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

1.4.1. Petrofizika i geofizicheskie svoistva gornyh porod.

Petrofizika (fizika gornyh porod) - eto prikladnoi razdel nauk o Zemle, nahodyashiisya na styke geologii (petrologii, litologii, nauk o poleznyh iskopaemyh, gidrogeologii, inzhenernoi geologii, geokriologii i dr.), geofiziki (glubinnoi, regional'noi, razvedochnoi, inzhenernoi, ekologicheskoi), a takzhe fizicheskih issledovanii Zemli i fiziki veshestva. Petrofizika izuchaet razlichnye fizicheskie svoistva gornyh porod, vzaimosvyazi ih mezhdu soboi i s fizicheskimi polyami Zemli. Osnovnymi razdelami petrofiziki yavlyayutsya:

issledovaniya prirody kazhdogo iz mnogochislennyh geofizicheskih svoistv gornyh porod, zavisimosti ih ot estestvennyh i tehnogennyh faktorov;
postroenie fizicheskoi modeli sredy kak neposredstvenno cherez izmerennye svoistva, tak i po dannym fiziko-matematicheskoi interpretacii rezul'tatov razlichnyh geofizicheskih metodov;
postroenie fiziko-geologicheskih modelei sredy (FGM) v hode geologicheskogo istolkovaniya geofizicheskih materialov.

S tochki zreniya petrofiziki kazhdaya gornaya poroda - eto slozhnoe veshestvo trehfazovogo sostava, t.e. sostoyashee iz tverdoi (odin ili neskol'ko mineralov), zhidkoi (voda, neft', nefteprodukty) i gazoobraznoi (vozduh, goryuchie gazy) faz. Fizicheskie svoistva gornyh porod opredelyayutsya prezhde vsego svoistvami samih faz, ih kolichestvennym sootnosheniem v porode i vzaimodeistviem. Takie fizicheskie svoistva tverdoi fazy, kak plotnost', magnitnye, elektricheskie, uprugie, teplovye, yadernye, opredelyayutsya, v osnovnom, atomnym stroeniem himicheskih elementov mineralov, iz kotoryh sostoit poroda, sootnosheniem tverdoi, zhidkoi i gazoobraznoi faz, temperaturoi i zavisyat ot geologicheskih faktorov: termodinamicheskih uslovii obrazovaniya magmaticheskih porod, stepeni ih metamorfizma, uslovii nakopleniya osadochnyh porod, strukturno-teksturnyh osobennostei massivov porod. Ispol'zuemye v geofizike fizicheskie polya Zemli opredelyayutsya perechislennymi geofizicheskimi svoistvami gornyh porod.

Sushestvuyushie klassifikacii gornyh porod, v osnovu kotoryh polozhen ih mineral'nyi i himicheskii sostav, otlichayutsya ot petrofizicheskih, osnovannyh na fazovyh sostoyaniyah gornyh porod. Odna iz takih vozmozhnyh klassifikacii dana v tabl. 1.1. V nei privedeny chasto vstrechayushiesya znacheniya nekotoryh fizicheskih svoistv gornyh porod: plotnostnyh (plotnosti ( $\sigma$ ) i poristosti ( $n$ )), uprugih (skorosti prodol'nyh ( $V _{ p}$ ) i poperechnyh ( $V _{ s}$ ) seismicheskih voln), magnitnyh (magnitnaya vospriimchivost' ( $\chi$ ) i dr.), elektricheskih (udel'noe elektricheskoe soprotivlenie ( $\rho$ ) i dr.), izuchaemye kak v petrofizike, tak i v teorii sootvetstvuyushih geofizicheskih metodov.

T a b l i c a 1.1

Porody Plotnost' $\sigma$ , g/sm³ Poristost' $n$ , % Skorosti uprugih voln Magnitnaya vospriimchivost' $\chi$ , 10^-5 ed. SI Udel'noe elektrich. sopr. $\rho$ , Om*m

$V _{ p}$ , km/c $V _{ s}$ , km/s

gazonas. vodonas.

