Геофизические исследования скважин

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Сибирский федеральный университет

Институт горного дела, геологии и геотехнологий

Кафедра геологии месторождений и методики разведки

Курсовой реферат

Тема:

Геофизические исследования скважин

Выполнил Решетняков А.А.

Студент группы ЗГГ18-02PТ

Преподаватель: доцент Макеев С.М.

Красноярск - 2022 г.



Содержание

Введение

1. Физические основы электрического каротажа скважин

1.1 Удельное электрическое сопротивление

1.2 Естественная и вызванная поляризуемость горных пород

2. Виды ядерно-физического каротажа скважин

3. Физико-геологические и натурные модели используемые при комплексировании геофизических методов

Заключение

Список использованных источников



Введение

Геофизические исследования скважин играют важную роль в бурении скважин, в зависимости от предназначения скважины и выбирается метод каротажа который уменьшает общие затраты на бурение, за счет увеличения точности бурения и количества данных о подземных пластах. ГИС являются областью прикладной геофизики, в которой физические методы исследования вещества используются для изучения в скважинах литологического строения геологических разрезов, выявления и промышленной оценки содержащихся в них полезных ископаемых, контроля строительства и эксплуатации скважин, мониторинга разрабатываемых месторождений и подземных хранилищ газа. В зависимости от изучаемых физических свойств горных пород методы ГИС подразделяются на электрические, радиоактивные, акустические, термические, электромагнитные, магнитные.

Современная разведочная геофизика в своём арсенале имеет большое число разнообразных методов и их рациональное комплексирование в условиях рыночной экономики приобретает особое значение при решении любой практической задачи геологоразведки.



1. Физические основы электрического каротажа скважин

Физическая основа электрического каротажа - различие электрических свойств горных пород. В скважинах измеряются величины, характеризующие электрическое сопротивление и способность к поляризации горных пород.

Электрические методы исследования скважин основаны на регистрации следующих параметров -удельного электрического сопротивления (УЭС) {1.2}, проводимости пород, разности фаз переменного электромагнитного поля, наведенного в двух смежных измерительных катушках, разности потенциалов самопроизвольной или вызванной поляризации горных пород. В зависимости от регистрируемого информационного параметра электрические методы подразделяются на метод кажущегося сопротивления, метод сопротивления экранированного заземления (боковой каротаж), индукционный метод, метод микрозондов, метод потенциалов самопроизвольной поляризации и метод потенциалов вызванной поляризации.

Для изучения стационарных естественных электрических полей применяются методы потенциалов собственной поляризации горных пород (ПС). Искусственные стационарные и квазистационарные электрические поля исследуются методами кажущегося сопротивления (КС), микрозондирования (МЗ), сопротивления заземления (БК и МБК), методами регистрации тока (ТМ) и потенциалов вызванной поляризации (ВП). Искусственные переменные электромагнитные поля изучаются индукционными (ИК), диэлектрическими (ДМ) и радиоволновыми методами.

Геоэлектрическая модель среды является фундаментальным понятием электроразведки, так как лежит в основе решения прямых и обратных задач. Самая простая модель в электроразведке - это однородное безграничное проводящее пространство. Решение задачи о точечном источнике постоянного тока для такой модели показывает распределение потенциала и составляющих плотности тока и напряженности поля.

Рис. 1. Классификация электрических методов исследования скважин. Измеряемые величины: Uпс потенциал самопроизвольной поляризации; с_к - кажущееся удельное сопротивление; г_к - кажущаяся удельная проводимость; е_к - кажущаяся диэлектрическая пронициемость

Тип модели определяет выбор системы координат, в которой удобнее решать задачу. В данном случае - выбор сферической системы координат с центром в источнике является физически наиболее удобным. Но практическая применимость такой модели среды очень ограничена.

