Геофизика

Геофизика – комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли и физические процессы, происходящие в ее сферах. Геофизика, в широком смысле, изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро) вместе с явлениями, которые в ней происходят или происходили, физику океанов, поверхностных вод суши (озер, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых геофизикой, связано с изучением не только Земли, но и окружающего пространства, доступного и недоступного непосредственному прямому наблюдению.

Имеются разные модели строения Земли. Для геофизиков она проста и понятна. Выделяют внешнюю оболочку Земли – атмосферу, включающую тропосферу, стратосферу и мезосферу, которые простираются соответственно до высот около 20, 50 и 100 км, а также ближний космос с ионосферой и термосферой, достигающими высот более 300 и 5000 км соответственно. Внутренние оболочки Земли включают в себя внешнюю геолого-геофизическую среду от земной поверхности до глубин порядка 1 км, осадочный чехол (до 15 км), кристаллический фундамент (10-40 км), земную кору, объединяющую все верхние оболочки Земли (до 10 км в океанах, до 70 км в горах), акватории поверхностных вод суши (океаны, моря, озера, реки) с глубинами до 15 км, подземную гидросферу и литосферу, часто называемую гидролитосферой (примерно до 50-100 км), астеносферу (от кристаллического фундамента до границы порядка 600 км, так называемую верхнюю мантию), нижнюю мантию (от 600 км до 2900 км) и ядро (от 2900 км до центра Земли).

Земля характеризуется наличием физических полей. К естественным физическим полям Земли относят: поле силы тяжести (гравитационное), геомагнитное и электромагнитные поля космической и атмосферной природы, электрические поля электрохимического происхождения, упругие поля землетрясений, тепловое (геотермическое) поле, поля внутренних недр, ядерных излучений.

Искусственными неуправляемыми считаются техногенные физические поля промышленных помех (электромагнитные, упругие, тепловые, ядерных излучений).

Искусственными управляемыми являются физические поля, специально созданные для геофизических исследований (электромагнитные, упругие, тепловые, ядерные).

Геофизические методы исследований позволяют с высокой степенью достоверности изучить закономерности строения Земли и ее характеристики. Методы могут использоваться для решения огромного числа задач: космических (с целью расчленения и изучения физических свойств всех оболочек Земли и других планет, а также изучения их физических свойств), геологических (структурно-тектонического картирования, поисков и разведки различных полезных ископаемых, проведении гидрогеологических, инженерно-геологических, горно-технических, мерзлотных, геоэкологических исследованиях), географических (ландшафтоведческих, метеорологических, океанологических, морских, озерных, речных, гляциологических), биолого-почвенных, археологических, экологических, медицинских. Перечисленные науки имеют свои прямые методы исследования. Геофизика часто позволяет решать некоторые характерные для этих наук задачи косвенными физическими методами. При этом она решает их во многих случаях более быстрее и эффективнее.

В соответствии с названными физическими полями и методами общая и прикладная геофизика подразделяются на: гравиметрию и гравиразведку, магнитометрию и магниторазведку, электрометрию (глубинную геоэлектрику) и электроразведку, сейсмологию, сейсмометрию и сейсморазведку, термометрию (геотермию) и терморазведку, ядерную геофизику и ядерно-физические исследования. Слово «метрия» в названиях геофизических методов раньше относилось к собственно инструментальным разделам этих методов. В настоящее время техника настолько тесно связана с технологией проведения работ, компьютерными способами регистрации, обработки и интерпретации материалов, основанными на выводах математической геофизики, что геофизические измерения переходят в исследования, т.е. исследуются закономерности в поведении тех или иных геофизических параметров, которые отражают особенности состава и строения пород и минералов. Поэтому в название методов, предназначенных для решения общих фундаментальных физико-математических, технических и физико-геологических задач, будет входить слово «метрия». Словом «разведка» выделяются научно-прикладные методы геофизики, применяемые для решения многих задач наук, главным образом, с вязанные с поиском и разведкой полезных ископаемых.

