Геофизические методы поисков применяются для выявления и изучения геофизических аномалий, связанных с полезными ископаемыми. Геофизические методы составляют предмет специальных курсов. Здесь мы рассмотрим основные принципы применения этих методов для поисков. Главным условием успешного применения геофизики при поисках является тщательный, вдумчивый анализ геологической природы геофизических аномалий, устанавливаемый при их совмещении с геологическими и геохимическими материалами, изучении вещественного состава и физических свойств пород на поверхности и в разрезе аномалий.
Геофизические методы подразделяют:
- по возможности обнаружения полезных ископаемых - на прямые и косвенные;
- по характеру аномалий – на магниторазведку, гравиразведку, электроразведку, сейсморазведку, радиометрические, ядернофизические. Реже применяются термометрические и биофизические методы. Прямые геофизические методы поисков применимы для ограниченного вида полезных ископаемых, чаще эти методы используются как косвенные.
Магниторазведка – это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли, древнейший геофизический метод поисков. Как прямой метод применяется для поиска МПИ, сложенных минералами-ферромагнетиками. Их число невелико – магнетит, титаномагнетит, пирротин. Для поисков магнитных руд измерение напряженности магнитного поля применяется с XVIII в.
Форма аномалий зависит от строения аномалиеобразующих объектов, различаются линейные (в том числе знакопеременные полосовые), изометричные, иногда концентрически-зональные. В зависимости от наличия и концентрации ферромагнетиков характер аномалий меняется от четких положительных, сопряженных с такими же четкими отрицательными до размытых неконтрастных отрицательных. Последние обычно создают геофизический фон. На картах максимумы магнитного поля (значения выше условного нуля, рассчитанного для каждого конкретного региона) показаны синим тоном, отрицательные – розовым. Интенсивность поля отражается густотой окраски. Примеры крупнейших месторождений, выявленных магнитометрическими методами – месторождения КМА, гора Магнитная.
Основными параметрами геомагнитного поля являются полный вектор напряженности и его составляющие по осям координат. Значения параметров магнитного поля Земли зависят, с одной стороны, от намагниченности всей Земли как космического тела (нормальное поле), а с другой стороны, разной интенсивности намагничивания геологических формаций, обусловленной различием магнитных свойств пород и напряженности магнитного поля Земли как в настоящее время, так и в прошедшие геологические эпохи (аномальное поле). От других методов разведочной геофизики магниторазведка отличается наибольшей производительностью (особенно аэромагниторазведка).
Магниторазведка также широко применяется при геологическом картировании, структурных исследованиях, поисках полезных ископаемых, изучении геологической среды. Магнитные методы применяются не только для поисков и разведки, но и для глобальных исследований геомагнетизма и палеомагнетизма.
Косвенное использование магниторазведки основано на заметном, хотя и не столь контрастном, как в вышеприведенных примерах, различии магнитных свойств у слабомагнитных и немагнитных пород и руд. Магниторазведка позволяет уточнять распространение породных комплексов, в том числе и потенциально рудоносных. Например, базальты и риолиты, граниты и роговики четко различаются на магнитных картах масштаба 1:25 000-1:50 000- 1:100 000, а на их контактах часто концентрируются разнообразные руды. Положительные аномалии умеренной интенсивности отражают кимберлитовые трубки на платформах (при условии, если здесь нет траппов, «заглушающих» сигнал от кимберлитов). Концентрически-зональные знакопеременные аномалии отражают многофазные интрузии, в том числе ультраосновных-щелочных, карбонатитовых и других рудоносных пород. Узкие линейные аномалии и зоны градиентов (т.е. области резкого перепада значений поля) отражают и прослеживают (в том числе под задерновкой) разрывные нарушения, часто рудоконтролирующие. На площади развития терригенных пород положительные аномалии обычно фиксируют пирротинизацию пирита в зонах сульфидной вкрапленности. Такие пирротинизированные участки связаны с зональным термальным метаморфизмом и в целом совпадают с зонами метаморфогенного биотита («биотитовые купола»). На периферии последних концентрируется рудное золото. Некоторые немагнитные руды (например, медно-цинковые колчеданные) становятся магнитными при наложении на них более позднего контактового метаморфизма в связи с послерудными интрузиями – например, на Сибайском месторождении выделяются медно-пирротиновые и медно-магнетитовые руды на пересечении медно-цинковых колчеданных залежей дайками диабазов.
