В учебном пособии изложены физико-геологические и математические основы, принципы решения прямых и обратных задач, общие сведения о методике, аппаратуре, обработке и интерпретации результатов использования всех геофизических методов для решения инженерно-экологических и множества других задач.

Рассмотрены примеры использования каждого метода и их рационального комплекса при решении прикладных задач экологии, инженерной геологии, гидрологии и т.д.

Предназначен для студентов-экологов, геологов и не только…, а также для научных работников и аспирантов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

0.0. Введение

0.1. Краткая характеристика физических полей Земли и природных законов, используемых при их изучении

0.2. Место экологии в геофизике

0.3. Об истории развития и использования геофизики в геологии

0.4. Краткая историческая справка по развитию автоматизированных систем в гравиразведке и магниторазвндке

Контрольные вопросы по теме 0.0. «Введение»

Глава 1. Физические свойства горных пород

1.1. Плотность горных пород

1.2. Магнитные свойства горных пород

1.3. Электромагнитные свойства горных пород

1.4. Упругие и пьезоэлектрические свойства горных пород

1.5. Тепловые и оптические свойства пород

1.6. Ядерно-физические свойства горных пород

Контрольные вопросы по теме главы 1 «Физические свойства горных пород»

Глава 2. Гравиметрическая разведка

2.0. Общие сведения

2.1. Краткая теория гравитационного поля Земли

2.2. Потенциал силы тяжести

2.3. Нормальное значение силы тяжести

2.4. Поправки, вводимые в наблюденные значения силы тяжести

2.5. Аномалии силы тяжести

2.6. Составление карт и графиков аномалий силы тяжести

2.7. Решение прямых и обратных задач гравиразведки

2.8. Аналитические способы решения прямых задач гравиразведки

2.9. Прямая и обратная задача над шаром

2.10. Прямая и обратная задача над горизонтальным бесконечным круговым цилиндром

2.11. Прямая и обратная задачи над вертикальным уступом (сбросом)

2.12. Графическое определение аномалии силы тяжести двухмерных тел с помощью палетки Гамбурцева

2.13. Численные методы решения прямых и обратных задач гравиразведки

2.14. Динамические методы

2.15. Статистические методы

2.16. Вариометры и градиентометры

2.17. Общая характеристика мнтодики съемки

2.18. Наземная гравиметровая съемка

2.19. Методики других видов гравиразведки

2.20. Качественная и количественная интерпретация данных гравиразведки

2.21. Обработка данных гравиметровых съемок

2.22. Геологическое истолкование гравитационных аномалий

2.23. Геологические задачи, решаемые гравиразведкой

2.24. Использование общих гравиметрических съемок

2.25. Гравиразведка при региональном тектоническом районированиии

2.26. Применение гравиразведки для поисков и разведки полезных ископаемых

2.27. Роль гравиразведки в изучении геологической среды

Контрольные вопросы по теме главы 2: «Гравиразведка»

Глава 3. Магниторазведка

3.0. Введение

3.1. Основы теории геомагнитного поля и магниторазведки. Магнитное поле и его изменения на поверхности Земли во времени и пространстве. Главные элементы магнитного поля. Единицы измерения

3.2. О происхождении геомагнитного поля

3.3. Нормальное геомагнитное поле.

3.4. Аномальные геомагнитные поля

3.5. Вариации земного магнетизма.

3.6. Основные положения теории магниторазведки.

Принципы решения прямых и обратных задач

Прямые и обратные задачи для простейших тел

3.7. Численные методы решения прямых и обратных задач магниторазведки

3.8. Аппаратура и методика магниторазведки. Измеряемые параметры геомагнитного поля

3.9. Общая характеристика методики наземной полевой магнитной съемки

3.10. Способы проведения полевой магнитной съемки

3.11. Результаты полевой магнитной съемки

3.12. Воздушная и морская магнитная съемки

3.13. Качественная и количественная интерпретация данных магниторазведки

3.14. Геологическое истолкование данных магниторазведки

3.15. Общие магнитные съемки Земли и палеомагнитные исследования

3.16. Применение магниторазведки для картирования, поисков и разведки полезных ископаемых, изучения геологической среды

Контрольные вопросы по теме главы 3 «Магниторазведка»

Приложение 1: практическая работа №1-2

Глава 4. Электроразведка

4.0. Общие положения

4.1. Математические основы теории электроразведки

4.2. Аппаратура, используемая в электроразведке

4.3. Электромагнитные зондирования (ЭМЗ)

4.4. Электромагнитные профилирования (ЭМП)

4.5. Методы переходных процессов

4.6. Подземно-скважинные (объемные) методы электроразведки

4.7. Интерпретация и области применения электроразведки

Контрольные вопросы по теме главы 4: «Электроразведка»

Приложение 1: Практические задания по электроразведке

Глава 5. Сейсморазведка

5.1. Общие сведения

5.2. Упругие волны

5.3. Геометрическая сейсмика (геометрическая оптика) – геометрия волн (принципы Гюйгенса-Ферма)

5.4. Типы сейсмических волн

5.5. Сейсмические среды и границы.

