Методы разведочной геофизики и определяющие свойства горных пород

Важнейшей задачей разведочной геофизики являются поиски и разведка полезных ископаемых, а также выявление особенностей геологического строения залежи (месторождения) полезных ископаемых, взаимоотношения с вмещающими толщами. Подразделяется на нефтегазовую, рудную, нерудную, угольную.

Для поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений применяют: сейсморазведку МОВ (выявление структурно-литологических ловушек, их местоположение), сейсмопрофилирование методом общей глубинной точки (МОГТ) (для выявления малоамплитудных, комбинированных и неантиклинальных ловушек), геофизические исследования в скважинах (ГИС) (характеристика продуктивных пластов), электрические и электромагнитные зондирования (выделение коллекторов по повышенным удельным сопротивлениям), грави- и магниторазведку. Площадная, трехмерная (3-D) и объемная сейсморазведка МОВ обладает наибольшей разрешающей способностью, электрические и электромагнитные зондирования применяют лишь при разведке крупных структур. С помощью высокоточной гравиметрической съемки в случае унаследованных по всем структурным этажам структур положительными аномалиями могут выделяться антиклинали, но при сложном региональном фоне, результаты гравиразведки оказываются недостаточно определенными. Магниторазведка имеет вспомогательное значение.

Для разведки угольных месторождений применяют методы электромагнитного зондирования, сейсморазведку МОВ, гравиразведку. С их помощью решают следующие задачи: уточняют границы месторождения; картируют выходы пластов угля; определяют мощность надугольных, угленосных отложений; прослеживают обводненные, трещиноватые и закарстованные породы; трассируют малоамплитудные нарушения в угленосной толще; изучают горно-геологические условия эксплуатации месторождений; оценивают физико-механические и прочностные свойства пород в целях прогнозирования устойчивости горных выработок; определяют литологический состав вмещающих пород, марку (зольность) углей, мощность угольных пластов, ведут подсчет запасов; выявляют зоны выгорания угольных пластов.

1. Сейсморазведка – метод изучения геологических объектов с помощью упругих колебаний – сейсмических волн. Основан на том, что скорость распространения и другие характеристики сейсмических волн зависят от свойств пород (состав, пористость, трещиноватость, флюидонасыщенность, напряженного состояния и температурных условий залегания). Задачи – изучение отраженных, преломленных, рефрагированных и других типов волн в целью выявления пространственного распределения и количественной оценки упругих и других свойств геологической среды. Различают два основных метода: метод отраженных волн (МОВ) и метод преломленных волн (МПВ).

2. Гравиразведка – базируется на изучении гравитационного поля Земли, основной измеряемый параметр – ускорение свободного падения. Поля: нормальное (обусловлено планетарными особенностями Земли – скорость вращения, масса, форма поверхности, внутреннее строение), аномальное (вызвано плотностными неоднородности среды). Задачи – измерения параметров поля силы тяжести, выделение аномальных составляющих гравитационного поля и их геологическая интерпретация.

3. Магниторазведка – геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Основные параметры геомагнитного поля – вектор напряженности и его составляющие по осям координат. Значения параметров магнитного поля Земли зависят, с одной стороны, от намагниченности всей Земли как космического тела (нормальное поле), а с другой стороны, разной интенсивности намагничения геологических формаций, обусловленной различием магнитных свойств пород и напряженности магнитного поля Земли как в настоящее время, так и в прошедшие геологические эпохи (аномальное поле). Задачи – поиски и разведка железорудных месторождений, также применяется при геологическом картировании, структурных исследованиях, поисках полезных ископаемых, изучении геологической среды. Измеряемый параметр магнитного поля - магнитная индукция (или плотность магнитного потока) , где - магнитная проницаемость среды. Единицей магнитной индукции в системе Си является тесла (Тл).