Наряду с обычной площадной магниторазведкой масштаба 1:25 000-1:50 000-1:100 000 (как правило, выполненной в аэроварианте), отражающей общую структуру рудного поля, рудного узла, для детальных поисков часто используют детальную профильную наземную магниторазведку (с шагом наблюдений 1-20 м), выявляющую локальные магнитовозмущающие объекты, (например, слабо магнитные контактовые зоны немагнитных кварцевых жил среди таких же немагнитных песчаников и сланцев). Такие детальные профили обязательно сопровождаются тщательной документацией каменного материала (по коренным выходам и высыпкам среди задерновки) для достоверной геологической интерпретации аномалий. Детальной наземной магнитометрией в речных долинах можно выявить участки скопления шлихового магнетита, отражающие благоприятные условия для накопления тяжелых минералов, в том числе промышленно ценных (золото, алмазы и др.).
Таким образом, магниторазведка - наиболее универсальный метод, который при нынешнем уровне аппаратурной точности может эффективно применяться в любых физико-геологических условиях для решения многих геологических задач.
Примерами геологическими задачами, стоящих перед магнитометрией, являются:
- картирование и обнаружение скрытого магматизма, с которым генетически связано оруденение;
- поиск, определение морфологии и параметров тел магнитных пород и руд;
- в совокупности с другими геолого-геофизическими методами, структурно-тектонический анализ изучаемых площадей.
При обработке и интерпретации магнитометрических данных используются различные виды фильтров и трансформаций (в 1D и 2D вариантах), а также методы определения морфологии аномалиеобразующих объектов и их глубин.
В 2D варианте применяются различные сглаживающие фильтры, продолжение магнитного поля вверх и вниз, выделение региональной составляющей, снятие тренда, выделение высокочастотной составляющей, расчёт горизонтальных и вертикальной производных, редукция к полюсу. Путём применения совокупности фильтров строятся карты кажущейся магнитной восприимчивости.
Магниторазведка в режиме 3D дает локализацию в плане (путём построения карты аналитического сигнала) аномалиеобразующих источников и определяет глубины до них. Количественные оценки, полученные по этой методике довольно точны. Использование компьютерной техники и соответствующего программного обеспечения позволяет оперативно производить обработку и интерпретацию измеренных данных прямо в полевых условиях.
Магниторазведка – один из самых простых по устройству традиционно применяемой аппаратуры, по исполнению и дешевых геофизических методов. В то же время современные приборы – протонные и квантовые магнитометры с точностью наблюдений до 0,002 нанотесл, несмотря на высокую стоимость (до 50-80 тыс. долларов), позволяют эффективно решать задачи поисков немагнитных ПИ (нефти, алмазов, золота, платины и др.), в том числе в скважинном варианте. Такие сверхточные замеры позволяют детально расчленить геологический разрез даже по незначительному различию в содержании ферромагнетиков, с выделением слабо аномальных интервалов, некоторые из которых (например, насыщенные углеводородами, сопровождаемые повышенной концентрацией сероводорода Н2S и поэтому концентрирующие пирит и замещающий его магнитный пирротин) могут иметь прямое поисковое значение. Другой пример – медистые песчаники Приуралья часто содержат незначительную, но почти повсеместную примесь магнетита и поэтому также могут выделяться высокоточной магниторазведкой. Аналогичным образом слабая пирротинизация вмещающих пород, часто имеющая место на контакте немагнитных кварцевых жил, в том числе рудных, позволяет обнаруживать и прослеживать такие объекты.
Глубинность наземной и аэромагнитной разведки при благоприятных условиях достигает 500-2 000 м.
Гравиразведка, гравиметрическая разведка, метод разведочной геофизики, основанный на изучении естественного поля силы тяжести на земной поверхности. Информация о гравитационном поле позволяет устанавливать строение изучаемых площадей на различных глубинах по распределению в земной коре геол. тел разл. плотности. При региональных исследованиях гравиразведка решает задачи тектонического и литолого-петрографического районирования и геологического картирования, составления прогнозных карт. Детальная гравиразведка применяется для уточнения геол. строения перспективных участков, поисков и разведки различных полезных ископаемых в их пределах. Гравиразведка применяется также при решении задач инженерной геологии и геодезии.
