Разведочная геофизика

Разведочная геофизика — прикладная отрасль геофизики и экономической геологии , которая использует физические методы на поверхности Земли , такие как сейсмические, гравитационные, магнитные, электрические и электромагнитные, для измерения физических свойств недр, а также аномалий в них. характеристики. Его чаще всего используют для обнаружения или определения наличия и положения экономически полезных геологических месторождений, таких как рудные минералы; ископаемое топливо и другие углеводороды ; геотермальные резервуары; и подземных вод резервуары . Его также можно использовать для обнаружения наличия неразорвавшихся боеприпасов .

Разведочная геофизика может использоваться для непосредственного обнаружения целевого типа минерализации путем непосредственного измерения его физических свойств. Например, можно измерить контраст плотности между плотной железной рудой и более легкой силикатной вмещающей породой или можно измерить контраст электропроводности между проводящими сульфидными минералами и резистивной силикатной вмещающей породой.

Геофизические методы

Основные используемые техники:

Сейсмическая томография для обнаружения землетрясений и помощи в сейсмологии .
Сейсмология отражения и сейсмическая рефракция для картирования структуры поверхности региона.
Геодезия и гравиметрические методы , включая гравитационную градиентометрию .
Магнитные методы , в том числе аэромагнитные исследования для картирования магнитных аномалий.
Электрические методы , включая электротомографию и наведенную поляризацию .
Электромагнитные методы , такие как магнитотеллурика , георадар , переходная/временная электромагнетика и SNMR .
Скважинная геофизика , также называемая каротажем скважин .
Методы дистанционного зондирования , включая гиперспектральную визуализацию .

Многие другие методы или методы интеграции вышеупомянутых методов были разработаны и используются в настоящее время. Однако они не так распространены из-за экономической эффективности, широкой применимости и/или неопределенности получаемых результатов.

Использование

Разведочная геофизика также используется для картирования структуры недр региона, для выяснения нижележащих структур, для распознавания пространственного распределения горных пород и для обнаружения таких структур, как разломы, складки и интрузивные породы. Это косвенный метод оценки вероятности наличия рудных месторождений или скоплений углеводородов.

Методы, разработанные для поиска месторождений полезных ископаемых или углеводородов, также могут использоваться в других областях, таких как мониторинг воздействия на окружающую среду, визуализация подземных археологических объектов, исследования подземных вод, картирование солености подземных слоев, гражданского строительства исследования объектов и межпланетная визуализация.

Разведка полезных ископаемых

Магнитометрические исследования могут быть полезны при определении магнитных аномалий, которые представляют собой руду (прямое обнаружение) или, в некоторых случаях, жильные минералы, связанные с рудными месторождениями (косвенное или косвенное обнаружение).

Самый прямой метод обнаружения руды с помощью магнетизма включает обнаружение железной руды минерализации путем картирования магнитных аномалий, связанных с полосчатыми железными образованиями , которые обычно содержат магнетит в некоторой пропорции . Скарновая минерализация, которая часто содержит магнетит, также может быть обнаружена, хотя сами рудные минералы немагнитны. Точно так же магнетит, гематит и часто пирротин являются распространенными минералами, связанными с гидротермальными изменениями , которые можно обнаружить, чтобы сделать вывод о том, что какое-то минерализующее гидротермальное событие повлияло на породы.

Гравиметрическую съемку можно использовать для обнаружения плотных тел горных пород внутри вмещающих пород менее плотных вмещающих пород. Это можно использовать для непосредственного обнаружения рудных месторождений типа долины Миссисипи , рудных месторождений IOCG , месторождений железной руды, скарновых месторождений и соляных диапиров, которые могут образовывать ловушки нефти и газа.

