Геологоразведочная геофизика - Exploration geophysics

Геологоразведочная геофизика прикладная ветвь геофизика и экономическая геология, который использует физические методы, такие как сейсмические, гравитационные, магнитные, электрические и электромагнитные на поверхности земной шар 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 руда минералы; ископаемое топливо и другие углеводороды; геотермальный резервуары; и грунтовые воды водохранилища.

Разведочную геофизику можно использовать для прямого обнаружения целевого типа минерализации путем непосредственного измерения ее физических свойств. Например, можно измерить контраст плотности между плотными железная руда и зажигалка силикат вмещающая порода, или можно измерить электрическая проводимость контраст между проводящими сульфидные минералы и резистивная силикатная вмещающая порода.

Геофизические методы

Основные используемые методы:

  1. Сейсмическая томография обнаруживать землетрясения и помогать в Сейсмология
  2. Отражательная сейсмология и сейсмическая рефракция для отображения структуры поверхности региона.
  3. Геодезия и методы гравитации, в том числе гравитационная градиентометрия.
  4. Магнитные техники, в том числе аэромагнитная съемка для картирования магнитных аномалий.
  5. Электротехника, в том числе томография электросопротивления и наведенная поляризация.
  6. Электромагнитные методы, Такие как магнитотеллурика, георадар, переходные процессы / электромагнетизм во временной области и SNMR.
  7. Скважинная геофизика, также называемый каротаж.
  8. Методы дистанционного зондирования, в том числе гиперспектральное изображение.

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 основных 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 использоваться в других областях, таких как мониторинг воздействия на окружающую среду, визуализация недра археологический участки, исследования грунтовых вод, картирование подповерхностной солености, гражданское строительство исследования на месте и межпланетная съемка.

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 железная руда минерализации путем картирования магнитных аномалий, связанных с полосчатые железные образования которые обычно содержат магнетит в какой-то пропорции. Скарн минерализация, которая часто содержит магнетит, также может быть обнаружена, хотя сами рудные минералы будут немагнитными. Точно так же магнетит, гематит и часто пирротин общие минералы, связанные с гидротермальные изменения, и это изменение может быть обнаружено, 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 формациях менее плотных вмещающих пород. Это можно использовать для прямого обнаружения Тип рудных месторождений долины Миссисипи, IOCG рудные месторождения, месторождения железной руды, месторождения скарна и солевые диапиры, которые могут образовывать ловушки для нефти и газа.

Электромагнитный (EM) исследования могут быть использованы для обнаружения большого количества месторождений полезных ископаемых, особенно сульфидов цветных металлов, путем обнаружения аномалий проводимости, которые могут образовываться вокруг сульфидных тел в недрах. Электромагнитная съемка также используется в алмаз разведка (где кимберлит трубы имеют более низкое сопротивление, чем вмещающие породы), графит исследование, месторождения урана в палеоканале (которые связаны с неглубокими водоносными горизонтами, которые часто реагируют на электромагнитные исследования в проводящих перекрывающих пластах). Это косвенные методы определения минерализации, поскольку искомый товар не является проводящим напрямую или недостаточно проводящим, чтобы его можно было измерить. Электромагнитная съемка также используется в неразорвавшиеся боеприпасы, археологические и геотехнические исследования.

Региональные ЭМ-исследования проводятся с помощью воздушных средств, с использованием либо самолетов, либо вертолетов. Методы поверхностной ЭМ основаны в основном на методах переходной 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.[1]

Разведка углеводородов

Сейсмическое отражение и преломление методы являются наиболее широко используемым геофизическим методом при разведке углеводородов. Они используются для картирования подповерхностного распределения стратиграфии и его структуры, что может быть использовано для обозначения 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 горных пород 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.

Сила тяжести и магнетизм также довольно часто используются при разведке нефти и газа. Их можно использовать для определения геометрии и глубины скрытых геологических структур, включая подъемы, опускающиеся бассейны, недостатки, складки, магматические вторжения и солевые диапиры из-за их уникальных плотность и магнитная восприимчивость сигнатуры по сравнению с окружающими породами, последняя особенно полезна для металлических руд.

Дистанционное зондирование техники, в частности гиперспектральное изображение, были использованы для обнаружения микроспутников углеводородов с помощью спектральная подпись геохимически измененных почв и растительности.[2][3]

В частности, в море используются два метода: морское сейсмическое отражение и электромагнитный каротаж морского дна (SBL). Морская магнитотеллурия (мМТ) или же морской управляемый источник электромагнитного излучения (mCSEM) может обеспечивать псевдопрямое обнаружение углеводородов путем обнаружения изменений удельного сопротивления над геологическими ловушками (по сигналам сейсморазведки).[4]

Гражданское строительство

Наземный радар

Наземный 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 геотехнический характеристика и другие подобные использования.

