Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геофизика >> Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых | Книги
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Геофизические методы исследования земной коры.

В.К. Хмелевской (Международный университет природы, общества и человека "Дубна")
Международный университет природы, общества и человека "Дубна", 1997 г.
Содержание

1.4.1. Петрофизика и геофизические свойства горных пород.

Петрофизика (физика горных пород) - это прикладной раздел наук о Земле, находящийся на стыке геологии (петрологии, литологии, наук о полезных ископаемых, гидрогеологии, инженерной геологии, геокриологии и др.), геофизики (глубинной, региональной, разведочной, инженерной, экологической), а также физических исследований Земли и физики вещества. Петрофизика изучает различные физические свойства горных пород, взаимосвязи их между собой и с физическими полями Земли. Основными разделами петрофизики являются:

  • исследования природы каждого из многочисленных геофизических свойств горных пород, зависимости их от естественных и техногенных факторов;
  • построение физической модели среды как непосредственно через измеренные свойства, так и по данным физико-математической интерпретации результатов различных геофизических методов;
  • построение физико-геологических моделей среды (ФГМ) в ходе геологического истолкования геофизических материалов.
С точки зрения петрофизики каждая горная порода - это сложное вещество трехфазового состава, т.е. состоящее из твердой (один или несколько минералов), жидкой (вода, нефть, нефтепродукты) и газообразной (воздух, горючие газы) фаз. Физические свойства горных пород определяются прежде всего свойствами самих фаз, их количественным соотношением в породе и взаимодействием. Такие физические свойства твердой фазы, как плотность, магнитные, электрические, упругие, тепловые, ядерные, определяются, в основном, атомным строением химических элементов минералов, из которых состоит порода, соотношением твердой, жидкой и газообразной фаз, температурой и зависят от геологических факторов: термодинамических условий образования магматических пород, степени их метаморфизма, условий накопления осадочных пород, структурно-текстурных особенностей массивов пород. Используемые в геофизике физические поля Земли определяются перечисленными геофизическими свойствами горных пород.

Существующие классификации горных пород, в основу которых положен их минеральный и химический состав, отличаются от петрофизических, основанных на фазовых состояниях горных пород. Одна из таких возможных классификаций дана в табл. 1.1. В ней приведены часто встречающиеся значения некоторых физических свойств горных пород: плотностных (плотности ( $\sigma$ ) и пористости ( $n$)), упругих (скорости продольных ( $V _{ p}$ ) и поперечных ($ V _{ s}$ ) сейсмических волн), магнитных (магнитная восприимчивость ( $\chi$ ) и др.), электрических (удельное электрическое сопротивление ( $\rho$ ) и др.), изучаемые как в петрофизике, так и в теории соответствующих геофизических методов.

Т а б л и ц а 1.1
ПородыПлотность $\sigma$, г/см3Пористость $n$, %Скорости упругих волнМагнитная восприимчивость $\chi$, 10-5 ед. СИУдельное электрич. сопр. $\rho$, Ом*м
$V _{ p}$, км/c$V _{ s}$, км/с
газонас.водонас.
МАГМАТИЧЕСКИЕ
Ультраосновные (пироксенит, перидотит, дунит и др.)

3,2-3,3

0,1-0,5

7,5

8,5

4,5

1000-25000

105 - 108
Основные
габбро
диорит

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
Кислые
гранодиорит
гранит

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
Эффузивные
диабаз
базальт

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
МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ
Гнейсы
Сланцы

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
ОСАДОЧНЫЕ
Скальные и полускальные
известняк
доломит
мергель
песчаники


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
Песчано-обломочные (рыхлые)
гравийно-галечные
пески

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
Пластичные (глинистые) (глина, аргиллит)1,2-2,42-401,52,50,410-30001-100

1.4.2. Геолого-гидрогеологические свойства.

Горные породы различаются по минеральному составу, размерам твердых частиц, соотношению объемов твердой, жидкой и газообразной фаз, структурно-тектоническим особенностям и другим факторам, определяющим их геолого-гидрогеологические свойства. Некоторые из них, как и геомеханические, физико-механические, деформационно-прочностные и фильтрационно-емкостные (водо-, нефте- и газоколлекторские), могут характеризоваться количественно. К физико-механическим можно отнести следующие основные свойства (см. табл. 1.2):

  • средний диаметр твердых частиц ( $d _{ ср}$ в мм) рыхлых (песчано-обломочных) и пластичных осадочных пород;
  • литологию пластичных и рыхлых осадочных пород, которая численно может быть выражена, например, в виде арифметического ряда чисел: от Л = 1, 2, 3 для тяжелых, средних, легких глин, далее таких же суглинков (4, 5, 6), супесей (7, 8, 9), песков (10, 11, 12) , а также галечников (13) и валунов (14). В этом ряду Л пропорциональна среднему диаметру твердых частиц ( $d _{ ср}$ ), который является основным диагностическим признаком пластичных и рыхлых осадочных пород;
  • глинистость (Г) и коэффициент глинистости ( $С _{ г}$ ) песчано-глинистых пород: $Г = V _{ т ( \lt 0,01) } / V$ и $С _{ г} = m _{ т ( \lt 0,01) } / m$, где $V _{ т ( \lt 0,01)}$ и $m _{ т ( \lt 0,01)}$ - объем и масса твердых частиц (глинистых минералов) с $d _{ cp} \lt$ 0,01 мм = 10 мкм, а $V$ и $m$ - общий объем и масса изучаемых пород. Здесь, как и везде в дальнейшем, отношения каких-либо объемов или масс измеряются в долях единицы или в процентах;
  • число пластичности (Пл), которым определяется способность глинистых пород деформироваться при обводнении;
  • пустотность (пористость) $n = V _{ п } / V _{ т}$ и коэффициент пустотности (пористости) $К _{ п } = V _{ п} / V$, где $n = К _{ п } (1 - К _{ п} )$, $V _{ п}$ - объем пустот. Это может быть первичная пористость рыхлых осадочных пород, вторичная трещиноватость скальных магматических, метаморфических и осадочных или то и другое, $V _{ т}$ и $V$ - объемы твердой фазы и всего образца изучаемой породы ( $V = V _{ т} + V _{ п}$ );
  • плотность ( $\sigma = m / V$) и минеральная плотность ( $\delta = m _{ т } / V _{ т}$ ), где $m _{ т}$ и $m$ - массы твердой фазы и всей изучаемой породы ( $\sigma$ и $\delta$ измеряются в г/см3 = 103 кг/м3).

