Материал: Методы геофизической разведки

Методы геофизической разведки

Введение

геофизический магниторазведка горный

Цели и задачи практики:

Учебная геофизическая практика проводится во втором семестре после изучения теоретического курса геофизики. Данная практика проводилась в пределах города Новочеркасск на территории ГГФ. Мы выполняли комплекс работ методами электроразведки, магниторазведки, обрабатывали полученные данные, интерпретировали их с учетом имеющейся геологической информации, сопоставляли данные, полученные разными методами, писали отчет.

Основными задачами учебных геологических исследований являются:

.Закрепление и углубление полученных теоретических знаний;

. Изучение геофизических условий конкретного района;

. Изучение и освоение приборов и оборудования, используемых при проведении полевых работ;

. Ознакомление с методикой проведения полевых исследований;

. Ознакомление с содержанием, организацией, методами ведения различных стадий геофизических работ;

Целью практики является ознакомление с содержанием и методами ведения геофизических работ, получение практических навыков для прохождения производственной практики и дальнейшего изучения теоретических дисциплин горного и геологоразведочного циклов.

Практику произвела бригада №2 в составе:

1. Физико-географическая характеристика района работ

Участок работ расположен в г .Новочеркасске Ростовской области на территории университета ЮРГПУ (НПИ) возле Горного корпуса.

Город Новочеркасск - один из наиболее индустриальных центров Ростовской области и Северо-Кавказского региона. Расположен на холме, окруженном поймами степных рек Тузлов и Аксай, в 40 км северо-восточнее г.Ростова-на-Дону. Город состоит из двух крупных селитебно-промышленных образований, разделенных между собой поймой р.Тузлов. население города составляет 250 тыс. человек. Территория города занимает площадь 9258 га.

Влажность воздуха находится в прямой зависимости от температуры. Наибольшая относительная влажность воздуха зимой 70 - 90%, весной понижаются до 60%, летом понижения влажности до 5%.

Среднегодовое количество атмосферных осадков в Новочеркасске составляет 550 мм в год. Самый дождливый месяц - июнь (60 - 70 мм), самый засушливый - март (35 - 40 мм).

Гидрографическая сеть рассматриваемого района представлена реками Аксай и Тузлов с притоками Грушевкой и Кадамовкой, балками Тангаши (приток р.Тузлов) и Западенской балкой (приток р.Аксай).

Природные ландшафты г.Новочеркасска находятся на юге Русской равнины и входят в состав Донецко-Южно-Ергенинской провинции, Донецкой и Нижнедонской геоморфологических областей. Территория Новочеркасского холма расположена на восточной окраине субширотного языковидного останцевого неогенового плато. Максимальные отметки холма 102 - 104 м и относительное превышение около 100 метров над поймами рек, имеющими высотные отметки 2,2 - 3,7 м над уровнем Азовского моря. Склоны Новочеркасского холма достаточно крутые, изрезаны короткими балками и оврагами, по периферии переходят на поверхность понтических известняков.

Северная часть города занимает левый пологий склон долины реки Тузлов, представляющей собой водораздельный участок между левыми (северными) притоками реки Тузлова - реками Грушевкой и Кадамовкой.

. Краткая геологическая характеристика района работ

Геоморфологические особенности и разнообразие рельефа города Новочеркасска определяются принадлежностью разных его районов к сложным тектоническим структурам в зоне регионального сочленения Скифской плиты со складчатым сооружением Большого Донбасса.

В тектоническом отношении территория города располагается на стыке двух крупных региональных структур герцинского возраста - Ростовского выступа Украинского щита и южной границы герцинского складчатого сооружения Большого Донбасса. Пойма реки Тузлов в городской черте совпадает и орографически обусловлена положением погребенного Тузлово-Ма-нычского разлома, западной ветвью глубинного Манычского грабена субширотного (СЗЗ) простирания. Северный промышленный район целиком занимает южную пограничную зону складчатого сооружения Донбасса с системой погребенных надвиговых тектонических структур (Матвеево-Курганский, Персиановский надвиги).

В геологической строении принимают участие отложения мелового, палеогенового, неогенового и четвертичного возраста. На дневную поверхность выходят отложения неогнового и четвертичного возраста, более древние отложения вскрыты единичными глубокими скважинами.

Стратиграфия

Неоген (N) в пределах рассматриваемой территории несогласно перекрывает отложения палеогена и выходит на дневную поверхность в долинах рек Аксай, Тузлов, Грушевка, Аюта.

Мэотические (N₁²m) генетически аллювиальные отложения несогласно залегают на нижнесарматских и прослеживаются по склонам холма со всех сторон. Мэотические отложения представлены белыми, реже желтыми и серыми среднезернистыми речными отложениями древнего пра-Дона. Мощность пачки кварцевых песков составляет 10-18 м. Кровля мэотических песков имеет довольно постоянную отметку: 34-35 м над уровнем р.Тузлов. Являясь объектом промышленной эксплуатации, эти отложения вскрыты карьерами в северной и юго-восточной частях Новочеркасского холма. В основании толщи песков развиты отложения грубозернистого песка, гальки, гравия с костями наземных животных и окаменевших стволов деревьев.

