Разведочная геофизика — прикладная отрасль геофизики и экономической геологии , которая использует физические методы на поверхности Земли , такие как сейсмические, гравитационные, магнитные, электрические и электромагнитные, для измерения физических свойств недр, а также аномалий в них. характеристики. Его чаще всего используют для обнаружения или определения наличия и положения экономически полезных геологических месторождений, таких как рудные минералы; ископаемое топливо и другие углеводороды ; геотермальные резервуары; и резервуары подземных вод . Его также можно использовать для обнаружения наличия неразорвавшихся боеприпасов .
Разведочная геофизика может использоваться для непосредственного обнаружения целевого типа минерализации путем непосредственного измерения его физических свойств. Например, можно измерить контраст плотности между плотной железной рудой и более легкой силикатной вмещающей породой или можно измерить контраст электропроводности между проводящими сульфидными минералами и резистивной силикатной вмещающей породой.
Основные используемые техники:
Многие другие методы или методы интеграции вышеупомянутых методов были разработаны и используются в настоящее время. Однако они не так распространены из-за экономической эффективности, широкой применимости и/или неопределенности получаемых результатов.
Разведочная геофизика также используется для картирования структуры недр региона, для выяснения нижележащих структур, для распознавания пространственного распределения горных пород и для обнаружения таких структур, как разломы, складки и интрузивные породы. Это косвенный метод оценки вероятности наличия рудных месторождений или скоплений углеводородов.
Методы, разработанные для поиска месторождений полезных ископаемых или углеводородов, также могут использоваться в других областях, таких как мониторинг воздействия на окружающую среду, визуализация подземных археологических объектов, исследования подземных вод, картирование солености подземных слоев, исследования объектов гражданского строительства и межпланетная визуализация.
Магнитометрические исследования могут быть полезны при определении магнитных аномалий, которые представляют собой руду (прямое обнаружение) или, в некоторых случаях, пустые минералы, связанные с рудными месторождениями (косвенное или косвенное обнаружение).
Самый прямой метод обнаружения руды с помощью магнетизма включает обнаружение железной руды путем картирования магнитных аномалий, связанных с полосчатыми железными образованиями , которые обычно содержат в некоторой пропорции магнетит . Скарновая минерализация, которая часто содержит магнетит, также может быть обнаружена, хотя сами рудные минералы немагнитны. Точно так же магнетит, гематит и часто пирротин являются распространенными минералами, связанными с гидротермальными изменениями , которые можно обнаружить, чтобы сделать вывод о том, что какое-то минерализующее гидротермальное событие повлияло на породы.
Гравиметрическую съемку можно использовать для обнаружения плотных тел горных пород внутри вмещающих пород менее плотных вмещающих пород. Это можно использовать для непосредственного обнаружения рудных месторождений типа долины Миссисипи , рудных месторождений IOCG , месторождений железной руды, скарновых месторождений и соляных диапиров, которые могут образовывать ловушки нефти и газа.
Электромагнитные (ЭМ) исследования могут использоваться для обнаружения широкого спектра месторождений полезных ископаемых, особенно сульфидов цветных металлов, путем обнаружения аномалий проводимости, которые могут образовываться вокруг сульфидных тел в недрах. Электромагнитные исследования также используются при разведке алмазов (где кимберлитовые трубки, как правило, имеют более низкое сопротивление, чем вмещающие породы), разведке графита , урановых месторождений, расположенных в палеоканалах (которые связаны с неглубокими водоносными горизонтами, которые часто реагируют на электромагнитные исследования в проводящих покрывающих слоях). . Это косвенные методы обнаружения минерализации, поскольку искомый товар не является проводящим напрямую или недостаточно проводящим, чтобы его можно было измерить. Электромагнитные исследования также используются при исследовании неразорвавшихся боеприпасов , археологических и геотехнических исследованиях.
Региональные ЭМ-исследования проводятся авиационными методами с использованием либо самолетов, либо вертолетных ЭМ-установок. Методы поверхностной ЭМ основаны в основном на методах переходной ЭМ с использованием поверхностных контуров с поверхностным приемником или скважинного прибора, опускаемого в скважину, которая пересекает тело минерализации. Эти методы позволяют отображать сульфидные тела в недрах земли в трех измерениях и предоставлять геологам информацию для направления дальнейшего разведочного бурения на известные минералы. Наземные петлевые исследования редко используются для региональных разведок, однако в некоторых случаях такие исследования могут использоваться с успехом (например, исследования СКВИДом никелевых рудных тел).
