25.01.10 – геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 14 июля 2010 г. № 167
 

Программа-минимум – это перечень разделов геофизики и геофизических методов поисков полезных ископаемых, которыми в совершенстве должен владеть специалист, готовящий себя к научной работе в этой области знаний. Цель программы-минимум – дать систему разделов геофизики и геофизических методов поисков полезных ископаемых, обеспечивающих изучение специалистом фундаментальных знаний о физике Земли и наиболее часто применяемых при решении геологоразведочных задач геофизических методов поисков и разведки полезных ископаемых, понимание исходных физических законов, лежащих в основе геофизических методов, физико-геологических условий и физико-математических теорий.

Задачи программы-минимум – изучение физико-математических основ геофизических методов, общих принципов устройства аппаратуры и методики проведения полевых работ; подходов к решению прямых и обратных задач, приемов количественной и качественной геологической интерпретации геофизических полей, современных знаний о внутреннем строении Земли.

Требования к уровню знаний аспиранта, соискателя – общие знания о физических полях Земли. Владение современными представлениями о внутреннем строении Земли, полученном по материалам интерпретации геофизических полей. Владение физическими законами, на основе которых разработаны геофизические методы. Знание ведущих методов решения прямых и обратных геофизических задач. Хорошая ориентировка в материалах геофизической изученности территории Беларуси. Знание результатов геологической интерпретации геофизических данных, полученных на территории Беларуси в региональном и локальном аспектах.

1. ГЕОФИЗИКА – ФИЗИКА ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИ

Предмет «Геофизика», ее подразделение. Методы геофизики. Место геофизики в системе наук о Земле. Геофизические службы. Практическое значение геофизики. Земля в солнечной системе. Основные оболочки Земли, сопоставление с другими планетами. Взаимодействие геофизики и наук о космосе. Происхождение Земли.

Оболочное строение Земли. Скорости распространения упругих волн в Земле. Характеристика основных зон в структуре Земли. Состав земных недр. Гидросфера и атмосфера.

Гравитационное поле. Геоид. Концепция изостазии. Плотность и упругие постоянные Земли. Основные плотностные модели. Сила тяжести и давление внутри Земли. Приливы, свободная нутация и механические свойства Земли.

Тепловое поле Земли. Общие сведения. Распределение теплового потока. Источники тепла внутри Земли. Перенос тепла в Земле. Проблема эквивалентности континентального и океанического тепловых потоков. Оценка температур внутри Земли.

Магнитное поле Земли. Современное магнитное поле. Полюсы магнитного поля. Недипольное поле и его вариации. Спектр периодов временных вариаций. Взаимосвязь магнитного поля с другими геофизическими явлениями (магнитосфера, геомагнитные и географические полюсы, магнитный центр и внутреннее ядро, Земли, магнитные аномалии и форма геоида, миграция полюсов и палеоклиматы).

Земная кора и верхняя мантия. Основные понятия, основные поверхностные структуры земной коры, различия и общность земной коры на материках и океанах. Сейсмогеологическая модель земной коры и верхней мантии. Геоэлектрическая модель земной коры и верхней мантии. Плотностная модель земной коры и верхней мантии. Магнитная модель земной коры и верхней мантии. Строение и состав континентальной коры. Основные структурные элементы. Роль тектоники плит в формировании земной коры. Современные движения земной коры. Состояние вещества коры и верхней мантии. Основные гипотезы о направлении развития земной коры (природа границы Мохоровичича).

Сейсмичность Земли. Основные определения. Энергия землетрясений. Шкала магнитуд. Механизм возникновения землетрясений. Сейсмическая активность Земли. О генезисе землетрясений.

2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫВХ ИСКОПАЕМЫХ

Предмет, задачи и методы разведочной геофизики и ее место в общей геофизике и среди других наук о Земле. История развития разведочной геофизики. Классификация методов разведочной геофизики по физическим полям и их комплексирование при решении геологических задач. Физические свойства пород (петрофизика). Единство и взаимозависимость физических полей и геологической обстановки — руководящий принцип комплексирования и взаимопроникновения наук о Земле. Место разведочной геофизики в комплексе поисково-разведочных работ и ее роль в создании минерально-сырьевой базы Беларуси.

Полевая геофизика

1. Гравиразведка. Гравитационное поле Земли и его элементы. Сила тяжести и ее потенциал. Фигура Земли — сфероид, геоид. Теорема Клеро. Формулы нормального поля силы тяжести. Редукции и аномалии силы тяжести. Распределение аномалий силы тяжести на поверхности Земли. Изостазия и изостатические аномалии силы тяжести. Связь гравитационного поля и фигуры Земли с внутренним строением Земли. Вариации силы тяжести во времени, в том числе приливные.