В силу дороговизны и сложности методики редко применяется при детальных поисках. Обычно материалы гравиметрических съемок имеют масштаб 1:100 000 -1:500 000 и используются для расшифровки наиболее крупных элементов тектонического строения, имеющих глубинную природу. Гравиразведка эффективно выявляет (по резким отрицательным аномалиям) соляные купола (положительные структуры для нефти), невскрытые гранитные массивы (перспективные структуры для редких металлов), мощные зоны дробления (контролирующие размещение многих рудных и неметаллических ПИ), создающие дефицит плотности пород и силы тяжести.
В некоторых металлогенических зонах, сложенных на поверхности слабо контрастными по удельной плотности терригенными породами, подмечена закономерная приуроченность рудных полей и узлов определенного типа к максимумам силы тяжести, предположительно отражающим залегание на глубине магматических масс основного состава. Таковы, например, золото-антимонитовые рудные поля в Адыча-Тарынской рудной зоне Вост. Якутии, ртутные месторождения Нагольного кряжа в Вост. Донбассе.
Неизмененные массивы ультрабазитов и габбро, мощные покровы базальтов выделяются четкими максимумами, а участки серпентинизации, зоны рассланцевания и гидротермального изменения в них – такими же минимумами. Зоны градиентов (гравитационные ступени, читаемые по сгущению изоаномал) отражают продольные разломы, коленообразные смещения гравитационного поля в плане, тупиковые окончания линейных аномалий – поперечные нарушения. И те, и другие, а особенно их сопряжения имеют рудоконтролирующее значение. Детальная гравиразведка (масштаб 1:10 000-1:50 000) применяется редко, обычно там, где есть шансы обнаружить крупные скопления аномально тяжелых руд, например, хромитов, не выявляемых другими геофизическими методами, а также для выявления линейных зон дробления и гидротермального окварцевания, часто золотоносных.
В Башкирии гравиразведка впервые была проведена в 1931 г. в Ишимбайском районе и способствовала открытию Ишимбайского месторождения нефти. В 1930—50‑е гг. объемы гравиразведочных работ с целью поисков углеводородов в платформенной части значительно возросли. В начале 1940‑х гг. разработан комплекс геофизических методов поисков и разведки рифовых массивов, включающий гравиразведку и электроразведку. В 1950—56 гг. проводились исследования по выявлению геологической природы аномалий гравитационных полей. На основе данных измерения гравитационного поля составлена схема тектонического районирования Башкортостана в масштабе 1:500 000, которая была использована при поиске нефтяных и газовых месторождений. В 1960—70‑е гг. на всей территории Башкирии проводилась гравиметрическая съёмка масштаба 1:200 000, составлены гравиметрические карты всей территории РБ в масштабе 1:200 000. В комплексе с др. геофизическими методами проведена гравиметрическая съёмка в масштабе 1:50 000 в Магнитогорском мегасинклинории, уточнены геологическое строение вост. части республики и направление поисковых работ на различные полезные ископаемые. В результате съёмок построены карты аномалий силы тяжести в масштабе 1:50 000. В 1970—80 гг. гравиразведка в масштабе 1:10 000 (в комплексе с электроразведкой и магниторазведкой) проводилась в Бурибайском, Сибайском, Абзелиловском, Учалинском рудных районах РБ с целью поисков руд цветных металлов. В результате исследований открыты глубоко залегающие рудные залежи Юбилейного медноколчеданного месторождения и перспективные на колчеданные руды рудопроявления Самарское, Ташкулинское, Северо-Мамбетовское, Хворостянское и др. В железорудных районах Башкирского Урала гравиметрические съёмки в масштабе 1:10 000 выполнены на большинстве известных рудных полей. С 1995 г. данные гравиразведки используются при издании Государственной геологической карты РФ в масштабе 1:200 000. С 2000 г. в РБ ведутся комплексные исследования додевонских отложений платформенной части РБ по системе региональных профилей с целью определения их углеводородного потенциала, включающие гравиразведочные работы.
В осевой части Магнитогорского мегасинклинория, к югу от г. Магнитогорска, в Кизильской структурно-фациальной зоне, сложенной на поверхности однообразными по составу и физическим свойствам известняками, выделяются вытянутые в меридиональном направлении резкие отрицательные аномалии силы тяжести. Некоторые из них, сопряженные с положительными магнитными аномалиями, могут отражать невскрытые массивы гранитоидов, подобные Магнитогорской интрузии, с которой связано одноименное месторождение железных руд.
