Геофизические методы поиска полезных ископаемых это

СЕЙСМОРАЗВЕДКА — геофизический метод геологоразведки, основанный на изучении распространения в земной коре упругих (сейсмических) волн, вызванных взрывом или ударом. Упругие волны, распространяясь во все стороны от источника в толще земной коры, попадают на границы раздела, изменяют свое направление и динамические свойства, при этом образуются новые волны.
На пути следования волн размещаются пункты приёма и регистрации сигналов — сейсмоприемники. Измеряя время распространения волн, и изучая характер колебаний, можно определить глубину залегания и форму тех геологических границ, на которых произошло преломление или отражение волны, а также судить о составе горных пород, через которые волна прошла на своем пути.
Пункты приёма, применяемые для регистрации волн, образуют расстановку. Расстановки имеют форму прямой линии (2D-сейсморазведка) или блока параллельных приёмных линий (3D-сейсморазведка). Графики записанных колебаний группируются в сейсмограммы и анализируются.

Упрощенная схема проведения наземных сейсморазведочных работ:
1 — место взрыва; 2 — сейсмоприёмники; 3, 4 — отраженная волна; 5 — сейсмостанция.

Упрощенная схема проведения морских сейсморазведочных работ.

Сейсмические методы находят широкое применение при решении геологических задач и занимают ведущее место среди геофизических методов, применяемых при поисках месторождений нефти и природного газа, рудных месторождений и других полезных ископаемых, а также в инженерной геологии.

Сейсморазведка подразделяется:

— по стадии геологоразведочного процесса — региональная, поисковая и детальная;
— по решаемым задачам — глубинная, структурная (нефтегазовая) и инженерная;
— по условиям ведения работ — наземная, морская, скважинная;
— по размерности — 1D (в стволе скважины), 2D (с расстановкой
пунктов возбуждения и приема вдоль линейного профиля) и 3D (с размещением пунктов приема по площади);
— по типу источника — взрывная, вибрационная и невзрывная импульсная.

Гравиразведка (или гравиметрия) — геофизический метод, изучающий изменение ускорения свободного падения в связи с изменением плотности геологических тел. Гравиразведка активно применяется при региональном исследовании земной коры и верхней мантии, выявлении глубинных тектонических нарушений, поиске полезных ископаемых (преимущественно рудных), выделении алмазоносных трубок взрыва. Высокоточные гравиметрические измерения используются для определения рельефа местности, так как с увеличением превышений растет мощность осадочных пород над уровнем моря. Гравиразведка позволяет определять литологию магматических пород, поскольку с ростом основности возрастает и концентрация плотных железистых соединений. Гравиметрия занимается изучением гравитационного поля Земли. Локальные вариации этого поля, связанные с плотностными неоднородностями в пределах земной коры, используются для определения положения рудных тел. Полагают, что рельеф земной поверхности и плотностные изменения внутри земной коры с глубиной взаимно компенсируются, поэтому удовлетворительная корреляция между гравитационными аномалиями протяженностью 100-1000 км и рельефом не наблюдается.

Гравиметрическая или гравитационная разведка — геофизический метод исследования строения литосферы, поисков и разведки полезных ископаемых, базирующийся на изучении гравитационного поля Земли. Основным измеряемым параметром этого метода является ускорение свободного падения. Хотя поле силы тяжести ученые изучают давно, например, Г.Галилей в 1590 г. первый получил ускорение свободного падения, наблюдая за падением тел, а М.В. Ломоносов разработал для его измерения идеи пружинного и газового гравиметров, однако лишь в 30-40-х годах XX столетия необходимая точность измерений была технически реализована в гравиметрах, маятниковых приборах, а также вариометрах и градиентометрах. Эти приборы предназначены для измерения ускорения свободного падения и его градиентов.

По технологии работ и типу носителя аппаратуры гравиразведку подразделяют на полевые (наземные), морские, воздушные, подземные и скважинные гравиметровые, а также вариометрические наблюдения.

По решаемым геологическим задачам и масштабу съемок различают региональную гравиразведку, проводимую на суше и море в масштабах 1:200000 и мельче, предназначенную для получения сведений о глубинном строении крупных территорий, и детальную (поисково-разведочную), выполняемую в масштабах от 1:100000 до 1:10000, направленную на выявление структур, перспективных на те или иные полезные ископаемые, поиск и разведку месторождений.

