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

Vvedenie

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory (ih nazyvayut takzhe prikladnoi i promyslovoi ili regional'noi, razvedochnoi i skvazhinnoi geofizikoi) - eto nauchno-prikladnoi razdel geofiziki - fundamental'noi nauki, izuchayushei Zemlyu i okolozemnoe prostranstvo s pomosh'yu estestvennyh i iskusstvenno sozdavaemyh (upravlyaemyh) fizicheskih polei. Geofizika podrazdelyaetsya na fiziku Zemli, izuchayushuyu Zemlyu kak planetu i soderzhashuyu takie razdely, kak gravimetriya, magnitometriya, geoelektrika, seismologiya, seismometriya, termometriya, yadernaya geofizika, i geofiziku ee obolochek: vozdushnoi (atmosfera), vodnoi (gidrosfera) i kamennoi (litosfera).

Uchityvaya vse vozrastayushuyu rol' prirodnyh endogennyh (vnutrennih) faktorov, takih kak zemletryaseniya, medlennye pod'emy i opuskaniya sushi i dr., i ekzogennyh (vneshnih) faktorov, naprimer, vyvetrivaniya, opolzneproyavleniya i dr., a takzhe antropogenno-tehnogennyh sil (vzryvov, zagryaznenii okruzhayushei sredy i dr.), celesoobrazno vydelit' eshe odnu obolochku - biotehnosferu. V nee sleduet vklyuchit' chasti atmosfery, gidrosfery, zemnoi kory, yavlyayushiesya sredoi obitaniya cheloveka i ispytyvayushie antropogenno-tehnogennuyu nagruzku. Razdel geofiziki, prednaznachennyi dlya izucheniya etoi obolochki Zemli, mozhno nazvat' geofizikoi biotehnosfery ili geofizicheskoi ekologiei [Hmelevskoi V.K., 1997].

Iz fundamental'nyh geofizicheskih nauk, prednaznachennyh dlya issledovaniya Zemli i ee obolochek, vydelyayutsya nauchno-prikladnye razdely. Tak, geofizika vozdushnoi obolochki vklyuchaet fiziku kosmosa i atmosfery, meteorologiyu, klimatologiyu i dr. Geofizika gidrosfery sostoit iz gidrofiziki, okeanologii, fiziki morya, limnologii (izuchenie ozer), gidrologii (izuchenie rek), gidrogeologii (izuchenie podzemnoi gidrosfery), glyaciologii (izuchenie lednikov) i dr. Iz geofiziki litosfery vydelilis' prikladnaya i promyslovaya geofizika, soderzhashie metody: gravirazvedku, magnitorazvedku, elektrorazvedku, seismorazvedku, termorazvedku, yadernuyu geofiziku i geofizicheskie issledovaniya skvazhin (GIS). Nauchno-prikladnym razdelom geofiziki biotehnosfery stanovitsya ekologicheskaya geofizika.

Predmetom issledovanii prikladnoi i promyslovoi geofiziki yavlyaetsya zemnaya kora, t.e. chast' litosfery moshnost'yu do 70 km na sushe i do 10 km v okeanah. Cel'yu etih nauchno-prikladnyh disciplin yavlyayutsya issledovaniya glubinnogo stroeniya zemnoi kory, kristallicheskogo fundamenta, osadochnogo chehla, poisk i razvedka poleznyh iskopaemyh, izuchenie geologicheskoi ili geofizicheskoi sredy moshnost'yu v pervye sotni metrov, verhnei chasti razreza zemnoi kory (VChR) moshnost'yu poryadka 100 m i okrestnostei skvazhin na osnove kosvennoi informacii ob intensivnosti i strukture razlichnyh fizicheskih polei.

Osnovnymi zadachami geofizicheskih issledovanii zemnoi kory yavlyayutsya sleduyushie: vyyasnenie sostava, struktury i sostoyaniya gornyh porod, slagayushih zemnuyu koru, vyyavlenie poleznyh iskopaemyh, izuchenie geologicheskoi sredy kak osnovy dlya promyshlennogo, sel'skohozyaistvennogo, grazhdanskogo, voennogo osvoeniya i sohraneniya ee ekologicheskih funkcii, kak istochnika zhizni na Zemle.

