18

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Геологічний факультет

Кафедра геофізики

Контрольна робота

з предмету:

"Комплексування геофізичних методів"

Виконав: студент IV курсу,

групи геофізиків

Богданова Л.О.

Київ – 2011 р.

1. Комплекс геофізичних методів при геоекологічних дослідженнях.

Господарська діяльність, вплив різних техногенних факторів досить часто приводять до глибоких змін та забруднення геологічного середовища, розвитку несприятливих та небезпечних інженерно-геологічних процесів і явищ. Змінюється склад, водно-фізичні і петрофізичні властивості грунтів та порід верхньої частини розрізу (ВЧР) геологічного середовища. З цього випливає, зокрема, що існують фізичні передумови застосування геофізичних методів при геоекологічних дослідженнях.

Передбачення та попередження небажаних явищ, що зв'язані з господарською діяльністю людини, потребує вдосконалення системи спостережень за геологічним середовищем і особливого підходу до інтерпретації отриманої інформації. Більшість видів забруднення тісно зв'язані один з одним. Вони в більшості мають вплив на геофізичні поля, які використовуються для їх досліджень і, таким чином, є об'єктом вивчення. Тому найбільш різнобічну інформацію про геологічне середовище і про вплив на неї антропогенного навантаження можуть дати саме геофізичні методи досліджень.

Використання підземних вод. Використання підземних вод для питного і господарського водопостачання пов’язане з активним втручанням людини в природнє середовище: змінюється рівень підземних вод, спостерігається перерозподіл між поверхневим і підземним стоком. Різку і, як правило, негативну дію на водопостачання надають промислові підприємства, а також різні сільськогосподарські об’єкти (масиви зрошуючого землеробства, тваринницькі ферми і ін.). Вони сприяють забрудненню підземних вод, а іноді і джерел їх запасів. Для зменшення масштабів цих явищ застосовується ряд заходів, а саме: вивчаються природні гідрогеологічні умови в районі проектних водозаборів, промислові і сільськогосподарські підприємства, що представляють для них небезпеку, здійснюється контроль за зміною стану підземної гідросфери в районі діючих водозаборів, промислових і сільськогосподарських об’єктів, проводиться штучне заповнення запасів підземних вод.

Геофізичні методи з метою охорони навколишнього середовища орієнтуються на гідрогеологічні вивчення участків, в межах яких відчувається найбільший вплив діяльності людини на природне середовище (шляхом разових геофізичних досліджень ). В першому випадку використовують той же комплекс геофізичних методів, що і при дослідженні з метою пошуків і розвідки підземних вод. Комплекс геофізичних методів при режимних спостереженнях також принципово не міняється; його особливість заключається лише в більш високій точності спостережень, які дозволяють фіксувати зміну геофізичних полів, обумовлених зміною досліджуваних гідрогеологічних характеристик (рівня грунтових вод, їх температура, мінералізація і ін. )

Режимні геофізичні спостереження проводяться в строго фіксованих на місцевості пунктах за допомогою одних і тих же приладів і вимірювальних установок. Вони можуть носити точковий, профільний чи площадний характер. У відповідності з особливостями процесу, який вивчається вибирається і час спостереження. Серед наземних геофізичних методів при режимних спостереженнях найбільше застосування отримала електророзвідка. В ряді випадків вона може бути доповнена сейсморозвідкою, термометрією, високоточними гравіметричними, магнітними і іншими спостереженнями. При режимних дослідженнях використовується стандартний комплекс методів каротажу.

Визначення конфігурації депресійної воронки. Дане завдання являється першочерговим і дозволяє виявити площу, яка найбільшою мірою піддається забрудненню. При експлуатації безнапірних вод депресійну воронку можна порівняно легко оконтурити звичайними гідрогеологічними способами. Значно важче вивчити депресії в п’єзометричному рівні підземних вод. Рішення можуть бути як прямими так і непрямими. Пряме вирішення пов’язане з контролем зміни фізичних полів в зоні депресії і основане на використанні високоточних гравіметричних, магнітних і сейсмічних режимних спостережень. Тривала експлуатація водозаборів приводить до зменшення об’єму води в зоні їх дії. Цей же фактор може привести до відповідної зміни стану порід, що відображається на їх магнітних і пружних властивостях, викликаючи зміну магнітного поля і сейсмічних характеристик середовища. Непряме вирішення питання пов’язане з вивченням по геофізичним даних розрізу родовищ і використанням цих даних при складанні фільтраційної схеми з метою послідуючого моделювання нестаціонарного фільтраційного потоку.