Следующим приближением к реальным условиям электроразведки является модель двух полупространств, или модель "земля -воздух". Подразумевается, что полупространство заполненное воздухом обладает бесконечно высоким сопротивлением, а земля - конечным -с1. Точечный (или иной) источник тока располагается на плоской поверхности земли или внутри нее. Для описания такой модели удобно использовать прямоугольную или цилиндрическую систему координат с осью Z, направленной вниз. Модель позволяет ввести понятие нормального поля, кажущегося сопротивления. При изучении неоднородных сред модель однородного проводящего полупространства служит базой для разделения поля на нормальную и аномальную составляющие.

Роль фундаментальных геоэлектрических моделей можно пояснить с помощью понятий прямой и обратной задачи геофизики. Под прямыми задачами понимают определение (расчет) полей по известному распределению свойств среды и источников поля. Под обратными - нахождение распределения свойств среды по известному полю. [1]

1.1 Удельное электрическое сопротивление

Электропроводность горных пород не зависит от их минерального состава, т.к. удельное электрическое сопротивление основных породообразующих минералов (кварц, полевой шпат, ангидрит, галит) изменяется от 108 до 1015 Ом·м, что соответствует первоклассным изоляторам. Проводимость основной группы осадочных горных пород (пески, песчаники, известняки, глины), минеральный скелет которых имеет практически бесконечное сопротивление, определяется лишь присутствием природной воды в порах породы (рис. 2). Удельное электрическое сопротивление воды на много порядков меньше сопротивления минерального скелета и изменяется от 10-2 до 101 Ом·м. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) определяется как сопротивление (отношение падения напряжения к силе протекающего тока) единицы объема (1 куб.м) при пропускании тока через этот объем от одной грани к противоположной. В отличие от сопротивления линейных проводников, обозначаемого в физике буквой R, электроразведка имеет дело с удельным сопротивлением объемных проводников, обозначаемым буквой с. УЭС горных пород зависит от внутренних (минеральный состав и строение) и внешних (водонасыщенность, температура, пористость и трещиноватость, минерализация влаги) факторов. При изучении верхней части геологического разреза в процессе инженерно-геологических исследований приходится иметь дело с горными породами преимущественно осадочного происхождения, не содержащих больших включений электронопроводящих минералов. В этом случае преобладает влияние на УЭС горных пород внешних факторов.

Свойство горных пород проводить электрический ток характеризуется их удельной электропроводностью или обратной ей величиной- удельным электрическим сопротивлением: с = 1/у = RS/L, где R -полное электрическое сопротивление образца породы (в Ом), S и L, соответственно, площадь поперечного сечения (в м) и длина (в м) образца. Из формулы следует, что размерность величины с - Ом·м, т.е. удельное электрическое сопротивление (или просто сопротивление) породы измеряется в омметрах. Удельное электрическое сопротивление величиной 1 Ом·м соответствует полному сопротивлению в омах одного кубического метра породы, эквивалентного кубу с ребром, равным 1 метру, и измеренному перпендикулярно к грани куба. Величину, обратную с, удельную электрическую проводимость у измеряют в сименсах на метр (См/м) или миллисименсах на метр (мСм/м).

В каротаже удельное сопротивление измеряется в Омм/м², что связано с сопротивлением 1 м³ некого теоретического коллектора, помещенного между двумя плоскими электродами 1 м².

В основе измерения используется закон Ома. Замеряется падение напряжения между двумя электродами, вызванное удельным сопротивлением материала.

Измеренное удельное сопротивление представляет собой сопротивление смеси породы и заполняющих его флюидов. В коллекторах большинство замеряемой проводимости (сопротивления) пропорционально объему воды и/или углеводорода в порах, а также объему самого порового пространства.

Удельное сопротивление сильно меняется обратно пропорционально изменению температуры. Оно падает приблизительно на половину при поднятии температуры от 75^оF до 200^оF.

Рис. 2. Удельные электрические сопротивления некоторых горных пород

1.2 Естественная и вызванная поляризуемость горных пород

Под естественной электрохимической активностью понимается свойство пород создавать естественные постоянные электрические поля. Электрохимические процессы, протекающие в горных породах, вызывают их поляризацию. К ним относятся диффузионно-адсорбционные, фильтрационные, окислительно-восстановительные процессы и процессы, связанные с действием внешнего электрического поля.