Eti zhe zadachi reshayutsya drugimi geologo-geohimicheskimi metodami. Esli geologicheskie i geohimicheskie metody yavlyayutsya pryamymi metodami "blizkogo deistviya", osnovannymi na neposredstvennom izuchenii mineral'nogo, petrograficheskogo ili geohimicheskogo sostava vskrytyh vyrabotkami gornyh porod, to geofizicheskie metody yavlyayutsya metodami kak "blizhnego" (do 1 m), tak i "dal'nego" (do tysyach kilometrov) deistviya. Oni obespechivayut ravnomernost', ob'emnyi, integral'nyi harakter poluchaemoi ob'ektivnoi informacii. Pri etom proizvoditel'nost' eksperimental'nyh geofizicheskih rabot znachitel'no vyshe, a stoimost' v neskol'ko raz men'she po sravneniyu s razvedkoi s pomosh'yu neglubokih (do 100 m) i v sotni raz men'she, chem glubokih (svyshe 1 km) skvazhin. Povyshaya geologicheskuyu i ekonomicheskuyu effektivnost' izucheniya nedr, geofizicheskie metody issledovaniya yavlyayutsya vazhneishim faktorom uskoreniya nauchno-tehnicheskogo progressa v geologii i gornom dele.

V sootvetstvii s reshaemymi zadachami osnovnymi prikladnymi napravleniyami geofizicheskih issledovanii zemnoi kory yavlyayutsya: glubinnaya; regional'naya; razvedochnaya, podrazdelyaemaya na neftegazovuyu, rudnuyu, nerudnuyu, ugol'nuyu; inzhenernaya, vklyuchayushaya inzhenerno-geologicheskuyu, gidrogeologicheskuyu, pochvenno-meliorativnuyu, merzlotno-glyaciologicheskuyu, arheologicheskuyu i tehnicheskuyu; ekologicheskaya geofizika. Formirovanie poslednei idet za schet ekologicheskih aspektov vseh perechislennyh prikladnyh napravlenii geofiziki.

Ostanovimsya na kratkoi harakteristike fizicheskih polei Zemli, ih parametrov, fizicheskih svoistvah sredy, obespechivayushih vozmozhnost' vyyavleniya razlichnyh ob'ektov v nei, posledovatel'nosti processa geofizicheskih issledovanii. Etim problemam byla posvyashena kn. 1 nastoyashei raboty. Odnako kratkoe ih povtorenie v kn. 2 pridast ei opredelennuyu samostoyatel'nost'.

Kazhdoe fizicheskoe pole chislenno harakterizuetsya svoimi nablyudennymi (nablyudaemymi, izmeryaemymi ili registriruemymi) fizicheskimi parametrami polya (P_n). Ih poluchayut v rezul'tate geofizicheskih rabot (G_r) s pomosh'yu slozhnoi, kak pravilo, komp'yuterizirovannoi apparatury. Tak, gravitacionnoe pole opredelyaetsya uskoreniem svobodnogo padeniya ili siloi tyazhesti ( $g$ ) i ee gradientami po osyam koordinat ( $g _{ x} , g _{ y} , g _{ z}$ ), geomagnitnoe pole - polnym vektorom napryazhennosti $T$ i razlichnymi ego elementami (vertikal'noi $Z$ , gorizontal'noi $H$ sostavlyayushimi i dr.), elektromagnitnoe - vektorami magnitnoi ( $H$ ) i elektricheskoi ( $E$ ) sostavlyayushih, uprugoe - amplitudoi ( $A$ ) i vremenem ( $t$ ) rasprostraneniya uprugih voln razlichnogo vida, termicheskoe - temperaturoi ( $T^\circ$ ), yaderno-fizicheskoe - intensivnost'yu estestvennogo ( $J _{ \gamma }$ ) i iskusstvenno vyzvannyh ( $J _{ \gamma \gamma } , J _{ nn}$ ) gamma- i neitronnyh izluchenii.