Геофизика, находясь на стыке основных естественных и точных наук (астрономии, физики, математики, геологии, географии, химии, биологии), имеет общие с этими науками объекты исследований – Землю и ее оболочки. Однако предметы исследований у них разные. Например, у геологических методов предметом исследования являются минералы, породы, толщи, структуры, полезные ископаемые, а у геофизических – параметры различных физических полей, которые или создаются этими геологическими объектами, или искажаются вследствие того, что объекты отличаются по геометрическим параметрам и физическим свойствам от вмещающих пород. Дополняя прямые подходы названных наук косвенными, геофизика повышает тем самым их информативность, наукоемкость, привнося в некоторые из них аппаратурную базу, математический аппарат и физический эксперимент.

Фундаментальная, общая, глобальная, планетарная геофизикаподразделяется на физику Земли, а также геофизику планет, космоса, атмосферы, поверхностной и подземной гидросферы, литосферы. Непрерывно возрастающая роль антропогенно-техногенной деятельности, по последствиям сравниваемой с природными факторами, позволяет выделить из общей геофизики еще одну, новую фундаментальную науку – геофизику биотехносферы (ее можно назвать геофизической экологией, или биогеофизикой). Она предназначена для изучения влияния природных и техногенных физических полей на биосферу (среду обитания биоты и человека). Объектом исследования биогеофизики являются части атмосферы, суши, поверхностной и глубинной гидросферы, верхние горизонты литосферы. Предметом исследований служат естественные и искусственные физические поля, их вариации во времени и пространстве. Цель исследований общей геофизики – изучение изменений физических свойств оболочек Земли в плане и по глубине с помощью методов глубинной геофизики с привлечением для истолкования результатов данных астрофизики, геологии (в том числе глубинного бурения), петрологии, минералогии, геохимии и физики вещества при высоких давлениях и температурах.

Земля и все ее сферы являются открытыми, активно живущими, динамически развивающимися, нелинейными системами, тесно связанными между собой. Они окружены космическим пространством (физическим вакуумом), насыщенным различными неоднородными в пространстве и во времени энергоинформационными полями импульсно-ритмичной формы. Далеко не все из них известны классической науке. Эволюция Вселенной, Галактики, Солнца, Земли, биосферы сопровождается цикличным обменом вещества (от корпускулярного излучения космоса до извержения вулканов), энергии (от полей в атомах и молекулах до гравитационных полей сверхзвезд), обменом информации между биосферой и космосом (например, через многочисленные ритмы Вселенной).

Прикладная геофизика, связанная с изучением земной коры, верхней части гидролитосферы, астеносферы называется геофизическими методами исследования земной коры, они включают в себя региональную, разведочную и скважинную геофизику. Объектом исследования прикладной геофизики является в основном земная кора, а предметом исследований служат параметры разных физических полей в ней и их динамика. Целью ее исследований является изучение строения земной коры и кровли подстилающей ее мантии, кристаллического фундамента, осадочного чехла, геолого-геофизической среды мощностью в сотни метров, верхней части разреза (ВЧР) мощностью в десятки метров.

Основными задачами, которые решает прикладная геофизика, являются: выяснение состава, структуры и состояния горных пород, слагающих земную кору; поиски и разведка полезных ископаемых; изучение геологической среды для промышленного, сельскохозяйственного, гражданского, военного освоения и сохранения ее экологических функций – источника жизни на Земле. Эти задачи решаются методами глубинной (километры), малоглубинной (сотни метров) геофизики, методами «близкого действия» (первые метры и доли метра), а также другими геологическими методами (изучение образцов горных пород из обнажений, скважин и др.). Последние являются прямыми, непосредственными, основанными на определении минерального, петрографического и геохимического состава горных пород, их флюидонасыщенности. Геофизические же методы, являясь косвенными, служат для выявления аномалии физических полей, обусловленных физическими и геометрическими неоднородностями горных пород, обеспечивая высокую плотность, объемный, часто интегральный характер получаемой объективной информации. Производительность экспериментальных (наземных и особенно морских и аэрокосмических) геофизических работ значительно выше, а стоимость меньше по сравнению с разведкой с помощью скважин. Повышая геологическую и экономическую эффективность изучения недр, геофизические методы исследования являются важнейшим фактором ускорения научгю-технического прогресса в геологии и горном деле.