Метод потенциалов собственной поляризации (в сокращенной форме СП) служит для измерения естественных электрических потенциалов в стволе скважины в функции глубины. Это один из самых старых и один из самых широко используемых сегодня методов. Он наиболее чувствителен к размерам гранул пород, проницаемости и содержанию флюида. СП больше относится к методам качественной оценки.

- Отделение проницаемых пластов от непроницаемых

- Определение границ и мощностей пластов

- Определение сопротивления пластовой воды, Rw

- Может быть использован для подсчета сопротивления воды в водоносном пласте

- Оценка объема глин, Vsh [3]

Вызванной поляризацией (ВП) называют электрическую поляризацию, возникающую в горных породах и рудах под воздействием постоянного или переменного электрического тока.

Различают ВП ионопроводящих пород и электронных проводников. Поляризация среды может носить как поверхностный, так и объемный характер, проявляясь соответственно у поверхности или в объеме геологического тела. Объемная поляризация характерна для горных пород, являющихся ионопроводящими телами, а поверхностная - для геологических образований, в первую очередь для руд, обладающих электронной проводимостью.

Поляризуемость пород и руд, содержащих электронно-проводящие компоненты, в большой степени зависит от площади поверхности раздела между электронными и ионными проводниками, приходящейся на единицу объема. В связи с этим породы, содержащие рассеянные вкрапления электронных проводников, в том числе вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды, обладают большой поляризуемостью. Весьма интенсивно поляризуются графитизированные и углефицированные породы. Руды имеют очень высокую поляризуемость, благодаря которой рудные объекты ярко проявляются по результатам электроразведочных работ. Небольшие объемные концентрации руды (5-10%) способны вызывать аномалии ВП более 10%.

Поляризуемость ионопроводящих горных пород в целом значительно меньше поляризуемости пород, содержащих электронные проводники, и не превышает нескольких процентов, зависит главным образом от влажности и концентрации солей во внутрипоровой влаге, а также от гранулометрического состава породы.

Рис. 3. Сводная диаграмма поляризуемости горных пород и руд (по В.А. Комарову): 1 - породы без заметной вкрапленности электронно-проводящих минералов; 2 - породы с вкрапленностью сульфидов; 3 - графитизированные породы; 4 - вкрапленные руды;5 - сплошные руды



2. Виды ядерно-физического каротажа скважин

В основе используемых в ядерной геофизике методов лежат процессы естественной и искусственной радиоактивности, эффекты взаимодействия радиоактивных излучений с веществом.

Ядерные методы геофизического исследования скважин - один из наиболее эффективных способов для определения целого ряда параметров, мало поддающихся измерению с помощью электрических методов каротажа (естественная радиоактивность, объёмная плотность, содержание водорода, элементный состав, зольность углей). Кроме того, ядерные методы возможно использовать не только в открытом (не обсаженном трубами) стволе скважины, но и в закрытом, когда многие электрические методы принципиально неприменимы.

Радиоактивностью называют процесс самопроизвольного распада ядер некоторых изотопов с испусканием б, в и г- излучения и превращением распадающихся ядер в ядра других элементов.

Ядерно-магнитный каротаж основан на взаимодействии магнитных свойств ядер химических элементов скважинной среды и внешнего магнитного поля, создаваемого скважинным прибором. Основной задачей ядерно-магнитного каротажа является определение пористости горных пород, рассчитывается объём пор у флюидов в зависимости от содержания ядер водорода. Чтобы определить количество ядер водорода необходимо добиться от них эффекта ядерно-магнитного резонанса, а затем изучить процесс восстановления ядер в исходное состояние.

Несомненным преимуществом ЯММ по сравнению с другими методами ГИС является прямая зависимость его показаний от количества свободного флюида в пласте, независимо от его литологической принадлежности и предварительных сведений о свойствах флюида.