Principial'naya vozmozhnost' provedeniya geologicheskoi razvedki na osnove razlichnyh fizicheskih polei Zemli opredelyaetsya tem, chto raspredelenie parametrov polei v vozdushnoi obolochke, na poverhnosti akvatorii ili zemli, v gornyh vyrabotkah i skvazhinah zavisit ne tol'ko ot proishozhdeniya estestvennyh ili sposoba sozdaniya iskusstvennyh polei, no i raspredeleniya v Zemle geometricheskih i litologo-petrograficheskih neodnorodnostei. Eti neodnorodnosti otlichayutsya po fizicheskim svoistvam ot vmeshayushei sredy, i v rezul'tate sozdayutsya anomal'nye fizicheskie polya. Anomaliei, ili poleznym signalom, v geofizike schitaetsya otklonenie izmerennogo parametra polya ot normal'nogo, za kotoroe chashe vsego prinimaetsya pole nad odnorodnym poluprostranstvom. Pri etom vozniknovenie anomalii svyazano s tem, chto ob'ekt poiskov, nazyvaemyi istochnikom anomalii (vozmushenii) ili anomalosozdayushim ob'ektom, libo sam sozdaet pole v silu estestvennyh prichin, naprimer, estestvennoe postoyannoe elektricheskoe pole vokrug rudnyh zalezhei, libo iskazhaet iskusstvenno sozdannoe pole vsledstvie razlichiya fizicheskih svoistv, naprimer, za schet otrazheniya seismicheskih ili elektromagnitnyh voln ot kontaktov raznyh tolsh.

Effektivnost' vydeleniya anomalii vo mnogom opredelyaetsya metodikoi (sposobom) provedeniya rabot, kuda vhodit sistema nablyudenii, t.e. vybor rasstoyanii mezhdu punktami nablyudenii (shag s'emki pri profil'nyh nablyudeniyah) i mezhdu profilyami (pri ploshadnoi s'emke). Gustota seti nablyudenii zavisit ot reshaemyh zadach, masshtabov s'emok, prostiraniya, razmerov i glubiny zaleganiya razvedyvaemyh ob'ektov, v krest predpolagaemogo prostiraniya kotoryh profili obychno i orientiruyutsya.

Anomalii prihoditsya vyyavlyat' na fone ne vsegda odnorodnogo i spokoinogo polya sredi raznoobraznyh pomeh geologicheskogo, prirodnogo, tehnogennogo haraktera (neodnorodnosti verhnei chasti geologicheskoi sredy, nerovnosti rel'efa, nalichie kosmicheskih, atmosfernyh, klimaticheskih, promyshlennyh i drugih pomeh). V rezul'tate nablyudaetsya interferenciya poleznyh signalov i pomeh raznoi prirody. Pri etom nablyudaetsya kak prostoe nalozhenie (superpoziciya) polei, tak i slozhnye, nelineinye ih vzaimodeistviya.

Vyyavlenie anomal'nyh parametrov fizicheskih polei (P_a) - aktual'naya fiziko-matematicheskaya problema, kotoraya reshaetsya putem primeneniya, kak pravilo, komp'yuternyh sposobov obrabotki geofizicheskih dannyh (OGD). Ona svoditsya ili k apparaturno-kalibrovochnym preobrazovaniyam, ili k vvedeniyu popravok v nablyudennoe pole s uchetom normal'nogo polya, ili raznogo roda transformacii P_n v P_a, ili special'nyh sposobov komp'yuternoi obrabotki i perehoda ot real'nyh, nablyudennyh, k informacionnym parametram polya v vide cifrovyh dannyh, v kotoryh umen'shen uroven' teh ili inyh pomeh. V rezul'tate poluchayutsya: grafiki anomalii (po gorizontali otkladyvayutsya tochki zapisi, t.e. punkty izmerenii ili pikety (PK), a po vertikali P_a), karty grafikov (na karte v zadannom masshtabe nanosyatsya linii profilei, a perpendikulyarno liniyam profilei otkladyvayutsya P_a i stroyatsya grafiki); karty anomalii (na karte prostavlyayutsya PK, ryadom zapisyvayutsya P_a i vycherchivayutsya izolinii ravnyh znachenii P_a); vremennye razrezy (po gorizontali otkladyvayutsya PK, a po vertikali vniz vremena prihoda ( $t$ ) signalov ot ob'ektov, raspolozhennyh na raznyh glubinah).