Электромагнитные (ЭМ) исследования могут использоваться для обнаружения широкого спектра месторождений полезных ископаемых, особенно сульфидов цветных металлов, путем обнаружения аномалий проводимости, которые могут возникать вокруг сульфидных тел в недрах. Электромагнитные исследования также используются при разведке алмазов (где кимберлитовые трубки, как правило, имеют более низкое сопротивление, чем вмещающие породы), разведке графита , урановых месторождений, расположенных в палеоканалах (которые связаны с неглубокими водоносными горизонтами, которые часто реагируют на электромагнитные исследования в проводящих покрывающих слоях). . Это косвенные методы обнаружения минерализации, поскольку искомый товар не является проводящим напрямую или недостаточно проводящим, чтобы его можно было измерить. Электромагнитные исследования также используются при исследовании неразорвавшихся боеприпасов , археологических и геотехнических исследованиях.

Региональные ЭМ-исследования проводятся авиационными методами с использованием либо самолетов, либо вертолетных ЭМ-установок. Методы поверхностной ЭМ основаны в основном на методах переходной ЭМ с использованием поверхностных контуров с поверхностным приемником или скважинного прибора, опускаемого в скважину, которая пересекает тело минерализации. Эти методы могут отображать сульфидные тела в недрах земли в трех измерениях и предоставлять геологам информацию для направления дальнейшего разведочного бурения на известные минералы. Поверхностные петлевые исследования редко используются для региональных разведок, однако в некоторых случаях такие исследования могут использоваться с успехом (например, исследования СКВИДом никелевых рудных тел).

Методы электрического сопротивления, такие как методы вызванной поляризации, могут быть полезны для прямого обнаружения сульфидных тел, угля и резистивных пород, таких как соли и карбонаты.

Сейсмические методы также могут использоваться для разведки полезных ископаемых, поскольку они могут обеспечить изображения с высоким разрешением геологических структур, содержащих месторождения полезных ископаемых. Применяются не только наземные сейсморазведочные работы, но и скважинные методы сейсморазведки. В целом использование сейсмических методов при разведке полезных ископаемых неуклонно растет. ^[1]

Разведка углеводородов

Методы сейсмического отражения и преломления являются наиболее широко используемым геофизическим методом при разведке углеводородов. Они используются для картирования подземного распределения стратиграфии и ее структуры, которые могут использоваться для определения потенциальных скоплений углеводородов, как стратиграфических, так и структурных отложений или «ловушек». Каротаж скважин является еще одним широко используемым методом, поскольку он обеспечивает необходимую информацию с высоким разрешением о свойствах горных пород и флюидов в вертикальном разрезе, хотя они ограничены по площади. Это ограничение площади является причиной такой популярности методов сейсмического отражения; они предоставляют метод интерполяции и экстраполяции каротажных данных на гораздо большую территорию.

Гравитация и магнетизм также довольно часто используются при разведке нефти и газа. Их можно использовать для определения геометрии и глубины покрытых геологических структур, включая поднятия , опускающиеся бассейны , разломы , складки , магматические интрузии и соляные диапиры , благодаря их уникальной плотности и признакам магнитной восприимчивости по сравнению с окружающими породами; последнее особенно полезно для металлических руд.

Методы дистанционного зондирования , в частности гиперспектральная визуализация , использовались для обнаружения микропросачиваний углеводородов с использованием спектральных характеристик геохимически измененных почв и растительности. ^[2]^[3]

Конкретно на море используются два метода: морское сейсмическое отражение и электромагнитный каротаж морского дна (SBL). Морская магнитотеллурика (mMT) или морская электромагнетика с контролируемым источником (mCSEM) может обеспечить псевдопрямое обнаружение углеводородов путем обнаружения изменений удельного сопротивления над геологическими ловушками (о чем сигнализируют сейсмические исследования). ^[4]

Гражданское строительство

Георадарный радар

Георадиолокация представляет собой неинвазивный метод и используется в гражданском строительстве и проектировании для различных целей, включая обнаружение инженерных коммуникаций (подземных вод, газа, канализации, электрических и телекоммуникационных кабелей), картографирование мягких грунтов, вскрышных пород для геотехнических целей. характеристика и другие подобные виды использования. ^[5]