С точки зрения физических основ этот метод одновременно тяготеет к электромагнитным методам исследования скважин и радиоактивным. Действительно, внешнее поле (магнитное), с помощью которого возбуждают атомы исследуемого вещества и его изучают -это электромагнитный метод, а с точки зрения носителя информации об особенностях характера насыщения области коллектора, его литологии и коллекторских свойств, чувствительности метода к содержанию водорода в породе ЯММ вполне может быть отнесен к группе ядерных (радиоактивных) методов исследования скважин. [1]

Методы радиоактивного каротажа (РК). При обозначении радиоактивных или ядерно-геофизических исследований принята система буквенных обозначений, в которой первая буква означает вид излучения, которым воздействуют на объект (Г - гамма-излучение; Н - нейтронное); вторая буква означает вид измеряемого излучения; третья - область применения (К - каротаж, скважина; О - опробование; А - анализ; М -метод вообще); четвертая буква, которая ставится в конце обозначения метода или перед ним, несет дополнительную информацию.

- ГК - гамма-каротаж, самый простой из методов РК, заключающийся в регистрации естественного гамма-излучения горных пород, Это излучение обусловлено самопроизвольным распадом радиоактивных элементов (радионуклидов) уранового 238U, период полураспада T_1/2 = 4,5·10 лет, 16 звеньев ряда), ториевого 232Th, Т_1/2 = 13,9·10⁹ лет, 13 звеньев) и актиноуранового рядов (235AcU, Т_1/2 = 0,713·10⁹ лет, 15 звеньев). Это так называемые радиоактивные семейства. Как отмечено ранее, все они завершаются образованием стабильного (нерадиоактивного) элемента (свинца). В середине каждого семейства образуются радиоактивные газы (эманации): радон (Rn, Т_1/2 = 3,85 дня), торон (Tn, Т_1/2= 54 с) и актинон (An, Т_1/2 = 3,9 с). Распад некоторых радионуклидов ограничивается одним звеном превращений (40К, 87Rb, 152Sm и др.). практический интерес представляют 238U (и прежде всего продукт его распада 226 Ra), 132Th и 40К, так как именно эти радионуклиды определяют естественную радиоактивность горных пород.

Таблица 1

Естественная радиоактивность осадочных горных пород

Решаемые задачи по данным гамма-метода

1. Литологическое расчленение разреза.

2. Выделение коллекторов.

3. Определение коэффициента глинистости.

4. Корреляция разрезов скважин.

5. Определение условий осадконакопления.

6. Определение типа глинистых минералов.

7. Прогноз скорости распространения продольных волн по корреляционным связям типа Vp = 2,9/0,66 ln с_к = 0,41Irм.

8. Геонавигационное обеспечение бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.

9. Контроль технического состояния скважин в процессе заводнения.

Данные спектрометрической модификации гамма-метода позволяют решать следующие задачи.

1. Детальное изучение литологического строения разреза скважины.

2. Выделение калийсодержащих полимиктовых коллекторов, которые на диаграммах интегрального гамма-метода могут выглядеть как пласты глин.

3. Выделение зоны доломитизации известняков.

4. Выделение битуминизированных песчаников, содержащих повышенные концентрации урана.

5. Диагностирование наличия дизъюнктивных нарушений в разрезе скважины.

6. Определение условий осадконакопления отложений по величине отношения содержания Th/U, U /К.

7. Определение типа глинистых минералов в породах.

8. Контроль разработки и эксплуатации месторождений при использовании радиоактивных индикаторов (при проведении гидроразрыва пласта, заводнение) и выявление радиогеохимических аномалий в эксплуатационных колоннах.

9. Использование в качестве интерпретационного параметра абсолютной единицы радиоактивности eU (уранового эквивалента); [1]

- ГТК - гамма-гамма-каротаж, Измерение характеристик полей рассеянного г-излучения, возникающего при облучении горных пород источником г-квантов вдоль ствола скважины, называется гамма-гамма-каротажем (ГГК). В методе ГГК различают две основные модификации: плотностной и селективный. Более широко используется плотностной ГГК. При ГГК измеряется жесткая составляющая рассеянного г-излучения В качестве источника используется изотоп кобальта 60Со, испускающий г-кванты сравнительно большой энергии.