Магниторазведка

Магнитометрическая или магнитная разведка (магниторазведка) — это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Многие горные породы и руды обладают магнитными свойствами и способны под воздействием этого поля приобретать намагниченность и создавать аномальные или вторичные магнитные поля. Выделение этих аномальных полей из наблюденного или суммарного геомагнитного поля, а также их геологическое истолкование является целью магниторазведки.

От других методов разведочной геофизики магниторазведка отличается наибольшей производительностью, особенно в аэроварианте. Магниторазведка является эффективным методом поисков и разведки железных руд. Однако ее широко применяют и при геологическом картировании, структурных исследованиях и поисках других полезных ископаемых.

Наземная магниторазведка применяется нами при решении следующих задач:

1. Поиски и разведка железорудных месторождений. Исследования начинаются с проведения аэромагнитных съемок.
Железорудные месторождения выделяются очень интенсивными (сотни и тысячи нТл) аномалиями. Детализация аномалий
проводится наземной съемкой. При этом ведется не только качественная, но и количественная интерпретация, т.е. оценивается
глубина залегания магнитных масс, простирания, падения, размеры железосодержащих пластов, а иногда по интенсивности намагничения
даже качество руды. Наиболее благоприятны для разведки магнетитовые руды, менее интенсивными аномалиями выделяются
гематитовые месторождения.

2. Магниторазведка применяется также при поисках таких полезных ископаемых, как полиметаллические, сульфидные, медно-никелевые, марганцевые руды, бокситы, россыпные месторождения золота, платины, вольфрама, молибдена и др. Это оказывается возможным благодаря тому,
что в рудах в качестве примесей часто содержатся ферромагнитные минералы или же они сами обладают повышенной магнитной восприимчивостью.

ГЕОФИЗИ́ЧЕСКИЕ МЕ́ТОДЫ РАЗВЕ́Д­КИ  (ГМР), ме­то­ды, ис­поль­зую­щие про­стран­ст­вен­но-вре­менны́е из­ме­не­ния гео­фи­зич. по­лей в зем­ной ко­ре для по­ис­ка и раз­вед­ки по­лез­ных ис­ко­пае­мых, кон­тро­ля за экс­плуа­та­ци­ей их ме­сто­ро­ж­де­ний. ГМР на­зы­ва­ют так­же раз­ве­доч­ной или при­клад­ной гео­фи­зи­кой. ГМР тес­но свя­за­ны с об­щей гео­ло­ги­ей, гео­ло­гией полезных ископаемых, гео­хи­ми­ей, гео­тек­то­ни­кой, стра­ти­гра­фи­ей и ми­не­ра­ло­ги­ей. В со­от­вет­ст­вии с по­став­лен­ны­ми за­да­ча­ми вы­де­ля­ют отд. на­прав­ле­ния при­клад­ной гео­фи­зи­ки: глу­бин­ная, неф­те­га­зо­вая, руд­ная и не­руд­ная, ин­же­нер­но-гео­ло­гич., гид­ро­гео­ло­гич., во­ен­ная, мерз­лот­но-гля­цио­ло­гич., ар­хео­ло­гич. и гео­эко­ло­ги­че­ская.

По ви­дам из­ме­ряе­мых по­лей вы­де­ля­ют сле­дую­щие груп­пы ГМР: гра­ви­та­ци­он­ная раз­вед­ка (гра­ви­та­ци­он­ное по­ле); маг­нит­ная раз­вед­ка (маг­нит­ное по­ле); тер­мо­раз­вед­ка (те­п­ло­вое по­ле); элек­три­че­ская раз­вед­ка и элек­тро­маг­нит­ная (ра­дар­ная) съём­ка (элек­трич. и элек­тро­маг­нит­ное по­ля); сейс­ми­че­ская раз­вед­ка и гео­аку­сти­ка (по­ле уп­ру­гих волн); ядер­ная гео­фи­зи­ка (по­ля ней­тро­нов, гам­ма-кван­тов, ней­три­но, по­то­ки тя­жёлых час­тиц).

