Реферат по физике Методы физики при исследовании геологоразведочных скважин (стр. 3 )

По мнению ученых, подобные процессы идут в ядре нашей планеты: магнетизм затравочного поля, которое может возникать, например, под влиянием поля соседней звезды, в сочетании с перемешиванием металла генерирует электрические токи. В свою очередь, электричество начинает питать магнитное поле.

2.4.Естественные сейсмические поля

Естественные cейсмоакустические и шумовые поля представляют собой упругие волны с разной частотой колебаний, созданные землетрясениями, ударами метеоритов и разрядкой напряженного состояния массивов горных пород в результате разнообразных динамических процессов. [5].

Упругие поля землетрясений. В результате землетрясения от его центра, называемого гипоцентром, расходятся упругие волны: продольные с колебанием частиц вещества недр вдоль направления луча и поперечные, обусловленные упругими волнами сдвига.

Шумовые поля сейсмической эмиссии.

Акустическая или cейсмоакустическая эмиссия является результатом накопления и разрядки напряжений и происходящих деформаций, обусловленных различной вибро - и тензочувствительностью2 массивов горных пород. В результате в верхней части земной коры постоянно наблюдаются шумовые поля, анализ интенсивности и частотного спектра которых может давать информацию для решения геодинамических экологических задач.

2.5.Температурное поле Земли

Земля представляет собой гигантскую энергетическую машину, в которой различные виды энергии - солнечная, радиоактивного распада химических элементов в породах, вулканической деятельности, землетрясений, гравитационного сжатия, приливного трения и др. - превращаются в тепловую энергию, формируя температурный режим ее недр и поверхности. Тепловое состояние Земли и закономерности его изменения определяются общим тепловым балансом приходящей энергии космического и солнечного излучения и внутреннего тепла, обусловленного рядом глобальных, региональных и локальных особенностей строения планеты и литосферы.

Установившийся тепловой режим способствует протеканию геологических, геохимических, геофизических, биологических процессов и созданию условий, пригодных для существования живых организмов, т. е. имеет фундаментальное значение. В частности, физические свойства вещества недр Земли, такие, например, как вязкость, упругость, электропроводность, намагниченность, играющие важную роль в формировании геофизических полей, частично, а иногда и в значительной мере зависят от температуры на той глубине, где это вещество находится.

Источниками, поддерживающими температурное (геотемпературное) поле Земли в целом и верхних ее слоев - литосферы, являются внешние (космические) и внутренние (планетарные) процессы. К числу внешних процессов относятся солнечная радиация, излучение звезд, энергия метеоритов, падающих на Землю, гравитационное воздействие Луны и Солнца. К внутренним источникам тепла относят начальную внутреннюю теплоту Земли при ее образовании и последующей тепловой жизни и современное теплообразование за счет радиогенного тепла, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия 40 и иных радиоактивных элементов; тепла, обусловленного различными процессами, протекающими в недрах Земли, вулканической, тектонической и сейсмической деятельностью, дифференцией и перемещением глубинных масс, деформацией за счет приливов под действием Солнца и Луны, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, гидротермальными и другими процессами.

2.6.Радиационное поле

Естественное радиационное поле, или поле ионизирующих излучений (естественная радиоактивность), наблюдаемое на поверхности Земли, играет очень большую роль. Нормальный радиационный фон формируется излучением, приходящим к поверхности планеты извне, из дальнего космоса и околоземного пространства, а также наличием в земной коре радиоактивных элементов и процессом дегазации планеты, в ходе которого на поверхность ее выносятся радиоактивные газы - радон (222Rn) и торон (220Rn).

Космический фон, на долю которого приходится меньше половины общего уровня радиоактивности, характеризуется мощностью дозы излучения 0,03-0,06 мкГр/ч (3-6 мкР/ч).

Нормальная радиоактивность горных пород обусловлена кларковым3 содержанием в ней радионуклидов. С радиоактивностью горных пород тесно связана радиоактивность природных вод и газов. В целом в гидросфере и атмосфере содержание радиоактивных элементов ничтожно мало. Подземные воды могут иметь разную радиоактивность. Особенно велика она у подземных вод радиоактивных месторождений и вод сульфатно-бариевого, хлоридно-кальциевого составов.

К зонам повышенного радиоактивного риска относятся регионы, где на поверхность Земли выходят граниты, гнейсы, вулканические туфы, фосфориты и другие породы с повышенным содержанием урана и тория. [7]

Выводы к разделу «физические поля Земли»:

Измерение тех или иных параметров естественных и искусственных физических полей стало технической основой геофизических исследований Земли. [7]

Сущность методов геофизики, их зависимость от физических свойств горных пород, решаемые геологические экологические задачи рассмотрены ниже. Каждая горная порода - это сложное вещество, состоящее из трех фаз: твердой (один или несколько минералов), жидкой (водный раствор, нефть или нефтепродукты) и газообразной (воздух или горючие газы). Поэтому физические свойства горных пород определяются прежде всего свойствами самих фаз, их количественным соотношением в породе.