Спектральный анализ поверхностных волн

Метод спектрального анализа поверхностных волн (SASW) — еще один неинвазивный метод, который широко используется на практике для определения профиля скорости поперечных волн в грунте. Метод ПАВВ основан на дисперсионном характере волн Рэлея в слоистых средах, т.е. скорость волны зависит от частоты нагрузки. Таким образом, профиль материала, основанный на методе SASW, получают следующим образом: а) строя экспериментальную дисперсионную кривую путем проведения полевых экспериментов, каждый раз с использованием различной частоты нагрузки, и измерения скорости поверхностной волны для каждой частоты; б) построение теоретической дисперсионной кривой, предполагая пробное распределение свойств материала слоистого профиля; в) изменение свойств материала слоистого профиля и повторение предыдущего шага до тех пор, пока не будет достигнуто соответствие между экспериментальной дисперсионной кривой и теоретической дисперсионной кривой. Метод SASW визуализирует слоистый (одномерный) профиль скорости поперечной волны для почвы.

Полная инверсия формы сигнала

Методы полноволновой инверсии (FWI) являются одними из новейших методов определения геотехнических характеристик объектов и все еще находятся в стадии постоянного развития. Метод довольно общий и позволяет отображать произвольно неоднородные профили скорости продольных и поперечных волн грунта. ^[6]^[7]

Упругие волны используются для зондирования исследуемой территории путем размещения сейсмических вибраторов на поверхности земли. Эти волны распространяются через грунт, и из-за неоднородного геологического строения исследуемого участка возникают многократные отражения и преломления. Реакция площадки на сейсмический вибратор измеряется датчиками ( геофонами ), также размещенными на поверхности земли. Для профилирования на основе полноволновой инверсии необходимы два ключевых компонента. Этими компонентами являются: а) компьютерная модель для моделирования упругих волн в полубесконечных областях; ^[8] и b) структуру оптимизации, с помощью которой вычисленный отклик сопоставляется с измеренным откликом путем итеративного обновления первоначально предполагаемого распределения материала в почве. ^[9]

Другие методы

Гражданское строительство также может использовать информацию дистанционного зондирования для топографического картографирования, планирования и оценки воздействия на окружающую среду. Аэроэлектромагнитные исследования также используются для характеристики мягких отложений при планировании и проектировании дорог, плотин и других сооружений. ^[10]

Магнитотеллурика оказалась полезной для определения границ резервуаров подземных вод, картографирования разломов вокруг территорий, где хранятся опасные вещества (например, атомные электростанции и хранилища ядерных отходов), а также мониторинга предвестников землетрясений в районах с крупными сооружениями, такими как плотины гидроэлектростанций, подверженными высоким уровням сейсмическая активность.

BS 5930 — это стандарт, используемый в Великобритании в качестве свода правил для проведения расследований на местах.

Археология

Грунтовый радар можно использовать для картирования захороненных артефактов , таких как могилы, морги, места затонувших кораблей и других неглубоко захороненных археологических объектов. ^[11]

Наземные магнитометрические исследования могут использоваться для обнаружения захороненных черных металлов, что полезно при обследовании затонувших кораблей, современных полей сражений, усеянных металлическими обломками, и даже небольших нарушений, таких как крупномасштабные древние руины.

Гидролокационные системы могут использоваться для обнаружения кораблекрушений. ^[12] Активные гидролокационные системы излучают в воду звуковые импульсы, которые затем отражаются от объектов и возвращаются в преобразователь гидролокатора. ^[12] Датчик гидролокатора способен определять дальность и ориентацию подводного объекта, измеряя время между высвобождением звукового импульса и его обратным приемом. ^[12] Пассивные гидроакустические системы используются для обнаружения шумов от морских объектов или животных. ^[12] Эта система сама не излучает звуковые импульсы, а вместо этого фокусируется на обнаружении звука от морских источников. ^[12] Эта система просто «слушает» океан, а не измеряет расстояние или ориентацию объекта. ^[12]

Криминалистика

георадар . Для обнаружения могил можно использовать ^[13] Это обнаружение имеет как юридическое, так и культурное значение, предоставляя пострадавшим семьям возможность добиться справедливости посредством юридического наказания виновных и пережить потерю близкого человека. ^[13]

