Astronet > Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory. Chast' 2

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

1.4.3. Metodika izmerenii fizicheskih svoistv gornyh porod.

Fizicheskie svoistva gornyh porod opredelyayutsya putem pryamyh laboratornyh izmerenii na obrazcah i ispytanii porod na opytnyh ploshadkah, a takzhe kosvennym putem v rezul'tate interpretacii skvazhinnyh i polevyh, akvatorial'nyh i vozdushnyh geofizicheskih nablyudenii.

Bol'shinstvo geologo-gidrogeologicheskih (litologiya, mehanicheskii sostav, glinistost', poristost', staticheskie deformacionno-prochnostnye, nekotorye vodnye svoistva), a takzhe fizicheskih (plotnost', magnitnye, elektricheskie, uprugie, teplovye, yadernye) svoistv gornyh porod opredelyayutsya v laboratornyh usloviyah na obrazcah, vzyatyh iz obnazhenii, gornyh vyrabotok i skvazhin (kern). Fizicheskie svoistva, izmerennye na obrazcah i v estestvennom zaleganii, otlichayutsya. Eto prinyato ob'yasnyat' masshtabnym koefficientom, t.e. nesovpadeniem malyh ob'emov izuchaemyh obrazcov (istinnye svoistva) i bol'shih ob'emov massivov (plastovye i osrednennye svoistva tolsh gornyh porod). Metodika i tehnika izmerenii fizicheskih svoistv horosho razrabotany i izlozheny v uchebnikah i rukovodstvah [Vahromeev G.S. i dr., 1997; Kompleksnye inzhenerno-geofizicheskie issledovaniya pri stroitel'stve gidrotehnicheskih sooruzhenii, 1990]. Nekotorye svoistva, naprimer, deformacionno-prochnostnye (primeneniya shtampov i pressov), magnitnye (kappa-metriya), uprugie (ul'trazvukovye) i dr., opredelyayutsya na opytnyh ploshadkah, gde korennye porody vyhodyat na poverhnost'. Vodnye svoistva izuchayutsya s pomosh'yu special'nyh gidrogeologicheskih issledovanii (nalivy vody v shurfy, otkachki ee iz skvazhiny). Skvazhinnye nablyudeniya (geofizicheskie issledovaniya skvazhin - GIS) - osnovnoi istochnik informacii o lineinom raspredelenii geofizicheskih svoistv gornyh porod v estestvennom zaleganii po glubine v cilindricheskom ob'eme radiusom poryadka metra vokrug skvazhiny [Gorbachev Yu.I., 1990]. Aero-, nazemnye, akvatorial'nye geofizicheskie s'emki pozvolyayut poluchat' informaciyu ob osrednennyh fizicheskih svoistvah otdel'nyh plastov, tolsh, ob'ektov v estestvennom zaleganii. Dlya ob'ektivnosti opredeleniya fizicheskih svoistv neobhodimy massovye (svyshe 20) izmereniya.

Poluchennye fizicheskie svoistva dolzhny byt' podvergnuty statisticheskoi obrabotke. Snachala vyyavlyaetsya zakon raspredeleniya, rasschityvayutsya srednie znacheniya, srednekvadraticheskie otkloneniya (dispersii). Dalee ustanavlivayutsya korrelyacionnye svyazi mezhdu nekotorymi svoistvami s opredeleniem koefficientov korrelyacii i polucheniem uravnenii regressii. Sushestvuet mnozhestvo sposobov i programm statisticheskoi obrabotki dannyh na EVM [Kuznecov O.L., Nikitin A.A., 1992].

1.4.4. Harakteristika geofizicheskih svoistv gornyh porod.

Svoistva gornyh porod, poluchaemye v rezul'tate interpretacii dannyh geofizicheskih metodov issledovaniya, neobhodimy kak dlya petrofizicheskogo i geologicheskogo istolkovaniya rezul'tatov, tak i dlya kosvennogo opredeleniya geologo-gidrogeologicheskih svoistv, obychno slozhno poddayushihsya izmereniyam pryamymi metodami. Ostanovimsya na kratkoi harakteristike osnovnyh iz etih svoistv [Gorbachev Yu.I., 1990].

