Кіріспе
Геофизика мен экономикалық геологияның қолданбалы саласы
Барлау геофизикасы – геофизика мен экономикалық геологияның қолданбалы саласы болып табылады. Ол жер бетіндегі сейсмикалық, гравитациялық, магниттік, электрлік және электромагниттік сияқты физикалық әдістерді пайдаланып, жер астының физикалық қасиеттерін және осы қасиеттердегі аномалияларды өлшейді. Көбінесе ол экономикалық тұрғыдан пайдалы геологиялық кен орындарының – мысалы, кен минералдарының, жанармайлар мен басқа да көмірсутектердің, геотермальдық резервуарлардың және жер асты суларының болуын анықтау немесе олардың орналасқан жерін білу үшін қолданылады. Сонымен қатар, жарылмаған оқ-дәрілерді табуға да пайдаланылуы мүмкін. Барлау геофизикасы минералданудың ізделіп отырған түрін оның физикалық қасиеттерін тікелей өлшеу арқылы анықтау үшін қолданылады. Мысалы, тығыз темір кені мен жеңіл силикатты тау жынысы арасындағы тығыздық контрастын немесе өткізгіш сульфид минералдары мен кедергілі силикатты тау жынысы арасындағы электр өткізгіштігі контрастын өлшеуге болады.
Exploration geophysics is an applied branch of geophysics and economic geology, which uses physical methods at the surface of the Earth, such as seismic, gravitational, magnetic, electrical and electromagnetic, to measure the physical properties of the subsurface, along with the anomalies in those properties. It is most often used to detect or infer the presence and position of economically useful geological deposits, such as ore minerals; fossil fuels and other hydrocarbons; geothermal reservoirs; and groundwater reservoirs. It can also be used to detect the presence of unexploded ordnance. Exploration geophysics can be used to directly detect the target style of mineralization by measuring its physical properties directly. For example, one may measure the density contrasts between the dense iron ore and the lighter silicate host rock, or one may measure the electrical conductivity contrast between conductive sulfide minerals and the resistive silicate host rock.
Қолданылуы
Барлау геофизикасы аймақтың жер асты құрылымын картаға түсіруге, жатқан құрылымдарды анықтауға, тау жыныстары бірліктерінің кеңістіктегі таралуын анықтауға және жарықтар, бүктелімдер және интрузивті тау жыныстары сияқты құрылымдарды табуға да қолданылады. Бұл кен орындарының немесе көмірсутек жинақталымдарының болу ықтималдығын бағалаудың жанама әдісі. Минералдық немесе көмірсутек кен орындарын іздеу үшін жасалған әдістер қоршаған ортаға тигізетін әсерді бақылау, жер асты археологиялық ескерткіштерді бейнелеу, жер асты суларын зерттеу, жер асты тұздылығын картаға түсіру, құрылыс-инженерлік іздеулер және планетааралық бейнелеу сияқты басқа да салаларда қолданылуы мүмкін.
Минералдық барлау
Магнитометриялық іздеулер кенді білдіретін магниттік аномалияларды (тікелей анықтау) немесе кейбір жағдайларда кендермен байланысты ганг минералдарын (жайсыз немесе қорытынды анықтау) анықтауда пайдалы болуы мүмкін. Магнит арқылы кенді анықтаудың ең тікелей әдісі темір кенінің минералдануын магниттік аномалияларды картографиялау арқылы анықтауды қамтиды, олар әдетте магнетиттің белгілі бір мөлшерін қамтитын жолақты темір кен орындарымен байланысты болады. Магниттің жиі болуымен сипатталатын скарн минерализациясы да анықталуы мүмкін, тіпті өзінің кен минералдары магниттік емес болса да. Сол сияқты магнетит, гематит және көбінесе пирротит гидротермалды өзгерістермен байланысты кең таралған минералдар болып табылады, оларды анықтау арқылы тау жыныстарында минералданушы гидротермалдық процестердің болғанын қорытуға болады. Гравиметриялық іздеулер аз тығыздықтағы қабырғалық тау жыныстарының ішіндегі тығыз тау жыныстарын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Бұл Миссисипи алқабы типіндегі кен орындарын, IOCG кен орындарын, темір кен орындарын, скарн кен орындарын және мұнай мен газ қоймаларын құрайтын тұз диапирлерін тікелей анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Электромагниттік (ЭМ) іздеулер минералдық кен орындарының кең ауқымын анықтауға көмектеседі, әсіресе сульфидтердің астыңғы қабаттарындағы сульфид денелерінің айналасында