Вивчення гідравлічного зв’язку поверхневих і підземних вод. Вирішення завдання потребує проведення детального літологічного розчленування верхньої частини розрізу, включаючи зону аерації і підстилаючі її водоупорні товщі, ретельно досліджуються площі сучасних і древніх річкових долин, зон розломів, не перекритих глинистими породами, участків підвищеної тріщинуватості і закарстованності і ін. При дослідженні площі сучасних річкових долин вивчається також русло річки з метою характеристики фільтраційних властивостей донних утворень. При вирішенні перерахованих задач використовуються методи електророзвідки (ВЕЗ, ЕП, ВЕЗ-ВП, ЗСБЗ ) і сейсморозвідки (МПХ, КМПХ, МВХ ). Для виділення малопотужних водоупорів серед проникних порід особливо перспективними являються методи сейсморозвідки. Паралельно з літологічним розчленуванням розрізу визначається рівень грунтових вод, напрямок і швидкість підземного потоку, враховуючи площі областей живлення і розгрузки підземних вод. Для цього також застосовується сейсморозвідка (МПВ ), електророзвідка (ВЕЗ, МТЗ, ЕП )

Вивчення руху соленосних природних підземних вод і промислових стоків. Прослідкувати рух контуру розповсюдження промислових стоків і природних сольових вод на фоні прісних вод для методів геофізики не представляє великих труднощів, якщо води суттєво відрізняються за ступенем мінералізації. Іноді стоки промислових вод, не маючи різкої відмінності по мінералізації від прісних вод, дуже відрізняється від них температурою чи радіоактивністю. Виявити просування таких стоків можливо за допомогою свердловинного спостереження, застосовуючи термометрію і радіометрії. При штучній активізації гідрогеологічних "вікон" можливості виявлення теплових аномалій при малоглибинних дослідженнях помітно збільшуються.

Дослідження техногенного забруднення геологічного середовища. Особливістю верхньої частини геологічного середовища, що зазнає значних техногенних навантажень, є яскраво виражена залежність всіх його характеристик від координат точок спостережень - властивості і стан грунтів та гірських порід помітно змінюються від точки до точки як по латералі, так і по вертикалі. Різко змінюється в просторі і поведінка різних геофізичних полів. Нестабільні також всі параметри геологічного середовища і в часі.

Вирішення поставлених задач вимагає нестандартних підходів до методики польових робіт, обробки та інтерпретації матеріалів геофізичних досліджень, застосування нових методів і методик. Тому для геофізичного картування техногенно забруднених територій було розроблено спеціальну технологію, в основі якої лежить принцип погоризонтного вивчення верхньої частини розрізу.

Особливість цієї технології полягає в детальному розчленуванні ВЧР, включаючи ґрунтові горизонти. З цією метою будується комплект погоризонтних карт геофізичних параметрів в інтервалах глибин, які відповідають розвитку основних ґрунтових горизонтів та материнських порід. Ці інтервали, які можуть бути різними, але характерними для певного регіону, визначаються шляхом широкого використання параметричних матеріалів.

Як приклад успішного застосування розробленої технології, основою якої є мікроелектрозондування (МЕЗ) - результати мікрогеофізичних досліджень по вивченню техногенних забруднень в Яготинському районі Київської області.

Ділянка геофізичних досліджень розташована в межах надзаплавної морено-лесової тераси Дніпра. ВЧР має тут мікрошарувату структуру. Вона об'єднує малопотужні горизонти: техногенні грунти, грунтові шари, лесовидні та моренні суглинки, підморенні суглинки та відклади, що залягають нижче.

На площі досліджень розповсюджений водоносний комплекс, який включає малопотужні водонасичені лесовидні суглинки. Моренні суглинки, які залягають нижче відрізняються пониженою водопроникністю. Для ділянки характерно високе залягання рівня ґрунтових вод (РГВ). Основними джерелами забруднення є: три молочно-товарні ферми (МТФ), склад міндобрив (хімсклад), машино-тракторна станція (МТС).