Т а б л и ц а 1.2
Инженерно-геологическиеи гидрогеологические параметры породГлинаСуглинокСупесьПесокГалечникВалуны
ТСЛТСЛТСЛМЗСЗКЗ
Л1234567891011121314
dср, ммn*10-5n*10-410-30,002-0,0050,005-0,010,01-0,020,02-0,050,05-0,10,1-0,20,2-0,50,5-11-23-1020-80
Г, %$\ge 65$$\ge 50$$\ge 40$$\ge 30$$\ge 20$$\ge 15$15-2012-1510-12105000
П25201717-1313-1010-774100000
kп, %60402055452550403050403030
km , %510203040
kф, м/сут0,0010,010,110100
Примечание. Т, С, Л - тяжелые, средние, легкие породы соответственно; МЗ, СЗ,КЗ - мелко-, средне-, крупнозернистые пески соответственно.

К деформационно-прочностным свойствам можно отнести такие упругие свойства, как:

  • модуль упругости или модуль Юнга ( $Е$), являющийся коэффициентом пропорциональности между растягивающе-сжимающими напряжениями, действующими на упругое тело, и относительными линейными его деформациями того же направления;
  • коэффициент Пуассона $\nu$ - отношение поперечного сжатия к продольному удлинению при одноосном растяжении;
  • cкорости продольных ( $V _{ р}$ ) и поперечных ( $V _{ s}$ ) упругих (сейсмических) волн, аналитически связанных с $Е$ и $\sigma$ при малых напряжениях и деформациях пород, наблюдаемых при сейсмоакустических исследованиях, следующими уравнениями:

    $V_{p} =\sqrt{ \frac{E(1-\nu )}{\sigma (1+\nu )(1-2nu )} },\; V_{s} =\sqrt{\frac{E}{2\sigma (1+\nu )} };$(1.6)

  • модули общей деформации ( $Е _{ деф}$ ) и пределы прочности образцов горных пород при сжатии ( $\sigma _{ сж}$ ), характеризующие прочностные свойства образцов при значительных длительных нагрузках и др.

Модули $Е, Е _{ деф} , \sigma _{ сж}$ измеряются в паскалях (Па), $\nu$ - в относительных единицах, а скорости - в км/с.

К фильтрационно-емкостным относятся следующие основные свойства, характеризующие флюидонасыщенность, т.е. способность пористых пород удерживать, пропускать и отдавать жидкости и газы:

  • коэффициент водонасыщенности (общей влажности) $К _{ в} = ( V _{ связ} + V _{ своб} ) / V _{ п}$ , где $V _{ связ}$ - капиллярно и физически связанная вода, адсорбированная глинистыми частицами, $V _{ своб}$ - свободная вода, отдаваемая породой, например, при откачках из скважин, $V _{ п}$ - объем пор. Для полностью водонасыщенной породы $К _{ в}$ = 1;
  • активная пористость или водоотдача $К _{ \mu } = V _{ своб } / V _{ п}$ и коэффициент остаточного водонасыщения $К _{ во} = V _{ связ } / V _{ п}$ , указывающие на доли воды, извлекаемой и не извлекаемой из породы ( $К _{ в } = К _{ m} + К _{ во}$ );
  • коэффициент фильтрации ( $К _{ ф}$ ), которым определяется скорость (в м/сут) фильтрации свободных подземных вод, и коэффициент водопроводимости ( $Т = К _{ ф } h$, где $h$ -мощность водоносного пласта, в м2/сут), которым характеризуется погонная мощность фильтрационного потока;
  • коэффициенты нефте-, газо-, водонасыщенности пор ($ К _{ н} = V _{ н } / V _{ п} ,\; К _{ г} = V _{ г } / V _{ п} ,\; К _{ в} = V _{ в } / V _{ п}$ , где $V _{ н} , V _{ г} , V _{ в}$ и $V _{ п}$ - объемы соответствующих фаз и общий объем пор);
  • коэффициент проницаемости ($ К _{ пр}$ ) - один из обобщенных параметров, характеризующий водоупорные и коллекторские свойства горных пород, т.е. способность их давать промышленные притоки нефти, газа, воды. Он сложным образом зависит от коэффициента пустотности, удельной поверхности и строения поровых каналов, пропорционален коэффициенту фильтрации и измеряется в (мкм)2. К проницаемым коллекторам относят породы с $К _{ пр} \gt$ 10-2 (мкм)2, к полупроницаемым с $К _{ пр}$ = 10-4 - 10-2 (мкм)2. Водоупорными считаются породы с $К _{ пр}\lt$ 10-4 (мкм)2.

Назад| Вперед


 См. также
КнигиГеофизические методы исследования земной коры
КнигиГеофизические методы исследования земной коры: Геофизические методы исследования земной коры.
ТезисыРоль магнитотеллурических методов в комплексе региональных геолого-геофизических исследований: Роль магнитотеллурических методов в комплексе региональных геолого-геофизических исследований

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   
TopList Rambler's Top100