ГМР ис­поль­зу­ют пас­сив­ные и ак­тив­ные схе­мы из­ме­ре­ний. Пас­сив­ные ме­то­ды ос­но­ва­ны на ре­ги­ст­ра­ции ха­ракте­ри­стик ес­те­ст­вен­ных фи­зич. по­лей (темп-ры, те­п­ло­во­го по­то­ка, ус­ко­ре­ния сво­бод­но­го па­де­ния или си­лы тя­же­сти, ра­дио­ак­тив­но­сти, век­то­ра ин­дук­ции маг­нит­но­го по­ля, ин­тен­сив­но­сти эмис­сии сейс­мич. ак­тив­но­сти). Ак­тив­ные ме­то­ды ис­поль­зу­ют ис­кусств. воз­бу­ж­де­ние мас­си­ва по­род с по­мо­щью ис­точ­ни­ка уп­ру­гих (сейс­мич. или аку­стич.), элек­тро­маг­нит­ных волн, элек­трич. то­ка, по­то­ков ио­ни­зи­рую­щих из­лу­че­ний и ре­ги­ст­ра­цию от­кли­ка гео­ло­гич. сре­ды на по­слан­ное из­лу­че­ние.

Осу­ще­ст­в­ле­ние ГМР вклю­ча­ет три ста­дии: про­ве­де­ние по­ле­вых на­блю­де­ний (из­ме­ре­ний) ха­рак­те­ри­стик фи­зич. по­лей по за­дан­ной се­ти про­фи­лей; ком­пь­ю­тер­ная об­ра­бот­ка ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ний с ис­поль­зо­ва­ни­ем спец. про­грамм­но­го обес­пе­че­ния; гео­ло­гич. ин­тер­пре­та­ция ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ний, за­клю­чаю­щая­ся в по­строе­нии фи­зи­ко-гео­ло­гич. мо­де­ли изу­чае­мо­го гео­ло­гич. объ­ек­та.

Воз­мож­ность ис­поль­зо­ва­ния ГМР для ре­ше­ния раз­но­об­раз­ных гео­ло­гич. за­дач ос­но­ва­на на кон­крет­ных функ­цио­наль­ных ли­бо кор­ре­ля­ци­он­ных за­ви­си­мо­стях ме­ж­ду зна­че­ния­ми гео­фи­зич. па­ра­мет­ров и ис­ко­мы­ми свой­ст­ва­ми гео­ло­гич. сре­ды. При ре­ше­нии за­дач гео­фи­зич. раз­вед­ки вы­де­ля­ют од­но­род­ные по фи­зич. ха­рак­те­ри­сти­кам слои, ус­та­нав­ли­ва­ют мор­фо­ло­гию их гра­ниц и да­лее, с ис­поль­зо­ва­ни­ем имею­щей­ся гео­ло­гич. ин­фор­ма­ции, ото­жде­ст­в­ля­ют вы­де­лен­ные слои с оп­ре­де­лён­ны­ми ти­па­ми гор­ных по­род, в т. ч. вы­яв­ля­ют уча­ст­ки недр, пред­по­ло­жи­тель­но со­дер­жа­щие те или иные ви­ды по­лез­ных ис­ко­пае­мых.

Тео­рия ГМР ос­но­ва­на на фун­дам. пред­став­ле­ни­ях ме­ха­ни­ки и элек­тро­ди­на­ми­ки сплош­ных сред, тео­рии гра­ви­та­ци­он­но­го и маг­нит­но­го по­лей Зем­ли, тео­рии ко­ле­ба­ний и волн. При ре­ше­нии гео­фи­зич. за­дач неф­тя­ной и га­зо­вой гео­ло­гии важ­ную роль иг­ра­ют зна­ния фи­зи­ки по­рис­тых и тре­щи­но­ва­тых флюи­до­на­сы­щен­ных сред.

