Системный подход к геолого-геофизическим исследованиям

Системный подход к геолого-геофизическим исследованиям начинается с формулировки задач, оценки физико-геологических условий района, оценки коррелируемости методов, установления связей геолого-геофизических свойств, определения стадийности, масштабов, аппаратуры, точности.

Оценка коррелируемости методов, входящих в комплекс, как правило, осуществляется на стадии качественной интерпретации, когда построенные геофизические разрезы и карты сопоставляются с имеющимися геологическими данными.

Выявляемые геофизические аномалии почти всегда являются результатом наложение физических аномалий от разных геолого-геофизических объектов, от разных структурных этажей Земли. Для потенциальных и волновых полей «сложение» полей является линейным, а для электромагнитных – нелинейным. Для разделения аномалий широко используется принцип суперпозиции, особенно в однометодной интерпретации. При этом, аномалии, фиксируемые разными методами, свидетельствуют об отражении ими геологических неоднородностей разной природы, возраста, состава, глубины залегания.

Для оценки возможностей комплексных геофизических исследований используется физико-геологическое моделирование.

ФГМ — это сочетание геологической, петрофизической моделей и модели физических полей. Геологическая модель — система элементов геологического строения, обобщенно описывающая состав, структуру, форму (геометрию) изучаемого объекта и вмещающей среды. Петрофизическая модель — модель, характеризующая распределение физических и геологических свойств в плане, разрезе, пространстве. Модель физических полей описывает характер физического поля в верхнем и нижнем полупространстве, в котором отражены интенсивность поля, его морфология, аномальные эффекты и различные типы помех.

Построение физико-геологическихи иных моделей изучаемых объектов (месторождения, бассейны подземных вод, карстовые районы и т.п.) можно осуществить только на основе современных методологических подходов. Одним из основополагающих принципов физико-геологического моделирования является системность. Для реализации системного подхода необходимо установить границы систем, исследовать связи объектов с внешней средой и между отдельными элементами, а сами элементы должны быть расположены в иерархическом порядке.

Как правило, создается несколько моделей. Особого внимания в ИГГ заслуживают физические материально-масштабные, т.н. физико-геологические модели. Они строятся на основе систематизации физических и других свойств горных пород и их массивов, их состояния и сопутствующих им физических полей.

А.А. Огильви (1990) создал серию моделей, характеризующих преимущественно ИГ особенности верхней части разреза ГС (ВЧР ГС). Среди моделей для ГГ объектов, следует отметить модели различных типов бассейнов подземных вод, а также месторождений пресных, минеральных и термальных вод. Применительно к изучению подземных вод И.М. Мелькановицкий и др. [2] выделяют несколько уровней моделирования, генерализующих природную обстановку: бассейны подземных вод; отдельные ГГ структуры, входящие в состав бассейнов; месторождения подземных вод, расположенные на площади ГГ структур; отдельные элементы месторождений.

На каждой стадии геологоразведочных работ (ГРР) ФГМ совершенствуются, уточняются. Параллельно с ГГ и ИГ результатами исследований совершенствуется и методика работ. Это итерационный процесс.

На завершающем этапе ГГ и ИГ исследований по комплексу геофизических и других данных строятся математические модели, описывающие те или иные ГГ или ИГ характеристики объектов. Таковы, например, модели фильтрационных свойств пород, минерализации, температуры подземных вод артезианских бассейнов. В области ИГ математическое моделирование менее развито, хотя создаются модели оползневых массивов, физических свойств и напряженного состояния массивов скальных пород и т.д. При интерпретации геофизической информации привлекаются разнообразные математические методы.

Начинается оценка возможностей геофизических исследований со сравнения эффективности геофизических методов выявления аномалосоздающих объектов. Эффективным средством является определение контрастности, γ, методов:

γ = (А_макс – А_ср)/σ_фон, (2.1)

где А_ср - ΣА_i/n, σ_фон, = √Σ(А_i-А_ср)²/ n. Здесь А_i, А_ср и А_макс – соответственно аномалия в любой точке, средняя по участку с n точками наблюдений и максимальным значением над центром объекта, σ_фон, фоновое стандартное отклонение, характеризующее точность съёмки и уровень помех.