MAGMATIChESKIE
Ul'traosnovnye (piroksenit, peridotit, dunit i dr.)
3,2-3,3
0,1-0,5
7,5
8,5
4,5
1000-25000
10⁵ - 10⁸

Osnovnye
gabbro
diorit
2,9-3,0
2,7-2,8
0,01-1
0,01-1
6,0
5,6
6,6
6,3
3,8
3,5
300-15000
1000-70000
10⁴ - 10⁷
10³ - 10⁷

Kislye
granodiorit
granit
2,7
2,6
0,2-5
0,1-3
4,6
3,0
6,0
5,5
3,3
2,8
100-45000
50-40000
10³ - 10⁶
10³ - 10⁵

Effuzivnye
diabaz
bazal't
2,9
2,5
0,1-5
3-6
3,5
3,0
6,5
5,5
3,5
3,0
500-150000
100-150000
10⁵ - 10⁶
10³ - 10⁷

METAMORFIChESKIE
Gneisy
Slancy
2,7
2,6
0,01-1
0,01-1
3,8
3,5
5,6
4,8
3,2
3,0
100-20000
50-3000
10³ - 10⁵
10³ - 10⁵

OSADOChNYE
Skal'nye i poluskal'nye
izvestnyak
dolomit
mergel'
peschaniki

2,6
2,7
2,4
2,5

2-25
2-17
5-35
2-35

2
1
1,5
1

6
5,5
4,5
4,5

3
2,5
2
1

50-2500
50-800
10-1000
50-5000

100 - 10⁵
100 - 10⁴
10 - 10³
100 - 10⁴

Peschano-oblomochnye (ryhlye)
graviino-galechnye
peski
3
1,3-2
2-20
2-40
0,8
0,5
2,5
2
0,5
0,2
50-5000
50-2500
100 - 10³
10 - 10⁴

Plastichnye (glinistye) (glina, argillit) 1,2-2,4 2-40 1,5 2,5 0,4 10-3000 1-100

1.4.2. Geologo-gidrogeologicheskie svoistva.

Gornye porody razlichayutsya po mineral'nomu sostavu, razmeram tverdyh chastic, sootnosheniyu ob'emov tverdoi, zhidkoi i gazoobraznoi faz, strukturno-tektonicheskim osobennostyam i drugim faktoram, opredelyayushim ih geologo-gidrogeologicheskie svoistva. Nekotorye iz nih, kak i geomehanicheskie, fiziko-mehanicheskie, deformacionno-prochnostnye i fil'tracionno-emkostnye (vodo-, nefte- i gazokollektorskie), mogut harakterizovat'sya kolichestvenno. K fiziko-mehanicheskim mozhno otnesti sleduyushie osnovnye svoistva (sm. tabl. 1.2):

srednii diametr tverdyh chastic ( $d _{ sr}$ v mm) ryhlyh (peschano-oblomochnyh) i plastichnyh osadochnyh porod;
litologiyu plastichnyh i ryhlyh osadochnyh porod, kotoraya chislenno mozhet byt' vyrazhena, naprimer, v vide arifmeticheskogo ryada chisel: ot L = 1, 2, 3 dlya tyazhelyh, srednih, legkih glin, dalee takih zhe suglinkov (4, 5, 6), supesei (7, 8, 9), peskov (10, 11, 12) , a takzhe galechnikov (13) i valunov (14). V etom ryadu L proporcional'na srednemu diametru tverdyh chastic ( $d _{ sr}$ ), kotoryi yavlyaetsya osnovnym diagnosticheskim priznakom plastichnyh i ryhlyh osadochnyh porod;
glinistost' (G) i koefficient glinistosti ( $S _{ g}$ ) peschano-glinistyh porod: $G = V _{ t ( \lt 0,01) } / V$ i $S _{ g} = m _{ t ( \lt 0,01) } / m$ , gde $V _{ t ( \lt 0,01)}$ i $m _{ t ( \lt 0,01)}$ - ob'em i massa tverdyh chastic (glinistyh mineralov) s $d _{ cp} \lt$ 0,01 mm = 10 mkm, a $V$ i $m$ - obshii ob'em i massa izuchaemyh porod. Zdes', kak i vezde v dal'neishem, otnosheniya kakih-libo ob'emov ili mass izmeryayutsya v dolyah edinicy ili v procentah;
chislo plastichnosti (P_l), kotorym opredelyaetsya sposobnost' glinistyh porod deformirovat'sya pri obvodnenii;
pustotnost' (poristost') $n = V _{ p } / V _{ t}$ i koefficient pustotnosti (poristosti) $K _{ p } = V _{ p} / V$ , gde $n = K _{ p } (1 - K _{ p} )$ , $V _{ p}$ - ob'em pustot. Eto mozhet byt' pervichnaya poristost' ryhlyh osadochnyh porod, vtorichnaya treshinovatost' skal'nyh magmaticheskih, metamorficheskih i osadochnyh ili to i drugoe, $V _{ t}$ i $V$ - ob'emy tverdoi fazy i vsego obrazca izuchaemoi porody ( $V = V _{ t} + V _{ p}$ );
plotnost' ( $\sigma = m / V$ ) i mineral'naya plotnost' ( $\delta = m _{ t } / V _{ t}$ ), gde $m _{ t}$ i $m$ - massy tverdoi fazy i vsei izuchaemoi porody ( $\sigma$ i $\delta$ izmeryayutsya v g/sm³ = 10³ kg/m³).