Заверка бурением некоторых локальных аномалий силы тяжести на Сибирской и Канадской платформах в 1980-1990-е гг. привела к открытию «слепых» (не выходящих на поверхность) кимберлитовых трубок, в том числе алмазоносных. На этих объектах замеряемый приборами дефицит плотности горных пород создают не столько сами глубоко залегающие кимберлиты, сколько деформации перекрывающих их пород (например, в Якутии это нередко «просадки» в горизонтальной толще пермских отложений над погребенными ими трубками взрыва).
В настоящее время локальные отрицательные аномалии силы тяжести, сопровождаемые геохимическими аномалиями золота и его спутников (As, Ba, Ag, Pb, W и др.), используются для оконтуривания площадей оценки прогнозных ресурсов рудного золота категории Р2 при поисковых работах ОАО «Башкиргеология» в Учалинском районе.
Глубинность гравиразведки достигает первых километров.
Электроразведка – раздел геофизических методов исследования геологического строения Земли, основанный на дифференциации горных пород и руд по электропроводности, диэлектрической и магнитной проницаемости, поляризуемости и электрохимической активности. Обширная группа методов, использующих замеры характеристик природных и искусственно созданных электрических полей наиболее часто применяется для поисков металлических руд и подземных вод. Наиболее применяемые разновидности площадных (профильных, проводимых с поверхности) работ: ВЭЗ – вертикальное электрозондирование, СЭП – симметричное электропрофилирование, ВП – вызванной поляризации, ЕЭП – естественного электрического поля.
В скважинах также используются различные методы, в частности КС (каротаж сопротивлений), выполняемый путем измерения силы тока в питающей и напряжения в приемной линиях и вычисления кажущихся сопротивлений ρк пород при перемещении измерительного зонда вдоль скважины при отсутствии обсадных металлических труб. Контакт питающих и приемных электродов со стенкой скважины осуществляется либо через буровой раствор, заполняющий ствол скважины, либо (в сухих скважинах) путем специального прижима электродов к стенке. При работах в скважинах, заполненных водой, измерения могут выполняться непрерывно в процессе перемещения зонда, в сухих скважинах измерения выполняются в точечном режиме. Результатом каротажа являются каротажные диаграммы (графики зависимости ρкот глубины). При интерпретации каротажных диаграмм определяется положение границ пород, пересекаемых скважиной, и их удельных электрических сопротивлений. В Башкирии при поисках колчеданных месторождений популярен также МЗ - метод заряда, изучающий электрический потенциал или градиент потенциала на поверхности земли. Потенциал создается в скважине искусственным источником тока в заряжаемом теле. Заряжаемым телом может служить либо опускаемый в скважину мешочек с солью, создающий при растворении электролит с повышенной электропроводностью (гидрогеологический вариант), либо вскрытый скважиной рудный проводник. Изучение эквипотенциальных линий на поверхности земли позволяет судить в первом случае о направлении и скорости фильтрации подземных вод, во втором — о протяженности и конфигурации проводящего рудного объекта.
Обычно в электроразведке замеряют электрическое сопротивление пород, через которые пропускают постоянный или переменный ток. Чем меньше сопротивление, тем больше содержание проводящих минералов – рудных (сульфидов, оксидов железа и др.), графита, а также подземных вод, особенно минерализованных. В разрезе рудоносных кор выветривания, содержащих продуктивные залежи, часто можно выделить несколько стратифицированных горизонтов, если их составляющие достаточно контрастно различаются по физическим свойствам в пределах реальной чувствительности электроразведочных методов. Электроразведочные исследования на рудных полях проводятся для уточнения основных структурных характеристик верхней части разреза и прослеживания положения геологических границ в межскважинном пространстве. С их помощью в корах выветривания решаются следующие задачи:
- определение морфологии (границ) подошвы и мощности перекрывающих неоген-четвертичных отложений;
- определение границы дресвяно-глинистых образований коры выветривания с подстилающими коренными породами;
- определение положения и типа тектонических нарушений;
- выявление аномалий, связанных с оруденением;
- определение положения уровня подземных вод.
Площадные электроразведочные работы опережают бурение и начинаются с опытно-методических работ на эталонных профилях. Целью последних является уточнение методики проведения работ и оценка эффективности в реальных условиях площади. В качестве эталонной используют разведочные линии, на которых имеются скважины с полными данными опробования, позволяющими провести сопоставление полученных результатов с характеристиками геологического разреза. Кратко рассмотрим практические особенности применения метода ВЭЗ - вертикального электрозондирования на примере конкретного поискового проекта.
ВЭЗобычно проводится в трехполюсном варианте. Длина питающей линии выбирается в зависимости от геоэлектрических свойств разреза и определяется шириной перспективной площади, нуждающейся в изучении. Замеры проводятся по профилям, положение которых параллельно расположению будущих буровых линий. Расстояние между профилями составляет 100-200 м, а в пределах наиболее перспективных участков 50 м. Шаг наблюдений на профиле составляет 20 м, а при детализации – 10 м. Профили ВЭЗ совпадают с таковыми для геохимического опробования. В качестве источника тока используются сухие батареи. Измерения проводятся автокомпенсатором АЭ-72. Для заземления питающей линии используются железные стержни длиной до 1 м. Контроль качества измерений осуществляется повторными замерами в количестве не менее 5% от общего объема работ. Относительная случайная погрешность не должна превышать уровень 5%.
Первичная обработка и интерпретация данных ВЭЗ будет проводиться на качественном уровне, путем построения разрезов в изолиниях кажущегося сопротивления ρk в Ом×м. Эти данные должны позволить получать представление о пространственной изменчивости положения контрастных геоэлектрических горизонтов и ориентировке в плоскости разрезов тектонических нарушений по перегибам изолиний. Результаты качественной интерпретации геофизических данных будут использованы для коррекции программы бурения, при увязке разрезов и построении трехмерных моделей.
Количественная обработка на ЭВМ и интерпретация полученных результатов включают определение глубин залегания геоэлектрических горизонтов с соответствующими удельными электрическими сопротивлениями. Построение разрезов ВЭЗ выполняется на ЭВМ.
Результаты площадных работ методом ВЭЗ – уточнение объемной структурной модели рудного поля, реконструкция разнонаправленных зон рассланцевания, контролирующих оруденение. Электроразведка позволяет уверенно экстраполировать по площади результаты гидрогеологических наблюдений в кустах скважин.
На примере Уваряжского рудного поля в Баймакском районе можно показать парадоксальный на первый взгляд случай выделения сульфидной рудной зоны протяженной полосой повышенных значений ρк - до 1500-2000 Ом×м и более на фоне 300-500Ом×м. Казалось бы, физически противоестественное выражение зоны дробления с токопроводящим прожилковым и сплошным сульфидным оруденением в виде полосы с максимальным электрическим сопротивлением может быть объяснено насыщенностью рудной зоны баритом и кварцем - минералами с очень высоким электрическим сопротивлением, фактически изолирующими низкоомные сульфидные залежи. В этом случае зона представляет безусловный интерес с точки зрения оценки перспективной площади при разведке золотосодержащих кварц-баритовых метасоматитов, как самостоятельного типа потенциально промышленного типа руд.
Модификацией метода ВЭЗ является электрическая томография, осуществляемая с использованием многоканальных (многоэлектродных) установок, применяется при детальных исследованиях двумерно неоднородных разрезов. В этой модификации вдоль профиля наблюдений устанавливается набор электродов, расположенных на равных расстояниях. При этом электроды многократно используются в качестве как приемных, так и питающих. Обработка и интерпретация данных электрической томографии ведется с помощью специального программного обеспечения.
Метод ЕЭП – естественных электрических полей. Методы естественного электрического поля основаны на связи электропотенциалов этих полей с направлением и интенсивностью процессов, отражающих окислительно-восстановительные реакции в горных породах и рудах. В методе ЕЭП применяются два способа наблюдений: способ потенциала, когда на каждой точке измеряют потенциал по отношению к какой-либо общей точке профиля, и способ градиента потенциала, при котором измеряется разность потенциала между соседними точками. Интерпретация, как правило, выполняется на качественном уровне.
Метод ЕЭП весьма эффективен при поисках сульфидных руд и месторождений типа «железных шляп». Зоны окисления богатых сульфидных залежей выражаются контрастными аномалиями естественного электрического поля, достигающего значения до нескольких вольт (достаточно воткнуть в разных местах проводки, соединенные с лампочкой, чтобы она светилась), фактически это большие природные «батарейки». На изучении естественных электрических полей, обусловленных диффузионно-адсорбционными и фильтрационными процессами в породах, основаны способы обнаружения мест питания, фильтрации и разгрузки естественных и техногенных вод. Каротажные замеры электрических потенциалов в скважинах позволяют выделять сухие и водоносные пласты, зоны сульфидной минерализации. Метод ЕЭП в разных вариациях позволяет обнаруживать и локализовать в пространстве места коррозии металлических конструкций.
Кроме того, известно, что над месторождениями углеводородов также наблюдаются естественные электрические поля. Глубина нефтяных и газовых залежей, с которыми связаны эти аномалии, составляет 200-3700 м. Причина возникновения таких аномалий не ясна, возможно, в связи с миграцией углеводородов вверх по разрезу над залежами возникают «топливные гальванические элементы», роль электродов играют сульфиды и легко окисляемые (либо восстанавливаемые) вещества. Верхняя часть и покрышка резервуара обычно имеют отрицательный заряд. Выше по разрезу располагается зона вторичного пирита (3-5%) и кальцита. Пирит образуется при диффузии углеводородов и их воздействии на окислы железа. Часть кислорода из оксидов переходит в свободное состояние. При воздействии кислорода верхняя часть сульфидного ореола снова окисляется, в нем возникает «гальванический элемент» с силой тока до 1 В. Подобные гальванические элементы возникают также за счет изменения окислительно-восстановительного потенциала подземных вод, дренирующих через зону пиритизации. Таким образом, по разрезу пород, перекрывающих залежи, наблюдается чередование разно заряженных зон.
Наиболее интенсивные знакопеременные аномалии ЕЭП возникают на региональных водоупорных горизонтах. В Волго-Уральской нефтеносной провинции одним из них является иреньский ангидритовый горизонт кунгурского яруса перми, залегающий на глубинах от 50-70 м до 200 м и более. Следовательно, выявление на сравнительно небольших глубинах аномалий ЕЭП в сочетании с геохимическими аномалиями элементов-индикаторов нефти (Ni, V, Co, Cu, Zn, гелия и др.) позволяет прогнозировать глубоко залегающие залежи.
Метод вызванной поляризации (ВП) выполняется путем изучения вторичного электрического поля, обусловленного электрохимическими и электрокинетическими процессами, возникающими при пропускании тока в горных породах, содержащих минералы с электронным типом проводимости и внутрипоровую влагу. Интенсивность процесса ВП — поляризуемость - определяется с использованием трех основных способов измерения.
1) Измерение ВП в импульсном режиме основано на регистрации разности потенциалов в приемной линии во время и через определенное время после выключения прямоугольного импульса тока в питающей линии. Изучаемая кажущаяся поляризуемость вычисляется как отношение вызванной поляризации через фиксированное время после отключения питающего тока к напряжению возбуждающего тока.
2) Амплитудно-частотные измерения поляризуемости основаны на изучении поля при пропускании в питающих линиях переменного тока двух различных частот. Параметр поляризуемости (PFE) вычисляется как отношение разности эффекта на низких и высоких частотах к электрическому полю на низкой частоте.
3) Фазово-частотные измерения основаны на фиксации сдвига фаз основной гармоники в приемной линии относительно токовой.
При геологической интерпретации результатов метода ВП используют установленные связи выявленных параметров с вещественным составом пород или их состоянием (мерзлое — талое) и судят о наличии рудных минералов и электропроводящих тел. Максимумы ВП отражают зоны вкрапленных сульфидных руд. Метод заряда в скважинах фиксирует глубоко залегающие зоны проводимости, часто связанные со сплошными сульфидными рудами.
Вариациями электроразведки являются методы радиоволнового (длинноволнового) просвечивания. Этот метод применяется при поисках кимберлитов под покровом траппов, где не работает магниторазведка.
Для поисков кварцевых жил применяют еще одну оригинальную разновидность электроразведки – пьезоразведку. Кварц – сильнейший пьезоэлектрик, электризуемый даже при малейших механических нагрузках. Возбуждая упругие колебания в почве (часто обычным ударом кувалды), можно фиксировать наведённый пьезоэлектрический эффект от кварцевых жил, скрытых под задерновкой.
Опыт успешного применения электроразведки насчитывает много десятилетий. Еще в 19020-ые годы первый опыт её применения в Таналык-Баймакском рудном районе Башкирии привел к открытию богатых залежей золото-медных сульфидных руд в Тубинской группе месторождений.
Глубинность электроразведки обычно не превышает 100 м, в скважинном варианте она возрастает до первых километров.
Сейсморазведка - раздел разведочной геофизики, основанный на изучении характера распространения в земле упругих волн, которые вызываются искусственными взрывами или ударами. Упругие волны от источника возбуждения в толще земли распространяются во все стороны, претерпевают при этом отражение и преломление от различных геологических границ, и частично возвращаются к дневной поверхности, где регистрируются специальными приборами - сейсмоприемниками, которые преобразуют механические колебания почвы в электрические. Скорость распространения упругих волн в толще земли находится в прямой зависимости от литологического состава пород, что позволяет по данным сейсморазведки. в комплексе с гравиразведкой строить геологические разрезы до глубин, не доступных бурению. Измеряя время прохождения упругой волны до отражающей или преломляющей поверхности и умножая его на скорость, можно определять путь волны (глубину залегания) до этой поверхности). А если в разрезе имеется несколько отражающих поверхностей, то по данным сейсморазведки представляется возможным определять структурный план геологических образований. Таким образом, сейсморазведка в геологии играет определяющую роль в решении структурных вопросов, особенно это касается структур, перспективных для поисков углеводородного сырья. В зависимости от типа упругих волн и методики проведения полевых работ существует несколько модификаций сейсморазведочных методов. Наиболее распространенными модификациями являются следующие: метод преломленных волн (МПВ), корреляционный метод преломленных волн (КМПВ), метод отраженных волн (МОВ), метод общей глубинной точки (МОГТ), глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ), а в параметрических скважинах проводят вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) для определения скорости упругих волн в различных породах.
Сейсморазведка очень широко применяется при поисках структур, контролирующих размещение нефти и газа на платформах. Поскольку нефтеносные структуры имеют значительные размеры, часто измеряемые десятками и сотнями квадратных км, то обычно достаточно сравнительно редкой сети сейсмических профилей для выявления структур. Глубинность таких поисков измеряется километрами. Пример весьма эффективного современного применения сейсмики при поисках нефти – геологоразведочные работы компании ЛУКОЙЛ в новом, ранее слабо изученном районе - Северном Прикаспии, где 100% пробуренных скважин оказались результативными.
При рудных поисках, особенно в корах выветривания, применяют микросейсмическую съемку, её глубинность обычно ограничена 100 м. Рассмотрим её применение по корреляционному методу преломленных волн (КМПВ).
КМПВ обычно проводится на тех же профилях, что и электроразведочные наблюдения, в комплексе с ними. Длина годографа обычно составляет 100-200 м. Шаг расстановки сейсмоприемников – 2,5-5,0 м. В качестве источника возбуждения сейсмических сигналов используют груз массой 30 кг. Сейсморазведочные работы проводятся при фиксировании продольных волн вертикально ориентированными сейсмоприемниками «СВ-20».
Наблюдения проводятся методом встречных годографов путем размещения пунктов возбуждения в двух точках – в 50-100 м от первого и последнего сейсмоприемников. Регистрация сейсмических сигналов производится сейсмостанцией «ТАЛГАР-3».
Обработка и интерпретация сейсморазведочных данныхпроводится путем построения годографов вступлений фаз прямых и преломленных продольных и поперечных волн. По встречным годографам, соответствующим одним и тем же геосейсмическим границам, рассчитываются скорости распространения упругих колебаний (продольных волн - Vp, поперечных -Vs). Глубины преломляющих границ рассчитываются на ЭВМ.
В основу геологической интерпретации сейсморазведочных материалов положен универсальный критерий – потеря корреляции сейсмических волн. Учитываются общие геофизические параметры (скорости распространения упругих колебаний), границы раздела, которых можно будет трактовать, как литолого-стратиграфические или тектонические. Кроме того, проводятся обязательные прямые сопоставления со значениями удельного сопротивления в геоэлектрических полях, совместный анализ структуры геоэлектрического и сейсмического полей, обычно демонстрирующие высокую сходимость с результатами бурения, что должно подтверждать геологическую природу аномалеобразующих объектов и объективность тех и других построений.
Микросейсмика эффективна также при изучении техногенных объектов, прежде всего отвалов вскрыши месторождений, всё больше привлекающих интерес, как источники ценных минералов и горных пород. Отвалы формируются ярусами, по мере развития горных работ. Поверхность каждого яруса в процессе укладки многократно укатывается (и при этом трамбуется, уплотняется) автотранспортом и землеройной техникой, затем перекрывается новым ярусом. В результате в разрезе отвала образуется серия относительно плотных поверхностей, фиксируемых сейсмическими волнами.