Абсолютные и относительные измерения силы тяжести. Статические и динамические гравиметры, телеуправляемые гравиметры, принцип устройства, элементарная теория, область применения. Измерение вторых производных гравитационного потенциала. Использование искусственных спутников для изучения гравитационного поля Земли, Луны и планет.

Методика гравиразведки. Виды съемок, опорная и рядовая сеть, детальные съемки, масштаб, точность. Гравиметрия в подземных горных выработках и буровых скважинах. Использование ЭВМ для обработки и интерпретации. Гравиметрическая картография.

Основные принципы физико-геологической интерпретации гравитационных аномалий. Плотность горных пород и методы ее определения. Прямая и обратная задачи гравиметрической разведки. Многозначность и неустойчивость решения обратной задачи; способы ограничения неустойчивости решений. Методы количественной интерпретации гравитационных аномалий. Трансформация гравитационного поля. Аналитическое продолжение гравитационного поля в верхнее и нижнее полупространства. Методы интерпретации высших производных потенциала силы тяжести. Разделение поля на локальную и региональную составляющие. Геологическое истолкование гравитационных аномалий на примере Беларуси. Задачи и область применения гравиметрического метода разведочной геофизики в Беларуси.

2.Магниторазведка. Геомагнитное поле Земли, его структура и элементы. Магнитный потенциал. Нормальное и аномальное геомагнитное поле. Классификация магнитных аномалий. Вариации геомагнитного поля во времени. Магнитосфера Земли. Теория происхождения магнитного поля Земли. Намагничение тел в магнитном поле и характеристика намагничения. Палеомагнетизм, его проявления.

Абсолютное и относительное измерение элементов геомагнитного поля.

Методика наземной и воздушной съемок. Магнитная картография. Использование ЭВМ при обработке и интерпретации магнитных аномалий. Магнитные свойства горных пород и методы их измерения (в лаборатории, на обнажениях и в скважинах).

Связь магнитного и гравитационного потенциала – формула Пуассона. Решение прямых и обратных задач для намагниченных тел простой геометрической формы. Аналитические и статистические методы интерпретации данных магниторазведки. Трансформация, аналитическое продолжение в верхнее и нижнее полупространства. Разделение полей на региональные и локальные. Статистический анализ геомагнитного поля. Принципы автоматизированной обработки и интерпретации. Геологические задачи и область применения магнитного метода разведочной геофизики в Беларуси.

3.Сейсморазведка. Физические основы сейсморазведки. Упругие волны в безграничной однородной изотропной среде и средах с границами раздела. Основы геометрической сейсмики. Типы сейсмических волн. Отражение, преломление, дифракция, рефракция. Поглощение сейсмических волн, его природа. Физико-механические свойства горных пород в реальных геологических средах. Скорости продольных и поперечных волн в однородной изотропной среде. Сейсмические скорости в слоистых, анизотропных и градиентных средах. Факторы, влияющие на величины скоростей. Способы определения сейсмических скоростей по наземным и скважинным наблюдениям. Способы определения коэффициента поглощения сейсмических волн. Использование скоростной и поглощающей характеристик сейсмических волн для определения свойств геологической среды в условиях естественного залегания. Спектры сейсмических волн. Дисперсия скоростей.

Принципы устройства сейсморазведочной аппаратуры. Сейсмический канал. Разрешающая способность, частотный и динамический диапазоны. Источники колебаний разных типов. Сейсмоприемники. Полевые регистрирующие системы.

Метод отраженных волн (МОВ). Уравнение годографа отраженных волн. Временные поля отраженных волн. Отражение волны от толстых и тонких слоев, их кинематические и динамические особенности. Основы методики и интерпретации различных модификаций МОВ. Метод эффективных параметров. Методы общей глубинной точки (ОГТ) и его основные особенности. Использование поперечных волн. Геологические задачи и область применения сейсморазведки МОВ.

Метод преломленных волн (КМПВ). Уравнение годографа преломленных волн. Интерпретация преломленных и рефрагированных волн. Геологические задачи и область применения сейсморазведки КМПВ. Глубинные сейсмические зондирования земной коры. Использование землетрясений для изучения строения земной коры.

Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП). Физические основы.

Обработка материалов сейсморазведки. Статистическая сейсмическая волновая модель. Фазовая корреляция, виды селекции, поправки. Процедуры автоматизированной обработки и интерпретации. Временные разрезы и их преобразование в глубинные. Прогнозирование вещественного состава и физического состояния пород по временному разрезу. Обрабатывающие и интерпретационные системы.

4.Электроразведка. Земное электрическое поле и его особенности. Источники магнитотеллурического поля.

Общие сведения об изучаемых в электроразведке полях (естественных и искусственных, постоянных и переменных, стационарных и неустановившихся). Классификация методов электроразведки. Электромагнитные свойства горных пород. Факторы, определяющие электрические свойства пород. Электрические и электромагнитные параметры, используемые в электроразведке.