Селективную модификацию гамма-гамма-метода (ГГМ -С) применяют только в необсаженных скважинах с использованием источников мягкого гамма-излучения: тулия-170 (¹⁷⁰Tm) -Eг = 84,2 кэВ, Т_1/2 = 129 дней; кадмия-109 (¹⁰⁹Cd) -Eг = 22,6 кэВ, Т_1/2 = 1,3 года и других, энергия которых не превышает 0,4 МэБ. Так как стальной корпус прибора, используемого в ГГМ-С, поглощает часть рассеяных породой гамма-квантов.;

- РРК - рентген-радиометрический каротаж. Рентген-радиометрический метод основан на изучении результатов взаимодействия мягкого у-излучения с электронами глубинных орбит атомов вещества. Это взаимодействие заключается в фотоэлектрическом поглощении г-квантов электронами какой-либо оболочки. В результате электрон вылетает из атома, а атом приходит в возбужденное состояние. Место, с которого удален электрон в результате поглощения г-кванта, может быть заполнено электроном с другой, более далекой от ядра электронной оболочки.

- НГК - При нейтронном каротаже изучаются характеристики нейтронного и г-излучений, возникающих при облучении горных пород источником нейтронов. Различают стационарные и импульсные нейтронные методы исследования скважин. Один из основных методов исследования нефтяных скважин, на результаты НГК значительное влияние оказывают также элементы, обладающие аномально высокой способностью захвата тепловых нейтронов: хлор, бор, литий, кадмий, кобальт и др.

- ННК - нейтрон-нейтронный каротаж с разновидностями: ННК-Т (по тепловым нейтронам), ННК-НТ (по надтепловым нейтронам), МНК - многозондовый нейтронный каротаж Однако на показания ННК-Т значительное влияние оказывают элементы, обладающие большим сечением захвата тепловых нейтронов, поэтому ННК-Т весьма чувствителен к содержанию хлора и получаемые результаты сильно зависят от минерализации промывочной жидкости и пластовой воды. Показания ННК-Н практически не зависят от содержания в окружающей среде элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, в том числе и хлора. Они определяются главным образом замедляющими свойствами среды - водородосодержанием. Следовательно, показания ННК-Н более тесно связаны с содержанием водорода в породе, чем показания НГК и ННК-Т. Методы ННК-Т и ННК-Н имеют преимущество перед НГК в том, что их показания свободны от влияния естественного г-излучения и г-излучения источников нейтронов;

- ИННК - Сущность импульсного нейтронного каротажа заключается в изучении нестационарных нейтронных полей и г-полей, создаваемых генератором нейтронов, который работает в импульсном режиме с частотой следования импульсов от 10 до 500 Гц. Сущность импульсного режима заключается в облучении пластов, вскрываемых скважиной, импульсами нейтронов длительностью ?tд, следующими друг за другом через определенный промежуток времени t: ИННК-Т, ИННК-НТ, ИНГК, ИНГК-С (спектрометрический)

При качественной интерпретации диаграммы ИНК руководствуются следующим: малопористые неглинистые пласты, нефтеносные и газоносные коллекторы характеризуются максимальными показаниями на кривых плотностей тепловых нейтронов nt и г-излучений IНГК; глинистые пласты, высокопористые коллекторы, насыщенные минерализованной водой, и другие - минимальными показаниями. Наилучшие результаты с помощью ИНК получают в районах с высокой минерализацией пластовых вод (более 100 г/л), где показания ИННК и ИНГК против водоносных и нефтеносных пластов различаются в несколько раз (до 10), тогда как различие показаний стационарных методов НК составляет 10-20%. Методы ИНК являются перспективными в отношении определения ВНК в обсаженных колоннами скважинах с меньшей минерализацией пластовых вод (25-50 г/л), а также в интервалах перфорированной колонны при комплексном использовании кривых ИНК и плотномера (ГГК). Если известна литология, пористость пласта и минерализация пластовых вод, при помощи ИНК возможна количественная оценка нефте- и водонасыщения;

- ГНК - гамма-нейтронный каротаж, основанный на явлении ядерного фотопоглощения гамма-квантов с испусканием нейтронов; этот эффект при относительно невысокой энергии гамма-квантов (1,67 МэВ) наблюдается только на ядрах атомов бериллия, благодаря чему метод обеспечивает точность определения содержания бериллия в рудах до 0,001%;

- НАК - нейтронно-активационный каротаж, заключающийся в измерении гамма-активности искусственных радионуклидов, образовавшихся в составе вещества горных пород под действием нейтронного облучения. Один из методов нейтронного каротажа, основанный на измерении интенсивности спада гамма-излучения радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате облучения горной породы источником нейтронов.