Гео­фи­зич. ис­сле­до­ва­ния ос­но­ва­ны на ре­ше­нии т. н. пря­мых и об­рат­ных за­дач гео­фи­зи­ки. Под пря­мой за­да­чей под­ра­зу­ме­ва­ют тео­ре­тич. или экс­пе­рим. оцен­ку ре­ак­ции сре­ды с за­ра­нее за­дан­ны­ми фи­зич. свой­ст­ва­ми и гео­мет­рич. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми на по­слан­ный в неё сиг­нал. При ре­ше­нии пря­мых за­дач ши­ро­ко ис­поль­зу­ют ап­па­рат ма­те­ма­тич. фи­зи­ки, чис­лен­ные ме­то­ды ма­те­ма­тич. мо­де­ли­ро­ва­ния, в т. ч. ме­тод ко­неч­ных раз­но­стей, ко­неч­ных эле­мен­тов, ме­тод Мон­те-Кар­ло и др. Ре­ше­ние об­рат­ной за­да­чи гео­фи­зи­ки со­сто­ит в оп­ре­де­ле­нии гео­мет­рии и свойств гор­ных по­род, на­хо­дя­щих­ся в пре­де­лах изу­чае­мо­го объ­ек­та на ос­нове ана­ли­за из­ме­рен­но­го гео­фи­зич. по­ля, т. е. по ре­зуль­та­там экс­пе­ри­мен­та. Ма­те­ма­тич. ап­па­рат, ис­поль­зуе­мый для ре­ше­ния об­рат­ных за­дач гео­фи­зи­ки, вклю­ча­ет тео­рию по­тен­циа­лов, тео­рию вол­но­вых яв­ле­ний и др. На прак­ти­ке об­рат­ные за­да­чи ре­ша­ют, при­ме­няя спе­циа­ли­зир. про­грамм­ное обес­пе­че­ние.

Де­таль­ность ис­сле­до­ва­ний недр Зем­ли с по­мо­щью совр. ап­па­ра­ту­ры во мно­гом за­ви­сит от ис­поль­зуе­мых тех­но­ло­гий. Так, глу­би­на ис­сле­дуе­мо­го слоя ко­леб­лет­ся от мет­ров до де­сят­ков ки­ло­мет­ров. По­ле­вые гео­фи­зич. из­ме­ре­ния про­во­дят с по­мо­щью спец. ап­па­ра­ту­ры, вклю­чаю­щей бло­ки элек­трон­но­го управ­ле­ния, ис­точ­ни­ки из­лу­че­ния сиг­на­лов, де­тек­то­ры (при­ём­ни­ки) сиг­на­лов, бор­то­вые вы­чис­лит. ма­ши­ны для пред­ва­рит. об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции. Совр. гео­фи­зич. ап­па­ра­ту­ра раз­ме­ща­ет­ся на спец. ав­то­мо­би­лях, н.-и. мор­ских или реч­ных су­дах, вер­то­лё­тах, са­мо­лё­тах, а так­же на бор­ту оби­тае­мых и не­оби­тае­мых ор­би­таль­ных кос­мич. стан­ций.

Спец. и весь­ма эф­фек­тив­ной тех­но­ло­ги­ей изу­че­ния Зем­ли яв­ля­ют­ся гео­фи­зи­че­ские ис­сле­до­ва­ния сква­жин. Ап­па­ра­ту­ра для та­ких ис­сле­до­ва­ний вклю­ча­ет, кро­ме на­зем­ных элек­трон­ных бло­ков, спец. глу­бин­ные при­бо­ры (зон­ды), опус­кае­мые на за­дан­ную глу­би­ну с по­мо­щью гео­фи­зич. ка­бе­ля. При соз­да­нии гео­фи­зич. ап­па­ра­ту­ры ис­поль­зу­ют­ся вы­со­ко­проч­ные ком­по­зит­ные ма­те­риа­лы, ле­ги­ро­ван­ные ста­ли, тер­мо­стой­кие ре­зи­ны и пла­сти­ки, а так­же про­грам­ми­руе­мые ло­гич. мик­ро­элек­трон­ные схе­мы.

Спец. из­ме­ри­тель­ные сис­те­мы соз­да­ют­ся для по­ле­вой (на­зем­ной), мор­ской (см. Мор­ская гео­фи­зи­че­ская раз­вед­ка), аэ­ро­кос­мич. (см. Аэ­ро­гео­фи­зи­че­ская съём­ка), сква­жин­ной гео­фи­зи­ки и шахт­но-руд­нич­ной гео­фи­зи­ки.

