🗊Презентация Полевая геофизика. Гравиразведка

Г.А. Лобова Дисциплина «Полевая геофизика». ГРАВИРАЗВЕДКА

Гравиразведка основана на изучении особенностей распределения гравитационного поля Земли.

Плотность горных пород

Плотность горных пород и руд Плотность вещества σ = m/V σ = f (мин. состав, пористость, влажность) = φ (условия первичного формирования + последующих преобразований). Избыточная плотность Δσ = σтела – σвмещ.среды Горные породы в общем случае состоят из 3-х фаз: твердой, жидкой, газообразной. Плотность пород в условиях естественного залегания: Минералогическая плотность: Объемная плотность:

м –kп е (- ∙H) Н- глубина м - минеральная плотность kп –коэффициент, пропорциональный пористости неуплотненных осадков kt – коэффициент, учитывающий фактор геологического времени е→1 при Н=0 , тогда (Н) = неуплотненных осадков е→0 Н→∞ , тогда (Н)→ м

Плотность горных пород Плотность большинства породообразующих минералов земной коры изменяется в пределах от 2.5 г/см3 до 3.2 г/см3.

Сила тяжести и ее составляющие

Напряженность гравитационного поля

Потенциал гравитационного поля (W)

Нормальное значение силы тяжести 0- нормальное значение силы тяжести для формы Земли в виде сфероида э- значение силы тяжести на экваторе 1 и 2 -коэффициенты, учитывающие влияние центробежной силы и сжатия сфероида Обновленная формула Гельмерта (мГл):

Аномалии силы тяжести Разность между наблюдённым (измеренным) значением силы тяжести (g) и нормальным (γ0) значением силы тяжести, называется аномалией силы тяжести (Δg): Δga = g - γ0. Наблюденное значение (g) включает нормальной поле Земли и поле, создаваемое плотностными неоднородностями геологического разреза. Аномалии (Δg) обусловлены геологическим телами (локальными выступами подошвы осадочного чехла, интрузии, зоны разломов, соляные купола и пр.).

РЕДУКЦИИ И АНОМАЛИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ Определение поправок силы тяжести

РЕДУКЦИИ И АНОМАЛИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ Определение поправок силы тяжести

Методы измерения силы тяжести и аппаратура

Гравиметрическая аппаратура по назначению разделяется: Гравиметрическая аппаратура по назначению разделяется: 1) Для измерения абсолютных значений силы тяжести; 2) Для измерения относительных изменений силы тяжести; 3) Для измерений градиентов силы тяжести. Измерения абсолютных значений выполняется в редких случаях (в лабораториях). Аппаратура громоздкая (сотни кг) и в практике гравиразведки не используется. Для измерений используют маятниковые приборы. Относительные измерения силы тяжести – производится определение приращения Δg по отношению к какому-то известному значению. Для измерений используются маятниковые приборы и гравиметры.

Измерения выполняются динамическими и статическими методами. При динамических методах наблюдается движение тела под действием силы тяжести, при этом измеряемой величиной является время. (Измерения могут быть и абсолютные и относительные). При статических методах наблюдается изменение положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой другой силой, уравновешивающей силу тяжести. (Измерения могут быть только относительными).

Динамические методы относительных измерений силы тяжести Динамических методы: - качание маятника, - падение тел, - колебания упругих нитей. Движение маятника описывается законом: Период колебаний не зависит от амплитуды – изохронность. Измерив периоды колебаний в точке опорной сети (где известно g0) и в изучаемой точке “i” можно определить

Статические методы Компенсация силы тяжести грузика с массой «m» выполняется за счет упругости жидкости или газа, а также электрическими, магнитными или механическими силами. Широко применяются механические пружинные системы. Под действием веса (mg) пружина растягивается и достигает равновесия при где l-длина пружины; коэф. упругости пружины. Измеряют относительные изменения поля силы тяжести относительно известного значения в опорной точке.