НАК дает возможность определять наличие и содержание химического элемента в породе при условии, что он способен активироваться. Для решения конкретной задачи предварительно изучают активность определенного элемента. Метод используется для отбивки водонефтяного контакта по активации кислорода, хлора, натрия или ванадия, для определения присутствия того или иного специфического элемента, характеризующего литологический тип породы или полезного ископаемого. [2]

геологический электрический ядерный каротаж скважина



3. Физико-геологические и натурные модели используемые при комплексировании геофизических методов

Геофизические исследования направлены на решение конкретных задач геологии, инженерной геологии, гидрогеологии, горного дела и экологии. Основные объёмы геофизических работ проводятся с целью поисков месторождений полезных ископаемых. При этом, весь геологоразведочный процесс представляет определенную систему исследований, выработанную десятилетиями несколькими поколениями геологов и геофизиков и включающую конкретные стадии (этапы) от мелкомасштабных (региональных) исследований до крупномасштабных (поисковоразведочных) работ.

Проектирование геофизических работ начинается с постановки целевого задания и выбора объекта исследований. Целевое задание определяется стадией геологоразведочного процесса.

Моделирование ввиду многообразия геологических условий является единственным способом получения подобных обобщенных сведений об объекте, поскольку даже однотипные месторождения одного и того же рудного поля (нефтегазоносной области) различаются по морфологии, вещественному составу, условиям залегания, степени изменения вмещающих пород и т.д.

Понятие о физико-геологической модели. С целью обоснованного проектирования геофизических работ и выбора комплекса методов.

Г.С. Вахромеевым дано определение - физико-геологической моделью (ФГМ) понимается возмущающее тело, обобщенные размеры, форма и контрастность физических свойств которого с той или иной степенью приближения аппроксимируют реальные объекты, подлежащие обнаружению.

В.В. Бродовой определяет ФГМ, как обобщенное и формализованное представление об основных геологических и физических характеристиках изучаемого геообъекта и его вмещающей среды, максимально приближенное к реальным условиям и соответствующее фундаментальным знаниям об объекте.

Основными составляющими ФГМ таким образом являются геологическая модель, петрофизическая модель и модели физических полей. Геолого-геофизические модели. Геологическая модель -- система элементов геологического строения, обобщенно описывающая состав, структуру, форму изучаемого объекта и его вмещающей среды.

В задачах геологического картирования основным результатом является геологическая карта, представляющая модель геологического пространства, на которой средствами картографии отражены состав, строение и история формирования. К этому типу модели тесно примыкают модели геологических и геолого-геофизических разрезов.

Петрофизическая модель (ПФМ) модель, характеризующая распределение физических свойств в плане, разрезе, пространстве. По определению Г.В. Демуры ПФМ - это совокупность взятых в природных границах разновидностей горных пород, которая состоит из равновесных парагенетических минералов, представлена двумя координатами (состав и время) и охарактеризована статистическими распределениями физических свойств. Выделяют петромагнитные, петроплотностные, петроэлектрические, радиоактивные, тепловые, сейсмические (скоростные и глубинные) модели.

Модель физических полей - модель, описывающая характер физического поля в верхнем и нижнем полупространстве, в которой отражены интенсивность поля, его морфология, аномальные эффекты и различные типы помех.

Структурно-вещественный комплекс (СВК) - это совокупность квазиоднородных на данном уровне исследований геологических образований (горных пород, рудных тел), которые в физическом поле выделяются как единый возмущающий объект, т.е. объединенные по одному и нескольким физическим свойствам геологические образования. СВК подразделяют на рудоконтролирующие, рудовмещающие и рудные.

