
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 . Plotnost' raznyh porod menyaetsya ot 1 do 3,5 g/sm3 v zavisimosti ot plotnosti mineral'nogo skeleta (
), 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 ( ![]() ![]() ![]() |
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'
(kappa), predstavlyayushaya soboi koefficient proporcional'nosti
mezhdu intensivnost'yu namagnichivaniya (
) i napryazhennost'yu
namagnichivayushego geomagnitnogo polya (
), t.e.
. Za edinicu
prinimaetsya
10-5 ed. SI. V praktike magnitorazvedki izmeryaetsya
ne tol'ko
(v erstedah), no i magnitnaya indukciya
(v teslah), gde
- magnitnaya pronicaemost' vozduha i bol'shinstva nemagnitnyh porod. Po sravneniyu s absolyutnymi znacheniyami
(
ili
) tochnee opredelyayutsya ih otnositel'nye velichiny
(
ili
), 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
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
do edinicy
SI. V celom interval izmeneniya
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
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 ), izmeryaemogo
v Om*m, ili obratnogo emu parametra (
) - elektroprovodnosti, izmeryaemoi v simensah (Sm). V praktike
elektrorazvedki \rho chasto opredelyayut po kazhushemusya soprotivleniyu
(KS ili
), 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'
( v mV), kotoroi obuslovleny estestvennye elektricheskie
potencialy (EP), polyarizuemost' (
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 ( ) i poperechnyh (
) voln, analiticheski svyazannye s modulem Yunga, koefficientom
Puassona i plotnost'yu gornyh porod (sm. (1.6)).
i
opredelyayutsya putem izmereniya vremeni (
) prihoda uprugih voln k seismopriemnikam pri izvestnyh rasstoyaniyah ot nih do punktov vozbuzhdeniya (
).
Glavnymi faktorami, vliyayushimi na velichiny i
, 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 (
vozrastaet s 3 do 8,5 km/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 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
menyaetsya ot 0,5 do 6 km/s, a
- ot 0,2
do 3 km/s. Otnoshenie
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 ( ) v gradusah Cel'siya (
S) ili kel'vinah (K),
gradienty temperatury (
) i velichiny teplovogo potoka
iz zemnyh nedr (
) v Vt/m2 . Po nim rasschityvayutsya
osnovnye teplovye (teplofizicheskie) svoistva: teploprovodnost'
(v Vt/K*m), teploemkost'
), gde
- kolichestvo teploty, podvodimoi k masse tela
(v Dzh/kg*K), temperaturoprovodnost'
, gde
- 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.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |