Геофизические поля земли

Министерство образования и  науки

 

Российский  Государственный Университет

нефти и газа имени И.М.Губкина

 

Кафедра геологии

 

Курсовая работа

 

НА ТЕМУ: Геофизические поля земли.

 

 

Руководитель работы                                                    Студент

магистрант кафедры  геологии                                                       группы ГИ-10-5 Макарова Анна Юрьевна                                                            Панарина Екатерина

__________________                             ____________________                                                                                   (подпись)                                                                                                       (подпись)

 

Москва 2011

 

 

Оглавление

Введение. 2

1.Тепловое поле  Земли. 3

1.1 Параметры  теплового поля Земли. 4

1.2 Применение  терморазведки . 5

2. Поле силы тяжести. 5

2.1 Параметр  поля силы тяжести. 5

2.2. Интерпретация  и задачи, решаемые гравиметрической  разведкой. 6

2.3  Применение гравиметрической разведки. 6

3. Магнитное поле  Земли. 8

3.1. О происхождении  магнитного поля Земли. 8

3.2. Главные  элементы магнитного поля. 9

3.3 Магнитометрическая, или магнитная, разведка 11

3.4. Намагниченность  горных пород и их магнитные  свойства 11

3.5. Применение  магниторазведки для картирования, поисков и разведки полезных  ископаемых 11

4.Электромагнитное  поле Земли. 12

4.1. Электромагнитные  поля 12

4.2. Электромагнитные  свойства горных пород 13

4.3  Электромагнитная  разведка 14

4.4. Особенности   применения электромагнитных зондирований. 14

5.Вывод. 15

6.Список литературы. 16

Введение.

Геофизика — комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

К геофизическим полям относятся:

1.Тепловое поле земли.

2. Поле силы тяжести.

3.Магнитное поле Земли.

4.Электромагнитное поле Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Тепловое поле Земли.

Земля относится к группе холодных небесных тел. В космическое  пространство она излучает меньше энергии, чем получает извне. На ее поверхность  воздействует огромный энергетический поток, поступающий от Солнца. По данным М.Д.Хуторского, он составляет 5,5 *10²⁴ Дж в год, что в 10 тыс. раз больше собственного теплового поля Земли. Около 40% этой энергии отражается в космическое пространство. Лишь 2% энергии идет на разрушение горных пород.

О том, что в недрах Земли температура значительно выше, чем в приповерхностном слое, ученые знали давно, основываясь на таких  фактах, как вулканическая деятельность, наличие гидротермальных источников. Все это свидетельствует о собственных энергетических ресурсах Земли.

1.1 Параметры теплового поля Земли.

А) геотермический градиент.

Б) геотермическая ступень.

В) коэффициент теплопроводности.

Г) теплоемкость.

Д) плотность теплового  потока.

Е) величина теплогенерации.

Геотермический  градиент характеризует изменение температуры горных пород на единицу расстояния. В зависимости от того, изменяется температура по площади или в вертикальном разрезе,  выделяют горизонтальный и вертикальный геотермический градиент.

Величина обратная геотермическому  градиенту называется геотермической ступенью. Она характеризует длину интервала  пород, в пределах которого температура повышается на один градус.

По данным Б.Гуттенберга, геотермический градиент в разных точках земного шара отличается.  Его  максимальное значение более чем  в 15 раз превосходит минимальное, что свидетельствует о различной  эндогенной активности регионов и разной теплопроводности слагающих их горных пород.

Способность пород проводить  тепло характеризует коэффициент теплопроводности (К), который равен количеству тепла, переносимого через единицу поверхности за единицу времени при градиенте температур, равном единице.

Наиболее полную характеристику тепловому полю дает плотность теплового потока, который равен произведению геотермического градиента на коэффициент теплопроводности.

  В среднем на планете плотность теплового потока составляет 75 мВт/мм , не отличаясь значительно для континентов и океанов. Отклонения теплового потока от средних значений получили название аномалий, которые делятся на региональные и локальные.

1.2 Применение терморазведки . 

  В различных природных условиях получаемые геотермические профили и карты служат для оконтуривания многолетнемерзлых и талых горных пород с различными тепловыми свойствами; изучения динамики подземных вод; прогноза приближения забоя выработок обводненным зонам и решения других задач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Поле силы тяжести.

