Учебное пособие по полевой геофизической практике

1. МЕТОДЫ РАЗВЕДОЧНОЙ ГЕОФИЗИКИ

1.1. Общие положения

В зависимости от физической природы полей в разведочной геофизике выделяются следующие методы [4], [9]: гравиразведка, магниторазведка, электроразведка, сейсморазведка, радиометрия, а также ряд других методов. Гравиразведка основана на изучении поля силы тяжести, отражающего плотностные неоднородности геологической среды. С помощью магниторазведки изучают особенности распределения магнитного поля, вызванного геологическими объектами различной намагниченности. Радиометрические методы основаны на измерении интенсивности излучения радиоактивных элементов с целью их обнаружения и определения содержания в горных породах. Методами электроразведки изучают процессы, которые происходят в горных породах при прохождении через них электрического тока и зависят от удельного сопротивления и других электрических свойств горных пород. Методами сейсморазведки изучают особенности распространения упругих колебаний в горных породах, что позволяет определять скорости сейсмических волн в геологической среде.

Процедура определения параметров геологического разреза или объекта изучаемой среды по данным геофизических наблюдений называется геофизической интерпретацией. Как правило, процесс интерпретации включает в себя решение прямой и обратной задач геофизики для соответствующего метода исследований [3], [5], [7], [8]. Прямая задача  это вычисление геофизического поля по известному (заданному) распределению физических свойств в среде. Решение этой задачи заведомо является единственным и не порождает каких-либо принципиальных трудностей. Обратная задача  это расчет распределения искомых физических свойств среды по наблюденному геофизическому полю. В общем случае решение этой задачи не является единственным, т. е. одному и тому же наблюденному полю может соответствовать множество различных разрезов изучаемой среды. Этот момент является принципиально важным для осознания возможностей геофизической интерпретации.

Главенствующим принципом в интерпретации является «принцип модельности геофизической интерпретации» [3], [5], [7], [8], предполагающий наличие определенной модели, в рамках которой определяются некоторые ее неизвестные параметры. Это могут быть либо геометрические характеристики модели (при априорно заданных физических свойствах пород), либо ее физические свойства (при априорно известных геометрических параметрах модели), либо и то и другое вместе. Таким образом, только в рамках некоторой заданной модели (геофизической или геологической) можно рассматривать результаты геофизической интерпретации. Примеры такого рода далее сопровождают описание методик геофизических наблюдений в каждом из рассматриваемых методов геофизической разведки.

В настоящее время геофизические методы являются неотъемлемой частью геологических исследований самых различных направлений
и масштабов работ. В зависимости от условий применения в разведочной геофизике выделяют воздушные, морские, наземные и подземные (рудничные и скважинные) методы. В целом применение геофизических методов позволяет решать сложные геологические задачи наиболее эффективно, быстро и с малыми затратами средств.
1.2. Геофизические поля и их аномалии

Физическое поле, особенности которого зависят от геологического строения земной коры, называется геофизическим. В разведочной геофизике [4], [9] изучают естественные и искусственно созданные в геологической среде геофизические поля. К естественным полям относятся гравитационные, магнитные и некоторые виды естественных электрических полей, а также поля естественной радиоактивности, обусловленные природными физическими причинами. Искусственным путем создают постоянное или переменное электромагнитные поля, а также поле распространения упругих колебаний. Искусственное электромагнитное поле может быть создано гальваническим или индуктивным способами. При использовании гальванического способа через два заземленных электрода пропускают постоянный или переменный электрический ток. Индуктивный способ предполагает, что переменный электрический ток пропускают через генераторную антенну, которая излучает распространяющееся в горных породах переменное электромагнитное поле. Поля упругих колебаний создают с помощью взрывов и специальных невзрывных источников импульсных или периодических упругих колебаний. Поля искусственной радиоактивности создают в горных породах путем действия на них гамма- или нейтронного излучения.

Между геологическим строением среды и ее геофизическими полями существует прямое соответствие, отражающее объективную физическую реальность: любому модельному геологическому объекту соответствует вполне определенный набор геофизических полей, которые могут быть рассчитаны как решение некоторых специальных задач математической физики. На этом принципиальном положении основывается один из важнейших этапов применения геофизических методов – интерпретация наблюденных геофизических полей, т. е. определение самой этой модели по ее известному геофизическому полю.

В разведочной геофизике различают нормальные и аномальные геофизические поля [4], [9]. Нормальное поле – это однородное геофизическое поле, соответствующее однородной или слоисто-однородной геологической среде. В масштабном отношении под нормальным полем часто понимают геофизическое поле некоторой крупной геологической структуры или целого геологического региона по отношению к полю, создаваемому некоторой меньшей по размерам геологической структурой. Геофизические поля, происхождение которых обусловлено локальными геологическими объектами: дайками, жилами, пластами, интрузиями, рудными телами и т. д. – называются локальными аномалиями соответствующего поля (или просто аномальными полями). В реальных геологических условиях каждое наблюдаемое геофизическое поле складывается из нормального

Помимо нормальной и аномальной компонент во всех геофизических полях присутствуют и поля-помехи. Они порождаются как неизбежными аппаратурными погрешностями наблюдений, так и внешними геологическими причинами. Последними являются геофизические поля, возникновение которых вызвано геологическими объектами, не представляющими практического интереса для данных исследований. К геофизическим полям-помехам относят также воздействие некоторых сторонних физических источников этих полей, таких как изменяющиеся во времени магнитные

Геофизические поля в зависимости от источника и физических законов, определяющих их распространение, могут иметь скалярный или векторный характер (рис. 1.1). Скалярные поля (так называемые потенциалы) по своему физическому смыслу определяют энергетическую характеристику данного поля и обладают только величиной (амплитудой) потенциала, которая может изменяться в пространстве. Векторные поля характеризуются как модулем вектора, так и его направлением в пространстве. Обе эти величины, присущие векторному полю, также могут изменяться в пространстве.

Рис. 1.1. Скалярные и векторные поля: а  изолинии электрического потенциала точечного источника поля; б  векторы

напряженности магнитного поля точечного источника