При выявлении аномалий пользуются правилом «трёх сигм»: аномалией считается надёжной, если амплитуда превышает 3σ_фон, а по протяженности прослеживается более чем на трёх точках профиля. Показателем надёжности аномалии является её ширина на уровне σ_фон,.

Более универсальной характеристикой эффективности метода является энергетическое отношение аномалия/помеха:

γ_э = ΣА²_i / σ²_фон = А²_ср n/ σ²_фон, (2.2)

где σ²_фон, является общей дисперсией, зависящей от уровня помех и точности съёмки.

Эффективность того или иного метода определяется природой, или способом создания поля, контрастностью физических свойств разведываемого объекта и окружающей среды, соотношением вертикальной мощности (размеров) и глубины залегания, наличием сверху экранирующих горизонтов с резкими контрастными свойствами, а также неоднородностью вмещающей среды и поверхностных отложений, в которых возникают геологические и техногенныепомехи, влияющие на величину σ_фон,.

Физико-математическое моделирование можно проводить на проектной стадии, на основе априорных данных. Построенные ФГМ в процессе работы корректируются, а по завершении работ – превращаются в апостериорны, результативные.

Прямые и обратные задачи решаются на примере горизонтально-слоистых моделей, для линз и пластов – двумерные модели (вытянутые по оси «у»), для изометрических, сфероидальных моделей - трёхмерные ФГМ.

Основными методами изучения одномерных ФГМ являются МОВ, МПВ и электромагнитное зондирование.

Двумерные модели (наклоннослоистые пласты, среды с вытянутыми структурами, тектонические нарушения, линзообразные залежи и др.) лучше всего исследовать как теми же методами, что используются для изучения одномерных моделей, так и методами гравиразведки, магниторазведки, электромагнитного профилирования, терморазведки, ядерной геофизики.

Трехмерные модели изучаются методами гравиразведки, магниторазведки, электромагнитного профилирования,

В гидрогеологии основными моделями (ФГГМ) являются:

1) горизонтально-слоистые толщи и

2) крутозалегающие слоистые толщи с трещинно-карстовыми подземными водами.

Первые изучаются сейсморазведкой преломлённых волн, электромагнитными зондированиями (сопротивлений и ВП). Вторые разведываются различными модификациями электромагнитного профилирования, ядерными методами, реже гравиразведкой и магниторазведкой.

При формировании ФГМ используют понятие о прогнозно-поисковой модели, определяемой по сочетанию поисковых геофизических признаков икритериев, которыми называют характерные и устойчивые (обнаруживаемые в большинстве случаев) особенности геофизических полей над искомыми объектами.

Формирование ФГМ какого-либо геологического объекта, процесса или явления предусматривает несколько последовательных операций, к которым относятся:

• постановка геологической задачи;

• выбор объекта моделирования (земная кора, рудная или нефтегазовая провинция, верхняя часть геологического разреза – ВЧР, отдельные рудные тела, нефтегазовые залежи и т. д.) с построением априорной геологической модели;

• расчет аномальных петрофизических параметров моделируемого объекта и вмещающей среды;

• построение петрофизической модели и выделение на ее основе структурно-вещественных комплексов;

• решение прямых задач геофизики для каждого метода, т. е. построение модели физических полей;

• оценка, адекватности сформированной ФГМ реальному объекту на эталонах, т. е. на объектах, аналогичных исследуемому, но с известным геологическим строением.

Требования, предъявляемые к ФГМ,изменяются в зависимости от стадийности геологоразведочного процесса (принцип последовательных приближений). Так, например, задача поисков объекта сводится к выявлению перспективных аномалий с заданной вероятностью и минимальным числом точек наблюдений (обычно три). Густоту сети при этом рассчитывают по моделям физических полей, полученным для наименее благоприятных условий залегания моделируемого объекта.

В зависимости от характера геологических задач различают двуальтернативные ФГМ, предназначенные для решения задач типа «руда — вмещающая порода» и многоальтернативные ФГМ, используемые при решении задач структурно-тектонического районирования территории, геокартирования, многоцелевых поисков разных видов минерального сырья.