Различия физических свойств горных пород (плотностных, магнитных, электрических, упругих, тепловых, ядерных), а также геометрических параметров (глубин залегания, размеров) разных геологических и геоэкологических объектов, служат причиной появления геофизических аномалий тех или иных параметров физических полей Земли, т. е. отклонений реальных наблюденных (измеренных) параметров от нормального поля. Нормальные поля зависят от природы естественных или от способов создания искусственных физических полей и, например, для наземных методов рассчитываются обычно применительно к однородному полупространству. На выявлении и изучении аномальных полей основаны аэрокосмические, наземные (полевые), аквальные (акваториальные) и скважинные методы прикладной геофизики.

Глава 3 Обзор основных методов геофизических исследований скважин

3.1.Электрические методы исследования скважин

Включают в себя метод измерения естественных электрических потенциалов горных пород в скважинах, которыйназывается методом самопроизвольной поляризации (ПС),каротаж сопротивлений - измерение кажущегося удельного электрического сопротивления горных пород (КС),боковой каротаж (БК) — разновидность КС экранированными электродами и их микрозондовые модификации, микрокаротаж (МК) и боковой микрокаротаж (БМК). Применяются также различные виды токовых каротажей (ТК).

К электрическим методам также можно отнести индукционный каротаж, ИК-измерение удельной проводимости горных пород при помощи катушек индуктивности.

Для выполнений измерения в скважине Шлюмберже использовали специальные установки(рис.3.1).

Рис.3.1. Одна из первых установок Шлюмбереже

Метод естественного поля.

Скважинные исследования методом естественного поля (ЕП) или поля самопроизвольной поляризации (каротаж ПС) сводятся к измерению постоянных естественных потенциалов, возникающих у пластов с разной электрохимической активностью. Естественные потенциалы (потенциалы собственной поляризации) возникают при окислительно-восстановительных, диффузионно-адсорбционных и фильтрационных процессах, протекающих в различных горных породах. Зондом для измерения собственных потенциалов служат свинцовые приемные электроды. Работы  методом ПС чаще выполняются способом потенциала, то есть установкой, состоящей из одного неподвижного приемного электрода N, заземленного вблизи устья скважины, и второго электрода M, перемещаемого по скважине (рис.3.1, а). Иногда, особенно при наличии электрических помех, запись ПС ведется способом градиента потенциала. В этом случае оба приемных электрода M и N передвигаются по скважине, а расстояние между ними остается постоянным (1 - 2 м). [6].

Рис. 3.2. Схема каротажа ПС способом потенциала с полуавтоматической регистрацией: а - схема установки: 1 - блок-баланс, 2 - лебедка с коллектором, 3 - милливольтметр, 4 - регистратор, 5 - лентопротяжный механизм, соединенный гибким валиком (6) с роликом блок-баланса, 7 - диаграммная бумага, 8 - карандаш; б - диаграмма естественных потенциалов по стволу скважины: I (почва) и III (известняки) - пласты со слабой электрохимической активностью, II (суглинки) и V (глины) - пласты с положительными аномалиями ПС, IV - пласт с отрицательной аномалией ПС, характерной для проницаемых слоев

В результате работ получаются графики естественных потенциалов, измеряемые в милливольтах (см. рис.3.1, б). По аномалиям на диаграммах ПС выделяются пласты с разной электрохимической активностью. Однозначная литологическая интерпретация диаграмм ПС затруднена, т. к. естественное электрическое поле зависит от многих факторов. Чаще всего против глинистых пород наблюдаются положительные аномалии потенциала ПС, а около пористых проницаемых пластов - отрицательные. Интенсивными аномалиями положительного и отрицательного знака выделяются сульфидные залежи, пласты антрацита, графита. Слабыми аномалиями (единицы милливольт) отличаются массивные, плотные, плохо проницаемые песчаники, известняки, изверженные породы.

Скважинные исследования методом ПС служат для расчленения геологических разрезов и корреляции по соседним скважинам отдельных пластов, выявления плохо проницаемых сланцев, глин и хорошо проницаемых песков, пористых известняков, выделения сульфидных, полиметаллических руд, угля, графита, оценки пористости и проницаемости пород.

Методы электрического каротажа, основанные на дифференциации горных пород по удельному электрическому сопротивлению (УЭС), называют методами сопротивления. Их реализуют с помощью измерительных установок - зондов. Существуют нефокусированные и фокусированные зонды. [6].