Российский Университет Дружбы Народов

Инженерный факультет

Кафедра месторождений полезных ископаемых и их разведки им. М.В. Крейтера

ОСНОВЫ ГЕОФИЗИКИ

И

ИНТЕПРЕТАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Учебник для студентов геологической специальности 3 года обучения

Авторы:

Абрамов В.Ю., Бровкин В.И.

Москва

2010

ББК 26.325

СП

УДК 553.2

Рецензенты:

кафедра месторождений полезных ископаемых и их разведки

(Российский университет дружбы народов);

доктор геолого-минсралогичсских наук П.А.Игнатов

Печатается по постановлению

Редакционио-издательского совета

Российского университета дружбы народов

Федеральная программа книгоиздания России

Абрамов В.Ю., Бровкин В.И.

С 77 ОСНОВЫ ГЕОФИЗИКИ И ИНТЕПРЕТАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ.— М.: Изд-во РУДН, 2010. -240 с.

ISBN 5-211-03498-8

В учебнике рассмотрены физические основы геофизических методов изучения Земли и посков месторождений полезных ископаемых, петрофизические свойства горных пород и минералов и примеры их контрастныого взаиморасположения, как условия успешного применения геофизических методов при поиках полезных ископаемых. Дана характеристика оптимальных комплексов геофизических методов для поисков и разведки основных видов рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.

Для студентов геологов; может быть использован специалиста­ми, занимающимися использованием геофизических методов при поисках и разведке металлических и неметаллических месторождений.

_{ББК 26.325}

ISBN 5-211-03498-8 © Абрамов В.Ю., Бровкин В.И., 2009

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ	5
Список литературы	7
2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ, ГОРНЫХ ПОРОД И РУД	8
Плотность горных пород и руд	9
Магнитные свойства горных пород и руд	9
Электрические свойства минералов, горных пород и руд	9
Сейсмические характеристики пород
Радиоактивные свойства минералов, горных пород и руд
Список литературы
3. ГРАВИРАЗВЕДКА
Гравитационное поле Земли
Плотность горных пород и руд
Гравитационное поле геологических объектов
Аппаратура для гравиразведки
Методика гравиразведочных работ
Обработка и интерпретация полевых материалов
Области применения
Список литературы
4. МАГНИТОРАЗВЕДКА
Магнитное поле Земли
Магнитные свойства горных пород и руд
Магнитные поля геологических и искусственных объектов
Аппаратура для магниторазведки
Методика магниторазведки
Обработка и интерпретация полевых материалов
Области применения
Список литературы
5. ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА
Естественные и искусственные электромагнитные поля
Электрические свойства минералов, горных пород и руд
Методы постоянного электрического тока
Методы низкочастотного переменного электромагнитного поля
Методы высокочастотного переменного электромагнитного поля (радиоволновые методы)
Методы электрических полей физико-химического происхождения
Список литературы
6. СЕЙСМОРАЗВЕДКА
Сейсмический метод
Сейсмические волны и основы геометрической сейсмики
Сейсмические характеристики пород
Поля времен и годографы сейсмических волн
Сейсморазведочное оборудование и аппаратура
Методика и технология сейсморазведочных работ
Обработка и интерпретация полевых материалов
Области применения
Список литературы
7. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Физико-геологические основы метода
Аппаратура и методика работ
Интерпретация полевых материалов и области применения
Список литературы
8. ЯДЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Природа и источники радиоактивности
Радиоактивные свойства минералов, горных пород и руд
Радиометрическая аппаратура
Методика радиометрических измерений
Обработка и интерпретация полевых материалов
Области применения
Список литературы
9. ТЕРМОРАЗВЕДКА
Физико-геологические основы метода
Аппаратура и методика съемок
Список литературы
10. СКВАЖИННЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Особенности работ в скважинах
Скважинная геофизическая аппаратура
Методика скважинных наблюдений
Обработка и интерпретация полевых материалов
Области применения
Список литературы
11. КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Список литературы
12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВОПРОСЫ и БИЛЕТЫ

1. Введение

Настоящий учебник предназначен для студентов-геологов специальности 0101 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» для теоретической подготовки по курсам «Основы геофизики» и «Геофизические методы и интерпретация…..» и решения ряда специальных вопросов курсового и дипломного проектирования.

Современное состояние минерально-сырьевой базы развитых стран и достижения геологической науки и практики определяют, в качестве главной задачи развития геологоразведочных работ, расширение минерально-сырьевой базы в современных горнорудных регионах. Решение этой задачи возможно за счёт выявления глубокозалегающих слепых и погребённых рудных тел и месторождений полезных ископаемых. Геологические и геохимические прямые поисковые технологии пока не дают однозначную информацию о наличии рудных тел на больших глубинах без применения дорогостоящих буровых и горных работ. Эти и многие другие причины обуславливают необходимость включения в поисковые комплексы современные геофизические технологии, позволяющие быстро и с меньшими материальными затратами получать информацию о вероятных структурных и вещественных особенностях строения земли.

Разумеется, большинство геофизических методов не являются прямыми поисковыми методами на разные виды полезных ископаемых, однако рациональное комплексирование геофизических методов, в сочетании с геохимическими и геологическими исследованиями, позволяет существенно снизить экономические риски поисковых и оценочных работ. Наиболее часто у геологов, по отношению к геофизике, возникает вопрос - а какова экономическая эффективность от применения геофизических методов? Казалось бы, достоверную информацию можно получить только по результатам буровых или горных работ! В некоторых развивающихся странах экономически дешевле, применяя немеханизированный физический труд, получать прямую геологическую информацию о геологическом строении объекта и наличии или отсутствии рудных тел. К несомненным достоинствам геофизических методов, обеспечивающих их широкое внедрение в практику геолого-поисковых и геологоразведочных работ относятся следующие:

1) получение информации о геологических объектах, перекрытых вышележащими породами любой мощности;

2) объективный характер представляемой информации о геологических объектах, которую можно проверить сколь угодно раз альтернативными методами;

3) относительно низкая стоимость работ и высокая их производительность.