С учетом развития геологических процессов во времени различают статические ФГМ, фиксирующие состояние геологического объекта в определенный (исторический) момент времени, и динамические ФГМ, отражающие изменение физических полей на разных стадиях развития геологических процессов в зависимости, например, от глубины проявления рудогенеза, зон окисления, тектогенеза и т. д. Динамические ФГМ широко используются при мониторинге окружающей среды, при режимных наблюдениях над нефтегазохранилищами и крупными месторождениями углеводородов, находящимися в длительной эксплуатации, естественными фильтрационно-диффузионными процессами, при решении инженерных, гидрогеологических и геоэкологических задач.

Условиями эффективного применения геофизических методов являются: 1) заметная дифференциация физических свойств искомых геологических объектов и вмещающей среды, 2) благоприятные геометрические размеры вызывающих аномалии объектов, 3) относительно низкий уровень помех геологического и негеологического происхождения.

Величины аномалий от объектов определяются геометрическими соотношениями размеров объекта и глубины его залегания.Например, в электроразведке методом ВЭЗ надежное определение слоя возможно, если отношение его мощности (h) к глубине залегания (H) удовлетворяет условию h/H> 2-10. Слой практически не выделяется, если h/H < 0,1. Предельная глубина залегания изометричных тел, определяемая разными методами геофизики, зависит от отношения радиуса тела (R) к глубине (Н). Например, величины аномалий над сферой пропорциональны: для гравитационных — R³/H², для магнитных — R³/H³, для естественного электрического поля — R²/H², поэтому скорость убывания поля с удалением от источника, а следовательно, и глубина исследования этими методами будут различными. Различают «сильные» аномалии, выделенные визуально, и «слабые» аномалии, соизмеримые с уровнем помех и ниже этого уровня.

Еще одним важным условием применимости геофизических методов является уровень помех.Различают помехи геологического и негеологического происхождения. К первым относят влияние перекрывающих и подстилающих пород, рельефа местности, неоднородности свойств вмещающих пород и т. д. Для электроразведки наибольшее значение имеют рыхлые проводящие отложения в верхней части разреза и слои высокого электрического сопротивления (каменная соль, ангидрит, межпластовые интрузии) на глубине, так называемые экраны. Экраны высокого сопротивления являются препятствием для методов электроразведки постоянным током, но проницаемы для методов переменного тока. Подстилающие породы оказывают заметное влияние на данные грави- и магниторазведки. Рельеф влияет на результаты электроразведки и очень сильно усложняет анализ данных гравиразведки. Толщи многолетнемерзлых пород, распространенные во многих районах нашей страны, создают трудности при проведении электро- и сейсморазведки (устройство заземлений, возбуждение упругих полей).

К помехам негеологического происхождения относят временные вариации геофизических полей. Например, искусственные электромагнитные поля искажаются вариациями магнитотеллурических полей, связанных с солнечной активностью, и блуждающих токов техногенного происхождения, а также вариациями полей грозовых разрядов. Для большинства методов электроразведки это — поля-помехи, которые надо подавить или учесть. Однако в некоторых методах элек­троразведки используют физические поля помех с целью получения полезной геологической информации. Приведенные факты подчеркивают относительность понятия помехи.

В геофизике все более заметными становятсяпомехи, порождаемые деятельностью человека. Сейсмическая вибрация, блуждающие электрические токи, железные предметы в земле и на ее поверхности, подземные горные выработки, техногенные температурные аномалии нередко оказывают заметное влияние на качество геофизических измерений, а в некоторых случаях делают такие работы невозможными. Борьбу с помехами ведут либо методическими приемами, либо аппаратными средствами.

К помехам также относят ипогрешности измерений. Ихделят на три категории; систематические, случайные и грубые (промахи). Систематические погрешности обу­словлены недостатками конструкции прибора или несовершенной методикой измерений и могут быть выявлены путем периодических поверок и устранены введением поправок (например, поправкой за сползание нуль-пункта прибора в грави- и магниторазведке). На случайные погрешности влияет множество причин, учесть и устранить которые не представляется возможным. Но влияние случайных погрешностей можно уменьшить статистическими приемами обработки.