В соответствии с решаемыми задачами основных прикладных направлений геофизических исследований земной коры прикладную геофизику можно классифицировать следующим образом: глубинная; региональная; собственно разведочная, подразделяемая на нефтегазовую, рудную, нерудную, угольную; инженерная, включающая инженерно-геологическую, горную (шахтно-рудничную), гидрогеологическую, почвенно-мелиоративную, мерзлотио-гляциологическую, техногенную (горнотехническую); археологическая; экологическая и медицинская геофизики. Формирование двух последних разделов идет за счет экологических аспектов всех направлений геофизики.

Обязательным элементом полевых работ геофизика является геофизическая съёмка, сопровождаемая составлением геофизической карты и геофизических профилей. На карте изображается распространение, конфигурация, мощность физических полей (магнитных, электрических, гравиометрических и т.д.), которые отражают особенности состава и строения пород и характер их залегания. Геофизические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геофизические карты и профили служат одним из основных документов, наряду с геологическими, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений. Для уточнения данных геофизической съёмки прибегают, как и в геологических работах, к бурению скважин, которые позволяют посредством скважинных геофизических приборов извлечь информацию о физических полях и параметрах горных пород, залегающие на достаточной глубине. В России такие работы проведены на обширных территориях, что даёт возможность составить общие и локальные геофизические карты, сопоставить их со схемами геологического строения территорий, полнее использовать данные всех видов съёмки, в том числе и геофизической. Успешно проводится изучение морей и океанов, морского и океанического дна.

Следует отметить, что методы непосредственного изучения недр не дают возможности познать строение Земли глубже, чем на несколько км (иногда до 20) от её поверхности. Поэтому для изучения земной коры, нижележащих геосфер и оболочек вплоть до земного ядра, геологии помогают косвенные методы, разработанные другими науками, и геофизические методы являются одними из основных среди них. На практике при изучении земных недр очень часто используют комплекс геологических, геофизических, геохимических и других методов.

При восстановлении картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция) огромную роль играют палеомагнитные исследования, восстанавливающие характер, картину, направленность тех или иных геологических процессов в древние времена миллионы и миллиарды лет тому назад. Задачи этого направления сводятся к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковий и т.д. Чтобы понять геологические процессы прошлого, изучается весь комплекс результатов, в том числе и геофизических.

↑История возникновения и развития геофизики

Геофизика как наука имеет длительный период формирования и развития. Первые геофизические знания человечество начало получать с момента своего появления, так как само существование людей на нашей планете предполагало их активное взаимодействие с окружающей природой. С древних времен люди старались познать законы существования природы в целом и Земли в частности, и в этой связи многочисленные наблюдения, описания, измерения, определения, сопровождаемые историю человечества, легли в основу современных геофизических знаний. Следует отметить, что история геофизики неразрывно связана с появлением, развитием и достижениями других наук – геологии, физики, химии, астрономии, сейсмологии, метеорологии, географии.

Предпосылки для создания геофизики как отдельной отрасли геологической науки были заложены в XVII-XIX вв. В XVII в. Б. Варрениус впервые указал на тесную связь географии и физики. Но впервые для объяснения географических явлений использовал физические методы А. фон Гумбольдт (1804 г.), который также заложил научные основы геомагнетизма. А. фон Гумбольдт высоко оценил работу Х. де Акосты (1539-1600) по исследованию в области метеорологии и физики, и за многие его открытия он удостоил его звания одного из основателей геофизики. В трудах Х. де Акосты впервые появилась теория о четырёх линиях без магнитного склонения, соображения об изгибе изотермических линий и о распределении тепла в зависимости от широты, о направлении течений и многих физических явлений: различия климатов, активности вулканов, землетрясений, типы ветров и причины их возникновений. После открытия И. Ньютоном отливов и приливов, Х. де Акоста объяснил их природу, периодичность и взаимосвязь с фазами Луны. Он первым доказал, что землетрясения и вулканические выбросы имеет различную природу, описал различные землетрясения, их очередность и многие явления с ними связанные.