ГМР яв­ля­ют­ся важ­ней­шей со­став­ной ча­стью тех­но­ло­гии всех ста­дий гео­ло­го-раз­ве­доч­но­го про­цес­са и слу­жат ин­фор­мац. ос­но­вой для его оп­ти­ми­за­ции. При­ме­не­ние тех или иных ме­то­дов за­ви­сит от кон­крет­ных гео­ло­гич. за­дач. Так, при ре­гио­наль­ном изу­че­нии глу­бин­ных зон зем­ной ко­ры эф­фек­тив­но ис­поль­зу­ют­ся аэ­ро­кос­мич., мор. и глу­бин­ные по­ле­вые ме­то­ды раз­вед­ки. При по­ис­ках ме­сто­рож­де­ний пре­об­ла­да­ет ком­плекс­ное ис­поль­зо­ва­ние по­ле­вых ме­то­дов (сейс­мич. раз­вед­ка, элек­трич. раз­вед­ка и др.). Ко­неч­ная цель дан­ной ста­дии – оп­ре­де­ле­ние мест за­ло­же­ния сква­жин, про­гноз строе­ния гео­ло­гич. раз­ре­за и кон­ту­ров ме­сто­ро­ж­де­ний. На ста­дии оцен­ки мес­то­ро­ж­де­ний и под­счё­та за­па­сов ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся гео­фи­зич. ис­сле­до­ва­ния сква­жин. Ра­цио­наль­ным яв­ля­ет­ся так­же со­вме­ст­ное ис­поль­зо­ва­ние ГМР и гео­хи­мич. ме­то­дов раз­вед­ки.

Пе­ре­ход гео­ло­гич. раз­вед­ки во всё бо­лее слож­ные гео­ло­го-гео­фи­зич. ус­ло­вия (боль­шие глу­би­ны, вы­со­кие темп-ры и дав­ле­ния и др.) тре­бу­ет соз­да­ния бо­лее со­вер­шен­ных тех­но­ло­гий. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся мно­го­функ­цио­наль­ные ком­плекс­ные и ком­би­нир. при­бо­ры, а так­же прин­ци­пи­аль­но но­вые ме­то­ды гео­фи­зич. ис­сле­до­ва­ний, ос­но­ван­ные на эф­фек­тах пре­об­ра­зо­ва­ния разл. фи­зич. по­лей, в т. ч. на не­ли­ней­ных фи­зич. явле­ни­ях. Соз­да­ют­ся но­вые гео­фи­зич. тех­но­ло­гии, ис­поль­зую­щие управ­ляе­мое воз­дей­ст­вие на гео­ло­гич. сре­ду и на­блю­де­ния в ре­жи­ме мо­ни­то­рин­га со­стоя­ния уча­ст­ков недр.

Историческая справка

Пер­вые идеи о воз­мож­но­сти при­ме­не­ния гео­фи­зич. (сейс­мич. и маг­нит­ных) на­блю­де­ний для ре­ше­ния при­клад­ных за­дач гео­ло­гии бы­ли вы­ска­за­ны в 18 в. М. В. Ло­мо­но­со­вым, К. Га­ус­сом, Ш. Ку­ло­ном и др. В кон. 19 в. Л. фон Эт­вёш изо­брёл гра­ви­та­ци­он­ный ва­рио­метр, по­лу­чив­ший при­ме­не­ние в раз­вед­ке по­лез­ных ис­ко­пае­мых. В 1906–16 Д. В. Го­лу­бят­ни­ков впер­вые вы­пол­нил тем­пе­ра­тур­ные из­ме­ре­ния в неф­тя­ных сква­жи­нах для ре­ше­ния ря­да гео­ло­гич. и неф­те­про­мы­сло­вых за­дач. В те же го­ды Б. Б. Го­ли­цын, один из ос­но­ва­те­лей сейс­мо­ло­гии, скон­ст­руи­ро­вал и вне­д­рил в прак­ти­ку элек­тро­ди­на­мич. сейс­мо­граф. На­ча­ло ши­ро­ко­го при­ме­не­ния гео­фи­зич. ис­сле­до­ва­ний сква­жин свя­за­но с ра­бо­та­ми франц. учёных К. и М. Шлюм­бер­же, пред­ло­жив­ших и впер­вые вне­дрив­ших в неф­те­раз­вед­ку ме­тод элек­трич. со­про­тив­ле­ния (1926–28). Осн. за­слу­га в соз­да­нии совр. гео­фи­зич. тех­но­ло­гий при­над­ле­жит рос., франц., амер. и ка­над­ской шко­лам раз­ве­доч­ной гео­фи­зи­ки.