Геологоразведочная геофизика - Exploration geophysics

Разведочная геофизика - это прикладная отрасль геофизики и экономической геологии , которая использует физические методы, такие как сейсмические, гравитационные, магнитные, электрические и электромагнитные на поверхности Земли, для измерения физических свойств недр, а также аномалий в этих свойствах. . Чаще всего он используется для обнаружения или определения наличия и положения экономически полезных геологических отложений, таких как рудные полезные ископаемые; ископаемое топливо и другие углеводороды ; геотермальные резервуары; и резервуары подземных вод .

Разведочную геофизику можно использовать для прямого обнаружения целевого типа минерализации путем непосредственного измерения его физических свойств. Например, можно измерить контрасты плотности между плотной железной руды и более легкой силикатной вмещающей породой, или один может измерить электропроводность контраст между проводящими сульфидными минералами и резистивным силикатом вмещающей породой.

Геофизические методы

Основные используемые методы:

Сейсмическая томография для определения местоположения землетрясений и помощи в сейсмологии
Сейсмология отражения и сейсмическая рефракция для картирования структуры поверхности региона.
Геодезия и гравиметрия , в том числе гравитационная градиентометрия .
Магнитные методы , включая аэромагнитные исследования для картирования магнитных аномалий.
Электрические методы , включая томографию электрического сопротивления и наведенную поляризацию .
Электромагнитные методы , такие как магнитотеллурики , георадар , электромагнетизм переходного / временной область и SNMR .
Скважинная геофизика , также называемая каротажем .
Методы дистанционного зондирования , включая гиперспектральную съемку .

Многие другие методы или способы 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.

Использует

Геологоразведочная геофизика также используется для картирования подземной структуры региона, для выяснения нижележащих структур, пространственного распределения горных пород и для обнаружения таких структур, как разломы, складки и интрузивные породы. Это косвенный метод оценки вероятности залежей руды или скоплений углеводородов.

Методы, разработанные для поиска месторождений полезных ископаемых или углеводородов, также могут быть использованы в других областях, таких как мониторинг воздействия на окружающую среду, получение изображений подземных археологических раскопок, исследования подземных вод, картографирование подземной солености, исследования объектов гражданского строительства и межпланетные изображения.

Разведка полезных ископаемых

Магнитометрические исследования могут быть полезны для определения магнитных аномалий, которые представляют собой руду (прямое обнаружение) или, в некоторых случаях, жильные минералы, связанные с рудными месторождениями (косвенное или логическое обнаружение).

Самый прямой метод обнаружения руды с помощью магнетизма включает обнаружение минерализации железной руды путем картирования магнитных аномалий, связанных с полосчатыми железными образованиями, которые обычно в некоторой степени содержат магнетит . Скарновая минерализация, которая часто содержит магнетит, также может быть обнаружена, хотя сами рудные минералы будут немагнитными. Точно так же магнетит, гематит и часто пирротин являются обычными минералами, связанными с гидротермальными изменениями , и эти изменения могут быть обнаружены, чтобы сделать вывод о том, что некоторые гидротермальные явления минерализации повлияли на породы.

Гравиметрическая съемка может использоваться для обнаружения плотных массивов горных пород в вмещающих образованиях менее плотных вмещающих пород. Это может быть использовано для прямого обнаружения рудных залежей типа долины Миссисипи , залежей руды IOCG, залежей железной руды, залежей скарна и солевых диапиров, которые могут образовывать ловушки для нефти и газа.

Электромагнитные (ЭМ) исследования могут использоваться для обнаружения широкого спектра залежей полезных ископаемых, особенно сульфидов цветных металлов, путем обнаружения аномалий проводимости, которые могут возникать вокруг сульфидных тел в недрах. Электромагнитная съемка также используется при разведке алмазов (где кимберлитовые трубки, как правило, имеют более низкое сопротивление, чем вмещающие породы), разведке графита , размещенных в палеоканалах урановых залежах (которые связаны с неглубокими водоносными горизонтами, которые часто реагируют на электромагнитные исследования в проводящих перекрывающих породах ). Это косвенные методы определения минерализации, поскольку искомый товар не является проводящим напрямую или недостаточно проводящим, чтобы его можно было измерить. Электромагнитная съемка также используется при обнаружении неразорвавшихся боеприпасов , археологических и геотехнических исследованиях.

Региональные ЭМ-исследования проводятся с помощью воздушных методов с использованием либо самолетов, либо вертолетов. Методы поверхностной ЭМ основаны в основном на методах нестационарной ЭМ с использованием контуров на поверхности с поверхностным приемником или скважинного инструмента, опускаемого в ствол скважины, который пересекает массив минерализации. Эти методы могут отображать сульфидные тела в пределах земли в 3-х измерениях и предоставлять информацию геологам для направления дальнейшего разведочного бурения на известную минерализацию. Петлевые исследования поверхности редко используются для региональных исследований, однако в некоторых случаях такие исследования могут быть успешно использованы (например, исследования SQUID для никелевых рудных тел).

Методы электрического сопротивления, такие как методы наведенной поляризации, могут быть полезны для прямого обнаружения сульфидных тел, угля и резистивных пород, таких как соль и карбонаты.

Сейсмические методы также могут использоваться для разведки полезных ископаемых, поскольку они могут обеспечить изображения геологических структур с высоким разрешением, содержащих месторождения полезных ископаемых. Используются не только наземные сейсморазведочные работы, но и методы скважинной сейсморазведки. В целом использование сейсмических методов для разведки полезных ископаемых неуклонно растет.