4. Электроразведка – объединяет физические методы исследования геосфер Земли, поисков и разведки пи, основанные на изучении электромагнитных полей, существующих в Земле в силу естественных космических, атмосферных или физико-химических процессов или созданных искусственно. Поля: установившиеся (существующие более 1 с, постоянные и переменные частотой от миллигерц до петагерц (10^15)), неустановившиеся (импульсные с длительностью импульсов от микросекунд до секунд, поля можно разделить на инфразвуковые, звуковые, радиоволновые, микрорадиоволновые (терморазведка)). Измеряемые параметры поля: амплитуды и фазы электрических E и магнитных H полей, при терморазведке – температуры T. Электромагнитные свойства г.п. – удельное электрическое сопротивление ρ, удельная электропроводность γ=1/ρ, электрохимическая активность α,поляризуемость η, диэлектрическая ε и магнитная µ проницаемости, а также пьезоэлектрические модули d. Задачи – расчленение полого слоистых разрезов (зондирование), изучение крутослоистых разрезов или выявления локальных объектов (профилирование), выявление неоднородностей между горными выработками и земной поверхностью (подземные).

5. Ядерная геофизика – объединяет физические методы поисков и разведки радиоактивных руд по их естественной радиоактивности (естественное поле) (радиометрия) и поэлементного анализа горных пород путем изучения вызванной радиоактивности (наведенное поле) (ядерно-физические методы). Задачи гамма-съемки – поиски и разведка радиоактивных руд, а также, пи, парагенетически связанных с ними. В комплексе с другими методами – поиски твердых пи, нефти и газа, задачи геологического картирования, расчленение по литологии, степени разрушенности, заглинизированности, выявление тектонических нарушений. Задачи эманационной съемки – разведка радиоактивных руд и ореолов рассеяния радиоактивных элементов. С помощью ядерно-физических методов определяют абсолютный возраст пород.

6. Терморазведка – объединяет физические методы исследования естественного теплового поля Земли с целью изучения строения земной коры и верхней мантии, выявления геотермических ресурсов, решения поисково-разведочных и инженерно-гидрогеологических задач. При терморазведке регистрируют радиотепловое и инфракрасное излучение земной поверхности, измеряют температуру, ее вертикальный градиент или тепловой поток. Параметры гп: λ_T - коэффициент теплопроводности, σ - плотность, c - теплоемкость, температуропроводность a= λ_T/cσ, тепловая инерция Q=(λ_Tcσ)^1/2.

7. Геофизические исследования скважин (ГИС) – применяют для решения геологических (литологическое расчленение разрезов, их корреляция, выявление полезных ископаемых и определение параметров, необходимых для подсчета запасов) и технических задач (изучение инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей разрезов, изучение инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей разрезов, изучение технического состояния скважин, контроль разработки месторождений нейти, газа и угля, проведение прострелочно-взрывных работ. Методы, используемые в ГИС:

1. Методы потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС) – основаны на изучении естественных электрических полей в скважинах.

2. Методы кажущегося сопротивления (КС) – основано на изучении удельного электрического сопротивления горных пород.

3. Электромагнитные методы – основаны на применении электромагнитного поля, индуцирующего вторичное электромагнитное поле в гп.

4. Ядерно-физические методы – основаны на изучении естественных и искусственных полей радиоактивных излучений в скважине.

5. Акустические методы исследования скважин – основаны на измерении параметров упругого волнового поля в скважинах в звуковом и ультразвуковом диапазонах.

6. Магнитные и термические методы исследования скважин – основан на измерении магнитных свойств горных пород (магнитной проницаемости µ и магнитной восприимчивости χ). Существуют скважинные методы естественного магнитного поля (основан на изучении магнитного поля Земли), магнитной восприимчивости и ядерно-магнитный метод (основан на изучении искусственного электромагнитного поля, образующегося в результате взаимодействия импульсного магнитного поля с ядрами химических элементов)

8. Методы изучения технического состояния скважин. Необходимы для контроля выполнения технического проекта на проходку скважины, принятия решения о необходимости ее ремонта, а также для интерпретации результатов ГИС. Проводят инклинометрию (определение угла наклона ствола по отношению к горизонтальной плоскости и магнитного азимута искривления), кавернометрию (определение фактического диаметра необсаженной скважины) и профилеметрию (изучение формы сечения ствола скважины), контроль качества цементирования и некоторые другие исследования.