Способы измерения постоянного и нестационарного электрического поля; способы измерения низкочастотного и высокочастотного электромагнитного поля.

Принципы устройства переносных электроразведочных приборов для электроразведки постоянным и переменным током.

Основы теории электроразведки. Поле точечного источника постоянного тока над горизонтально-слоистой средой и вблизи вертикального пласта. Поле электрического диполя, питаемого переменным гармоническим током, в однородной среде. Поле плоских электромагнитных волн над горизонтально-слоистой средой. Поле переменного вертикального и горизонтального диполей в присутствии проводящих и магнитных сфер и цилиндра. Понятие кажущегося сопротивления. Методы интерпретации при различных модификациях электроразведки (качественные и количественные — палеточные, компьютерные, статистические).

Методы электрического и электромагнитного профилирования. Метод естественного поля. Электропрофилирование на постоянном токе разными установками. Методы вызванных потенциалов (электрохимической поляризации). Методы низкочастотного индуктивного профилирования. Высокочастотное электромагнитное профилирование. Преимущества и недостатки разных методов профилирования и их геологическое применение.

Методы электрического и электромагнитного зондирования. Электрические зондирования на постоянном токе (ВЭЗ и ДЭЗ). Магнитотеллурические методы (МТЗ). Электромагнитные зондирования, частотные (ЧЗ) и становления поля (ЭС).

Геологические задачи, решаемые в Беларуси с помощью электроразведки.

Геологические задачи и область применения электроразведки.

5.Комплексное применение и интерпретация результатов полевых геофизических исследований в Беларуси.

Принципы комплексирования геофизических методов исследований земной коры при глубинных, региональных, структурных и картировочно-поисковых работах. Физико-геологические модели и выбор рационального комплекса.

Комплексы геофизических методов поисков и разведки месторождений нефти и газа, рудных и нерудных полезных ископаемых. Связь с геологическими работами и бурением.

Применение комплекса геофизических методов при решении задач нефтяной геологии и изучении кристаллического фундамента в Беларуси.

Геофизические исследования в скважинах

Геофизические методы исследования скважин (ГИС) - каротаж скважин и их особенности. Физико-геологические основы ГИС. Классификация геофизических методов исследования в скважинах. Скважинные приборы, наземные аппаратура и оборудование, кабель.

Электрический каротаж (ЭК). Физические основы и модификация ЭК. Электрические свойства горных пород, руд и флюидов в естественном залегании. Основы исследования скважин по методу сопротивления. Электрический каротаж по методу собственных потенциалов (ПС) и кажущегося сопротивления (КС). Схемы измерений и типы применяемых скважинных зондов и приборов. Боковое каротажное зондирование (БКЗ). Геологические задачи и область применения электрического каротажа.

Акустический каротаж (АК). Физический принцип и схема измерений. Акустические параметры горных пород. Геологические задачи, область и возможности применения АК. Акустическое просвечивание. Принципы интерпретации результатов.

Газовый каротаж. Физико-химические основы метода. Принципы измерений. Измеряемые параметры. Геологические задачи и область применения.

Магнитный каротаж. Принципы измерения магнитной восприимчивости и магнитного поля в скважине. Геологическая интерпретация результатов.

Ядерно-магнитный каротаж (ЯМК). Принцип ядерного резонанса. Теоретические основы и модификации ЯМК; схемы измерения. Принципы интерпретации диаграмм ЯМК. Геологические задачи и область применения.

Гамма-каротаж (ГК). Физические основы. Принципиальная схема регистрации. Спектрометрические методы регистрации и обработки данных естественного гамма-излучения. Геологические задачи и область применения ГК.

Гамма-гамма-каротаж (ГГК). Физические принципы и теоретические основы методов. Характер применяемых источников гамма-излучения. Оценка плотности и пористости пород по диаграммам ГГК. Селективный гамма-гамма-каротаж. Геологические задачи и область применения ГГК.

Нейтронные методы каротажа. Замедляющие, поглощающие и диффузионные свойства горных пород. Нейтронные параметры. Модификации нейтронных методов: нейтронный гамма-каротаж (НГК), нейтронный гамма-спектрометрический и нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым и надтепловым нейтронам. Импульсный нейтронный каротаж. Основные особенности и области применения методов.

Термический каротаж. Тепловой поток, геотермический градиент, геотермическая ступень. Схемы измерений. Решаемые геологические задачи.

Комплекс ГИС. Задачи, решаемые при поисках и разведке нефти и газа и рациональные комплексы ГИС в нефтяных и газовых скважинах. Оптимальные комплексы ГИС при изучении месторождений каменного угля, поисках и разведке твердых полезных ископаемых и при поисках воды.