Разведка углеводородов

Методы сейсмического отражения и преломления являются наиболее широко используемыми геофизическими методами при разведке углеводородов. Они используются для картирования подповерхностного распределения стратиграфии и его структуры, что может быть использовано для определения потенциальных скоплений углеводородов, как стратиграфических, так и структурных отложений или «ловушек». Каротаж скважин - еще один широко используемый метод, поскольку он обеспечивает необходимую информацию с высоким разрешением о свойствах породы и флюидов в вертикальном разрезе, хотя они ограничены по площади. Это ограничение площади является причиной того, почему методы сейсмического отражения так популярны; они обеспечивают метод интерполяции и экстраполяции каротажной информации на гораздо большую площадь.

Гравитация и магнетизм также довольно часто используются при разведке нефти и газа. Их можно использовать для определения геометрии и глубины покрытых геологических структур, включая поднятие , погружение впадин , разломов , складок , магматических интрузий и соляных диапиров благодаря их уникальной плотности и сигнатурам магнитной восприимчивости по сравнению с окружающими породами, последнее особенно полезно для металлические руды.

Методы дистанционного зондирования , в частности, гиперспектральная визуализация , использовались для обнаружения микроспутников углеводородов с использованием спектральных характеристик геохимически измененных почв и растительности.

В частности, в море используются два метода: морское сейсмическое отражение и электромагнитный каротаж морского дна (SBL). Морская магнитотеллурия (mMT) или морская электромагнитная технология с контролируемым источником (mCSEM) могут обеспечить псевдопрямое обнаружение углеводородов путем обнаружения изменений удельного сопротивления над геологическими ловушками (по сигналам сейсморазведки).

Гражданское строительство

Наземный радар

Подземный радар - это неинвазивный метод, который используется в гражданском строительстве и инженерном строительстве для различных целей, включая обнаружение инженерных сетей (подземные воды, газ, канализация, электрические и телекоммуникационные кабели), картографирование мягких грунтов и покрывающих пород для геотехнических нужд. характеристика и другие подобные использования.

Спектральный анализ поверхностных волн

Метод спектрального анализа поверхностных волн (SASW) - еще один неинвазивный метод, который широко используется на практике для изображения профиля скорости поперечной волны в почве. Метод SASW основан на дисперсионной природе волн Рэлея в слоистых средах, т. Е. Скорость волны зависит от частоты нагрузки. Таким образом, профиль материала, основанный на методе SASW, получают в соответствии с: a) построением экспериментальной кривой дисперсии путем проведения полевых экспериментов, каждый раз с использованием различной частоты нагружения, и измерения скорости поверхностной волны для каждой частоты; б) построение теоретической кривой дисперсии в предположении пробного распределения свойств материала слоистого профиля; c) изменение свойств материала слоистого профиля и повторение предыдущего шага до тех пор, пока не будет достигнуто совпадение между экспериментальной кривой дисперсии и теоретической кривой дисперсии. Метод SASW визуализирует слоистый (одномерный) профиль скорости поперечной волны для почвы.

Полная инверсия формы волны

Методы полной инверсии формы волны (FWI) являются одними из самых последних методов геотехнической характеристики участка и все еще находятся в непрерывном развитии. Этот метод является довольно общим и позволяет отображать произвольно неоднородные профили скорости продольных и поперечных волн в грунте.

Упругие волны используются для зондирования исследуемого участка путем размещения сейсмических вибраторов на поверхности земли. Эти волны распространяются через почву, и из-за неоднородной геологической структуры исследуемого участка возникают множественные отражения и преломления. Реакция площадки на сейсмический вибратор измеряется датчиками (геофонами), также размещенными на поверхности земли. Для профилирования на основе полной инверсии формы сигнала требуются два ключевых компонента. К этим компонентам относятся: а) компьютерная модель для моделирования упругих волн в полубесконечных областях; и b) структура оптимизации, с помощью которой вычисленный отклик сопоставляется с измеренным откликом посредством итеративного обновления первоначально предполагаемого распределения материала для почвы.

Другие техники

Гражданское строительство может также использовать информацию дистанционного зондирования для топографического картирования, планирования и оценки воздействия на окружающую среду. Аэромагнитные исследования также используются для определения характеристик рыхлых отложений при проектировании и строительстве дорог, плотин и других сооружений.

Магнитотеллурия оказалась полезной для определения границ резервуаров подземных вод, картирования разломов вокруг участков, где хранятся опасные вещества (например, атомных электростанций и хранилищ ядерных отходов), а также для мониторинга предвестников землетрясений в областях с крупными сооружениями, такими как плотины гидроэлектростанций, подверженных высоким уровням сейсмическая активность.

BS 5930 - это стандарт, используемый в Великобритании в качестве свода правил для исследований на местах.

Археология

Наземный радар можно использовать для картирования захороненных артефактов , таких как могилы, морги, места затонувших кораблей и других неглубоких археологических памятников.

Наземные магнитометрические исследования могут использоваться для обнаружения захороненных черных металлов, полезны при съемке затонувших кораблей, современных полей сражений, усеянных металлическим мусором, и даже незначительных нарушений, таких как крупномасштабные древние руины.

Для обнаружения кораблекрушений можно использовать гидроакустические системы.

Криминалистика

Радиолокатор может использоваться для обнаружения захоронений.

Обнаружение неразорвавшихся боеприпасов

Магнитные и электромагнитные исследования могут использоваться для обнаружения неразорвавшихся боеприпасов .

Languages

In other projects