Отложения плиоцена (N₂) широко развиты в городе и его окрестностях, они хорошо обнажены по всей периферии Новочеркасского холма и представлены понтическими известняками-ракушечниками и скифскими глинами.

Четвертичные отложения (Q) пользуются исключительно широким распространением по всей территории города и его окрестностям. Они характеризуются большим генетическим, стратиграфическим, литологическим разнообразием и представлены преимущественно глинистыми породами, в числе которых эолово-делювиальные, делювиальные, элювиальные, пролювиально-делювиальные, покровные (лессовидные) суглинки, делювиально-аллювиальные и аллювиальные отложения голоцена, верхнего, среднего и нижнего плейстоцена. Аллювиальные и делювиально-аллювиальные отложения (a, da Q_I- Q_1V) слагают террасы и поймы рек Аксая. Тузлова и Грушевки.

Четвертичные покровные отложения (Q_I-IV) пользуются наибольшим распространением в зоне влияния инженерных сооружений и представлены преимущественно делювиальными (на водораздельных пространствах переходящими в эолово-делювиальные, реже эоловые) и элювиально-делювиальными лессовидными суглинками, реже супесями и легкими глинами (в эпизодических случаях - песками), которые залегают плащеобразно на породах различного состава и возраста, чаще - на скифских глинах.. Мощность покровных суглинков изменяется от долей метров на крутых склонах до 15-20 м и более (до 30 м) на водоразделах, зависит от гипсометрического положения, а также от характера кровли скифских глин или других подстилающих пород. По гранулометрическому составу лессовидные суглинки содержат более 50% пылеватой фракции и 35-45% - глинистой.

Аллювиально-делювиальные отложения балок состоят из суглинков, песка, валунов и гальки, разрушенных коренных пород, представленных известняками и песками сарматского и понтического ярусов. Мощность аллювиально-балочных отложений до 5-7 м.

Террасовые отложения рек относятся к верхне- и среднечетвертичному времени. Аллювиальные отложения речных долин в верхних своих частях сложены серовато-желтыми глинами с песчаными прослоями, илом с песчаными линзами и прослоями. Аллювиальные отложения 1-й надпойменной террасы по периферии Новочеркасского холма почти полностью перекрыты делювием и на поверхности обнажаются только в левобережной части долины р.Тузлов. Они представлены серовато-желтыми глинами с песчаными прослоями. Отложения пойменной террасы с поверхности представлены песчано-глинистыми породами, иногда с включениями обломков известняка и песчаными прослоями. Пойменная терраса р. Аксай в верхней части сложена песчаным илом.

Рассмотренные выше отложения покрыты почвенно-растительным слоем и техногенными (насыпными) фунтами. Почвенно-растительный слой представлен преимущественно суглинками темно-бурыми до черного цвета, с корнями растений, гумусированными, мощностью от 0,2 до 1 м, редко более. Техногенные грунты развиты эпизодически и представлены преимущественно глинистым материалом с включениями строительного мусора, щебня, обломков арматуры, кирпича и т.п. Включения часто обильные, вплоть до линз и прослоев мощностью 0,5 и более метров.

3. Физические свойства горных пород

Электрические свойства этих пород в стратиграфическом разрезе оценены по материалам ВЭЗ и справочным данным:

известняки r_к=500 Ом*м, e = 4 - 10 отн. ед.

глины r_к=5 - 6 Ом*м, e = 150 - 200 отн. ед;

- песок r_к=70 Ом*м, e = 10 - 15 отн. ед;

Рис. 2. Схематический геоэлектрический разрез

Трансформация геологического разреза в геоэлектрический разрез представлена на рис 2.

Магнетизм осадочных пород связан в основном с их акцессорными минералами. Ферро и ферримагнитные минералы встречаются здесь в виде зерен магнетита, мартита и гематита с эффективным диаметром от 0,01 до 2 мм; образований из лимонита, продуктов окисления сидеритов, пирита и магнетита. Ферримагнетики оказываются в глинистой фракции этих пород в тонкорассеянном состоянии или в виде скоплений и пленок гидроокиси железа.

Магнитная восприимчивость глин, аргиллитов, песчаников и алевролитов находится в пределах (12.5 - 125) *10^-5 ед.СИ, у известняков, доломитов, мергелей (1,25 - 30)*10^-5 ед.СИ. Наименьшей магнитной восприимчивостью обладают ангидриты, гипсы, каменная соль, угли.

Радиоактивность осадочных пород связана с наличием в их составе калийных, уран- и торийсодержащих минералов, а также адсорбированных радиоактивных элементов.

Концентрации урана, тория и калия (%)в осадочных отложениях приведены в таблице.

