Методи вивчення фізичних властивостей

Фізичну характеристику геологічних утворень визначають за даними фізичних полів, виміряними на поверхні землі, у повітрі й у підземних виробітках, за фізичними властивостями зразків гірських порід.

Аеро- і наземні геофізичні методи дозволяють одержати об'ємну фізичну характеристику порід у природному заляганні на різноманітних глибинах, у тому числі на глибинах, які недоступні бурінню. Каротаж дає можливість встановити характер лінійного розподілу дослідних властивостей у природних умовах.

Лабораторні методи дозволяють одержати високу точність визначення фізичного параметра зразка під час детального вивчення його складу і текстурно-структурних особливостей у термодинамічних умовах, що змінюються. Властивості зразка при цьому не завжди точно відображають властивості породи в природному заляганні. Розбіжність властивостей може бути зумовлена різноманітними межами зміни складу і текстурно-структурних особливостей зразка досліджуваного геологічного утворення, невідповідністю фізичного стану взірця в лабораторному експерименті і породи, що знаходиться в природному заляганні в умовах обводнення, механічних і теплових напруг і т.п. Тому при лабораторних дослідженнях необхідно враховувати.

1. Ряд фізичних властивостей кристалічних і осадових порід залежить від фазового стану їхнього порового заповнювача. Всі гірські породи є багатокомпонентними середовищами, що складаються з мінерального скелета (тверда фаза) і порового простору, заповненого рідкою або газовою фазою. Кожна фаза характеризується різноманітними фізичними властивостями і по-різному реагує на зовнішні впливи. Тому урахування співвідношення різноманітних фаз у породі має дуже велике значення для вивчення тих фізичних властивостей, що зумовлені значною мірою складом порового заповнювача. До таких властивостей відносяться густина, пружні, електричні і термічні параметри.

Заміна газового заповнювача порового простору гірських порід значно більш густою, пружною і провідною рідиною призводить до збільшення зазначених параметрів. Це збільшення становить в середньому 10-30 %, а для електричних властивостей воно може досягати декілька порядків.

Таким чином, усі розглянуті властивості повинні вимірюватися на взірцях з природною вологістю, газо- або нафтонасиченністю

2. Фізичні властивості зразків, відібраних з приповерхневої зони, зміненої гіпергенними процесами, можуть суттєво відрізнятися від утворень, що не зазнали змін.

Зміна густини (щільності), зумовлена варіаціями пористості і складу, може коливатися від одиниць до 10-15 %. Зміна пружних, термічних і електричних властивостей, зумовлена, головним чином, тріщинуватістю і пористістю, може досягати 50 % і вище. Зміна намагніченості і радіоактивності порід зумовлена зміною їхнього складу, у більшості випадків різниця складає 25-50 %.

Для радіоактивності розходження зумовлене різноманітним вмістом радіоактивних елементів у приповерхневому прошарку і у утвореннях, що не зазнали змін. При цьому в зоні гіпергенезу можливо як зменшення, так і збільшення радіоактивності порід.

Таким чином, для характеристики незмінених утворень необхідно вимірювати зразки, які незачеплені гіпергенними процесами, або вводити в значення фізичних параметрів відповідні поправки.

3. Фізичні властивості гірських порід змінюються у випадку високих змін термодинамічних параметрів. Розробка нових установок високого тиску і температури дозволила більш обґрунтовано досліджувати зворотні зміни фізичних властивостей, що виникають при пружньо-структурних деформаціях. Величина зміни фізичних властивостей під дією на породу високих тисків і температури залежить від дослідного параметра, мінерального складу, текстурно-структурних особливостей, фазового стану порового заповнювача і співвідношення тиску і температури.

У межах земної кори зміна, зумовлена впливом термодинамічних параметрів, зазвичай, не перевищує для густини 5-10 %, для пружних параметрів - 20-30 %. Зміна електричного опору, зумовлена впливом температури, може перевищити 100 %. Зміна намагніченості під дією тиску і, головним чином, температури може бути дуже значною через перехід феромагнітних мінералів у парамагнітний стан. Тому, для характеристики фізичних властивостей порід, що залягають на великих глибинах, у значення фізичних параметрів, виміряних у нормальних термодинамічних умовах, уводяться поправки за вплив тиску і температури.