Неоднозначность решения обратных задач геофизики или неопределенность решения имеет две стороны: одна из них касается качественного определения геологической природы выявленных геофизических аномалий, вторая — получения количественных геометрических характеристик объектов исследований: формы, размеров, глубины и других элементов залегания. К примеру, аномалии гравитационных, магнитных, электрических и других полей, обусловленные объектами исследования, очень часто не отличаются по форме, интенсивности и размерам от аномалий, создаваемых геологическими неоднородностями верхней части разреза, рельефом местности и другими факторами. Аномалии от вертикально залегающих рудных тел часто сходны с аномалиями от тектонических нарушений, по которым внедрялись гидротермальные растворы.

Неоднозначность количественного решения обратной задачи проявляется в теоретической и практической эквивалентности. Теоретическая эквивалентность состоит в том, что различные по размерам и глубинам залегания геологические объекты могут создавать одинаковые по форме, размерам и интенсивности аномалии. Практическая эквивалентность определяется совпадением аномальных эффектов от различных по размерам объектов в пределах погрешностей наблюдений и используемого метода интерпретации.

Качественная и количественная неоднозначности при решении обратной задачи геофизики проявляются обычно одновременно.И в общем случае достижение однозначности, как для определения природы геофизических аномалий, так и для количественного описания возмущающих объектов возможно лишь путем комплексирования разных методов.

Природу аномалий (точнее, классификацию их на рудные и безрудные) можно иногда опре­делять и с помощью какого-нибудь одного метода, применяя несколько его модификаций. Это будет внутриметодное комплексирование. Широко известен, например, способ разделения аномалий, выделенных электропрофилированием, на приповерхностные, связанные с неоднородностями в рыхлых отложениях, и глубинные, обусловленные коренными породами. Способ заключается в проведении работ на двух разносах питающих заземлений АВ — мень­шем и большем. Если при большем разносе аномалия р_к проявляется резче, чем при меньшем, значит, она глубинного происхождения, и наоборот. Лучше для этих целей использовать графики отношения величин р_к, полученных для двух разносов. Этим же способом в элект­ропрофилировании можно разрешить неопределенность типа «синклиналь — антиклиналь». Например, понижение ρ_к может наблюдаться как при поднятии нижнего слоя низкого сопро­тивления, так и в случае погружения пласта высокого сопротивления. (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Графики электропрофилирования методом СЭП с двойными разносами над геологическими разрезами различных типов

1 увлажненные наносы, 2 – граниты, 3 – зона трещиноватости, 4 – глыбовые песчаники, 5 – глины

В электроразведке переменным током разная глубинность достигается наблюдениями на разных частотах: чем выше частота, тем меньше глубинность исследований (скин-эффект). Разночастотные наблюдения могут оказаться полезными и для отделения сплошных сульфидных руд от вкрапленных. При определении природы возмущающего объекта электроразведка переменным током на высоких частотах обладает преимуществом перед методом сопротивлений на постоянном или низкочастотном токе, поскольку в высокочастотных полях породы различаются не только по электропроводности, но и по диэлектрической проницаемости, поэтому разрешающая способность электроразведки возрастает. Породы с одинаковой электропроводностью могут различаться по диэлектрической или по магнитной проницаемости.

В методе естественного поля ложные аномалии фильтрационного происхождения выделяются по признаку их изменчивости во времени. Разновременные съемки дают в этих случаях графики потенциала, сходные по характеру, но различающиеся по абсолютным значениям. Последнее объясняется тем, что интенсивность фильтрации подземных вод зависит от времени года, в частности, от количества выпадающих осадков. Другим отличием этих графиков является их обратная связь с рельефом: график потенциала U представляет собой как бы зеркальное отображение рельефа земной поверхности вдоль профиля наблюдений.

Цель комплексной интерпретации геофизических данных — достижение однозначности геологического истолкования геофизических наблюдений.При этом различают комплексный анализ и комплексную интерпретацию полей. Под комплексным анализом понимается отработка комплекса различных признаков для решения задач геокартирования ирайонирования исследуемой площади (или разреза) на несколько классов, а также перспективных на полезные ископаемые участков. Комплексная интерпретация состоит в построении согласованной по всем полям комплексной физико-геологической модели, т. е. модели с оценками петрофизических свойств, формы и геометрии изучаемых объектов или геосреды. Комплексный анализ, как правило, обеспечивает качественную интерпретацию по оценке природы источников, а комплексная интерпретация — количественную оценку физических и геометрических параметров этих источников. Грани между анализом и интерпретацией часто стираются. Для данных отдельно взятого метода часто используется термин «физико-геологическая интерпретация», включающая уста­новление природы источников аномалий, их количественную оценку и геологическое истолкование.