Lateral'nye (planovye) izmeneniya plotnosti gornyh porod privodyat k poyavleniyu gravitacionnyh anomalii, ili anomalii prirasheniya sily tyazhesti $\Delta g _{ a}$ . Plotnost' raznyh porod menyaetsya ot 1 do 3,5 g/sm³ v zavisimosti ot plotnosti mineral'nogo skeleta ( $\sigma$ ), kotoraya izmenyaetsya ot 2,1 do 3,5 g/sm³ , a takzhe ot pustotnosti (poristosti i treshinovatosti) i vodogazonasyshennosti (sm. ris. 1.1).

Ris. 1.1. Grafiki zavisimosti plotnosti ( $\sigma$ ) ot poristosti ( $n$ ) gazonasyshennyh (1) i vodonasyshennyh (2 i 3) osadochnyh gornyh porod pri raznoi mineral'noi plotnosti skeleta ( $\delta$ ): 1 i 2 - raschetnye dannye M.L. Ozerskoi, 3 - eksperimental'nye dannye I.H. Yudborovskogo dlya peschano-glinistyh porod

U magmaticheskih i metamorficheskih gornyh porod plotnost' opredelyaetsya v osnovnom ih mineral'nym sostavom i uvelichivaetsya pri perehode ot porod kislyh k osnovnym i ul'traosnovnym v sootvetstvii s uvelicheniem kolichestva plotnyh zhelezosoderzhashih mineralov. Dlya osadochnyh porod ona zavisit v osnovnom ot poristosti i vodonasyshennosti (sm. tabl. 1.1).

Osnovnym magnitnym parametrom gornyh porod yavlyaetsya magnitnaya vospriimchivost' $\chi$ (kappa), predstavlyayushaya soboi koefficient proporcional'nosti mezhdu intensivnost'yu namagnichivaniya ( $J _{ i}$ ) i napryazhennost'yu namagnichivayushego geomagnitnogo polya ( $T$ ), t.e. $J _{ i} = \chi T$ . Za edinicu $\chi$ prinimaetsya 10^-5 ed. SI. V praktike magnitorazvedki izmeryaetsya ne tol'ko $T$ (v erstedah), no i magnitnaya indukciya $<tr>V = mT</tr>$ (v teslah), gde $\mu = \mu _{ 0 } = 4 \pi \cdot 10 ^{ -7}$ - magnitnaya pronicaemost' vozduha i bol'shinstva nemagnitnyh porod. Po sravneniyu s absolyutnymi znacheniyami ( $T$ ili $Z$ ) tochnee opredelyayutsya ih otnositel'nye velichiny ( $\Delta T$ ili $\Delta Z$ ), t.e. prirasheniya polya po otnosheniyu k kakomu-to opornomu (ishodnomu) punktu. Bol'shinstvo gornyh porod otnosyatsya k paramagnetikam: namagnichennost' etih porod napravlena po vektoru napryazhennosti geomagnitnogo polya v meste, gde poroda zalegaet, a $\chi$ menyaetsya ot edinicy do 100000 edinic 10^-5 SI (sm. tabl. 1.1). U ferromagnitnyh porod i rud namagnichennost' zavisit ot nalichiya i kolichestva zhelezosoderzhashih i nekotoryh drugih mineralov - ferromagnetikov pri znacheniyah $\chi$ do edinicy SI. V celom interval izmeneniya $\chi$ u gornyh porod dostatochno velik i zavisit ot ih mineral'nogo sostava, uslovii zaleganiya i mnozhestva drugih faktorov. Sredi magmaticheskih porod naibolee vysokie i ustoichivye znacheniya $\chi$ u ul'traosnovnyh i osnovnyh porod, neskol'ko men'shie u kislyh, effuzivnyh i metamorficheskih. Osadochnye porody za isklyucheniem nekotoryh raznovidnostei peschanikov i glin prakticheski ne magnitnye.