Геофизические методы основаны на изучении естественных или искусственных физических полей, в которых отражаются различия горных пород и руд по их физическим свойствам. Изучая физические поля, геофизики устанавливают закономерности их изменения вдоль отдельных линий (профилей) или по площади, а, в последнее время всё чаще, если необходимо, то и в объёмном пространстве. Обобщённая классификация современных геофизических методов приведена в таблице 1.1.

Каждое физическое поле на поверхности Земли численно характеризуется своими параметрами. Так, гравитационное поле характеризуется ускорением свободного падения ( g ) и силой тяжести и их градиентами (g_x,g_y,g_z) и др.; геомагнитное поле - полным вектором напряженности T и различными его составляющими (вертикальным вектором Z и горизонтальными H_x и H_y ); электромагнитное - векторами магнитной (H) и электрической (E) составляющих; упругое - скоростями (V) распространения различных упругих волн; термическое - температурами (T° С); ядерно-физическое - интенсивностями естественного (J_γ) и искусственно вызванных (J_γγ, J_mm) гамма- и нейтронных излучений.

Под нормальным физическим полем (E, G, H, T, Z)_n понимают поле, рассчитанное на уровенной поверх-ности теоретической Земли, представляющей собой сфероид - фигуру, очень близкую к эллипсоиду вращения. По результатам измерений геофизическими приборами на поверхности Земли получают величины измеренного физического поля (E, G, H, T, Z)_изм. Геофизическая аномалия – это отклонение измеренного физического поля от нормального физического поля.

Δ(E, G, H, T, Z) = (E, G, H, T, Z)_изм – (E, G, H, T, Z)_n (1.1)

Таблица 1.1. Обобщённая классификация современных геофизических методов

Основные геофизические методы	Физические поля		Измеряемые параметры физических полей	Физические свойства горных пород и руд
	Естественные	Искусственные
Магниторазведка	Магнитное	̶	Векторы напряжённости магнитного поля (I, Z, H)	Магнитная восприимчивость, Остаточная намагниченность In,
Гравиразведка	Поле силы тяжести	̶	Ускорение свободного падения (g) и его градиенты - g, W	Плотность, 
Электроразведка	Электрическое и электромагнитное	Электрическое и электромагнитное	Векторы напряжённости электрического E и магнитного H полей	Удельное электрическое сопротивление , диэлектрическая проницаемость , магнитная проницаемость , электрохимическая активность , поляризуемость 
Сейсморазведка	Поля упругих колебаний и землетрясений	Поля упругих колебаний	Время t и скорость распространения упругих волн v	Плотность , модуль Юнга E, коэффициент Пуассона p
Радиометрия и ядерная геофизика	Распад естественных радиоактивных элементов	Распад искусственных радиоактивных элементов	Мощность дозы ядерных превращений	Естественная радиоактивность, гамма-лучевые, нейтронные среды

Геофизические методы исследования недр начали развиваться с 20-х годов ХХ века. Однако, ее физико-математические основы заложены значительно раньше. Так же давно началось использование физических полей Земли для практических целей. Первые сейсморегистраторы были сделаны и использовались ещё в древнем Китае. Там же был изобретён магнитный компас. Ранее других геофизических методов возникла магниторазведка. Первые сведения о применении компаса для разведки магнитных руд в Швеции относятся к 1640 году. Теория гравитационного поля Земли берет свое начало с 1687 года, когда Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. В 1753 году М.В.Ломоносов высказал мысль о связи значений силы тяжести на земной поверхности с внутренним строением Земли и разработал идею газового гравиметра. Его же работы в области сейсмологии, атмосферного электричества можно считать первыми, относящимися к геофизическим исследованиям Земли. Первыми работами по электроразведке можно считать наблюдения Р.Фокса (Англия) в 1830 г. естественной поляризации сульфидных залежей и Е.И.Рогозина (Россия), который в 1903 г. дал первое изложение основ этого метода. В 1913 г. К.Шлюмберже (Франция) разработал метод электроразведки постоянным током, а в 1918 г. К.Зунберг и Н.Лунберг (Швеция) предложили электроразведку переменным током. Со временем установления Кулоном закона взаимодействия магнитных масс (1785 г.) начинается развиваться теория земного магнетизма. Первыми систематическими разведочными работами в России и в мире были съемки Курской магнитной аномалии (КМА), начатые профессором МГУ Э.Е.Лейстом в 1894 г., а также проведенные магнитные съемки на Урале Д.И.Менделеевым и в районе Кривого Рога И.Т.Пассальским в конце прошлого века. В 1919 г. Губкиным, не смотря на Гражданскую войну, были продолжены магнитные съемки на КМА, завершившись открытием крупнейшего месторождения железистых кварцитов. Именно эти работы можно считать началом развития отечественной разведочной геофизики. Теоретические работы Э.Вихерта (Германия) и Б.Б.Голицына (Россия) в начале этого века в области сейсмологии имели самое непосредственное отношение к созданию сейсморазведки. Важно отметить, что в середине 30-х годов ХХ века специалисты отечественной рудной разведочной геофизики (В. Соловов) стали родоначальниками применения поисковой геохимии, применявшейся первоначально для заверки природы геофизических электроразведочных аномалий.