для виявлення зон розущільнення в породах, з якими пов’язують поклади вуглеводнів.

2. Метод зіставлення швидкостей сейсмічних хвиль. Ґрунтується

на зіставленні сейсмічних хвиль у земній корі й у зразках гірських порід.

Рисунок 10.2 – Схема розповсюдження та відбиття пружних сейсмічних хвиль у процесі сейсмічної розвідки та вигляд сейсмограми

Лабораторні дослідження, які проводяться зі зразками гірських порід в умовах, наближених до великих глибин (високі температури та тиск), доводять, що швидкості розповсюдження сейсмічних хвиль у деяких магматичних породах відповідають швидкостям сейсмічних хвиль у нижніх шарах земної кори і верхньої мантії.

На основі таких зіставлень було зроблено висновок, що під осадовою товщею земної кори залягають породи, які подібні до гранітів та базальтів, а кристалічні породи верхньої мантії є близькими за щільністю до перидотитів. Використовується для виявлення нафтогазових резервуарів і пасток.

3. Гравіметричні методи – застосовуються для вивчення сили тяжіння Землі. Дослідження показали, що прискорення вільного падіння поступово збільшується з глибиною, досягаючи максимуму на границі мантії з ядром. У ядрі воно зменшується і в центрі Землі дорівнює нулю. Різна щільність гірських порід зумовлює локальні відхилення сили тяжіння від нормальних або розрахункових її значень у верхніх шарах земної кори. Ці відхилення, що мають назву гравітаційних аномалій, широко використовуються при пошуках як родовищ нафти і газу, так й інших корисних копалин.

4. Магнітометричні методи – ґрунтуються на дослідженні магнітних властивостей гірських порід і руд, у масивах яких установлюються магнітні аномалії. Кожна з них характеризує той чи інший мінеральний комплекс, що часто залягає на глибинах у тисячі та десятки тисяч метрів.

5. Геотермічні методи використовуються для визначення ділянок висхідного розвантаження теплових потоків, що надходять з глибинних зон Землі. Геотермічні аномалії, в межах яких температура гірських порід і підземних вод є вищою за фонову, вказують на існування сучасних осередків тепломасопереносу в земній корі. Ці методи є дуже важливими для виявлення висхідного розвантаження нафтогазових флюїдів.

6. Геохімічні методи (літогеохімічний, гідрогеохімічний, газо-геохімічний, біогеохімічний) дозволяють досліджувати не лише загальний хімічний склад гірських порід і мінералів, підземних вод і природних газів, а й (що найголовніше) визначити геохімічні аномалії у різних природних середовищах. За допомогою цих аномалій проводяться пошуки родовищ вуглеводнів та інших корисних копалин, вивчається екологічний стан геологічного довкілля та вирішуються інші теоретичні та практичні задачі.

7. Буріння свердловин дає можливість безпосередньо вивчати мінеральну речовину земних надр. Маючи зразки гірських порід (керн) з різних глибин, які піднімають на поверхню у бурових трубах, ми можемо дати відповіді на різні питання, що нас цікавлять. Але разом з керновим існує і безкернове буріння. У такому випадку гірські породи вивчаються різними геофізичними методами шляхом опускання у свердловину певних приладів (промислова геологія). Ті або інші фізичні характеристики у порівнянні з еталонними параметрами дозволяють визначити не лише тип і склад породи, а і її властивості. Свердловини буряться на різну глибину залежно від призначення (геологічні, інженерно-геологічні, гідрогеологічні, нафтогазові, структурні, параметричні, розвідувальні, експлуатаційні та ін.). Так, інженерно-геологічні свердловини розкривають породи від декількох до перших десятків метрів, нафтогазові бурять до 3 – 7 км, а глибини параметричних свердловин, що вивчають геологічний розріз літосфери сягають і 10 км (Кольська надглибока). Свердловини – найважливіший вид досліджень при пошуках та розвідці родовищ нафти й газу, вугілля, металічних та неметалічних корисних копалин.

Останніми десятиліттями широко застосовуються аерокосмічні методи досліджень. Вони ґрунтуються на фотографуванні поверхні Землі з повітря і космосу, а також на реєстрації приладами випромінювання різних видів: теплового інфрачервоного, надвисокочастотного та інших. З фотографій складаються комплексні фотоплани, а потім на їх основі будують регіональні геологічні карти, які, втім, не відрізняються високою детальністю. Масштаби карт залежать від висоти зйомки. Розшифровування знімків відбувається як за тональністю забарвлення відзнятих полів, так і шляхом порівняння знімків з геологічними і тектонічними картами регіонів, що добре вивчені. Найчіткіше дешифруються розломи, соляні куполи та інші геологічні структури. Розломи на фотографіях звичайно мають вигляд ліній чорного або темно-сірого кольору.

Існують й інші види геологічних досліджень, які об’єднуються у комплекс геологорозвідувальних робіт.

Геологічне вивчення як перспективних районів, так і окремих родовищ корисних копалин, відбувається послідовно. У процесі його проведення все повніше визначаються особливості їх геологічної будови, гірничо-геологічних характеристик, якості корисних копалин і т. ін.

Попереднім видом геологорозвідувальних робіт є прогнозування як окремих родовищ корисних копалин, так і перспективних геологічних районів. Прогнозування здійснюється на основі не лише геологічного вивчення територій, а й методу аналогій (зіставлення територій з подібною геологічною будовою, на одній з яких розвідано родовища тих або інших корисних копалин).