При комплексном анализе геофизических данных требуется провести разделе­ние площади исследований по комплексу методов, основанных на расчете различных признаков (атрибутов, параметров) полей и отличающихся по геологической природе объектов исследований — классов. В том случае, когда имеется априорная информация о числе классов и о статистических характеристиках признаков для этих классов, т. е. в случае наличия эталонных объектов каждого класса, задача комплексного анализа сводится к распознаванию образов с предварительным обучением на эталонных объектах. Если же число классов неизвестно и нет информации о статистических характеристиках, задача комплексного анализа сводится к задаче классификации (распо­знавания образов без обучения или с самообучением) на некоторое, заранее неизвестное число однородных (по совокупности признаков) классов. При этом как число классов, так и статистические характеристики признаков оцениваются в процессе обработки исходных данных.

В качестве признаков для геофизических полей используются: статистические (среднее значение, дисперсия, асимметрия, эксцесс); градиентные (горизонтальные градиенты поля, полный градиент, направление полного градиента); корреляционные (интервал корреляции) и спектральные (видимый пространственный период или видимая частота, ширина спектра) измеряемых параметров полей. На эталонных объектах проводится оценка информативности признаков, т. е. способности признака (метода) различать срав­ниваемые объекты. Такая способность зависит от того, как часто определенные значения признаков поля встречаются у объектов прогнозируемого класса и как широко они распространены за их пределами.

Лекция 3. Тема: Принципы качественной и количественной интерпретации комплексных геофизических данных. Основы петрофизики и физические свойства горных пород.

Важнейшими вопросами интерпретации гидрогеологической (ГГ) и инженерно-геологической (ИГ) интерпретации геофизических данных являются: выделение главных направлений интерпретации; применение системного подхода к исследованиям; составление физико-геологических и иных моделей изучаемых объектов; использование математического аппарата.

Интерпретацию подразделяют на геофизическую и геологическую.

Задача первой заключается в расчленении геологического разреза на абстрактные физические тела, характеризующиеся теми или иными физическими свойствами: плотностью, электрическим сопротивлением, скоростями упругих колебаний и т.п. При геологической интерпретации эти тела на основе априорных представлений наделяются конкретными геологическими свойствами, характеристиками. Частным случаем геологической интерпретации является инженерно-геологическая интерпретация геофизических данных.

Если собственно геофизическая интерпретация достаточно стандартна при всех видах геологоразведочных работ, то геологическая (инженерно-гидрогеологическая) весьма специфична и включает несколько направлений: геометризацию геологической среды; определение литологического состава и физических свойств пород; характеристику состояний массивов горных пород; описание современных экзогенных и эндогенных физико-геологических процесов.

При геофизической интерпретации используется преимущественно детерминированный подход (А.А. Рыжов, В.А. Ряпалова, Э.И. Кузьмина и др.), а при ГГ и ИГ интерпретации ГФД широко применяются вероятностно-статистические приёмы.

Гидрогеологическая и инженерно-геологическая геометризация геологической среды осуществляется путём схематизации строения массивов горных пород, районирования территории, стратификация и корреляция разрезов. Необходимость в этой работе объясняется слабой геологической изученностью региона исследований, что предполагает выполнение дополнительных ГГ и ИГ работ. Особое внимание должно уделяться неотектоническим, дизъюнктивным дислокациям, литологическому расчленению разреза. Глубина исследований обычно небольшая – ВЧР. Однако при изучении сложных и ответственных объектов должны проводиться и глубинные исследования, например ГСЗ. Следующим этапом интерпретация является гидрогеологическое и инженерно-геологическое районирование.