Как комплексная самостоятельная наука геофизика определилась к середине XIX в, когда были накоплены достаточно обширные материалы геофизических наблюдений, позволившие приступить к их обобщению и физическому истолкованию. На основании полученных результатов началось систематическое изучение строения и физических свойств твёрдой, жидкой и газообразной оболочек Земли.

Геофизические методы исследования недр начали развиваться с 20-х гг. XX в. Однако физико-математические основы геофизики были заложены значительно раньше. Также давно началось использование физических полей Земли для практических целей. Ранее других методов возникла магниторазведка. Первые сведения о применении компаса для разведки магнитных руд в Швеции относятся к 1640 г. Теория гравитационного поля Земли берет свое начало с 1687 г., когда И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. В 1753 г. М.В. Ломоносов высказал мысль о связи значений силы тяжести на земной поверхности с внутренним строением Земли и разработал идею газового грави­метра. Его же работы в области сейсмологии, атмосферного электричества можно считать первыми, относящимися к геофизическим исследованиям Земли. Первыми работами по электроразведке являются проведенные в 1830 г. наблюдения Р. Фокса (Англия) за естественной электрической поляризацией сульфидных залежей. В 70-90-е гг. XIX в. профессора Московского университета Б.Я. Швейцер и Ф.А. Слудский выявили путем экспериментальных маятниковых наблюдений и теоретических расчетов Московскую гравитационную аномалию. Наличие ее и оцененная глубина залегания возмущающих масс (около 2 км) подтверждены современными гравиметрическими съемками и бурением.

В 1829 г. в Париже, в Трудах Парижской Академии Наук появилась статья С.Д. Пуассона, посвященная применению волнового уравнения для описания распространения упругих волн в твердых средах. Эта статья оказалась основополагающей для описания всей акустики твердых сред и основного направления ее – сейсморазведки. Решив волновое уравнение для двух граничных условий, С.Д. Пуассон получил выражения для описания продольных и поперечных упругих колебаний.

В 1885 г. Д.В. Рэлей дал описание поверхностных волн (волн Рэлея). И далее, все математики, которым удавалось решать волновое уравнение для определенных граничных условий, могли рассчитывать на увековечивание своего имени в результате того, что новый тип упругих колебаний будет назван их именем. Так «возникли» волны Лява, Лэмба, Стонли и др.

В 1909 г. профессор Загребского университета, геофизик А. Мохоровичич объявил о том, что ему удалось средствами сейсморазведки обнаружить на глубине в несколько десятков километров границу между породами мантии и коры Земли. Эту границу назвали поверхностью Мохоровичича. Следом за Мохоровичичем австрийский геофизик В. Конрад сделал аналогичное «открытие», согласно которому на глубине от 10 до 70 км существует граница между гранитом и базальтом. Затем, уже после этого было объявлено, что средствами сейсморазведки обнаружено, будто толщина (или, как говорят геологи, мощность) коры под океанами меньше, чем под материками. А также, что ядро Земли находится в жидком состоянии.

В середине XIX в геофизика окончательно выделилась в самостоятельную науку.

В 1913 г. К. Шлюмберже (Франция) разработал метод электроразведки постоянным током, а в 1918 г. К. Зунберг и Н. Лунберг (Швеция) предложили электроразведку пере­менным током.

Со времени установления Ш.О. Кулоном закона взаимодействия магнитных масс (1785) начинает развиваться теория земного магнетизма. Первыми систематическими разведочными работами в России и в мире были съемки Курской магнитной аномалии (КМА), начатые профессором МГУ Э.Е. Лейстом в 1894 г., а также магнитные съемки, проведенные на Урале Д.И. Менделеевым и в районе Кривого Рога И.Т. Пассальским в конце позапрошлого века. В 1919 г. будущим профессором МГУ и основателем кафедры геофизики МГУ (1944) А.И. Заборовским были начаты магнитные съемки на КМА. Именно эти работы можно считать началом развития отечественной разведочной геофизики. Теоретические работы начала прошлого века Э. Вихерта (Германия) и Б.Б. Голицына (Россия) в области сейсмологии имели самое непосредственное отношение к созданию сейсморазведки.