Спектральный анализ поверхностных волн

Метод спектрального анализа поверхностных волн (SASW) - это еще один неинвазивный метод, который широко используется на практике для получения изображения профиля скорости поперечной волны в почве. Метод SASW основан на дисперсионной природе волн Рэлея в слоистых средах, то есть 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 стадии непрерывной разработки. Этот метод является довольно общим и позволяет отображать произвольно неоднородные профили скорости продольных и поперечных волн в грунте.[5][6]

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;[7] и b) структура оптимизации, с помощью которой вычисленный отклик сопоставляется с измеренным откликом посредством итеративного обновления первоначально предполагаемого распределения материала для почвы.[8]

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.

Магнитотеллурика доказал свою полезность для разграничения резервуаров подземных вод, картирования разломов вокруг мест хранения опасных веществ (например, атомных электростанций и хранилищ ядерных отходов), а также для мониторинга предвестников землетрясений в районах с крупными сооружениями, такими как плотины гидроэлектростанций, подверженных высоким уровням сейсмических воздействий. Мероприятия.

BS 5930 - это стандарт, используемый в Великобритании в качестве свода правил при проведении расследований на местах.

Археология

Смотрите также: Геофизические исследования (археология)

Наземный радар можно использовать для карты погребенного артефакты, например, могилы, морги, места затонувших кораблей и другие неглубокие археологические памятники.

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

Для обнаружения кораблекрушений можно использовать гидроакустические системы.

Криминалистика

Наземный радар может использоваться для обнаружения захоронений.

Обнаружение неразорвавшихся боеприпасов

Магнитные и электромагнитные исследования могут использоваться для определения местоположения неразорвавшиеся боеприпасы.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Малехмир, Алиреза; Урошевич, Милован; Бельфлер, Жиль; Джухлин, Кристофер; Милкерайт, Бернд (сентябрь 2012 г.). «Сейсмические методы при разведке полезных ископаемых и планировании горных работ - Введение». Геофизика. 77 (5): WC1 – WC2. Дои:10.1190 / 2012-0724-SPSEIN.1. HDL:20.500.11937/5522. ISSN  0016-8033.
  2. ^ Khan, S.D .; Якобсон, С. (2008). «Дистанционное зондирование и геохимия для обнаружения микропросветов углеводородов». Бюллетень Геологического общества Америки. 120 (1–2): 96–105. Bibcode:2008GSAB..120 ... 96K. Дои:10.1130 / b26182.1.
  3. ^ Петрович, А .; Khan, S.D .; Чафец, Х. (2008). «Дистанционное обнаружение и геохимические исследования для обнаружения изменений, вызванных углеводородами, в долине Лиссабона, штат Юта». Морская и нефтяная геология. 25 (8): 696–705. Дои:10.1016 / j.marpetgeo.2008.03.008.
  4. ^ Стефан Сейнсон, Электромагнитный каротаж морского дна, новый инструмент для геофизиков. Эд. Springer, 2017 г.
  5. ^ Калливокас, Л.Ф .; Фатхи, А .; Kucukcoban, S .; Stokoe II, K.H .; Bielak, J .; Гаттас, О. (2013). «Определение характеристик участка с использованием полной инверсии формы волны». Динамика почвы и сейсмостойкость. 47: 62–82. Дои:10.1016 / j.soildyn.2012.12.012.
  6. ^ Фатхи, Араш; Поурсартип, Бабак; Stokoe II, Kenneth H; Калливокас, Лукас Ф. (2016). «Трехмерное профилирование скорости продольных и поперечных волн на геотехнических объектах с использованием полной инверсии формы волны на основе полевых данных». Динамика почвы и сейсмостойкость. 87: 63–81. Дои:10.1016 / j.soildyn.2016.04.010.
  7. ^ Фатхи, Араш; Поурсартип, Бабак; Калливокас, Лукас (2015). «Гибридные формулы во временной области для моделирования волн в трехмерных неоднородных средах, усеченных PML». Международный журнал численных методов в инженерии. 101 (3): 165–198. Bibcode:2015IJNME.101..165F. Дои:10.1002 / nme.4780.
  8. ^ Фатхи, Араш; Калливокас, Лукас; Поурсартип, Бабак (2015). «Полная инверсия формы волны в трехмерной упругой среде, усеченной PML». Компьютерные методы в прикладной механике и технике. 296: 39–72. arXiv:1504.08340. Bibcode:2015CMAME.296 ... 39F. Дои:10.1016 / j.cma.2015.07.008.