Гидрогеологическое и инженерно-геологическое районирование осуществляется преимущественно при изучении обширных территорий, включающих площади, заметно отличающиеся по ГГ и ИГ условиям. Основой районирования является выделение по геофизическим признакам основных типов ГГ структур (артезианские и артезианские бассейны, гидрогеологические массивы, вулканогенные супербассейны и др.). При ИГ районировании выделяются площади с различной мощностью и составом рыхлых отложений ВЧР, залегающих на скальном основании; оконтуриваются районы с развитием тех или иных геодинамических процессов; прослеживаются погребённые русла рек; выделяются площади сплошной и прерывистой мерзлоты и т.п. При решении этих задач используются различные геофизические методы, но наибольшую эффективность доказали геоэлектрические методы с использованием таких интегральных показателей, как продольная электрическая проводимость и поперечное электрическое сопротивление.

Для решения задач геологической и инженерно-геологической стратификации и корреляции разрезов привлекаются все виды геофизических работ, но в большей мере ВЭЗ, КМПВ, ГИС. Завершающей операцией при стратификации является корреляция разрозненных по площади разрезов, т.е. прослеживание и объединение в одну систему всех выделенных водоносных, водоупорных и других объектов. Корреляция представляет собой одновременно и контроль правильности выполненной стратификации. Наиболее сложной является корреляция многопластовых систем. Основой для построения в этих условиях служат данные ГИС. Для увязки разрезов далеко друг от друга расположенных скважин часто используется сейсморазведка.

Если основным критерием при ГГ стратификации разреза является мера водонасыщенности и выдержанности по площади слагающих его пород, то при ИГ стратификации – литолого-фациальный состав пород, определяющий их физико-механические и другие свойства. В соответствии с этим в инженерной геологии выделяют литолого-генетические комплексы пород. Наибольшее внимание при ИГ стратификации уделяют верхним горизонтам, которые обычно сложены континентальными образованиями и отличаются высокой неоднородностью, что предполагает наличие густой сети наблюдений, что достаточно дорого. Поэтому обычно ограничиваются прослеживанием небольшого числа границ и толщ (поверхность скального основания, подошва выветрелых пород и т.д.).

При изучении петрофизической характеристики массивов горных пород рекомендуется группировать свойства на: основные физические (или геофизические), водно-физические, физико-химические и физико-механические. Особое внимание должно уделяться изучению неоднородности и анизотропии пород.

Под физическими (геофизическими) свойствами понимаются свойства, которые проявляются под влиянием физических полей: гравитационного, магнитного, электромагнитного, волнового, теплового, ядерных излучений.

Водно-физические свойства горных пород характеризуют их способность изменять состояние, прочность и устойчивость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду или фильтровать её.

Физико-механические свойства определяют поведение пород под воздействием механических нагрузок. Они отображают изменения, которые горные породы претерпели в истории их геологического развития под влиянием процессов выветривания, гравитационного и геохимического уплотнения, тектонических процессов.

Основными физическими свойствами пород, изучаемых при ГГ и ИГ являются удельное электрическое сопротивление (УЭС), диэлектрическая проницаемость, скорость распространения упругих колебаний, объёмная плотность, магнитная восприимчивость, естественная радиоактивность и др. Эти свойства выявляются непосредственно при прямой геофизической интерпретации данных рядовых и параметрических наблюдений, далее их используют после специализированной инженерно-гидрогеологической интерпретации для определения водно-физических и других свойств, необходимых для ГГ и ИГ исследований.

Важным является обнаружение связей, детерминированных и эмпирических, между основными физическими свойствами. Это позволяет рационально подходить к выбору тех или иных физических свойств при характеристике ГГ и ИГ параметров; часто недостаток информации по одним физическим наблюдениям заменяется данными других исследований

При проведении гидродинамических исследований с помощью геофизических методов можно определить многие водно-физические свойства для оценки коллекторских и фильтрационных свойств пород: влажность, глинистость, пористость. Наиболее часто в ИГГ проницаемость определяется коэффициентом фильтрации К_Ф. Методически различаются приёмы изучения проницаемости водоносных и водоупорных пород.