Среди советских ученых, заложивших основы геофизических методов исследования мирового значения, можно отметить Л.М. Альпина, В.И. Баранова, В.И. Баума­на, В.Р. Бурсиана, В.Н. Дахнова, Г.А. Гамбурцева, А.И. Заборовского, А.Н. Краева, П.П. Лазарева, А.А. Логачева, А.А. Михайлова, П.П. Никифорова, А.А. Петровского, М.К. Полшкова, Е.Ф. Саваренского, А.С. Семенова, Л.В. Сорокина, Ю.В. Ризниченко, А.М. Епинатьеву Л.А. Рябинкина, А.Г. Тархова, В.В. Федынского, О.Ю. Шмидта, Б.М. Яновского.

К началу XXI в. по уровню теории и решаемым проблемам отечественная геофизика занимала передовые позиции в мире. Одной из ведущих и современных геофизических школ в настоящее время является геологический факультет МГУ, имеющий собственное отделение геофизики (кафедра геофизики). В последнее десятилетие на отделение геофизики, среди абитуриентов геологического факультета, зафиксирован один из самых высоких конкурсов по сравнению с другими отделениями.

↑Состав и содержание геофизики

В разделении геофизических дисциплин нет твёрдо установившейся терминологии. Наиболее разработанная классификация геофизических наук положена в основу рубрикации реферативного журнала «Геофизика», согласно которой в состав геофизики как науки входят: геомагнетизм (учение о земном магнитном поле); аэрономия (учение о высших слоях атмосферы); метеорология – наука об атмосфере с подразделением на: физическую метеорологию (физику атмосферы), динамическую метеорологию (приложение гидромеханики к атмосферным процессам), синоптическую метеорологию (учение о крупномасштабных атмосферных процессах, создающих погоду, и об их прогнозе), климатологию; океанология– учение о Мировом океане, включая и физику моря; гидрология суши– учение о реках, озёрах и других водоёмах суши; гляциология – учение о всех формах льда в природе; физика недр Земли: сейсмология– учение о землетрясениях и иных колебаниях земной коры; тектоника – (геотектоника)– наука о структуре земной коры, типах её структурных элементов и их эволюции; геоморфология– учение о рельефе суши, дна океанов и морей, его формах, типах, его происхождении и эволюции, связанных с ним геологических и тектонических структурах; гравиметрия– учение о поле силы тяжести; учение о земных приливах; учение о современных движениях земной коры.

Указанные науки, в свою очередь, разделяются на отдельные частные дисциплины. Некоторые из них, например климатологию и гляциологию, большей частью относятся к географическим наукам.

Основные направления исследований геофизики относятся к областям фундаментальной, общей, глобальной и планетарной геофизики.

Наиболее тщательно проработанным направлением геофизики является физика твердой Земли, основными разделами которой являются сейсмология, геодезия, гравиметрия, геомагнетизм, геоэлектрика, геотермия, реология, физика горных пород и минералов, их слагающих. Из всей совокупности геофизических направлений исследований необходимо выделить прикладную геофизику, в основе которой лежат методы и теория геофизической съемки и геофизической разведки, главным образом, развивающиеся с целью и задачами поиска месторождений полезных ископаемых. Таким образом, в рамках этих геофизических направлений развиваются различные геофизические методы, среди которых для разведки месторождений полезных ископаемых используются разнообразные методы разведочной геофизика, а для контроля контроля за их разработкой – методы промысловой геофизики.

Геофизические методы исследований основаны на физических и физико-математических теориях и прямых полевых наблюдениях, которые осуществляются с помощью приборов, фиксирующих те или природные явления (естественные физические поля), что позволяет определить характеристики, описывающие эти явления (поля). Известно, что Земля имеет различные оболочки, которые обладают индивидуальными особенностями состава, строения и физическими полями, именно они и являются предметом изучения геофизики. Состав и строение этих оболочек – также предмет исследования геологов других специализаций (петрологов, геохимиков, минералогов и т.д.).

Количество методов и модификаций геофизики приближается к сотне. Поэтому существуют разные подходы к их классификации и объединению в группы (см. таблицу).