В практике гравиразведки широкое применение получил относительный способ измерения силы тяжести, т. е. измерения приращений в двух точках с помощью гравиметров - приборов, в которых сила тяжести сравнивается с силой деформации упругих материалов. В практике гравиразведки широкое применение получил относительный способ измерения силы тяжести, т. е. измерения приращений в двух точках с помощью гравиметров - приборов, в которых сила тяжести сравнивается с силой деформации упругих материалов. Большинство гравиметров построено по принципу пружинных весов, где в качестве уравновешивающей силы используют силу кручения горизонтальной нити, на которой укреплен рычаг - маятник c массой т. Гравиметрические приборы- одни из самых точных, они измеряют вариации гравитационного поля с точностью до стомиллионных долей.

Для повышения чувствительности гравиметра при малых изменениях Δg используют астазирование, когда чувствительная система находится в неустойчивом равновесии. Для повышения чувствительности гравиметра при малых изменениях Δg используют астазирование, когда чувствительная система находится в неустойчивом равновесии. Небольшие изменения силы тяжести приводят к тому, что равновесие нарушается, в результате чего маятник прибора отклоняется на достаточно большой угол φ, что позволяет расширить интервал измерения в 10 раз и более. Гравиметрические приборы- одни из самых точных, они измеряют вариации гравитационного поля с точностью до стомиллионных долей.

СИСТЕМА КВАРЦЕВОГО АСТАЗИРОВАННОГО ГРАВИМЕТРА

Для изучения силы тяжести на море применяют морской набортный гравиметр (например, ГМН), в котором кварцевую астазированную систему помещают в жидкость с повышенной вязкостью. Для изучения силы тяжести на море применяют морской набортный гравиметр (например, ГМН), в котором кварцевую астазированную систему помещают в жидкость с повышенной вязкостью. Высокочастотные изменения Δg, связанные с качанием подвижного основания, отфильтровывают путем взятия среднего отсчета за интервал времени t. Существуют также гравиметры для аэрогравиразведки и измерений силы тяжести по стволу скважины

Современные гравиметры (Burris Gravity Metertm) включают: - батарею (12-14 часов): - микропроцессор с автоматическим считыванием и записи показаний прибора и контролем ошибок, систему выравнивания гравиметра, металлическую измерительную пружину. Погрешность стандартного гравиметра -0.05 мгл, высокоточного – до 0.0002 мгл. Вес – около 8 кг.

Учет внешних воздействий на гравиметр Прибор очень чувствителен к внешнему воздействию: 1) Учет влияния температуры (до 120мгл/град ) - прибор помещают в сосуд Дьюара, а тот – в теплоизолирующий корпус, - используется «линейный температурный компенсатор» (дополнительная рамка, которая под действием температуры стремится повернуть измерительную рамку в обратную сторону), - используется устройство нелинейной компенсации температурного влияния. Суммарно температурный коэффициент до 0.2 мГал/град.

2) Учет влияния барометрического давления. 2) Учет влияния барометрического давления. чувствительная система помещается в герметическую камеру, устанавливается барометрический компенсатор (на противоположном грузу конце рычага помещают полый груз, т.о. чтобы его объемный момент был равен объемному моменту груза.

3) Нелинейное смещение во времени «нуль-пункта». 3) Нелинейное смещение во времени «нуль-пункта». Вызвано неидеальной упругостью измерительной системы: под нагрузкой упругие свойства материала, из которого выполнен чувствительный элемент гравиметра, изменяется во времени. Это главная погрешность. Ее устранение обеспечивается системой наблюдений с возвратом на исходный пункт опорной сети с известным уровнем поля. Строятся графики

Масштабы и типы гравиметрических съемок Гравиметрическая съемка - измерения силы тяжести в отдельных пунктах и на площадях исследований с целью получения картины распределения гравитационных аномалий. По масштабу исследований и решаемым задачам: - региональные съемки – геол.структурные и прогнозно-минерагенич. задачи. - детальные съемки – поиски МПИ, моделирование структур и рудных объектов. По расположению точек измерения: - профильные, - площадные. По расположению приборов относительно дневной поверхности: - наземные, - подземные, - аэро (приборы часто струнные, велика погрешность измерения 1.5-2 мГл – значительно больше наземной).

Выбор характера, масштаба, вида съемки и системы наблюдений По характеру расположения точек наблюдения на исследуемой площади гравиметрическая съемка может быть профильной (маршрутной) и площадной.

Маршрутную съемку выполняют по Маршрутную съемку выполняют по отдельным профилям (маршрутам), которые задают в крест предполагаемого простирания структур. Ее применяют при рекогносцировочных, поисковых работах и при отработке интерпретационных профилей.