туындайтын өткізгіштік аномалияларын анықтау арқылы. ЭМ іздеулері алмасты барлауда (кимберлит түтікшелерінің кедергісі қоршаған тау жыныстарына қарағанда төмен болады), графит барлауда, палеоарналардағы уран кен орындарында (әдетте ЭМ іздеулеріне өткізгіштікпен жауап беретін жақын жер асты суларымен байланысты) қолданылады. Бұл минерализацияны анықтаудың жанама қорытынды әдістері болып табылады, өйткені ізделіп отырған тауар тікелей өткізгіш емес немесе өлшенуге жеткілікті өткізгіш емес. ЭМ іздеулері жарылмаған қарулар, археологиялық және геотехникалық зерттеулерде де қолданылады. Аймақтық ЭМ іздеулері әуеден жүргізіледі, яғни тұрақты қанатты ұшақтар немесе тікұшақтармен жабдықталған ЭМ құрылғылары қолданылады. Жер бетіндегі ЭМ әдістері көбінесе уақытша ЭМ әдістеріне негізделген, олар жер бетіндегі контурларды және жер бетіндегі қабылдағышты немесе минерализация денесін кесіп өтетін бұрғылау құбырына түсірілген құралды пайдаланады. Бұл әдістер жер астындағы сульфид денелерін үш өлшемде картографиялай алады және геологтарға белгілі минерализация бойынша қосымша барлау бұрғылауларын жүргізу үшін ақпарат береді. Жер бетіндегі контурлық іздеулер аймақтық барлау үшін сирек қолданылады, бірақ кейбір жағдайларда олар табысты қолданылуы мүмкін (мысалы, никель кендері үшін SQUID іздеулері). Индукциялық поляризация сияқты электрлік кедергі әдістері сульфид денелерін, көмірді және тұз бен карбонаттар сияқты кедергілі тау жыныстарын тікелей анықтау үшін пайдалы болуы мүмкін. Сейсмикалық әдістер минералдық барлау үшін де қолданылуы мүмкін, өйткені олар минералдық кен орындарын қамтитын геологиялық құрылымдардың жоғары ажыратымдылықтағы суреттерін бере алады. Жер бетіндегі сейсмикалық іздеулер ғана емес, сонымен қатар бұрғылаудың сейсмикалық әдістері де қолданылады. Қорытындылай айтқанда, минералдық барлау үшін сейсмикалық әдістерді қолдану үнемі артып келеді.
Көмірсутектерді барлау
Сейсмикалық рефлекция және рефракция әдістері көмірсутектерді іздеуде ең көп қолданылатын геофизикалық әдіс болып табылады. Олар стратиграфияның жер астындағы таралуын және оның құрылымын картаға түсіруге қолданылады, бұл стратиграфиялық және құрылымдық жинақылар немесе "тұзақтар" сияқты ықтимал көмірсутек жинақтарының шекарасын белгілеуге мүмкіндік береді. Ұңғымалық геофизикалық зерттеулер де кеңінен қолданылады, себебі олар вертикальды кесіндіде тау жыныстары мен сұйықтықтардың қасиеттері туралы жоғары дәлдіктегі қажетті ақпаратты ұсынады, бірақ олардың аумақтық жабылуы шектеулі. Осы аумақтық шектеулілік сейсмикалық рефлекция әдістерінің үлкен танымалдығына себеп болады; олар ұңғымалық мәліметтерді әлдеқайда кеңірек аумақта интерполяциялау және экстраполяциялауға мүмкіндік береді. Гравиметрия және магнетиметрия да мұнай және газды іздеуде жиі қолданылады. Оларды геологиялық құрылымдардың геометриясын және тереңдігін анықтау үшін пайдалануға болады, соның ішінде көтерілімдер, шөгінді алаптар, жарылымдар, бүктелулер, магмалық интрузиялар және тұз диапирлері, олардың айналасындағы тау жыныстарымен салыстырғанда ерекше тығыздығы мен магниттік қабылдағыштығы бар; соңғысы металл кендерін іздеу үшін ерекше пайдалы. Қашықтан зондтау әдістері, әсіресе гиперспектралды бейнелеу, геохимиялық өзгерген топырақ пен өсімдіктердің спектральдық сипаттамаларын пайдаланып, көмірсутектердің шағын шығарылымдарын анықтау үшін қолданылды. Теңізде екі әдіс қолданылады: теңіздік сейсмикалық рефлекция және теңіз түбіндегі электромагниттік тіркеу (SBL). Теңіздік магнитотеллурика (mMT) немесе теңіздік басқарылатын көзді электромагнетизм (mCSEM) геологиялық тұзақтардағы кедергілік өзгерістерін анықтау арқылы (сейсмикалық зерттеулермен белгіленген) көмірсутектерді тікелей анықтауға мүмкіндік береді.
Жерге енетін радар
Жерге енетін радар – бұл инвазивті емес техника, ол азаматтық құрылыс және инженерлік салаларда түрлі мақсаттар үшін қолданылады, оның ішінде жерасты коммуникацияларын (көмілген су, газ, кәріз, электр және телекоммуникация кабельдерін) анықтау, жұмсақ топырақтың картасын шығару, геотехникалық сипаттама беру үшін үстіңгі қабатты зерттеу және басқа да осыған ұқсас қолданыстар.