Прогнозно-поисковые модели (ППМ) представляют собой иерархически построенный ряд моделей объектов разного ранга: рудная провинция, рудный узел, рудное поле, месторождение, в которой каждая последующая модель является результатом вычленения и дифференциации наиболее существенной части модели более высокого ранга.

ППМ представляют собой сочетание поисковых геофизических признаков и критериев, в которых находят отражение изучаемый объект.

Комплексирование спутниковых, воздушных, наземных (морских) и скважинных геофизических исследований позволяет установить признаки и критерии, лежащие в основе ФГМ и ППМ при разноуровневых наблюдениях.

Построение физико-геологических моделей базируется на результатах анализа структуры (морфологии) физических полей и выделяемых в этих полях аномалий.

Геофизическая аномалия - отклонение физического поля от его нормальных значений, в котором сосредоточена полезная информация об изучаемых объектах (процессах). Иначе аномалия - это форма проявления поля, в которую облечена полезная информация. По геофизическим аномалиям изучают строение земной коры, ее неоднородности в виде геологических структур, месторождений полезных ископаемых и т.д. В сейсморазведке и, частично, в электроразведке вместо аномалии употребляется термин “сигнал“.

Региональные аномалии естественных потенциальных полей охватывают площади в тысячи квадратных километров, локальные - от тысяч квадратных километров до сотых долей квадратного километра, что позволяет выделять несколько условных нормальных или фоновых уровней поля в зависимости от класса аномалий.

По физико-геологической природе геофизические аномалии для естественных и искусственных полей делятся па три группы:

- глубинные, определяемые строением земной коры и литосферные в целом;

- структурные, характеризующие крупные геоструктуры, тектонические разломы, контакты пород;

- рудные, связанные с месторождениями полезных ископаемых и неоднородностями в верхних слоях земной коры, представляющими практический интерес при поисках и разведке.

Общие принципы комплексирования методов. Из-за многообразия факторов, от которых зависит выбор геофизического комплекса, эта задача не имеет аналитического решения. При выборе комплекса, прежде всего, используются, достаточно общие принципы, к которым относятся:

принцип аналогии, базирующийся на опыте исследований, проведенных в сходных геологических условиях и который до сих пор является основным при комплексировании методов. Этот же принцип реализуется при построении ФГМ объекта исследований;

принцип последовательных приближений, обусловленный стадийностью геологоразведочного процесса и возрастающей детальностью исследований объекта по правилу “от общего к частному”. Этот принцип наиболее полно проявляется при геофизических съемках в последовательно укрупняющихся масштабах при одновременном сокращении исследуемых площадей. Благодаря действию такого принципа непрерывно происходит усовершенствование ФГМ Принцип оптимальности требует достижения наиболее полного решения геологической задачи при минимально возможных затратах средств и времени. Одним из путей реализации этого принципа является минимизация функции потерь, объединяющей в себе показатели геологической информативности и экономической эффективности отдельных методов и их различных сочетаний.

Условия формирования геофизического комплекса

Формирование геофизического комплекса последовательно реализуется с учетом:

- построения априорной (предварительной) физико-геологической модели на основе поставленной геологической задачи и имеющейся информации об объекте исследования. Источниками геофизической информации служат: физические свойства пород и руд; измеренные физические поля, результаты физического и математического моделирования;

- изучения условий применимости геофизических методов для решения поставленной задачи, к которым относятся:

а) заметная дифференциация физических свойств пород и руд;

б) благоприятные геометрические параметры объекта исследований (форма, размеры, глубина и элементы залегания);

в) достаточно низкий уровень помех.