5.6. Типы скоростей (V_p и V_s) в слоистых средах

5.7. Решение прямых задач сейсморазведки

5.8. Прямая и обратная задачи отраженной волны для двухслойной среды с наклонной границей раздела

5.9. Аппаратура и методика

5.10. Методика морских и других видов сейсморазведки

5.11. Обработка данных сейсморазведки

5-12. Геологическое истолкование данных сейсморазведки

Контрольные вопросы по теме главы 5: «Сейсморазведка»

Практическая работа по сейсморазведке. 5.1

Глава 6. Терморазведка

6.0.Введение

6.1. Тепловое поле земной коры

6.2. Энергия глубинных источников

6.3. Плотность теплового потока, геотермический градиент

6.4. Методы терморазведки.

6.5. Физико-геологические основы терморазведки

6.6. Общая характеристика теплового поля

6.7. Региональный тепловой поток в земной коре

6.8. Локальный тепловой поток

6.9. Принципы теории терморазведки

6.10. Прямая задача терморазведки

6.11. Тепловые и оптические свойства пород

6.12. Аппаратура

6.13. Методы терморазведки

6.14. Региональные термические исследования

6.15. Локальные термические исследования

Контрольные вопросы по теме главы 6: «Терморазведка»

Практические данные по тепловой инфракрасной съемке

Глава 7. Ядерная геофизика

7.0. Введение

7.1. Физико-химические и геологические основы ядерной геофизики

7.2. Взаимодействие ионизирующих излучений со средой

7.3. Радиоактивность горных пород и руд

7.4. Аппаратура и методы ядерной геофизики

7.5. Чувствительные элементы в приборах для ядерной геофизики

7.6. Приборы для ядерно-геофизических исследований

7.7. Радиометрические методы разведки

7.8. Аэро-гамма-съемка

7.9. Авто-гамма-съемка

7.10. Пешеходная (наземная) гамма- съемка

7.11. Радиометрический анализ проб пород и стенок горных выработок

7.12 Гамма и спектральные съемки и решаемые с их помощью задачи

7.13. Эманационная съемка

7.14. Подземные методы изучения естественной радиоактивности

7.15. Определение абсолютного возраста пород.

7.16. Ядерно-геофизические методы, основанные на искусственном радиоактивном облучении пород.

Контрольные вопросы по теме главы 7: «Ядерная геофизика»

Практическая работа №7

Глава 8. Геофизические исследования скважин (ГИС)

8.0. Общие сведения

8.1. Основы теории и технологии ГИС

8.2. Прямые и обратные задачи ГИС

8.3. Каротажная станция, скважинные приборы.

8.4. Технологический контроль состояния скважин – в ходе или после бурения

8.5. обработка каротажных диаграмм-графиков зависимости какого-то изменяемого параметра от глубины

8.6. Используемые методы и задачи, решаемые ГИС

8.7. Метод кажущихся сопротивлений (каротаж КС)

8.8. Другие методы электрометрии скважин

8.9. Ядерные методы исследования скважин

8.10. Сейсмоакустические методы исследования скважин

8.11. Другие методы геофизических исследований скважин.

8.12. Комплексные геофизические методы исследования скважин

8.13. Оценка пористости, проницаемости, коллекторских свойств, нефтегазоносности пород

8.14. Принципы количественной интерпретации ГИС рудных, угольных, инженерно-геологических скважин

Контрольные вопросы по теме главы 8: «ГИС»

Глава 9. Комплексирование геофизических методов

9.0. Общие положения

9.1. Физические поля, параметры, физические свойства среды

9.2. Системный подход к комплексированию геолого-геофизических исследований (по В.Н.Страхову).

9.3. Принципы системности изучения района (по В.Н.Страхову)

9.4. Принципы качественной и количественной интерпретации комплексных геофизических данных

9.5. Автоматизированные системы комплексной интерпретации – обработки данных на ЭВМ (АСОД)

9.6. Петрофизика

9.7. Геолого-гидрогеологические свойства пород

9.8. Выявление аномальных объектов (по ГИС и полевым геофизическим съемкам)

9.9. Методика измерения физических свойств пород

9.10. Характеристика геофизических свойств горных пород

9.11. Случайные величины

Контрольные вопросы по теме главы 9 «Комплексирование геофизических методов»

Литература

Приложение 1 Программа дисциплины «Геофизика»

Приложение 2. Рецензия на программу по курсу «Геофизика на службе у экологов, геологов и не только…»

Приложение 3. Вопросы к экзаменационным билетам

Информация об авторах

0.0. Введение.