Високе положення РГВ, відсутність каналізації, незахищеність від багаторічної інфільтрації та міграції розмитих добрив - всі ці фактори зумовлюють забруднення та зміни геологічного середовища. З попередніх досліджень відомо, також, що на ділянці встановлено підтоплення земель, їх заболочення, оглеєння, засолення.

Для вирішення поставлених задач виконані електророзвідувальні роботи методом мікроелектрозондування з деталізацією та параметрією, значні за обсягом комплексні спостереження в криницях (резистивиметрія, геохімічне опробування), буріння неглибоких свердловин та комплексні геохімічні дослідження.

На ділянці виявлено ряд областей (зон) техногенного забруднення, які розташовані на територіях сільської забудови, МТФ, хімскладу: територія с. Середівки - велика за розміром, досить інтенсивна Середівська аномальна зона, що об'єднує ряд більш дрібних аномалій; південна та північно-східна частина с. Аркадіївки - складна, значна за розмірами Аркадіївська аномальна зона, що об'єднує ряд більш дрібних та локальних аномалій; дуже інтенсивне локальне забруднення природного середовища та аномалія високої електричної провідності на північно-західній околиці с. Аркадіївка, де розташований склад міндобрив - аномалія "хімскладу".

Комплексний аналіз фактичних даних дозволяє зробити висновок, що основними забруднювачами грунтів є розчинні азотовміщуючі сполуки (нітрати, амоній), рідше сульфати, хлориди, а також хімічні елементи (фтор, цинк, свинець, хром, фосфор). Концентрація їх перевищує середньофоновий вміст по ділянці в 2 - 3 рази. Сумарний вміст в ґрунтах інгредієнтів забруднення, концентрація яких перевищує фонову, в основному, від 0,5 до 5 одиниць, що відповідає мінімально-аномальному рівню забруднення.

Найбільш інтенсивне поле забруднення грунтів розташоване в межах Аркадіївської аномальної зони. В центральній її частині воно вище дозволеного рівня забруднення грунтів (16 одиниць), причому переважають сульфати, амоній, хлориди, деякі інші водорозчині солі.

Як і очікувалось, максимально забруднена територія складу добрив, де виявлена аномалія високої електричної провідності. У контурі аномалії "хімсклад" сумарний показник забруднення перевищує 30 одиниць, а сума водорозчиних солей 3100 мг/кг.

Приповерхневі шари (інтервал глибин 0 - 1,5м) представлені ґрунтами чорноземними, лугово-чорноземними та техногенними у різній мірі зміненими. Межі зміни їх питомого електричного опору (р) та середній питомий електричний опір (р_ср) складають (в Ом ^. м) 12 - 150 та 46,3. Виділені наступні різновиди ґрунтів: переважно слабко зволожені, незмінені, значення р 45 - 150, р_ср 74,5; нормально зволожені, переважно незмінені, місцями слабко засолені до засолених, значення р 12 - 30 та р_ср 22,2; локальне розповсюдження мають ґрунти перезволожені змінені і сильно засолені (внаслідок розмиву складу міндобрив), значення р 0,4 - 2,2 та р_ср 1,6.

В інтервалі глибин 1,5 - 4,0 м залягають неводонасичені лесовидні суглинки легкі. Згідно узагальненим параметричним даним р та р_ср суглинків складає відповідно 15 - 100 і 30,7, а коефіцієнт С, що визначає процентний вміст солей складає 0,27 - 0,036 %. Виділені три різновиди цих порід: менш зволожені, незасолені, значення р 50 - 120 та р_ср 75, С до 0,12 %; частково змінені, незасолені і дуже слабко засолені, значення р 35 - 45, р_ср 37,5, С 0,14 - 0,08 %; більш змінені і різною мірою засолені, С 0,6 - 0,12 %, р 12 - 36, р_ср 22,2. Зустрічаються, але значно рідше, і різновиди сильно засолених (забруднених) неводонасичених лесовидних суглинків із значеннями р 8 - 12 та С 0,55 - 0,36.