Обнаружение неразорвавшихся боеприпасов

Неразорвавшиеся боеприпасы (или неразорвавшиеся боеприпасы) относятся к неисправности или невзрыву боевых взрывчатых веществ. ^[14] Примеры их включают, помимо прочего: бомбы , сигнальные ракеты и гранаты . ^[14] Важно иметь возможность обнаруживать и локализовать неразорвавшиеся боеприпасы, чтобы избежать травм и даже возможной смерти тех, кто может вступить с ними в контакт. ^[14]

Проблема неразорвавшихся боеприпасов возникла в результате Крымской войны (1853-1856 гг.). ^[15] До этого большая часть неразорвавшихся боеприпасов хранилась локально в меньших объемах и, таким образом, не представляла собой серьезной общественной проблемы. ^[15] Однако с началом более масштабных военных действий эти количества увеличились, и поэтому их было легко потерять из виду и сдержать. ^[15] По мнению Хупера и Хамбрика в их статье « Неразорвавшиеся боеприпасы (НРБ): Проблема» , если мы не сможем отойти от войны в контексте разрешения конфликтов, эта проблема будет только ухудшаться, и, вероятно, на ее решение уйдет более столетия. решать. ^[15]

Поскольку наш глобальный метод разрешения конфликтов основан на войне, мы должны иметь возможность полагаться на конкретные методы обнаружения этих неразорвавшихся боеприпасов, такие как магнитные и электромагнитные исследования. ^[16] Изучая различия в магнитной восприимчивости и/или электропроводности по отношению к неразорвавшимся боеприпасам и окружающей геологии (почве, горным породам и т. д.), мы можем обнаружить и локализовать неразорвавшиеся боеприпасы. ^[16]