Земля и все ее сферы с окружающим Космосом - открытые, динамичные, нелинейные системы, тесно связанные между собой. Эволюция Вселенной, в том числе Солнца, Земли и других планет Солнечной системы, связана циклическим обменом вещества, энергии, информации между биосферой и Космосом.

Геофизические методы исследования земной коры – научный раздел геологии, используемый для изучения: а) континентальной коры от поверхности земли до глубин 35-70 км; б) океанической коры - от 5 до 10 км под дном морей и океанов; в) гидросферы и биосферы, г) физики атмосферы и Космоса.

Прикладная геофизика изучает изменение естественных и искусственных физических полей земли и околоземного пространства с помощью специальной геофизической аппаратуры.

Геофизика находится на стыке наук: астрономии, физики, математики, географии, геологии, химии, экологии. Широко использует достижения космонавтики, геодинамики, информатики, электроники, автоматики.

При конструировании геофизической аппаратуры привлекаются инженерные кадры смежных научных направлений: механики, электроники, автоматики, специалисты вычислительной техники, стеклодувы и т.д. Через каждые 5-10 лет происходит обновление геофизической аппаратуры.

Исследует глубинные структуры земной коры на суше и в океанах, полезные ископаемые в осадочном чехле и на больших глубинах.

Цель использования прикладной геофизики состоит в восстановлении строения, состава, истории развития объектов земной коры на основе косвенной информации о физических полях. Отличается от курса «Физика Земли», в котором изучают астеносферу - до 400 км, мантию - до 2900 км, ядро внешнее - до 5100 км, ядро внутреннее - до центра Земли.

Научно-прикладные разделы геофизики: а) геофизика воздушной оболочки – изучение атмосферы, метеорологии, климатологии, космоса, в) геофизика водной оболочки – изучение океанов, морей, озер, подземных и поверхностных рек, ледников, вечной мерзлоты, с) разведочная и поисковая геофизика – изучение верхних слоев литосферы для обнаружения полезных ископаемых, д) геофизика других оболочек или сфер Земли - изучение биосферы и техносферы, т.е. частей атмосферы, гидросферы и литосферы, являющихся средой обитания человека и живых организмов, и испытывающих антропогенную и техногенную нагрузку.

По способу проведения работ выделяются комплексы исследований: а) аэрокосмические – дистанционные, б) полевые – наземные, в) акваториальные – океанические, морские, озерные, речные, г) подземные – шахтно-рудничные, д) ГИС – геофизические методы исследования скважин, ядерные методы.

В дистанционных методах используются специализированные самолеты, вертолеты, зонды, ИСЗ, пилотируемые космические корабли и орбитальные станции.

Особое место в геофизике занимают ГИС: исследования очень важны для документации скважин и, в частности, для повышения эффективности использования других прикладных геофизических методов.

По решаемым задачам выделяются следующие прикладные методы и направления геофизики: а) экологические, б) инженерно-геологические, в) гидрогеологические, г) почвенно-мелиоративные, д) мерзлотно-гляциологические, е) разведочные - с целью поисков нефти и газа, рудных и нерудных ископаемых, в том числе, строительных материалов, угля, горючих сланцев, ж) региональные, з) глубинные.

Экологические, инженерные, геологические задачи, решаемые при исследовании земной коры с использованием методов геофизики: а) изучение экологической и геологической среды для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского, военного строительства и сохранения экологических функций планеты - источника жизни на Земле, б) изучение состава, строения, состояния пород земной коры, динамики их изменения в условиях земных недр, в) изучение физических свойств горных пород в естественном залегании и в лабораторных условиях, г) выявление месторождений полезных ископаемых, д) реализация различных геодезических задач.

Основой для решения перечисленных задач является изучение изменения искусственных и естественных физических полей Земли. Результатом этого изучения является обнаружение возмущающих объектов и выявление их геометрии. По физическим свойствам горных пород выясняется геологическая природа обнаруженных объектов.

В курсе «Геофизика - для экологов, геологов и не только….» излагаются: а) физические свойства горных пород; б) физические, математические, аппаратурные, методические, интерпретационные основы геофизических методов - гравиразведки, магниторазведки, электроразведки, сейсморазведки, терморазведки, ядерной геофизики и геофизических методов исследований скважин; в) основные области их применения при исследованиях земной коры и решении поисковых, инженерных и экологических задач.

Сведения о каждом методе включают знакомство с разделами: а) физические и математические основы метода, б) методика съемки, в) методика обработки данных, г) простые и сложные методы интерпретации результатов, д) используемая аппаратура, е) оценка различного вида погрешностей.

формате PDF (60846Кб)