T a b l i c a 1.2

Inzhenerno-geologicheskiei gidrogeologicheskie parametry porod Glina Suglinok Supes' Pesok Galechnik Valuny

T S L T S L T S L MZ SZ KZ

L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

d_sr, mm n*10^-5 n*10^-4 10^-3 0,002-0,005 0,005-0,01 0,01-0,02 0,02-0,05 0,05-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 0,5-1 1-2 3-10 20-80

G, % $\ge 65$ $\ge 50$ $\ge 40$ $\ge 30$ $\ge 20$ $\ge 15$ 15-20 12-15 10-12 10 5 0 0 0

P 25 20 17 17-13 13-10 10-7 7 4 1 0 0 0 0 0

k_p, % 60 40 20 55 45 25 50 40 30 50 40 30 30

k_m , % 5 10 20 30 40

k_f, m/sut 0,001 0,01 0,1 10 100

Primechanie. T, S, L - tyazhelye, srednie, legkie porody sootvetstvenno; MZ, SZ,KZ - melko-, sredne-, krupnozernistye peski sootvetstvenno.

K deformacionno-prochnostnym svoistvam mozhno otnesti takie uprugie svoistva, kak:

modul' uprugosti ili modul' Yunga ( $E$ ), yavlyayushiisya koefficientom proporcional'nosti mezhdu rastyagivayushe-szhimayushimi napryazheniyami, deistvuyushimi na uprugoe telo, i otnositel'nymi lineinymi ego deformaciyami togo zhe napravleniya;
koefficient Puassona $\nu$ - otnoshenie poperechnogo szhatiya k prodol'nomu udlineniyu pri odnoosnom rastyazhenii;
ckorosti prodol'nyh ( $V _{ r}$ ) i poperechnyh ( $V _{ s}$ ) uprugih (seismicheskih) voln, analiticheski svyazannyh s $E$ i $\sigma$ pri malyh napryazheniyah i deformaciyah porod, nablyudaemyh pri seismoakusticheskih issledovaniyah, sleduyushimi uravneniyami:

$V_{p} =\sqrt{ \frac{E(1-\nu )}{\sigma (1+\nu )(1-2nu )} },\; V_{s} =\sqrt{\frac{E}{2\sigma (1+\nu )} };$ (1.6)
moduli obshei deformacii ( $E _{ def}$ ) i predely prochnosti obrazcov gornyh porod pri szhatii ( $\sigma _{ szh}$ ), harakterizuyushie prochnostnye svoistva obrazcov pri znachitel'nyh dlitel'nyh nagruzkah i dr.

Moduli $E, E _{ def} , \sigma _{ szh}$ izmeryayutsya v paskalyah (Pa), $\nu$ - v otnositel'nyh edinicah, a skorosti - v km/s.

K fil'tracionno-emkostnym otnosyatsya sleduyushie osnovnye svoistva, harakterizuyushie flyuidonasyshennost', t.e. sposobnost' poristyh porod uderzhivat', propuskat' i otdavat' zhidkosti i gazy:

koefficient vodonasyshennosti (obshei vlazhnosti) $K _{ v} = ( V _{ svyaz} + V _{ svob} ) / V _{ p}$ , gde $V _{ svyaz}$ - kapillyarno i fizicheski svyazannaya voda, adsorbirovannaya glinistymi chasticami, $V _{ svob}$ - svobodnaya voda, otdavaemaya porodoi, naprimer, pri otkachkah iz skvazhin, $V _{ p}$ - ob'em por. Dlya polnost'yu vodonasyshennoi porody $K _{ v}$ = 1;
aktivnaya poristost' ili vodootdacha $K _{ \mu } = V _{ svob } / V _{ p}$ i koefficient ostatochnogo vodonasysheniya $K _{ vo} = V _{ svyaz } / V _{ p}$ , ukazyvayushie na doli vody, izvlekaemoi i ne izvlekaemoi iz porody ( $K _{ v } = K _{ m} + K _{ vo}$ );
koefficient fil'tracii ( $K _{ f}$ ), kotorym opredelyaetsya skorost' (v m/sut) fil'tracii svobodnyh podzemnyh vod, i koefficient vodoprovodimosti ( $T = K _{ f } h$ , gde $h$ -moshnost' vodonosnogo plasta, v m²/sut), kotorym harakterizuetsya pogonnaya moshnost' fil'tracionnogo potoka;
koefficienty nefte-, gazo-, vodonasyshennosti por ( $K _{ n} = V _{ n } / V _{ p} ,\; K _{ g} = V _{ g } / V _{ p} ,\; K _{ v} = V _{ v } / V _{ p}$ , gde $V _{ n} , V _{ g} , V _{ v}$ i $V _{ p}$ - ob'emy sootvetstvuyushih faz i obshii ob'em por);
koefficient pronicaemosti ( $K _{ pr}$ ) - odin iz obobshennyh parametrov, harakterizuyushii vodoupornye i kollektorskie svoistva gornyh porod, t.e. sposobnost' ih davat' promyshlennye pritoki nefti, gaza, vody. On slozhnym obrazom zavisit ot koefficienta pustotnosti, udel'noi poverhnosti i stroeniya porovyh kanalov, proporcionalen koefficientu fil'tracii i izmeryaetsya v (mkm)². K pronicaemym kollektoram otnosyat porody s $K _{ pr} \gt$ 10^-2 (mkm)², k polupronicaemym s $K _{ pr}$ = 10^-4 - 10^-2 (mkm)². Vodoupornymi schitayutsya porody s $K _{ pr}\lt$ 10^-4 (mkm)².