Sleduyushim etapom geofizicheskogo processa yavlyaetsya preobrazovanie anomal'nyh (informacionnyh) parametrov polya (P_a ) v real'nye, neposredstvenno svyazannye s parametrami razvedyvaemyh anomalosozdayushih ob'ektov (P_o ). K parametram ob'ektov otnosyatsya ih fizicheskie (geofizicheskie) svoistva (FS) i geometricheskie (strukturnye) harakteristiki (GFH), t.e. P_o = FS + GFH.

Kazhdoe fizicheskoe pole opredelyaetsya sootvetstvuyushimi fizicheskimi svoistvami razvedyvaemyh ob'ektov i vmeshayushei sredy. Tak, gravitacionnoe pole zavisit ot izmeneniya plotnosti porod ( $\sigma$ ); magnitnoe pole - ot magnitnoi vospriimchivosti ( $\chi$ ) i ostatochnoi namagnichennosti ( $J _{ r}$ ); elektricheskoe i elektromagnitnoe polya - ot udel'nogo elektricheskogo soprotivleniya porod ( $\rho$ ), dielektricheskoi ( $\epsilon$ ) i magnitnoi ( $\mu$ ) pronicaemostei, estestvennoi polyarizuemosti, ili elektrohimicheskoi aktivnosti ( $\alpha$ ), i vyzvannoi polyarizuemosti ( $\eta$ ); uprugoe pole - ot skorosti rasprostraneniya ( $V$ ) i zatuhaniya ( $\beta$ ) razlichnyh tipov voln, a poslednie, v svoyu ochered', - ot plotnosti, uprugih konstant (modul' Yunga ( $E$ ), koefficient Puassona ( $\gamma$ ) i dr.); termicheskoe pole - ot teplovyh svoistv: teploprovodnosti ( $\lambda _{ t}$ ), teploemkosti ( $S$ ), temperaturoprovodnosti ( $a$ ) i dr.; yadernye - ot estestvennoi i navedennoi radioaktivnosti, gamma-luchevyh i neitronnyh svoistv. Fizicheskie svoistva gornyh porod izmenyayutsya inogda v nebol'shih predelah (naprimer, plotnost' izmenyaetsya ot 1 do 6 g/sm³ ), a inogda v ochen' shirokih predelah (naprimer, udel'noe elektricheskoe soprotivlenie izmenyaetsya ot 0,001 do 10¹⁵ Om*m). V zavisimosti ot celogo ryada fiziko-geologicheskih faktorov odna i ta zhe poroda mozhet harakterizovat'sya raznymi svoistvami, i naoborot, raznye porody mogut imet' odinakovye svoistva.

Geometricheskimi harakteristikami anomalosozdayushih ob'ektov yavlyayutsya: glubina, razmery, osobennosti fizicheskih granic, na kotoryh fizicheskie svoistva mogut izmenyat'sya rezko (kontrastno) ili plavno (gradientno).

Opredelenie geometricheskih i fizicheskih parametrov ob'ektov (P_o ) po anomal'nym parametram fizicheskih polei (P_a ) nazyvaetsya resheniem obratnoi zadachi (OZ) geofiziki (P_a $\rightarrow$ P_o). Opredelenie anomal'nyh parametrov fizicheskih polei po izvestnym geofizicheskim i fizicheskim parametram ob'ektov sostavlyaet sut' pryamoi zadachi (PZ) geofiziki (P_o $\rightarrow$ P_a). Reshenie pryamyh i obratnyh zadach v kazhdom geofizicheskom metode osnovano na izvestnyh v teorii polya integral'nyh i differencial'nyh uravneniyah svyazi P_a i P_o. Takoe reshenie nazyvaetsya matematicheskim modelirovaniem. Pri etom real'nye anomalosozdayushie ob'ekty approksimiruyutsya fiziko-geologicheskimi modelyami (FGM), t.e. telami sravnitel'no prostoi geometricheskoi formy s zadannymi razmerami i fizicheskimi svoistvami ili kontrastnostyami svoistv.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Voshod Zemli: video 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 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