Геофизические изыскания представляют собой исследование недр с помощью физических методов. Они основываются на использовании естественных физических полей (теплового, гравитационного, радиационного, магнитного, сейсмоволнового) или воздействия искусственно созданных. В горнодобывающей отрасли с помощью геофизики выявляются участки с отклонением изучаемого поля от нормального (так называемые геофизические аномалии), по которым затем оконтуриваются искомые объекты (рудные тела, потенциальные месторождения и т.д.) среди вмещающих горных пород, определяются пространственные параметры (контуры) рудных тел, определяются мощности перекрывающих пород, разделяются на блоки породы с разными свойствами; выделяются зоны минерализации и аномалии, связанные с повышенной̆ проводимостью, которые могут быть связаны с рудными телами.
Преимуществом геофизических изысканий является возможность достаточно быстро изучать большие площади на существенную глубину , выявлять геологические тела, месторождения и их особенности (глубину залегания, величину и др.) без проведения дорогостоящих горных работ. Среди недостатков геофизических изысканий можно выделить подверженность влиянию различных помех, сложность интерпретации данных, а также зависимость от наличия разницы физических свойств у вмещающих пород и искомых объектов.
Картинка с сайта tgru.tatneft.ru
История развития геофизических изысканий
Практическое применение геофизики началось уже в конце 18 века: для поиска магнитной руды в Швеции использовалась магниторазведка. Также известно о первых опытах электроразведки и гравитационной вариометрической съёмки в начале 20 века в Венгрии и Франции (учёными Р. Этвешем, К. Шлюмберже).
В Российской Империи геофизические изыскания проводились с 1898 года для поиска месторождений железа в Западной Сибири и на Урале (магниторазведка). Более широко геофизика стала использоваться уже после революции. Тогда же начали открываться геофизические факультеты в учебных заведениях. Необходимость большого количества полезных ископаемых для индустриализации страны стимулировала открытие новых методов геофизических изысканий, двигала развитие науки. Учёные В.И. Бауман, А.А. Петровский, А.И. Заборовский, А.А. Логачёв, И.М. Бахурин и другие внесли огромный вклад в развитие геофизики.
В настоящее время геофизика опирается на современные технологии, что позволяет специалистам получать, обрабатывать и интерпретировать данные с большой скоростью и точностью: в процесс работы внедряется искусственный интеллект, применяются бескабельное оборудование и оптоволоконные технологии. В России активное развитие добывающей отрасли даёт возможность учёным-геофизикам улучшать и внедрять новые технологии для проведения работ.
Методы геофизических изысканий
Выделяют следующие геофизические методы в зависимости от изучаемого физического поля: магнито-, грави-, электро-, сейсморазведка, радиометрия. Кратко разберём каждый из них.
- Магниторазведка базируется на различии магнитных свойств горных пород. Она в основном применяется для поисков и разведки месторождений железных руд. Магнитные рудные тела искажают нормальное магнитное поле Земли и создают аномалии, которые и фиксируются при магниторазведке.
-
Гравиразведка основывается на изучении гравитационного поля планеты и направлена на дифференцирование горных пород по плотности. С помощью гравиразведки выявляются положительные и отрицательные аномалии силы тяжести, связанные с наличием на исследуемом участке относительно тяжёлых и лёгких пород соответственно.
Иллюстрация из учебного пособия “ГРАВИРАЗВЕДКА. Краткий курс”, Л.М. Лобанов, РГГРУ, Москва, 2017 г.
Этот метод широко применяется при поисках и разведке нефтегазовых месторождений, выявления угленосных бассейнов, соляных куполов, а также железных, хромитовых руд и др.
-
Электроразведка базируется на исследовании различия горных пород по их электрическим и магнитным свойствам, а также параметров естественных и искусственных электрических полей. В ходе исследований электрический ток пропускается сквозь толщу пород, а затем на поверхности производятся наблюдения за характером поля.
-
Выделяют более 50 модификаций электроразведки, различающихся по виду электромагнитного поля (естественное и искусственное) и типу его возбуждения (гальванический, индукционный и смешанный), набору измеряемых параметров, технике ведения полевых работ, методике интерпретации полученных данных и др.
Широко используется данный метод при разведке месторождений сульфидных полиметаллических руд, подземных вод.
- Сейсморазведка основывается на выявлении особенностей распространения в горных породах упругих волн, искусственно вызванных взрывами. Так как породы различаются по упругим свойствам, волны проходят их с разными скоростями, преломляясь и отражаясь. Какая-то часть сейсмической энергии возвращается на поверхность, где регистрируется чувствительными приборами.
Картинка с сайта enciklopediya-tehniki.ru
Скорость распространения волн в различных горных породах
Широко сейсморазведка применяется для поиска и разведки месторождений нефти, газа и угля. А при разведке шельфовых месторождений углеводородов – этот метод не только практически единственный, но и очень эффективный.
- Радиометрия строится на изучении и использовании свойств радиоактивных излучений. С помощью радиометров происходит регистрация как естественного излучения, так и искусственного, вызванного облучением. По содержанию радиоактивных элементов в породе можно получить информацию о её типе, условиях образования и т.д. Радиоразведка в основном применяется при разведке радиоактивных руд и связанных с ними редкоземельных, металлических, фосфатных ископаемых.
Помимо вышеперечисленных геофизических методов проведения изысканий используются и исследования в скважинах (каротаж), помогающие не только оценить состояние скважин, но и выявлять и оценивать запасы ПИ. Каротаж позволяет исследовать пространство вокруг скважин в радиусе до нескольких метров, но отличается высокой точностью полученных данных.
Выделяют несколько видов каротажа: магнитный, электрический, радиоактивный, газовый и другие. Как правило, в скважину опускается датчик, связанный через кабель с приёмной и регистрирующей аппаратурой. Данные отображаются в виде диаграмм и таблиц. Каротаж позволяет определять литологические параметры пластов, выявлять характер флюидов в порах и т.д.
Каротаж (изображение с сайта neftegaz.ru)
В настоящее время геофизические изыскания стали неотъемлемой частью геологоразведочных работ во всём мире. Они позволяют повысить точность при подсчёте запасов МПИ, а также сократить сроки и материальные затраты на геологоразведочные работы. Многие геофизические задачи теперь решают с помощью специального ПО: обрабатывают данные, осуществляют визуализацию, расчёты, моделирование. Автоматизация процесса позволяет более достоверно интерпретировать получаемую геофизическую информацию.
Кроме того, геофизические изыскания играют важнейшую роль в сфере строительства и при изучении опасных геологических процессов.