Методы электрического сопротивления, такие как методы вызванной поляризации, могут быть полезны для прямого обнаружения сульфидных тел, угля и резистивных пород, таких как соли и карбонаты.
Сейсмические методы также могут использоваться для разведки полезных ископаемых, поскольку они могут обеспечить изображения с высоким разрешением геологических структур, содержащих месторождения полезных ископаемых. Применяются не только наземные сейсморазведочные работы, но и скважинные методы сейсморазведки. В целом использование сейсмических методов при разведке полезных ископаемых неуклонно растет. [1]
Методы сейсмического отражения и преломления являются наиболее широко используемым геофизическим методом при разведке углеводородов. Они используются для картирования подземного распределения стратиграфии и ее структуры, которые могут использоваться для определения потенциальных скоплений углеводородов, как стратиграфических, так и структурных отложений или «ловушек». Каротаж скважин является еще одним широко используемым методом, поскольку он обеспечивает необходимую информацию с высоким разрешением о свойствах горных пород и флюидов в вертикальном разрезе, хотя они ограничены по площади. Это ограничение площади является причиной такой популярности методов сейсмического отражения; они предоставляют метод интерполяции и экстраполяции каротажных данных на гораздо большую территорию.
Гравитация и магнетизм также довольно часто используются при разведке нефти и газа. Их можно использовать для определения геометрии и глубины покрытых геологических структур, включая поднятия , опускающиеся бассейны , разломы , складки , магматические интрузии и соляные диапиры , благодаря их уникальной плотности и признакам магнитной восприимчивости по сравнению с окружающими породами; последнее особенно полезно для металлических руд.
Методы дистанционного зондирования , в частности гиперспектральная визуализация , использовались для обнаружения микропросачиваний углеводородов с использованием спектральных характеристик геохимически измененных почв и растительности. [2] [3]
Конкретно на море используются два метода: морское сейсмическое отражение и электромагнитный каротаж морского дна (SBL). Морская магнитотеллурика (mMT) или морская электромагнетика с контролируемым источником (mCSEM) может обеспечить псевдопрямое обнаружение углеводородов путем обнаружения изменений удельного сопротивления над геологическими ловушками (о чем сигнализируют сейсмические исследования). [4]
Георадиолокация представляет собой неинвазивный метод и используется в гражданском строительстве и проектировании для различных целей, включая обнаружение инженерных коммуникаций (подземных вод, газа, канализации, электрических и телекоммуникационных кабелей), картографирование мягких грунтов, вскрышных пород для геотехнических целей . характеристика и другие подобные виды использования. [5]
Метод спектрального анализа поверхностных волн (SASW) — еще один неинвазивный метод, который широко используется на практике для определения профиля скорости поперечных волн в грунте. Метод ПАВВ основан на дисперсионном характере волн Рэлея в слоистых средах, т.е. скорость волны зависит от частоты нагрузки. Таким образом, профиль материала, основанный на методе SASW, получают следующим образом: а) строя экспериментальную дисперсионную кривую путем проведения полевых экспериментов, каждый раз с использованием различной частоты нагрузки, и измерения скорости поверхностной волны для каждой частоты; б) построение теоретической дисперсионной кривой, предполагая пробное распределение свойств материала слоистого профиля; в) изменение свойств материала слоистого профиля и повторение предыдущего шага до тех пор, пока не будет достигнуто соответствие между экспериментальной дисперсионной кривой и теоретической дисперсионной кривой. Метод SASW визуализирует слоистый (одномерный) профиль скорости поперечной волны для почвы.