Жер бетіндегі толқындардың спектрлік талдауы
Жер бетіндегі толқындардың спектрлік талдауы (SASW) әдісі – топырақтың серпімді толқынының жылдамдық профилін анықтау үшін практикада кеңінен қолданылатын тағы бір инвазивті емес әдіс. SASW әдісі қабатты ортадағы Рэлей толқындарының дисперсиялық қасиетіне негізделген, яғни толқын жылдамдығы жүктеменің жиілігіне байланысты өзгереді. SASW әдісіне сүйенетін материал профилі мыналар арқылы анықталады: а) әртүрлі жүктеме жиіліктерін қолдана отырып, далалық тәжірибелер жүргізу және әр жиілік үшін беттік толқын жылдамдығын өлшеу арқылы тәжірибелік дисперсиялық қисық құру; б) қабатты профильдің материалдық қасиеттері үшін гипотезалық үлестірімді қабылдап, теориялық дисперсиялық қисық құру; в) қабатты профильдің материалдық қасиеттерін өзгертіп, тәжірибелік және теориялық дисперсиялық қисықтардың сәйкес келуіне дейін бұрынғы қадамды қайталау. SASW әдісі топырақтың қабатты (бір өлшемді) серпімді толқынының жылдамдық профилін қамтамасыз етеді.
Толқынның толық инверсиясы
Толық толқын формасының инверсиясы (FWI) әдістері геотехникалық жағдайды сипаттаудың ең соңғы техникаларының бірі болып табылады және олар үздіксіз дамып келеді. Бұл әдіс өте жалпылама, және топырақтың кез келген түрде әртүрлі қысылу және серпімді толқындарының жылдамдық профильдерін бейнелеуге қабілетті. Зерттеліп жатқан жағдайды зерттеу үшін жер бетіне сейсмикалық вибраторлар орналастырылады, осы арқылы серпімді толқындар қолданылады. Бұл толқындар топырақ арқылы таралады, ал зерттеліп жатқан жағдайдың гетерогенді геологиялық құрылымына байланысты көптеген шағылысулар мен сынулар пайда болады. Сейсмикалық вибраторға жағдайдың реакциясы жер бетіне орналастырылған сенсорлар (геофондар) арқылы өлшенеді. Толық толқын формасының инверсиясына негізделген профильдеу үшін екі маңызды компонент қажет: а) жартылай шексіз кеңістікте серпімді толқындарды модельдеуге арналған компьютерлік модель; және б) оптимизациялық жүйе, оның көмегімен есептелген жауап өлшенген жауапқа сәйкестендіріледі, топырақ үшін алғашқыда ұсынылған материалдық таралымды итеративті түрде жаңарту арқылы.
Басқа әдістер
Азаматтық инженерлік саласы топографиялық карта жасау, жоспарлау және қоршаған ортаға тигізетін әсерді бағалау үшін қашықтан зондтау деректерін де пайдалана алады. Әуедегі электромагниттік іздеулер жолдар, бөгеттер және басқа да құрылыстарды жоспарлау және құрылыс жұмыстарында жұмсақ шөгінділерді сипаттау үшін де қолданылады. Магниттеллурикалық әдіс жер асты суының қоймаларын анықтауда, қауіпті заттар сақталатын аймақтардағы (мысалы, атом электр станциялары және ядролық қалдықтарды сақтау орындары) жарықтарды картаға түсіруде, сондай-ақ гидроэлектр станциялары сияқты сейсмикалық белсенділігі жоғары ірі құрылыстар орналасқан аймақтардағы жер сілкінісінің алғы көрінісін бақылауда тиімділігін дәлелдеді. BS 5930 – Ұлыбританияда учаскелерді зерттеу жөніндегі практикалық нұсқаулар жинағы ретінде қолданылатын стандарт.
Археология
Жерге енетін радарлар қабірлер, мәйітханалар, кемелердің құлау орындары және басқа да жер астындағы археологиялық ескерткіштер сияқты көмілген артефакттарды іздеуге қолданылады. Жердегі магнитометриялық зерттеулер көмілген темір металдарын анықтауға мүмкіндік береді, бұл кемелердің құлау орындарын, металл сынықтарымен толы қазіргі заманғы шайқас далаларын және тіпті ірі көлемді ежелгі қирандылар сияқты елеусіз өзгерістерді зерттеуде пайдалы. Сонар жүйелері кемелердің құлау орындарын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Белсенді сонар жүйелері суға дыбыс толқындарын жібереді, олар объектілерден секіріп, сонар датчигіне қайта оралады. Бұл анықтама заңдық және мәдени маңызға ие, ол зардап шеккен отбасыларға кінәлілерді заңмен жазалау арқылы әділдікке қол жеткізуге және жақындарынан айырылған қайғыны басуға мүмкіндік береді. Мұндай мысалдарға бомбалар, ракеталар және гранаталар кіреді, бірақ олармен шектелмейді. Бұрын жарылмаған оқ-дәрілер көбінесе шағын көлемде жергілікті жерде сақталғандықтан, бұл үлкен қоғамдық мәселе тудырмаған. Жарылмаған оқ-дәрілердің және айналасындағы геологияның (топырақ, тау жыныстары және т.б.) магниттік қасиеттері мен/немесе электр өткізгіштігіндегі айырмашылықтарды қарастыру арқылы біз жарылмаған оқ-дәрілерді анықтап, оларды қауіпсіздендіре аламыз.