Отримані результати свідчать про високу ефективність геофізичних методів при геоекологічних дослідженнях. Зміна складу і властивостей порід зони аерації і горизонту ґрунтових вод, викликані дією техногенних факторів призводять до значної зміни фізичних параметрів порід. Внаслідок цього електричний опір порід і грунтів, що складають ВЧР, залежить не стільки від первинного складу, скільки від їх стану - зволоженості (водопроникності), ступеню перетворення, засолення, мінералізації вод.

2. Комплекс геофізичних методів при середньомасштабному геологічному картуванні

Геологічне картування – процес послідовного вивчення геологічної будови земних надр. Картування проводиться на всіх стадіях геологорозвідувальних робіт і заключається в складанні геологічних карт, які являються основою прогнозу пошуків і розвідки родовищ корисних копалин.

Середньомасштабне геологічне картування - один з провідних напрямків регіонального дослідження і виконується планомірно на всій території країни з метою складання геологічних карт і виділення перспективних для знаходження ділянок корисних копалин. До них відноситься геологічна зйомка масштабу 1: 200000, випереджуючи геофізичні і геохімічні зйомки того ж чи більш крупного масштабу, а також деталізаційно-оцінювальні роботи. Основний зміст середньомасштабного геологічного картування - визначення особливостей геологічної будови, складу і структурних умов кристалічного фундаменту і перекриваючих його осадових товщ, виділення структур і формації сприятливих для накопичення і локалізації різних корисних копалин. В результаті робіт визначаються прогнозні ресурси по категорії Р₃.

Основні геологічні задачі геофізичних робіт при середньомасштабному геокартуванні:

а) дослідження глибинної геологічної будови і геотектонічного районуванні;

б) структури картування осадових товщ закритих районів кристалічного фундаменту складчастих районів, виділення основних районах структур - нафтоносних, рудоносних, вугленосних;

в) розчленування розрізу осадових порід за складом і літологічне картування порід кристалічного фундаменту під осадовою товщею і чохлом рихлих відкладів, виділення нафтоносних, рудоносних і вугленосних формацій;

г) вивчення тектоніки досліджуваних районів, виділення зон зім’яття , глибинних розломів, зон дроблення і порушення їх просторового положення і елементів залягання, тектонічних вузлів;

д) дослідження магматизму, виділення інтрузій, в тому числі скритих, визначення їх складу, розмірів, морфології залягання нижньої і верхньої кромок, рівня зрізу, приблизного віку, їх металогенічні спеціалізації, складання попередньої геологічної основи площі з елементами прогнозу;

ж) виділення рудних поясів, районів і вузлів, нафтоперспективних внутрішніх впадин і валів, вугленосних мульд, визначення пошукових критеріїв.

Супутникова геофізика

Супутникова геофізика дозволяє виявити основні лінеаменти земної кори (глибинні розломи і розривні порушення), виділяти кінцеві структури і встановлювати їх зв’язок з тектономагматичними структурами, просліджувати складчасті системи під чохлом мезокайнозойських відкладів, визначати ознаки і структуру взаємодії літосферних плит, вияснити особливості гідрогеологічних і інженерно-геологічних умов району.

Гравіметрією встановлюється кореляція аномальних значень гравітаційного потенціалу з характеристикою руху і акумуляції глибинних мас. Гравітаційний потенціал залежить від потужності і складу земної кори, а також від складу мантійних мас.

Магнітометрією досліджується морфологія головного магнітного поля Землі і її залежність від особливостей глибинної будови земної кори. З допомогою повторних зйомок детально вивчаються зміни структури магнітного поля в часі. Світові, материкові і регіональні аномалії магнітного поля представляють інтерес для встановлення зв’язків процесів, які відбуваються в ядрі і мантії, з геотектонічними процесами, які проявилися в верхніх її шарах.

Найбільш широко використовується інформація інфрачервоних космічних зйомок. Накопичений досвід побудови температурних карт окремих регіонів Землі, на яких чітко проявляються лінійно-полосові аномалії під зонами розломів, кільцеві аномалії, обумовлені вулкано-тектонічними структурами, накладені впадини і інші елементи.