2.1 Параметр поля силы тяжести.

  Основным измеряемым параметром  в поля силы тяжести  является  ускорение свободного падения   g, которое определяется либо абсолютно, либо относительно.

Гравиметрическая  или гравитационная разведка (сокращенно гравиразведка) - это геофизический  метод исследования земной коры и  разведки полезных ископаемых, основанный на изучении распределения аномалий поля силы тяжести Земли вблизи земной поверхности, акваториях, в воздухе. Поле силы тяжести обусловлено в основном Ньютоновским притяжением Землей всех тел, обладающих массой. Так как Земля сферически неоднородна, да еще вращается, то поле силы тяжести на земной поверхности непостоянно. Изменения эти малы и требуют высокочувствительных приборов для их изучения. Основными измеряемыми параметрами гравитационного поля являются ускорение силы тяжести и градиенты (изменения ускорения по разным направлениям). Величины параметров поля силы тяжести зависят, с одной стороны, от причин, обусловленных притяжением и вращением Земли (нормальное поле), а с другой стороны - от неравномерности изменения плотности пород, слагающих земную кору (аномальное поле). Эти две основные причины изменения силы тяжести на Земле послужили основой двух направлений гравиметрии: геодезической гравиметрии и гравитационной разведки.

2.2. Интерпретация и задачи, решаемые гравиметрической разведкой.

В результате гравиразведки  получаются карты и графики аномалий  Буге       ∆ , на которых выделяются латеральные плотностные неоднородности горных пород, залегающих на разных глубинах. Положительным аномалиям соответствуют более плотные, а отрицательным - менее плотные породы, но всегда они представляют собой суперпозицию гравитационных полей, обусловленных аномалосоздающими объектами разных по глубине структурных этажей.

Интерпретация данных гравиразведки  бывает качественной и количественной и сопровождается геологическим  истолкованием результатов. При  качественной интерпретации выделение  аномалий ведется визуально или  статистическими приемами. При количественной, расчетной интерпретации определяются местоположение эпицентров (проекции на земную поверхность) аномалосоздающих объектов, глубины залегания их центров, формы, размеры, избыточные плотности.

2.3  Применение гравиметрической разведки.

Гравиразведка применяется  для решения широкого круга задач, связанных с исследованием глубинного строения Земли, по крайней мере, верхней мантии и земной коры, с региональным тектоническим районированием суши и океанов, поисково-разведочными работами на многие полезные ископаемые, изучением геологической среды.

Так же гравиразведка применяется для поисков и разведки нефтяных структур, угольных бассейнов, рудных и нерудных полезных ископаемых.

Рассмотрим  краткую характеристику этих областей применения гравиразведки. Гравиразведка применяется для разведки следующих нефтяных структур: соляных куполов, антиклинальных складок, рифтовых массивов, куполовидных платформенных структур.

Наиболее  благоприятны для разведки соляные  купола, поскольку соль отличается низкой плотностью (ρ=2,1г/см_³) по сравнению с окружающими породами и резкими крутыми склонами. Соляные купола, находящиеся в Урало-Эмбенском районе, Днепрово-Донецкой впадине и других районах, выделяются изометрическими интенсивными отрицательными аномалиями, по которым можно судить не только об их местоположении и форме, но и о глубине залегания.

Антиклинальные  складки выделяются вытянутыми изолиниями аномалий чаще положительного, реже отрицательного знака в зависимости от плотности  пород, залегающих в ядре складок. Интерпретация  результатов качественная, изредка  количественная.

Многие  месторождения нефти и газа приурочены к рифтовым массивам, но разведка последних  методом гравиразведки является задачей нелегкой. Для разведки рифтовых известняков среди осадочных терригенных пород используется анализ как региональных, так и локальных аномалий, причем рифтовые известняки выделяются, как правило, положительными аномалиями.

  Высокоточная гравиразведка применяется  для изучения режима эксплуатации  месторождений нефти и газа, а  также подземных газохранилищ. В  связи с разведкой угольных  месторождений гравиметрия применяется  как для определения границ  угольного бассейна, так и для  непосредственных поисков отдельных  месторождений и пластов угля, отличающихся низкой плотностью (ρ≤2г/см³).