Как отмечалось выше, по используемым полям прикладные методы геофизики делятся на грави-, магнито-, электро-, сейсмо- и терморазведку, а также ядерную геофизику.

По прикладным, целевым направлениям и решаемым задачам они подразделяются на глубинную, региональную, разведочную, инженерную и экологическую геофизику.

По видам деятельности различают теоретическую, инструментальную, экспериментальную, вычислительную, интерпретационную геофизику.

По месту, пространственному уровню проведения работ геофизические методы исследования подразделяются на следующие технологические комплексы: аэрокосмические (дистанционные), полевые (наземные), акваториалъные (океанические, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные) и геофизические исследования скважин (ГИС) и работы в них (ГИРС), которые назывались промысловой геофизикой, или каротажем. Иногда дистанционные методы изучения поверхности Земли с помощью самолетов, вертолетов, искусственных беспилотных спутников, пилотируемых космических кораблей не считают геофизическими, поскольку при этих работах преобладают съемки в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн (фото- и телевизионная съемки). Однако кроме таких визуальных наблюдений все чаще используют дистанционные методы с использованием невидимого диапазона электромагнитных волн: ультрафиолетовые, инфракрасные, радиолокационные (радарные и радиотепловые), радиоволновые, ядерные, магнитные и др., которые являются сугубо геофизическими.

Особое место в геофизике занимают геофизические исследования скважин (ГИС) или работы в них (ГИРС), отличающиеся от прочих геофизических методов специальной аппаратурой, технологией проведения наблюдений и имеющие большое прикладное значение при документации разрезов скважин и их эксплуатации, особенно при добыче нефти и газа и в целях повышения отдачи скважин.

Важнейшим методологическим принципом, под которым понимается теория рациональной деятельности для геофизической разведки, является комплексирование. Оно бывает межметодным геофизическим (применение хотя бы двух-трех методов геофизики); разноуровневым (использование хотя бы двух технологий съемок, различающихся по уровню проведения работ); междисциплинарным, (включение различной геологической, географической, экологической и другой информации). Геофизические методы исследования, несмотря на то что они базируются на всех этих науках, по сути остаются геологическими. О большой роли геофизики говорит, например, такой факт: треть ассигнований и четверть специалистов в геологоразведочных организациях связаны с геофизикой. Иногда комплексирование называют настройкой геофизических методов на решение определенных задач в заданных природных и техногенных условиях.

Комплексные геофизические исследования характеризуются стадийностью (переходом от простых методов к более трудоемким, от мелких масштабов к крупным) и выбором типовых или рациональных экономически обоснованных комплексов решения конкретных задач. Теория комплексной интерпретации разрабатывается на базе компьютерных технологий в рамках вычислительной геофизики и геофизической информатики. Цель комплексной интерпретации сводится к достижению однозначности геологических выводов путем выбора, анализа, оптимизации ФГМ.

Возрастание роли геофизики в связи с увеличением глубин и сложности разведки месторождений ведет не к замене геологических методов геофизическими, а к рацио­нальному их сочетанию, широкому использованию всеми геологами данных геофизики. Единство и взаимодействие геологической и геофизической информации – руководящий методологический принцип комплексирования наук о Земле. Объясняется это тем, что возможности каждого частного метода геологоразведки (геологическая съемка, бурение, проходка выработок, геофизика, геохимическая разведка и др.) ограничены. В любом случае геофизика облегчает разведку глубокозалегающих полезных ископаемых, осо­бенно в труднодоступных районах, а также изучение геологической среды с инженерны­ми и экологическими целями. Сближение и совместное использование геологической, геофизической и геохимической информации – единственно разумный и экономически целесообразный путь изучения недр.

Таблица.