Хорошо разработанной является методика изучения рыхлых водоносных пород. Для сравнительно малых глубин обычно используются геоэлектрические методы, а к изучению маломощных горизонтов на больших глубинах широко применяются методы ГИС. При наземных исследованиях в основном применяются методы ВЭЗ и ВЭЗ-ВП, с помощью которых определяется удельное электрическое сопротивление - ρ и коэффициенты вызванной поляризации η. Найдены корреляционные связи между ρ и коэффициентом фильтрации К_Ф. Применение ВЭЗ-ВП облегчает решение задачи расчленения пород разреза по литологическому составу, и оценить их фильтрационные свойства.

При скважинных определениях фильтрационных свойств рыхлых водоносных пород применяется несколько групп методов:

1) регистрация каротажных диаграмм (КС, ПС ТК и др.) при смене буровых растворов, отличающихся минерализацией, температурой и др. параметрами;

2) регистрация физических параметров в зоне проникновения бурового раствора (БКЗ и др.);

3) методы изучения проницаемости пород на основе исследования её корреляционных связей с пористостью и глинистостью;

4) многомерные корреляционные связи с К_Ф различными каротажными показателями.

Более трудную задачу представляет изучение фильтрационных свойств водоносных скальных трещиноватых пород. Наиболее эффективно использование сейсмических методов, да и то на ограниченных участках, характеризующихся однородными геолого-гидрогеологическими условиями. Использование ГИС существенно облегчает решение этой задачи.

В подавляющем большинстве случаев водоупорными являются глинистые образования (глины, мергели). Для оценки их экранирующих свойств привлекаются методы ГИС: кавернометрия, КС, ПС, БКЗ, ГК, а при наземных исследованиях – геоэлектрические методы.

Водоупорными могут быть также скальные и полускальные образования. Для их изучения привлекаются наземные и скважинные методы, которые применяются при исследовании водоносных трещиноватых пород. Низкие значения К_Ф свидетельствуют о том, что изучаемые породы являются водоупорными.

К ф изико-химическим свойствам пород можно отнести степень минерализации подземных вод, засолённость пород зоны аэрации, их коррозионную активность и др. Основной метод исследований – электроразведка.

Физико-механические свойства отражают реакцию горных пород на динамические воздействия естественного и техногенного происхождения. Геофизическими методами изучаются главным образом следующие показатели: а) упругие свойства – модуль упругости Юнга Е, коэффициент Пуассона μ, модуль сдвига G; б) деформационные свойства – модуль общей деформации Е_деф; в) прочностные свойства – предел прочности σ_пр на одноосное сжатие и растяжение σ_р, прочность пород при сдвиге (коэффициент внутреннего трения φ и сцепление С). Для многих из перечисленных показателей известны теоретические формулы, связывающие их с основными физическими (объёмная плотность σ_пл, скорость продольных V_P и поперечных волн V_S и др.показателями, но они, как правило, очень сложны и годны лишь для ограниченных конкретных участков, причём в качестве исходных принимают те, которые можно получить в полевой обстановке, например, V_P и σ_пл.

Таким образом, основой определения многих физико-механических показателей служит скорость распространения упругих колебаний. Поскольку инженера-геолога интересуют, как правило, не динамические значения параметров, а статические (Е_С, μ_С и др.), требуется осуществить переход от первых ко вторым. Чаще для этого выявляют соответствующие корреляционные связи и вносят в получаемые результаты необходимые коррективы.

При отсутствии сейсмоакустических данных для оценки физико-механических свойств пород привлекаются геоэлектрические, ядерно-физические и другие данные, получаемые при наземных, но чаще при скважинных геофизических исследованиях. Результаты при этом менее точные.

Показателями состояния преимущественно скальных и полускальных пород в их естественном состоянии являются главным образом трещиноватость, выветрелость, напряжённое (или напряжённо-деформированное) состояние, температура.

Трещиноватость пород изучается методами сейсморазведки, электроразведки, магниторазведки, как правило, методами кругового профилирования или зондирования.

Выветрелость пород очень важный показатель, характеризующий прочность, проницаемость и другие ИГ и ГГ свойства пород. Степень выветрелости можно определить, используя данные значений Е_деф, σ_сж, Е, V_P, ρ и т.п.

Напряженное состояние массивов горных пород необходимо знать объёмное распределение в пределах изучаемого объекта таких параметров, как Е, μ, σ_пл. Из ГИС наиболее часто используется акустический каротаж (АК).

Дата добавления: 2014-01-07