- выяснения неоднозначности решения задачи отдельными геофизическими методами по определению как геологической природы выявляемых аномалий, так и но оценке количественных параметров объектов: формы, размеров, глубины и элементов залегания;

- расчета сети наблюдений и необходимой точности измерений. При этом используются параметры ФГМ, масштаб исследований, результаты решения прямых задач, экономические показатели съемки;

- комплексного анализа и комплексной интерпретации геофизических данных па базе различных методов и компьютерных технологий распознавания образов и классификации изучаемой территории на однородные области;

- оценки геологической информативности геофизических методов и их сочетаний на базе различных количественных приемов. Такая оценка позволяет осуществить выбор геологически эффективного комплекса, но при этом не учитываются экономические показатели;

- оценки экономической эффективности методов и их комплекса путем сравнения затрат при одинаковой геологической информативности двух и более методов.

Виды комплексирования геофизических методов

При формировании геофизического комплекса выделяют следующие его виды:

- типовой комплекс, создаваемый для достаточно обобщенных и в то же время наиболее типичных геологических и геоморфологических условий проведения работ. Типовой комплекс может содержать избыточное число геофизических методов, поскольку в него включают все методы, в той или иной мере способствующие решению поставленной задачи.

- рациональный комплекс, представляющий геологически и экономически обоснованное сочетание геофизических методов и сопровождающих их геологических и геохимических видов исследований с целью эффективного решения поставленной задачи. Особенностью рационального комплекса является его привязка к определенным, а не к типовым, геологическим, геоморфологическим и геолого-экономическим условиям конкретного объекта. Рациональный комплекс создается на основе типового комплекса при наличии достаточного объема априорной информации, позволяющей оценить информативность отдельных методов и их различных сочетаний;

- оптимальный комплекс, создаваемый на основе использования того или иного критерия оптимальности. В качестве такого критерия Е.А. Козловым [9J предложена минимизация функции потерь, включающая весьма существенные априорные сведения об объекте исследования: априорные вероятности наличия и отсутствия искомого объекта, геологическую информативность отдельных методов и их сочетаний, затраты на проверку ложных аномалий, выявляемых одним методом и сочетаниями методов. Выбор оптимального комплекса может быть реализован лишь в хорошо изученных регионах и при наличии достаточного статистического материала по выявлению ложных аномалий и связанных с ними экономических затрат.

Кроме указанных видов геофизического комплекса употребляются также такие понятия как:

- внутриметодное комплексирование, при котором для решения задачи используются различные модификации одного геофизического метода, например, электропрофилирование и электромагнитное зондирование, комплекс методов отраженных и преломленных волн в сейсморазведке и т.д.;

- внешнее комплексирование, представляющее сочетание геофизических методов с геохимическими и горно-геологическими исследованиями;

- технологический комплекс сочетание геофизических методов, объединенных единой технологией проведения работ по месту и по уровню наблюдений. В качестве технологических комплексов выступают: спутниковая геофизика, включающая измерения магнитного поля Земли, альтиметрию по измерениям отклонения спутника от сферической орбиты, обусловленного гравитирующими массами, инфракрасную тепловую съемку в различных диапазонах спектра; аэрогеофизика с измерениями магнитного, гравитационного нолей, сверхдлинноволнового радиопрофилирования, гамма-спектрометрических измерений U, Th, К и общего канала, а также высотомера; геофизические исследования скважин (каротаж) с измерениями электрических полей с потенциал- и градиент зондами, магнитной восприимчивости, волнового ноля (акустический каротаж) и различных полей естественной и искусственной радиоактивности; морская геофизика также представляет технологический комплекс, поскольку на судне обычно одновременно проводятся измерения нескольких физических полей: магнитного, гравитационного, волнового; подземная (или шахтно-рудничная) геофизика - измерения физических полей в горных выработках и скважинах. [5]



Заключение

Геофизика включает широкий спектр исследований Земли и её недр, с большим разнообразием методов. Для экономически выгодных геологоразведочных работ необходимо правильно подобрать геофизический метод исследований, подходящий под стадию геологоразведочного процесса.



Литература

1. Стрельченко В.В. 2008 «Геофизические исследования скважин»

2. В.Н. Косков, Б.В. Косков, Издательство Пермского государственного технического университета 2007

3. Книга с сайта geokniga «Основы теории геофизических исследований скважин»

4. А.А. Никитин, В.К. Хмелевской, «Комплексирование геофизических методов» 2004 г.

Размещено на allbest.ru

...