Методы полевой геофизики

Поверхностные (полевые) методы исследования массивов основаны на различии плотностных, электрических и других свойств горных пород разного минерального состава и строения. В этих методах используют либо аномалии естественных физических полей, вызванные различными свойствами пород, либо закономерности распространения искусственно возбуждаемых в массиве физических полей.

В зависимости от используемых свойств пород и физических полей все эти методы исследования подразделяют на гравитационные, магнитные, радиометрические, сейсмические, электрические, термические и радиоволновые.

Гравитационные методы. Очевидно, что изменение плотности в какой-то точке земной коры должно приводить к изменению силы тяжести и соответственно величины ускорения свободного падения в данной точке.

Действительно, над более плотными рудными телами возникают так называемые гравитационные аномалии. В результате интерпретации измеренной аномалии находят глубину залегания аномального породного тела, устанавливают его форму и размеры.

Гравитационным методом можно оценить рельеф и состав кристаллического фундамента, наличие тектонических нарушений, зон пониженной плотности, уступов и сдвигов в пластах, геосинклиналей.

В процессе эксплуатации месторождения этим методом можно отыскивать слепые рудные тела, засекать карстовые полости, включения плотных пород, раздробленные и рыхлые зоны и т. д.

Магнитные методы. Как и в случае гравитационного поля, напряженность магнитного поля в каждой точке поверхности Земли зависит от намагниченности (I) или магнитного момента (М), находящихся под этой точкой геологических объектов.

Величина магнитной аномалии обусловлена магнитной восприимчивостью пород. Если магниторазведкой установлен вид аномалии, то, зная величину магнитной восприимчивости пород, можно рассчитать объем рудного тела и глубину его залегания.

Пользуясь магнитными методами, изучают не только ме­сторождения ферромагнитных руд, но и нерудные полезные ископаемые.

По результатам магнитной съемки можно судить о геолого-петрографических особенностях массива, трещиноватости пород, наличии карстовых полостей, контактах различных пород, разломах и т. д.

Радиометрические методы. При этом виде исследований массивов используют естественные радиационные поля. Метод позволяет изучать и обнаруживать не только радиоактивные руды, но и многие другие геологические тела, гранитные массивы, области нефтегазоносиостн и т. л. Радиометрической съемкой устанавливают также строение массивов – выявляют плоскости разлома и трещиноватости, интрузии и дайки.

Сейсмические методы. Эти методы основаны на использовании закономерностей распространения упругих колебаний в массивах пород. На практике применяют два метода сейсморазведки – метод отраженных волн (МОВ) и корреляционный метод преломленных волн (КМПВ).

Упругие колебания в породах можно возбуждать взрывом, ударом, механическими вибраторами, пьезоэлектрическими или магнитострикционными датчиками. Вдоль изучаемого на-правления (сейсмопрофиля) располагают серию (до 60) сейсмоприемников, которые регистрируют моменты прихода упругих колебаний к соответствующей точке профиля.

График зависимости времени прихода упругих волн (t) к изучаемым пунктам профиля от их расстояния (х) до пункта возбуждения колебаний называется годографом упругих волн.

Волна, приходящая к изучаемой точке непосредственно от пункта возбуждения, называется прямой. Годограф такой волны – прямая линия, выходящая из начала координат. По уравнению годографа и графическому его изображению вычисляют глубину залегания отражающего слоя; угол его падения и скорость упругих колебаний.

Сейсмические наблюдения позволяют оценить физические свойства массивов горных пород – параметры упругости и прочности, а следовательно, прогнозировать возможные технику и технологию разработки месторождения.

Электрические методы. Наиболее распространены следующие электрические методы исследования массивов пород:

1. Метод естественного электрического поля – собственных потенциалов (ПС) заключается в последовательном замере потенциалов точек, расположенных по профилю относительно одной центральной точки. Выявленные аномалии потенциала обычно указывают на наличие какого-либо источника естественных локальных токов.

2..Метод вызванной поляризации (ВП), основанный на измерении потенциалов, возникающих при поляризации горных пород после пропускания через них постоянного электрического тока. По результатам измерений вычисляют поляризуемость пород, позволяющую судить о характере и состоянии породных массивов.

3. Метод кажущихся электрических сопротивлений основан на определении кажущегося усредненного электрического сопротивления массивов пород. Электрометрия методом электрических сопротивлений чаще всего выполняется с помощью четырехэлектродной установки. При помощи этого метода исследуют погребенные структуры, выявляют разрывные нарушения (сбросы, сдвиги, разломы, зоны дробления), картируют мерзлые породы, трещиноватые и карстовые зоны, осуществляют поиски обводненных зон и т. д.

4. Пьезоэлектрический метод, применяющийся при поисках и исследовании кварцевых жил и пегматитовых рудных тел. Сущность его заключается в том, что упругие волны, возбужденные в массиве взрывом, встретив на своем пути, например, кварцевую жилу, преобразуются последней в электромагнитные. Электрическая составляющая электромагнитной волны принимается заземленными электродами. По электросейсмограммам судят о наличии и глубине залегания кварцевой жилы (или других горных пород – пьезоэлектриков).

Магнитотеллургические методы изучения массивов пород используют естественные переменные электромагнитные поля в земной коре.

Среди радиоволновых методов исследования массивов выделяют методы индуктивные, радиоволновых просвечиваний, интерференционные и др.

В индуктивных методах электромагнитное поле в массиве создается индуктивным способорм при помощи незаземленных рамок и петель, по которым пропускается ток разной частоты. Наличие хорошо проводящих тел в массивах приводит к индуцированию в них вторичных полей. Такими методами кроме хорошо проводящих рудных тел обнаруживают угли, графит, выявляют тектонические нарушения и обводненные зоны.

Метод радиоволнового просвечивания заключается в просвечивании радиоволнами массива породы между двумя или несколькими выработками. Рудные тела, хорошо проводящие ток, являются практически непроницаемыми для электромагнитных волн. Так, методом просвечивания на многих месторождениях обнаруживают дополнительные рудные тела, а на соляных месторождениях определяют положения полостей, заполненных соляным, хорошо проводящим раствором. Этим методом возможно обнаружение талых областей в зонах многолетней мерзлоты, плывунов в песках и т. п.

Интерференционный метод основан на приеме радиоволн, излученных с земной поверхности и отраженных от границы раздела между двумя горными породами, обладающими разными показателями величин электрического сопротивления. В приемнике интерферируют два вида волн – отраженные и прямые. Результат интерференции зависит от глубины отражающей поверхности.