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Protivosumerechnye luchi i festival' planet 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 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

Porody	Plotnost' $\sigma$ , g/sm³	Poristost' $n$ , %	Skorosti uprugih voln			Magnitnaya vospriimchivost' $\chi$ , 10^-5 ed. SI	Udel'noe elektrich. sopr. $\rho$ , Om*m
			$V _{ p}$ , km/c		$V _{ s}$ , km/s
			gazonas.	vodonas.	$V _{ s}$ , km/s
MAGMATIChESKIE Ul'traosnovnye (piroksenit, peridotit, dunit i dr.)	3,2-3,3	0,1-0,5	7,5	8,5	4,5	1000-25000	10⁵ - 10⁸
Osnovnye gabbro diorit	2,9-3,0 2,7-2,8	0,01-1 0,01-1	6,0 5,6	6,6 6,3	3,8 3,5	300-15000 1000-70000	10⁴ - 10⁷ 10³ - 10⁷
Kislye granodiorit granit	2,7 2,6	0,2-5 0,1-3	4,6 3,0	6,0 5,5	3,3 2,8	100-45000 50-40000	10³ - 10⁶ 10³ - 10⁵
Effuzivnye diabaz bazal't	2,9 2,5	0,1-5 3-6	3,5 3,0	6,5 5,5	3,5 3,0	500-150000 100-150000	10⁵ - 10⁶ 10³ - 10⁷
METAMORFIChESKIE Gneisy Slancy	2,7 2,6	0,01-1 0,01-1	3,8 3,5	5,6 4,8	3,2 3,0	100-20000 50-3000	10³ - 10⁵ 10³ - 10⁵
OSADOChNYE Skal'nye i poluskal'nye izvestnyak dolomit mergel' peschaniki	2,6 2,7 2,4 2,5	2-25 2-17 5-35 2-35	2 1 1,5 1	6 5,5 4,5 4,5	3 2,5 2 1	50-2500 50-800 10-1000 50-5000	100 - 10⁵ 100 - 10⁴ 10 - 10³ 100 - 10⁴
Peschano-oblomochnye (ryhlye) graviino-galechnye peski	3 1,3-2	2-20 2-40	0,8 0,5	2,5 2	0,5 0,2	50-5000 50-2500	100 - 10³ 10 - 10⁴
Plastichnye (glinistye) (glina, argillit)	1,2-2,4	2-40	1,5	2,5	0,4	10-3000	1-100

Inzhenerno-geologicheskiei gidrogeologicheskie parametry porod	Glina			Suglinok			Supes'			Pesok			Galechnik	Valuny
	T	S	L	T	S	L	T	S	L	MZ	SZ	KZ	Galechnik	Valuny
L	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
d_sr, mm	n*10^-5	n*10^-4	10^-3	0,002-0,005	0,005-0,01	0,01-0,02	0,02-0,05	0,05-0,1	0,1-0,2	0,2-0,5	0,5-1	1-2	3-10	20-80
G, %	$\ge 65$	$\ge 50$	$\ge 40$	$\ge 30$	$\ge 20$	$\ge 15$	15-20	12-15	10-12	10	5	0	0	0
P	25	20	17	17-13	13-10	10-7	7	4	1	0	0	0	0	0
k_p, %	60	40	20	55	45	25	50	40	30	50	40	30	30
k_m , %	5			10			20			30			40
k_f, m/sut	0,001			0,01			0,1			10			100
Primechanie. T, S, L - tyazhelye, srednie, legkie porody sootvetstvenno; MZ, SZ,KZ - melko-, sredne-, krupnozernistye peski sootvetstvenno.