Глубинность сейсморазведки – до 8-10 км, что превращает её в практически единственный надежный способ прогнозы глубоко залегающих месторождений углеводородов.
Радиометрические методы основаны на измерении естественной радиоактивности пород и руд. Они применяются как прямые методы при поисках радиоактивных руд (урана, тория, радоновых вод) и как косвенные при других поисках. Радиометрическая съемка обычными радиометрами проводится одновременно с обычными съемочными маршрутами (так называемые массовые поиски). Благодаря различию в естественной радиоактивности картируются радиометрией разновременные фазы внедрения гранитов, в том числе редкометальных, отбиваются контакты разных пород. Некоторые породы и руды, будучи в чистом виде нерадиоактивными, накапливают повышенное количество радионуклидов и выделяются при массовых поисках и даже при аэрогаммасъемке. Такими относительно слабыми аномалиями (2-10 фонов) выделяются залежи бурых железняков, фосфоритов, бурого и каменного угля, торфа, битума, редкометальные грейзены и пегматиты.
Так, например, все месторождения бурых железняков Зигазино-Комаровского рудного района в Белорецком мегантиклинории четко выделяются урановыми аномалиями в материалах аэрогаммасъёмки. Рудные поля месторождений редких металлов в некоторых гранитных массивах выделяются слабыми аномалиями тория благодаря присутствию торийсодержащих минералов, прежде всего монацита (ThPO4), а также ортита и др.
Слабо повышенная радиоактивность присуща высококалиевым породам (благодаря присутствию тяжелого изотопа калия). Поэтому съемкой по калиевому каналу гаммаспектрометра уверенно выделяются зоны калиевого метасоматоза, практически всегда сопровождающие зоны разнообразного золотого оруденения (золото-кварцевого, золото-сульфидного, золото-серебряного, золото-антимонитового), а также залежи калийных солей. Такие аномалии фиксируются и при аэрогаммасъемке. Опыт применения аэрогаммасъемки в золоторудных узлах Вост. Якутии в конце 1980–ых гг. показал, что даже небольшие золото-кварцевые жилы уверенно выделяются по калиевому каналу, если их вмещают мощные зоны дробления с калиевым метасоматозом в виде серицитизации раздробленных пород, в которых массовая доля К2О на 1-3% выше, чем в неизмененных породах. Такие же метасоматические зоны (нередко значительной мощности) сопровождают рудные тела прожилково-вкрапленных золотосульфидных руд. В рудных полях золото-серебряных месторождений, практически всегда сопровождаемых мощными метасоматическими зонами с развитием адуляра (разновидности калиевого полевого шпата) калиевые аномалии особенно значительны. Некоторые месторождения золота, в том числе крупные и гигантские объекты в Средней Азии и Вост. Якутии, сопровождаются не только калиевыми, но и ториевыми аномалиями за счет развития в околорудных метасоматитах монацита.
Глубинность наземных радиоактивных методов обычно ограничена несколькими метрами. В то же время некоторые глубоко залегающие залежи урана типа структурных несогласий, палеодолин, сорбобиогенных и др. выделяются аномалиями аэрогаммаполя при глубине залегания до нескольких сотен метров, благодаря восходящему дренажу радоновых вод, связанных с урановой рудой, мигрирующих по зонам трещиноватости с их выходом на поверхность. Такие аномалии трассируют северо-восточные линеаменты в башкирской части Предуральского прогиба (идущие параллельно рекам Белая и Уфа), что позволяет прогнозировать здесь скрытые месторождения урана.
Ядернофизические методы основаны на возбуждении наведенной радиоактивности в нерадиоактивных минералах при помощи искусственных источников. Разновидности их – нейтронный каротаж, фиксирующий концентрацию в породах водорода, и другие подобные методы, активно применяются в скважинной геофизике при поисках нефти, газа, подземных вод.
Наведенная радиоактивность позволяет достаточно точно определять с помощью современных приборов (рентгено-радиометрических, рентгено-флуоресцентных) содержания многих элементов – бериллия, бора, фтора и др., практически большинство элементов таблицы Менделеева. Это используется для экспресс-анализа геохимических и рудных проб. Таким образом, изучается состав пород на поверхности Луны и Марса с помощью автоматических планетоходов.
Глубинность этих методов ограничена зоной контакта с анализируемым образцом.