Погрешность съемки Проектную погрешность съемки (среднюю квадратическую погрешность определения Δg) выбирают в зависимости от масштаба съемки и интенсивности предполагаемых аномалий Δg над искомыми геологическими структурами или объектами. Проектная погрешность при поисково-разведочной съемке не должна превышать 1/5, а при региональной - 1/3 минимального значения интенсивности (амплитуды) локальных аномалий Δg.

Погрешность наблюдений по опорной сети характеризуется средней квадратической ошибкой, которую рассчитывают по формуле: Погрешность наблюдений по опорной сети характеризуется средней квадратической ошибкой, которую рассчитывают по формуле: где δi - погрешность силы тяжести по контрольным наблюдениям (разность между основным и контрольным замерами); m - общее число всех наблюдений (включая контрольные); n - число контрольных точек

Общую погрешность выполненных гравиметрических наблюдений оценивают средней квадратической ошибкой расчета аномалий Буге по формуле: Общую погрешность выполненных гравиметрических наблюдений оценивают средней квадратической ошибкой расчета аномалий Буге по формуле: где εф - погрешность введения поправок за свободный воздух (зависит от погрешности задания высоты пункта наблюдения h); εБ - погрешность введения поправки Буге (включает погрешность определения высоты и средней плотности пород); εγ - погрешность расчета нормального гравитационного поля (связана с погрешностью вычисления γ0 и определения координат точек наблюдения); εр - погрешность учета влияния масс рельефа.

Первичная обработка результатов и качественная интерпретация На региональном этапе работ гравиразведка позволяет главным образом определить мощности осадочных отложений (чехла), рельеф фундамента. На поисковом этапе работ выявляются локальные аномалии. С которыми связаны перспективные в отношении нефти и газа антиклинальные складки, а также зоны разломов, отдельные тела интрузий. На разведочном этапе (высокоточная гравиразведка) уточняется геометрия локальных структур и латеральные плотностные неоднородности. В этом случае данные интерпретируются вместе с данными бурения и сейсморазведки.

Примеры качественной интерпретации аномальных значений силы тяжести ∆gБ

ТРАНСФОРМАЦИИ. ВЫДЕЛЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ АНОМАЛИЙ.

Количественная интерпретация гравитационных аномалий Интерпретация данных гравиразведки (как и других геофизических методов) основана на физико-математическом и геологическом моделировании, включающем анализ гравитационных аномалий с обязательным использованием априорной геолого-геофизической и петрофизической (плотностной) информации об изучаемом районе.

Основой интерпретации данных гравиразведки является решение прямых и обратных задач. Основой интерпретации данных гравиразведки является решение прямых и обратных задач. Прямая задача гравиразведки состоит в определении элементов поля силы тяжести по заданному распределению его источников, когда известны форма, размеры, глубина залегания и величина избыточной плотности. Обратная задача гравиразведки ставит противоположную цель - нахождение параметров объекта (формы, размеров, глубины залегания, избыточной плотности) по известному распределению элементов силы тяжести.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ. СПОСОБ ПОДБОРА. Палетка Гамбурцева (а) и пример ее использования для решения прямой и обратной задач гравиразведки (б). Графики : 1- расчетный, полученный с использованием палетки Гамбурцева; 2- наблюденный

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ. ПРОСТЕЙШИЕ ТЕЛА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ МЕЗОЗОЙСКО-КАЙНОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ Геологический разрез и кривая ∆ g по профилю через северную часть гряды Чернышова и Роговское поднятие в Печорском угленосном бассейне (по Б.Д. Полетаеву)

ПЛОТНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ Кривые g(x,0),GH (x,0) и поле GH (x,z) в вертикальной плоскости для однородного по плотности тела, представляющего нефтегазовое месторождение (б). Выделенная часть тела имеет пониженную плотность.

ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ ЛОВУШЕК НЕФТИ И ГАЗА Кривая ∆g и поле GH (x,z) для профиля в центральной части (а) и поле GH (x,z) для профиля в законтурной части (б) Степновского месторождения нефти и газа ( по Ю.П. Конценебину) 1- изолинии GH (x,z) 2- схематическое положение залежи нефти и газа