Методы полноволновой инверсии (FWI) являются одними из новейших методов определения геотехнических характеристик объектов и все еще находятся в стадии постоянного развития. Метод довольно общий и позволяет отображать произвольно неоднородные профили скорости продольных и поперечных волн грунта. [6] [7]
Упругие волны используются для зондирования исследуемой территории путем размещения сейсмических вибраторов на поверхности земли. Эти волны распространяются через грунт, и из-за неоднородного геологического строения исследуемого участка возникают многократные отражения и преломления. Реакция площадки на сейсмический вибратор измеряется датчиками ( геофонами ), также размещенными на поверхности земли. Для профилирования на основе полноволновой инверсии необходимы два ключевых компонента. Этими компонентами являются: а) компьютерная модель для моделирования упругих волн в полубесконечных областях; [8] и b) структуру оптимизации, с помощью которой вычисленный отклик сопоставляется с измеренным откликом путем итеративного обновления первоначально предполагаемого распределения материала в почве. [9]
Гражданское строительство также может использовать информацию дистанционного зондирования для топографического картографирования, планирования и оценки воздействия на окружающую среду. Аэроэлектромагнитные исследования также используются для характеристики мягких отложений при планировании и проектировании дорог, плотин и других сооружений. [10]
Магнитотеллурика оказалась полезной для определения границ резервуаров подземных вод, картографирования разломов вокруг территорий, где хранятся опасные вещества (например, атомные электростанции и хранилища ядерных отходов), а также мониторинга предвестников землетрясений в районах с крупными сооружениями, такими как плотины гидроэлектростанций, подверженными высоким уровням сейсмическая активность.
BS 5930 — это стандарт, используемый в Великобритании в качестве свода правил для проведения расследований на местах.
Грунтовый радар можно использовать для картирования захороненных артефактов , таких как могилы, морги, места затонувших кораблей и другие неглубоко захороненные археологические объекты. [11]
Наземные магнитометрические исследования могут использоваться для обнаружения захороненных черных металлов, что полезно при обследовании затонувших кораблей, современных полей сражений, усеянных металлическими обломками, и даже небольших нарушений, таких как крупномасштабные древние руины.
Гидролокационные системы могут использоваться для обнаружения кораблекрушений. [12] Активные гидролокационные системы излучают в воду звуковые импульсы, которые затем отражаются от объектов и возвращаются на преобразователь гидролокатора. [12] Датчик гидролокатора способен определять дальность и ориентацию подводного объекта, измеряя промежуток времени между высвобождением звукового импульса и его обратным приемом. [12] Пассивные гидроакустические системы используются для обнаружения шумов от морских объектов или животных. [12] Эта система сама по себе не излучает звуковые импульсы, а фокусируется на обнаружении звука от морских источников. [12] Эта система просто «слушает» океан, а не измеряет расстояние или ориентацию объекта. [12]
Для обнаружения могил можно использовать георадар . [13] Это обнаружение имеет как юридическое, так и культурное значение, предоставляя возможность пострадавшим семьям добиться справедливости посредством юридического наказания виновных и пережить потерю близкого человека. [13]
Неразорвавшиеся боеприпасы (или неразорвавшиеся боеприпасы) относятся к неисправности или невзрыву боевых взрывчатых веществ. [14] Примеры этого включают, помимо прочего: бомбы , сигнальные ракеты и гранаты . [14] Важно иметь возможность обнаруживать и локализовать неразорвавшиеся боеприпасы, чтобы избежать травм и даже возможной смерти тех, кто может вступить с ними в контакт. [14]
Проблема неразорвавшихся боеприпасов возникла в результате Крымской войны (1853-1856 гг.). [15] До этого большая часть неразорвавшихся боеприпасов хранилась локально в меньших объемах и, таким образом, не представляла собой серьезной общественной проблемы. [15] Однако с началом более масштабных военных действий эти количества увеличились, и поэтому их было легко потерять из виду и сдержать. [15] Согласно Хуперу и Хамбрику в их статье « Неразорвавшиеся боеприпасы (НБ): Проблема» , если мы не сможем отойти от войны в контексте разрешения конфликта, эта проблема будет только усугубляться и, вероятно, займет больше времени. век на решение. [15]
Поскольку наш глобальный метод разрешения конфликтов основан на войне, мы должны иметь возможность полагаться на конкретные методы обнаружения этих неразорвавшихся боеприпасов, такие как магнитные и электромагнитные исследования. [16] Изучая различия в магнитной восприимчивости и/или электропроводности по отношению к неразорвавшимся боеприпасам и окружающей геологии (почве, горным породам и т. д.), мы можем обнаружить и локализовать неразорвавшиеся боеприпасы. [16]