Гравиразведка применяется в комплексе с  другими геофизическими методами и  для разведки рудных и нерудных ископаемых, причем она привлекается как для крупномасштабного картирования и выявления тектонических зон и структур, благоприятных залеганию тех или иных ископаемых, так и для непосредственных поисков и разведки месторождений. Поэтому для их обнаружения гравиразведка с успехом применяется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Магнитное поле Земли.

3.1. О  происхождении магнитного поля  Земли.

Происхождение магнитного поля Земли пытаются объяснить  различными причинами, связанными с  внутренним строением Земли. Наиболее достоверной и приемлемой гипотезой, объясняющей магнетизм Земли, является гипотеза вихревых токов в ядре. Эта гипотеза основана на том установленном  геофизическом факте, что на глубине 2900 км под мантией (оболочкой) Земли  находится "жидкое" ядро с высокой  электрической проводимостью. Благодаря  так называемому гиромагнитному эффекту и вращению Земли во время  ее образования могло возникнуть очень слабое магнитное поле. Наличие  свободных электронов в ядре и  вращение Земли в таком слабом магнитном поле привело к индуцированию  в ядре вихревых токов. Эти токи, в свою очередь, создают (регенерируют) магнитное поле, как это происходит в динамомашинах. Увеличение магнитного поля Земли должно привести к новому увеличению вихревых потоков в ядре, а последнее - к увеличению магнитного поля и т.д. Процесс подобной регенерации  длится до тех пор, пока рассеивание  энергии вследствие вязкости ядра и  его электрического сопротивления  не скомпенсируется добавочной энергией вихревых токов и другими причинами.

3.2. Главные элементы магнитного поля.

В любой точке земной поверхности  существует магнитное поле, которое  определяется полным вектором напряженности T. Вдоль вектора T устанавливается подвешенная у центра тяжести магнитная стрелка. Проекция этого вектора на горизонтальную поверхность и вертикальное направление, а также углы, составленные этим вектором с координатными осями, носят название главных элементов магнитного поля (рис. 1).

Если ось х прямоугольной системы координат направить на географический север, ось у - на восток, а ось z - по отвесу вниз, то проекция полного вектора T на ось z называется вертикальной составляющей и обозначается z. Проекция полного вектора T на горизонтальную плоскость называется горизонтальной составляющей (H). Направление H совпадает с магнитным меридианом. Проекция H на ось х называется северной (или южной) составляющей; проекция H на ось y называется восточной (западной) составляющей. Угол между осью х и составляющей H называется склонением и обозначается D. Принято считать восточное склонение положительным, западное - отрицательным. Угол между вектором T и горизонтальной плоскостью называется наклонением и обозначается J. При наклоне вниз северного конца стрелки наклонение называется северным (или положительным), при наклоне южного конца стрелки - южным (или отрицательным). Взаимосвязь полученных элементов магнитного поля Земли выражается с помощью формул:

Семь элементов земного  магнитного поля можно выразить через  любые три составляющие. При магнитной  разведке измеряют лишь одну-две составляющие поля (как правило, Z, H или T).

Рис. 1. Элементы земного магнитного поля

Распределение значений элементов  магнитного поля на земной поверхности  обычно изображается в виде карт изолиний, т.е. линий, соединяющих точки с  равными значениями того или иного  параметра. Изолинии склонения называются изогонами, изолинии наклонения - изоклинами, изолинии H или Z - соответственно изодинамами H или Z. Карты строят на 1 июля и называют их картами эпохи такого-то года. Например, на рис.2 приведена карта эпохи 1980 г.

Рис. 2 Полная напряженность магнитного поля Земли для эпохи 1980 г. Изолинии Т проведены через 4 мкТл  (из книги П.Шарма "Геофизические методы в региональной геологии")

3.3 Магнитометрическая, или магнитная, разведка (сокращенно магниторазведка) - это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Магнитные явления и наличие у Земли магнитного поля были известны человечеству еще в глубокой древности. Так же давно эти явления использовались людьми для практической деятельности (например, применение компаса). Со второй половины ХIX в. измерение напряженности магнитного поля проводилось для поисков магнитных руд.

От других методов геофизики  магниторазведка отличается наибольшей производительностью (особенно аэромагниторазведка). Магниторазведка является наиболее эффективным методом поисков и разведки железорудных месторождений.