См. также

Ссылки

^ Малехмир, Алиреза; Урошевич, Милован; Бельфлер, Жиль; Джулин, Кристофер; Милкерайт, Бернд (сентябрь 2012 г.). «Сейсмические методы при разведке полезных ископаемых и планировании горных работ. Введение». Геофизика . 77 (5): WC1 – WC2. Бибкод : 2012Geop...77C...1M . дои : 10.1190/2012-0724-SPSEIN.1 . hdl : 20.500.11937/5522 . ISSN 0016-8033 .
^ Хан, СД; Джейкобсон, С. (2008). «Дистанционное зондирование и геохимия для обнаружения микропросачиваний углеводородов». Бюллетень Геологического общества Америки . 120 (1–2): 96–105. Бибкод : 2008GSAB..120...96K . дои : 10.1130/b26182.1 .
^ Петрович А.; Хан, СД; Чафец, Х. (2008). «Дистанционное обнаружение и геохимические исследования для обнаружения изменений, вызванных углеводородами, в Лиссабонской долине, штат Юта». Морская и нефтяная геология . 25 (8): 696–705. Бибкод : 2008MarPG..25..696P . дои : 10.1016/j.marpetgeo.2008.03.008 .
^ Стефан Сэнсон, Электромагнитный каротаж морского дна, Новый инструмент для геологов . Эд. Спрингер, 2017 г.
^ Бенедетто, Андреа и Лара. Паевский. Применение георадара в гражданском строительстве . Эд. Андреа. Бенедетто и Лара. Паевский. 1-е изд. 2015. Чам: Springer International Publishing, 2015.
^ Калливокас, ЛФ; Фатхи, А.; Кучуккобан, С.; Стокое II, К.Х.; Белак, Дж.; Гхаттас, О. (2013). «Определение характеристик объекта с использованием полной инверсии формы сигнала». Динамика грунтов и сейсмическая инженерия . 47 : 62–82. Бибкод : 2013SDEE...47...62K . дои : 10.1016/j.soildyn.2012.12.012 .
^ Фатхи, Араш; Пурсартип, Бабак; Стоко II, Кеннет Х; Калливокас, Лукас Ф. (2016). «Трехмерное профилирование скоростей продольных и поперечных волн на геотехнических объектах с использованием полноволновой инверсии на основе полевых данных» . Динамика грунтов и сейсмическая инженерия . 87 : 63–81. Бибкод : 2016SDEE...87...63F . дои : 10.1016/j.soildyn.2016.04.010 .
^ Фатхи, Араш; Пурсартип, Бабак; Калливокас, Лукас (2015). «Гибридные формулировки во временной области для волнового моделирования в трехмерных гетерогенных средах, усеченных PML». Международный журнал численных методов в технике . 101 (3): 165–198. Бибкод : 2015IJNME.101..165F . дои : 10.1002/nme.4780 . S2CID 122812832 .
^ Фатхи, Араш; Калливокас, Лукас; Пурсартип, Бабак (2015). «Полноволновая инверсия в трехмерных упругих средах, усеченных PML». Компьютерные методы в прикладной механике и технике . 296 : 39–72. arXiv : 1504.08340 . Бибкод : 2015CMAME.296...39F . дои : 10.1016/j.cma.2015.07.008 . S2CID 119148953 .
^ Окадзаки, Кенджи и др. «Аэромагнитные и магнитные исследования для проектирования строительства длинных туннелей». Физика и химия Земли. Части A/B/C 36.16 (2011): 1237–1246.
^ Фассбиндер, Йорг В.Е. «Магнитометрия в археологии - от теории к практике». Российская археология 2019.3 (2019): 75–91.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Министерство торговли США, Национальное управление океанических и атмосферных исследований. «Что такое сонар?» . Oceanservice.noaa.gov . Проверено 27 марта 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Березовский, Виктория; Маллетт, Ксанте; Эллис, Джастин; Моффат, Ян (2021). «Использование георадара и методов сопротивления для обнаружения безымянных могил: обзор» . Дистанционное зондирование . 13 (15): 2880. Бибкод : 2021RemS...13.2880B . дои : 10.3390/rs13152880 . ISSN 2072-4292 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Национальная оборона (10 ноября 2017 г.). «Что такое неразорвавшиеся взрывоопасные боеприпасы (НБ)?» . www.canada.ca . Проверено 10 марта 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хупер, Эндрю Э.; Хамбрик, Гарри Н. (Хэп) (2019), «Неразорвавшиеся боеприпасы (НБ): Проблема» , Обнаружение и идентификация визуально скрытых целей , стр. 1–8, doi : 10.1201/9781315141084-1 , ISBN 9781315141084 , S2CID 212963579 , получено 10 марта 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Батлер, Дуэйн К. (1 ноября 2003 г.). «Влияние магнитного фона на обнаружение неразорвавшихся боеприпасов» . Журнал прикладной геофизики . 54 (1): 111–125. Бибкод : 2003JAG....54..111B . дои : 10.1016/j.jappgeo.2003.08.022 . ISSN 0926-9851 .

[1] Малехмир, Алиреза; Урошевич, Милован; Бельфлер, Жиль; Джулин, Кристофер; Милкерайт, Бернд (сентябрь 2012 г.). «Сейсмические методы при разведке полезных ископаемых и планировании горных работ. Введение». Геофизика . 77 (5): WC1 – WC2. Бибкод : 2012Geop...77C...1M . дои : 10.1190/2012-0724-SPSEIN.1 . hdl : 20.500.11937/5522 . ISSN 0016-8033 .

[2] Хан, СД; Джейкобсон, С. (2008). «Дистанционное зондирование и геохимия для обнаружения микропросачиваний углеводородов». Бюллетень Геологического общества Америки . 120 (1–2): 96–105. Бибкод : 2008GSAB..120...96K . дои : 10.1130/b26182.1 .

[3] Петрович А.; Хан, СД; Чафец, Х. (2008). «Дистанционное обнаружение и геохимические исследования для обнаружения изменений, вызванных углеводородами, в Лиссабонской долине, штат Юта». Морская и нефтяная геология . 25 (8): 696–705. Бибкод : 2008MarPG..25..696P . дои : 10.1016/j.marpetgeo.2008.03.008 .

[4] Стефан Сэнсон, Электромагнитный каротаж морского дна, Новый инструмент для геологов . Эд. Спрингер, 2017 г.