ЛИТЕРАТУРА

к разделу 1

  1. Артюшков Е.В. Физическая тектоника. М., Наука. 1993.
  2. Гарецкий Р.Г. Модель строения литосферы по Центрально-Белорусскому геотрансекту. // Доклады НАН Беларуси. 1999. Т.43, №1.
  3. Гарецкий Р.Г., Данкевич И.В., Каратаев Г.И. Астеносфера запада Восточно-Европейской платформы. Геотектоника. 1996. №6.
  4. Гарецкий Р.Г., Каратаев Г.И., Астапенко В.Н., Данкевич. И.В. Геофизические поля и динамика тектоносферы Беларуси. Мн., 2002.
  5. Глубинное строение и динамика земных недр территории Белорусии. Изд. Наука и техника. Минск, 1991.
  6. Грушинский Н.П. Теория фигуры Земли. М., Наука, 1976.
  7. Гутенберг Б. Физика земных недр. Изд. ИЛ., М., 1963.
  8. Каратаев Г.И., Гирин Р.Э., Данкевич И.В. и др. Геофизические модели земной коры Белорусско-Прибалтийского региона. Изд. Наука и техника, Минск, 1993.
  9. Комплексные исследования глубинного строения территории Белоруссии и смежных областей. Мн., 1988.
  10. Кунин Н.Я. Строение литосферы континентов и океанов. М., 1989.
  11. Жарков В.Н., Трубицин В.П. Физика планетарных недр. М., Наука, 1980.
  12. Магницкий В.А. Внутренне строение и физика Земли. М., 1965.
  13. Сейсмологические и геотермические исследования в Белоруссии. Мн., 1985.
  14. Современная динамика литосферы континентов. М., Недра. 1989.
  15. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. Изд.МГУ. М., 1991.
  16. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Природа тектонической активности Земли / Итоги науки и техники. Физика Земли. Т.12. ВИНИТИ. М., 1993.
  17. Тектоносфера Беларуси: глубинное строение и закономерности размещения полезных ископаемых. Под ред. Р.Г.Гарецкого. Мн., 2001.
  18. Тяпкин К.Ф. Физика Земли. Киев. 1998.
  19. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Изд.ЛГУ, 1978.

к разделу 2

  1. Веселов К.Е., Сагитов М.У. Гравиметрическая разведка. “Недра”, М., 1968.
  2. Высоцкий Э.А., Хайбуллин А.Ш. Использование геофизических исследований скважин для изучения полезных ископаемых. Минск. БГУ. 2000.
  3. Гладкий К.В. Гравиразведка и магниторазведка. М., 1967.
  4. Грушинский Н.П., Сажина Н.Б. Гравитационная разведка. М., 1988.
  5. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. “Недра”, Л., 1972.
  6. Гравиразведка. Справочник геофизика. М., “Недра”, 1981.
  7. Дягилева А.И., Андриевич В.В. Основы геофизических методов разведки. М., 1987.
  8. Заборовский А.И. Электроразведка. М., 1963.
  9. Заляев Н.З., Бондаренко Б.В. Алгоритм определения плотности пород по комплексу геофизических исследований скважин // Припятская впадина: изучение сложнопостроенных структур геофизическими методами. Минск. БелНИГРИ. 1977.
  10. Итенберг С.С. Интерпретация результатов каротажа скважин. Москва. Недра. 1978.
  11. Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. “Недра”, 1973.
  12. Литвиненко О.К. Геологическая интерпретация геофизических данных. М., 1983.
  13. Логачев А.А., Захаров В.П. Магниторазведка. “Недра”, Л., 1973.
  14. Магниторазведка. Справочник и геофизика. М., “Недра”, 1980.
  15. Методика и результаты геолого-геофизических нефтепоисковых исследований в Припятском прогибе. Изд. Наука и техника. Минск, 1984.
  16. Масюков В.В. Геофизические исследования нефтяных скважин // Геология, геофизика и полезные ископаемые Белоруссии за 50 лет СССР. Минск. БелНИГРИ. 1973.
  17. Миков Д.С., Федоров А.А, Андреев В.А. и др. Разведочная геофизика. Томск, 1961.
  18. Миронов В.С. Курс гравиразведки. “Недра”, Л., 1972.
  19. Сейсморазведка. Справочник геофизика. М., “Недра”, 1981.
  20. Сейсмогеология Припятского прогиба. Изд. Наука и техника. Минск, 1990.
  21. Хмелевской В.К. Основной курс электроразведки. Изд. МГУ, ч.1, 1970; ч.П. 1971, ч. Ш, 1975.
  22. Хмелевской В.К. Геофизические методы исследований. Учеб. пособие. М., 1988.
  23. Хмелевской В.К. Краткий курс разведочной геофизики. М., 1979.
  24. Федынский В.В. Разведочная геофизика. М., 1967.