Bol'shinstvo metodov elektrorazvedki osnovany na opredelenii udel'nogo elektricheskogo soprotivleniya (UES ili $\rho$ ), izmeryaemogo v Om*m, ili obratnogo emu parametra ( $\gamma = 1/ \rho$ ) - elektroprovodnosti, izmeryaemoi v simensah (Sm). V praktike elektrorazvedki \rho chasto opredelyayut po kazhushemusya soprotivleniyu (KS ili $\rho _{ k}$ ), yavlyayushemusya slozhnoi funkciei parametrov geologicheskogo razreza. Po elektricheskomu soprotivleniyu vse gornye porody i rudy delyatsya na porody-provodniki I roda s vysokoi elektronnoi provodimost'yu za schet elektroprovodyashih mineralov (samorodnye metally, mnogie okisly, sul'fidy, grafit) i porody-provodniki II roda s ionnoi provodimost'yu, v kotoryh porodoobrazuyushie mineraly (polevye shpaty, alyumosilikaty, slyudy i mnogie drugie) yavlyayutsya prakticheski izolyatorami, a tok provoditsya ionami zapolnyayushego pory flyuida. Provodnikami II roda yavlyayutsya vse porody: magmaticheskie, metamorficheskie (UES 10³ - 10⁷ Om*m), skal'nye, osadochnye (10 - 10⁵ Om*m), peschano-oblomochnye (10 - 10⁴), glinistye (1-100 Om*m). Bol'shie intervaly izmeneniya UES gornyh porod obuslovleny litologiei, raznymi velichinami pustotnosti, vodonasyshennosti, mineralizacii podzemnyh vod, temperatury i drugih faktorov (sm. tabl. 1.1).

Krome UES v elektrorazvedke ispol'zuetsya elektrohimicheskaya aktivnost' ( $\alpha$ v mV), kotoroi obuslovleny estestvennye elektricheskie potencialy (EP), polyarizuemost' ( $\eta$ v %), privodyashaya k poyavleniyu vyzvannyh potencialov (VP). EP svyazany s sushestvovaniem estestvennyh zaryadov na kontakte tverdoi i zhidkoi faz gornoi porody, a VP - s poyavleniem ih pri propuskanii cherez porodu elektricheskogo toka.

Fizicheskim svoistvom, na kotorom osnovyvayutsya seismoakusticheskie metody, yavlyaetsya uprugost' gornyh porod, vyrazhayushayasya cherez skorosti rasprostraneniya prodol'nyh ( $V _{ p}$ ) i poperechnyh ( $V _{ s}$ ) voln, analiticheski svyazannye s modulem Yunga, koefficientom Puassona i plotnost'yu gornyh porod (sm. (1.6)). $V _{ p}$ i $V _{ s}$ opredelyayutsya putem izmereniya vremeni ( $t$ ) prihoda uprugih voln k seismopriemnikam pri izvestnyh rasstoyaniyah ot nih do punktov vozbuzhdeniya ( $h$ ).

Glavnymi faktorami, vliyayushimi na velichiny $V _{ p}$ i $V _{ s}$ , yavlyayutsya: nalichie strukturnyh svyazei v porodah (zhestkih - v skal'nyh i poluskal'nyh, vodno-kolloidnyh v glinistyh) i otsutstvie svyazei v ryhlyh peschano-graviinyh porodah (sm. tabl. 1.1). Skorosti uprugih voln magmaticheskih porod vozrastayut s uvelicheniem v nih soderzhaniya mineralov osnovnogo sostava, t.e. pri perehode ot kislyh (granity) k osnovnym (gabbro) i osobenno ul'traosnovnym (dunit, peridotit) porodam ( $V _{ p}$ vozrastaet s 3 do 8,5 km/s, $V _{ s}$ - s 2,8 do 4,5 km/s). Skorosti uvelichivayutsya takzhe s umen'sheniem pustotnosti (pervichnoi poristosti i vtorichnoi treshinovatosti), a dlya prodol'nyh voln - i vodonasyshennosti. Skorosti poperechnyh voln ne zavisyat ot togo, chem zapolneny pustoty: vozduhom ili vodoi, a v zhidkostyah oni ne rasprostranyayutsya.