[5] Бенедетто, Андреа и Лара. Паевский. Применение георадара в гражданском строительстве . Эд. Андреа. Бенедетто и Лара. Паевский. 1-е изд. 2015. Чам: Springer International Publishing, 2015.

[6] Калливокас, ЛФ; Фатхи, А.; Кучуккобан, С.; Стокое II, К.Х.; Белак, Дж.; Гхаттас, О. (2013). «Определение характеристик объекта с использованием полной инверсии формы сигнала». Динамика грунтов и сейсмическая инженерия . 47 : 62–82. Бибкод : 2013SDEE...47...62K . дои : 10.1016/j.soildyn.2012.12.012 .

[7] Фатхи, Араш; Пурсартип, Бабак; Стоко II, Кеннет Х; Калливокас, Лукас Ф. (2016). «Трехмерное профилирование скоростей продольных и поперечных волн на геотехнических объектах с использованием полноволновой инверсии на основе полевых данных» . Динамика грунтов и сейсмическая инженерия . 87 : 63–81. Бибкод : 2016SDEE...87...63F . дои : 10.1016/j.soildyn.2016.04.010 .

[8] Фатхи, Араш; Пурсартип, Бабак; Калливокас, Лукас (2015). «Гибридные формулировки во временной области для волнового моделирования в трехмерных гетерогенных средах, усеченных PML». Международный журнал численных методов в технике . 101 (3): 165–198. Бибкод : 2015IJNME.101..165F . дои : 10.1002/nme.4780 . S2CID 122812832 .

[9] Фатхи, Араш; Калливокас, Лукас; Пурсартип, Бабак (2015). «Полноволновая инверсия в трехмерных упругих средах, усеченных PML». Компьютерные методы в прикладной механике и технике . 296 : 39–72. arXiv : 1504.08340 . Бибкод : 2015CMAME.296...39F . дои : 10.1016/j.cma.2015.07.008 . S2CID 119148953 .

[10] Окадзаки, Кенджи и др. «Аэромагнитные и магнитные исследования для проектирования строительства длинных туннелей». Физика и химия Земли. Части A/B/C 36.16 (2011): 1237–1246.

[11] Фассбиндер, Йорг В.Е. «Магнитометрия в археологии - от теории к практике». Российская археология 2019.3 (2019): 75–91.

[US_Department_of_Commerce-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Министерство торговли США, Национальное управление океанических и атмосферных исследований. «Что такое сонар?» . Oceanservice.noaa.gov . Проверено 27 марта 2023 г.

[Berezowski-2021-13] Jump up to: ^а ^б Березовский, Виктория; Маллетт, Ксанте; Эллис, Джастин; Моффат, Ян (2021). «Использование георадара и методов сопротивления для обнаружения безымянных могил: обзор» . Дистанционное зондирование . 13 (15): 2880. Бибкод : 2021RemS...13.2880B . дои : 10.3390/rs13152880 . ISSN 2072-4292 .

[Defence-2017-14] Jump up to: ^а ^б ^с Национальная оборона (10 ноября 2017 г.). «Что такое неразорвавшиеся взрывоопасные боеприпасы (НБ)?» . www.canada.ca . Проверено 10 марта 2023 г.

[Hooper-2019-15] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хупер, Эндрю Э.; Хамбрик, Гарри Н. (Хэп) (2019), «Неразорвавшиеся боеприпасы (НБ): Проблема» , Обнаружение и идентификация визуально скрытых целей , стр. 1–8, doi : 10.1201/9781315141084-1 , ISBN 9781315141084 , S2CID 212963579 , получено 10 марта 2023 г.

[Butler-2003-16] Jump up to: ^а ^б Батлер, Дуэйн К. (1 ноября 2003 г.). «Влияние магнитного фона на обнаружение неразорвавшихся боеприпасов» . Журнал прикладной геофизики . 54 (1): 111–125. Бибкод : 2003JAG....54..111B . дои : 10.1016/j.jappgeo.2003.08.022 . ISSN 0926-9851 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]