Повышенная радиоактивность глин объясняется повышенной сорбцией урана, радия, тория и калия на глинистых частицах, также в глинистых минералах высоко содержание калия (до 6,5%)

4. Методика и техника выполнения геофизических работ

.1 Магниторазведка

.1.1 Предпосылки применения магниторазведки

Магниторазведка применяется при решении задач рудной и структурной геологии. Магниторазведка находится в общем комплексе геолого-геофизических методов геологического картирования территорий, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Использование магниторазведки основано на различии горных пород по магнитным свойствам, сильное превышение или снижение которых приводит к возникновению магнитных аномалий.

Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. С целью поисков месторождений полезных ископаемых магниторазведка применяется в виде наземной, морской или аэромагнитной съёмки. Магнитная съемка проводится, как правило, по сети параллельных линий, или профилей. После ввода необходимых поправок строится карта магнитного поля в виде графиков или изолиний. На карте могут находиться области спокойного поля и магнитные аномалии - локальные возмущения магнитного поля, вызванные неоднородностями магнитных свойств горных пород. Магниторазведка проводится с целью выявления аномалий как непосредственно связанных с полезным ископаемым, так и с контролирующими залежь тектоническими и стратиграфическими структурами.

4.1.2 Магнитная съемка

.1.2.1 Методика полевых работ

Магнитная съёмка проводилась на территории ЮРГПУ на участке №2, на котором были разбиты три профиля длиной 50 метров, расстояние между ними 3 метра. Схема профилей представлена на рисунке № 1.

Данный метод проводился с помощью протонного магнитометра ММП 203-МС. Магнитометром по профилю с шагом 5 метров делали замеры полного вектора магнитной индукции Д Т, который измеряется в нТл, при положении датчика "вверху" (2 метра над землей) и "внизу" (1 сантиметр от поверхности земли). Каждое десятое значение являлось контрольным. Результаты измерений заносились в полевой журнал в текстовом приложении №1.

.1.2.2 Применяемая аппаратура

В ходе полевой магнитной съемки применялся полевой протонный магнитометр ММП-203

Магнитометр ММП-203 является прецизионным полевым магнито-измерительным прибором переносного типа и предназначен для измерения абсолютного значения магнитного поля Земли. Основная область применение-выполнение высокоточных наземных магниторазведочных работ в сложных морфологических условиях.

По принципу действия прибор относится к протонным магнитометрам, использующим явления свободной ядерной прецессию. Портативность, экономичность питания, надежность работы и возможность эксплуатации в суровых климатических условиях достигнуты за счет оптимизации функциональной схемы и тщательной обработки конструкции магнитометра. Прибор построен по схеме прямо-отсчетного магнитометра с предварительным умножением частоты сигнала.

Магнитоизмерительный преобразователь (МИП) прибора представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого соосно расположены две последовательно соединенные бескаркасные прямоугольные катушки, совмещающие функции поляризующей и сигнальной обмоток. В качестве рабочего вещества применен керосин, обладающей сравнительно малым временем продольной релаксации (около 1,2 с) и низкой температурой замерзания (-70⁰С). Для повышения помехоустойчивости преобразователя катушки включены встречно и дополнены электростатическим экраном в виде медной сетки на внутренней поверхности цилиндрического сосуда. В верхней части сосуда под крышкой установлена резиновая диафрагма, выполняющая роль компенсатора объемного расширения жидкости при изменении внешней температуры.

Измерительная часть магнитометра включает в себя коммутатор обмотки МИП, усилитель сигнала прецессии, умножитель частоты, электронно-счетный частотомер с цифровым табло и встроенный батарейный источник питания. Основу коммутатора составляет магнитоуправляемое реле, которое по сигналам командного устройства, действующего от пусковой кнопки, обеспечивает во время цикла поляризации подключения обмотки МИП к источнику питания и после завершения этого цикла переключает катушку МИП к входному резонансному контуру усилителя сигнала. Для снижения в момент коммутации уровня переходного процесса, проводящего к расфазировке сигнала, ток поляризации перед его отключением с помощью электрического ключа снижается с 500 до 25мА.

Резонансный контур, образованный индуктивностью катушек МИП и емкостью, определяемой положением переключателя поддиапазонов, подключен к выходу усилителя через согласующий трансформатор. Усилитель сигнала прецессии построен по трехкаскадной схеме, охваченной глубокой отрицательной обратной связью, и дополнен полосовым активным фильтром, обеспечивающим пропускание рабочих частот от 800 до 4500 Гц, что соответствует сигналу прецессии от 20000 до 100000 нТл.

Умножитель частоты работает по схеме фазоимпульсной автоподстройки частоты, реализующий коэффициент перемножения 64. Импульсы с выхода умножителя направляются на выход электронно-счетного частотомера. Последний включает в себя генератор эталонной частоты (1МГц), формирователь временных интервалов, электронный ключ и пять последовательно соединенных счетных декад, состояние которых фиксируется на цифровом табло. За счет выбора интервала времени счета ф показание частотомера соответствует значению измеряемого магнитного поля в нТл.