Густина. Густину s в лабораторних умовах визначають методом гідростатичного зважування. Для одержання густини порід у природних умовах залягання застосовують методи визначення усередненої густини гірських порід - гамма-гамма-метод у польовому і свердловинному варіантах.

Середню густину порід можна визначити за даними гравіметричних зйомок вздовж профілів, що перетинають характерні форми рельєфу. Густину проміжного прошарку визначають способами Неттльтона, найменших квадратів, рішенням систем надлишкових рівнянь за методом Коші. Середню густину гірських порід знаходять також за даними прискорення сили тяжіння в гірських виробках і свердловинах. Для визначення густини гірських порід у природному заляганні використовують також мюонний метод.

Пористість. У лабораторних умовах загальну пористість визначають пікнометричним методом, відкриту пористість - методом насичення зразків рідиною під вакуумом.

Відкриту пористість у природних умовах визначають зазвичай в осадових породах за допомогою каротажних методів: питомого опору, власної поляризації, радіоактивного каротажу.

Магнітні властивості. Найбільше важливими магнітними параметрами гірських порід і руд є магнітна сприйнятливість c, індукована і природна залишкова намагніченість Ji, Jn. У лабораторних умовах параметри вивчають індукційним і магнітометричним методами.

Для вивчення усередненої намагніченості гірських порід у природному заляганні широко використовують карти графіків аномального магнітного поля, отримані за допомогою магнітної зйомки.

Пружні властивості. У практиці лабораторних і польових сейсмічних досліджень в основному вивчають швидкість повздовжніх хвиль V_p. Швидкість поперечних хвиль V_s, а також згасання повздовжніх і поперечних хвиль визначають у меншому обсязі і для рішення спеціальних задач. У лабораторних умовах застосовують ультразвукові (динамічні) методи вивчення пружних властивостей зразків.

Для визначення пружних характеристик гірських порід у природному заляганні застосовують вертикальне сейсмічне профілювання (ВСП), сейсмічний каротаж (СК), акустичний каротаж (АК) і польові сейсмічні методи.

Електричні властивості. З електричних властивостей найбільше значення для електричних методів розвідки має питомий електричний опір r і викликана поляризація h. Вивчення діелектричної проникності і природної поляризації здійснюють у менших обсягах. У лабораторних умовах питомий електричний опір визначають методами опорів з чотирьохелектродними і двохелектродними установками, методом потенціалів і індукційним методом.

Для визначення питомого електричного опору гірських порід у природному заляганні використовують діаграми бокового каротажного зондування (БКЗ), мікрозондів (МКЗ), позірного опору (ПО), а також дані інтерпретації кривих зондування на свердловинах, або виміри електричного опору на відслоненнях порід.

Для підвищення точності визначення питомого електричного опору гірських порід доцільно проводити комплексний розгляд даних зазначених методів.

Термічні властивості. Основними параметрами, що характеризують термічні властивості речовин, є коефіцієнти теплопровідності, теплоємності і температуропровідності. Найбільше поширений метод вивчення термічних властивостей - метод стаціонарного режиму і динамічного розігріву.

Термічні властивості визначають у лабораторних умовах. У польових умовах за допомогою термокаротажу вимірюють температуру у свердловинах. Знаючи термічні параметри, вивчені на зразках, і розподіл температури в свердловині, яка вистоялась, можна визначити тепловий потік.

Радіоактивність. У лабораторних умовах радіоактивність визначають на зразках і в порошкових пробах. Методика вивчення радіоактивності в порошкових пробах застосовується найбільше. Використовують в основному імпульсні гамма-, бета- і альфа-методи та спектрометричні методи.

Для вивчення радіоактивності гірських порід у природному заляганні застосовують гамма-каротаж і радіометричну зйомку.

Дата добавления: 2015-07-12