Классификация методов прикладной и скважинной геофизики

↑Физические поля и свойства горных пород

Каждое физическое поле численно характеризуется своими наблюденными (наблюдаемыми, измеряемыми или регистрируемыми) физическими параметрами поля (Пн).Их получают в результате геофизических работ с помощью сложной, как правило, компьютеризированной аппаратуры. Параметрами геофизических полей являются: гравитационный – ускорение свободного падения, называемое сокращенно силой тяжести (g), а также его градиенты по осям координат (g_х, g_у, g_z); геомагнитный – полный вектор напряженности Т и различные его элементы (вертикальная (Z), горизонтальная (Н) составляющие и др.); электромагнитный – векторы магнитной (H) и электрической (F) составляющих; упругий – амплитуда (А), время (t) и скорость (u) распространения волн различного типа; термический – температура (T°С), тепловой поток (q); ядер­но-физический – интенсивности естественного (J_у) и искусственно вызванных (J_γγ, J_nn) гамма- и нейтронных излучений (в обозначениях последних первая буква подстрочного индекса указывает на то, чем облучается горная порода, а вторая – на то, что измеряется, где g – гамма-, n – нейтронные излучения). Отмеченные параметры называются абсолют­ными. Однако в геофизике чаще измеряются относительные значения (Dg, DT, DE и др.), т. е. определяются приращения этих физических параметров во всех пунктах измерения по отношению к одному опорному (исходному) пункту. Такие параметры измеряются, как правило, точнее и быстрее.

Принципиальная возможность проведения геологической разведки на основе изучения различных физических полей Земли определяется тем, что распределение параметров полей в воздушной оболочке, на земной поверхности, на акваториях, в горных выработках или скважинах зависит не только от особенностей происхождения естественных полей или способа создания искусственных, но и от распределения в теле Земли неоднородностей их геометрии и физических свойств. Под геометрией понимается местоположение, форма, размеры, глубина залегания геологических структур, геологических слоев разной литологии, рудных и нерудных залежей полезных ископаемых и других разведываемых объектов.

Под физическим свойством горных пород понимается такой физический параметр, который, с одной стороны, зависит от их вещественного состава, условий залегания, пористости и флюидонасыщенности и других геологических факторов, а с другой стороны, сам влияет на параметры какого-нибудь физического поля. Так, гравитационное поле зависит от изменения плотности пород (s); магнитное поле – от магнитной восприимчивости (c) и остаточной намагниченности (J_r); электрическое и электромагнитное поля – от удельного электрического сопротивления пород (r), диэлектрической (e) и магнитной (m) проницаемостей, естественной поляризуемости или электрохимической активности (a), вызванной поляризуемости (h); упругое поле – от скорости распространения (u) и затухания (b) различных типов волн, а последние, в свою очередь, – от плотности, упругих констант (модуль Юнга (Е), коэффициент Пуассона (g) и др.); термическое поле– от тепловых свойств: теплопроводности (lγ), теплоемкости (с), температуропроводности (а) и др.; ядерные – от естественной и наведенной радиоактивности, гамма-лучевых и нейтронных свойств. Физические свойства горных пород и руд изменяются иногда в небольших пределах (например, плотность изменяется от 1 до 6 г/см³), а иногда в очень широких пределах (например, удельное электрическое сопротивление изменяется от 0,001 до 10¹⁵ Ом ∙ м). В зависимости от целого ряда геологических факторов (литологии, химического состава, текстуры, физико-механических и водных свойств) одна и та же порода может характеризоваться разными физическими свойствами, и наоборот, разные породы могут иметь одинаковые свойства.

Геометрией неоднородностей, называемых аномалосоздающими объектами или источниками аномалий (возмущений) поля, и различием их физических свойств определяются аномалии физических полей. Количественно за амплитуду аномалии принимаются различия между измеренным параметром поля (П_н) и нормальным (П_норм), т. е. П_а = П_н - П_норм или П'_а = П_н/П_норм. За нормальное поле принимается значение измеряемого параметра над однородной вмещающей средой (или полупространством).

↑Рекомендуемая литература

Геофизика. Под редакцией В.К. Хмелевского

В.К. Хмелевской. Геофизические методы исследования земной коры

В.М. Бондаренко, Г.В. Демура, Е.И. Савенко. Общий курс разведочной геофизики

В.В. Орлёнок. Физика Земли, планет и звезд

В.А. Магницкий. Внутреннее строение и физика Земли

Б. Гутенберг. Внутреннее строение Земли

Б. Гутенберг. Физика земных недр