U metamorficheskih porod skorosti uprugih voln opredelyayutsya mineral'nym sostavom i vozrastayut pri perehode k bolee vysokim stepenyam metamorfizma. Otnoshenie $V _{ s} / V _{ p}$ dlya skal'nyh magmaticheskih i metamorficheskih porod menyaetsya ot 0,5 do 0,6, a dlya poluskal'nyh - ot 0,2 do 0,5. Dlya osadochnyh porod opredelyayushimi faktorami, izmenyayushimi skorosti uprugih voln v shirokih predelah, yavlyayutsya sootnosheniya tverdoi, zhidkoi i gazoobraznoi faz, chto zavisit ot ih pustotnosti i vodonasyshennosti. Svyaz' skorostei uprugih voln s litologiei bolee slozhnaya i chasto neodnoznachnaya. V celom dlya osadochnyh porod $V _{ p}$ menyaetsya ot 0,5 do 6 km/s, a $V _{ s}$ - ot 0,2 do 3 km/s. Otnoshenie $V _{ s} / V _{ p}$ menyaetsya ot 0,1 u peskov do 0,6 u glin i izvestnyakov. Pri zamerzanii lyubyh porod skorosti rezko vozrastayut.

V termorazvedke izmeryaemymi parametrami yavlyayutsya temperatura gornyh porod ( $T$ ) v gradusah Cel'siya ( $^\circ$ S) ili kel'vinah (K), gradienty temperatury ( $\Delta T$ ) i velichiny teplovogo potoka iz zemnyh nedr ( $q$ ) v Vt/m² . Po nim rasschityvayutsya osnovnye teplovye (teplofizicheskie) svoistva: teploprovodnost' $\lambda _{ t} = q / \rm {grad} T^\circ$ (v Vt/K*m), teploemkost' $C = Q / ( m \cdot \rm{grad} T^\circ$ ), gde $Q$ - kolichestvo teploty, podvodimoi k masse tela $m$ (v Dzh/kg*K), temperaturoprovodnost' $a = \lambda _{ t } / Cs$ , gde $\sigma$ - plotnost' (v m²/s). Teplovye svoistva porod opredelyayutsya teplovymi svoistvami i sootnosheniyami sostavlyayushih ih faz. Osnovnoi teplovoi parametr (teploprovodnost') izmenyaetsya u magmaticheskih i metamorficheskih porod ot 0,5 do 5 Vt/K*m, a u osadochnyh - ot 0,1 do 5 Vt/K*m, vozrastaya v ryadu porod: torf - glina - peski - konglomeraty - izvestnyaki - kamennaya sol'. Samaya vysokaya - v polimetallicheskih rudah (~10 Vt/K*m) i osobenno u samorodnyh mineralov (do 500 Vt/K*m), a samaya nizkaya - u vozduha, nefti i vody, sootvetstvenno ravnaya 0,01 - 0,04, 0,14, 0,6 - 0,7 Vt/K*m. Ostal'nye teplofizicheskie svoistva gornyh porod menyayutsya v 2-10 raz i prakticheski ispol'zuyutsya redko.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Snezhnaya burya 1938 goda v Verhnem Michigane Polet nad nochnoi Zemlei – II Apollon-17: serp Zemli Samyi bol'shoi kamen' v nashei Solnechnoi sisteme Zahod Zemli s "Oriona" Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce