Стадии разведки. Геофизическая разведка Объёмный комплекс работ для стратегических целей

Геологоразведочные работы - это мероприятия, направленные на выявление и подготовку к освоению в промышленных масштабах месторождений полезных ископаемых. В процессе выполнения таких работ в том числе изучается размещение пластов ископаемых, условия их образования и состав. Кроме того, изучаются компоненты, сопровождающие залежи полезных ископаемых, в том числе редкие металлы, попутный газ, сера и т. д., выясняется возможность их извлечения или же утилизации.

Геологоразведка сопряжена с анализом условий природы и климата в районах работ, социально-экономических предпосылок для реализации конкретных проектов. Она предусматривает изучение возможных способов добычи ископаемых при условии рациональной эксплуатации блоков и минимизации возможного вреда окружающей среде. Результатами осуществления работ по геологоразведке является расчёт и утверждение запасов полезных ископаемых, оценка их количественных ресурсов, в том числе прогнозная.

В случае, если залежи полезных ископаемых получают положительную оценку в результате поисково-оценочных мероприятий, проводится непосредственно разведка открытого месторождения. В её ходе выясняются геологическое строение участка, размеры, условия залегания и пространственное расположение залежей. Кроме того, вычисляются качество и количество ископаемых, технологические факторы, которые будут определять условия эксплуатации блока.

Сейсмическая, электрическая и гравитационная разведка

Одним из самых эффективных и популярных методов первичных геологических исследований месторождений, в основном залежей нефти и газа, является сейсморазведка. Её принцип базируется на регистрации сейсмических волн, которые создаются искусственным путём при помощи специального источника волн, в роли которого обычно выступает взрывчатка. Тротил размещается в неглубоких скважинах. Для инициирования как продолжительных, так и коротких импульсных колебаний могут применяться автомобильные вибраторы.

Вибрационная установка Nomad-65

С помощью источника в породе создаётся избыточное давление и распространяются колебания периодического типа. Эти волны наталкиваются на слои с разными показателями упругости, после чего меняют не только направление, но и амплитуду, а также создают новые колебания. По пути следования волн размещаются датчики-приёмники, которые фиксируют колебания и передают операторам полученные сигналы. Сейсмокомплексы представляют собой типовые системы, в состав которых входит один источник и до 300 приёмников, расположенных через 25–50 метров друг от друга. Если оператор правильно выбирает схему, это позволяет исследователям получать необходимую информацию без избыточных затрат.

Сейсмическая разведка: 1 - передающая система; 2 - приёмная система; 3 - сейсмоприёмники; 4 - сейсмическая волна; 5 - отражённая сейсмическая волна; 6 - нефтеносный пласт

В зависимости от того, как расположены друг относительно друга источники и приёмники колебаний, различают такие виды сейсморазведки:

• совмещённые источник и приёмник - 1D;
• расположение источника и приёмников на одной линии - 2D;
• расстановка приёмников на параллельных линиях по площади участка - 3D;
• периодическое повторение 3D-разведки при разработке месторождения - 4D.

После регистрации и записи колебаний проводится их анализ с целью определения особенностей распространения и свойств волн. В частности, извлекается геологическая информация о границах сейсмики. Полученные сейсмограммы требуют серьёзной обработки, поскольку они в условиях полевых работ обычно включают помехи. Что касается полезных волн, то они зачастую сложны для интерпретации. Для анализа данных применяется современная компьютерная техника.

Сигналы усиливаются, фильтруются, очищаются от нежелательных колебаний и конвертируются в цифровой формат, после чего поступают на сейсмостанцию для наблюдений. По результатам обработки геологи получают материал для дальнейшего толкования. Если на полученных геологических разрезах идентифицируются аномальные зоны распространения волн, то, как правило, это является свидетельством наличия залежей полезных ископаемых.

При наличии значительного преимущества - высокой точности измерений, сейсморазведка обладает рядом существенных недостатков. В частности, геологи не в состоянии определить качество залежей полезных ископаемых, не могут применять сейсморазведку на сложном рельефе местности. Кроме того, при наличии солевых горизонтов такая разведка неэффективна. Применение взрывчатки, в свою очередь, может негативно влиять на экосистему исследуемого района.

Закладка взрывного источника сейсмических колебаний

Ещё одним популярным видом геологоразведки является разведка электрическая. Данное направление включает способы исследования недр, которые применяются для изучения как верхних слоёв породы, так и для глубинной разведки. В свою очередь, они делятся на две большие группы.

Методы электрической разведки:

• Индукционные методы.
• Методы сопротивлений.

Исследование недр индукционными методами предусматривает создание электромагнитного поля за счёт эффекта магнитной индукции под влиянием переменного электрического поля или же магнитного поля. При обладании информацией о параметрах источника поля оператор может свободно измерить магнитные и электрические составляющие индуцированного поля и, следовательно, восстановить параметры среды их возникновения.

В свою очередь, методы сопротивлений основываются на пропускании через грунт электродов с постоянным током. Измеряется напряжение, которое вызвано данным током, поступающее от первой ко второй группе электродов. При наличии информации о напряжении и силе тока можно вычислить показатель сопротивления среды, через которую пропускается электричество. Благодаря конфигурации электродов точно устанавливается участок пространства, в которой меняется сопротивление.

Принципиальная схема электроразведки методами сопротивлений: 1 - питающая линия; 2 - измерительная линия; 3 - измерительные заземления; 4 - питающие заземления; 5 - область исследования; 6 - линии тока

Электроразведочная станция для вертикального электрического зондирования

Поиск возможных залежей полезных ископаемых производится в том числе способом гравитационной разведки. Он основан на принципе измерения показателя ускорения свободного падения. Последнее зависит не только от параметров планеты в целом, но и от аномальной плотности пород в районах поисков. Таким образом, неоднородность плотности подземных горизонтов легко вычисляется в гравитационном поле.

Поиск залежей твёрдых ископаемых

Хотя конкретные способы разведки месторождений зависят от возможности применения определённых технических средств в конкретных условиях, для выявления залежей твёрдых полезных ископаемых (руд, минералов и т. д.) соответствующие мероприятия, как правило, проводятся в шесть типовых стадий:

1. Геофизические и геолого-съёмочные работы. Данный этап включает исследование крупных геологических структур, в которых, вероятно, присутствуют полезные ископаемые. Перспективные площадки по завершению данной стадии передаются на специализированные поисковые работы.

2. Поиск месторождений. Геологи работают над обнаружением запасов определённых видов полезных ископаемых. Работы осуществляются в несколько промежуточных этапов. Вначале проводится поиск общего характера с целью выявления границ зоны потенциального размещения ископаемых. После этого обустраиваются горные выработки или скважины для выполнения структурно-геологических исследований. По результатам оценивается потенциальное промышленное значение месторождений. Если исследования оказались продуктивными, в этом случае осуществляется подсчёт ресурсов в категории C2. Составляются прогнозы добычи в количественном плане, а также разрабатывается технико-экономическое обоснование (ТЭО) продолжения геологоразведки.

3. Предварительная разведка. Геологи определяют промышленное значение участка, параметры месторождения, технологические свойства и размеры формаций полезных ископаемых, условия залегания. Составляется предварительная характеристика условий освоения блока. Результатами этой работы являются расчёт запасов не только в категории C2, но и C1, а также ТЭО на проведение детальной разведки. На этапе предварительной разведки применяется бурение (глубокое, колонковое или ударно-канатное). При изучении месторождений цветных металлов обустраиваются штольни, небольшие шахты, шурфы с целью отбора проб.

4. Детальная разведка. Данный этап работ проводится исключительно на участках с доказанной промышленной ценностью запасов. Осуществляется дополнительный подсчёт запасов в категориях A и B. По завершению этого этапа должны быть собраны данные, достаточные для начала промышленной эксплуатации месторождения согласно требованиям к изученности исследуемой зоны, в соответствии с классификацией запасов и прогнозными ресурсами.

5. Доразведка. Проводится на участках, которые были в недостаточной степени изучены на предыдущих этапах работы. Кроме того, она осуществляется в пределах флангов, обособленных участков, в глубоких горизонтах горных отводов. На этой стадии проводится последовательный перевод ресурсов из категорий C1 и C2 в более высокие классы, подсчитываются новые выявленные запасы. На ряде объектов при этом строятся глубокие шахты как разведочного, так и эксплуатационно-разведочного назначения.

6. Эксплуатационная разведка. Такой вид разведки проводится одновременно с проходческой работой, направленной на подготовку выработок. Мероприятия по разведке реализуются до момента начала очистных работ с целью обеспечения добычи на текущем этапе, а именно для уточнения информации о залежах, полученной на стадиях детальной разведки. Речь идёт о данных относительно качества, условий залегания, строения и морфологии пластов. На этапе эксплуатационной разведки проходка вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок является основным методом работ. Кроме того, возможно обустройство перфораторных - безкерновых - или же колонковых скважин для получения керна.

Особенности разведки нефтегазовых месторождений

Специфика геологоразведки нефтегазовых месторождений обусловлена особенностями залегания и природными свойствами этих полезных ископаемых. Отличительной чертой нефти и газа является то, что их залежи находятся обычно в одних и тех же районах. Газ может быть как растворён в нефти, так и образовывать газовые шапки в верхней части пространства, занимаемого «чёрным золотом».

Накопление углеводородного сырья происходит в осадочных оболочках планеты. В общей сложности в мире выявлено порядка шести сотен нефтегазоносных бассейнов. Нефть и газ находятся на глубинах от одного до нескольких километров и распределены по микроскопическим пустотам. Около 85% запасов сконцентрированы в алевритовых песчаных породах с глиняной прослойкой, остальные ресурсы - в породах карбонатного типа. Огромны запасы шельфовых месторождений, однако степень их изученности крайне мала. Пронедра писали ранее, что, по данным Минприроды, более 90% площади арктического шельфа не разведаны .

Геологические экспедиции, которые занимаются изучением нефтегазовых месторождений, выполняют комплекс работ по исследованию структуры блоков, выделению продуктивных пластов, вычислению предполагаемых дебитов нефти, газа и конденсата, давления в залежах. Все эти данные используются для составления проектов эксплуатационных работ, а также для расчётных обоснований промышленной разработки участков.

Стартует геологоразведка по стандартной схеме - со съёмки и составления геологических карт. В дальнейшем применяется гравитационная разведка. Выявление запасов по данной методике обусловлено отличительной особенность пород, насыщенных нефтью и газом - их плотность меньше, соответственно, и меньшим будет ускорение свободного падения. Нефтегазовые ресурсы выявляются в том числе с применением специфической аэромагнитной разведки, направленной на выявление антиклиналей - геологических ловушек для углеводородов мигрирующего характера на глубинах до семи километров.

Аэромагнитная съёмка выполняется с помощью магнитометров, расположенных в хвостовом коке самолёта

Особенностью же проведения сейсморазведки является то, что такой вид исследования при поиске нефтегазовых запасов осуществляется не только для выявления залежей, но и с целью определения оптимальных мест для бурения скважин разведочного назначения. Одним из эффективных методов обнаружения ресурсов «чёрного золота» и «голубого топлива» является низкочастотное сейсмическое зондирование. Данный способ основан на анализе аномального изменения спектра естественного сейсмического фона в районе размещения залежей на частотах до 10 герц.

Нефть и газ также выявляются при помощи методики геохимической разведки. Геологи анализируют состав подземных вод на предмет содержания органических компонентов и газов. Рост концентрации таких элементов в единице объёма пробы воды может указывать на близость пласта. Тем не менее, самым достоверным и эффективным способом разведки углеводородов в настоящее время является непосредственное бурение скважины для выявления степени достаточности их объёмов для промышленного освоения месторождения. В среднем только в трети случаев после бурения обнаруживаются такие запасы.

Бурение разведочной скважины «Шахринав-1п», Таджикистан

В современной России геологоразведка нефтегазовых ресурсов производится не только с целью немедленной разработки конкретных блоков, но и для общего прироста количества углеводородов в соответствии с требованиями Энергетической стратегии, рассчитанной до 2020 года. Напомним, что, по мнению Владимира Путина, геологоразведка крайне важна для экономики России. Открытие и изучение новых месторождений - это работа на перспективу, поскольку выявленные ресурсы фактически являются сырьевым вкладом в будущее страны.

РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ твёрдых полезных ископаемых (а. mineral exploration; н. Prospektion der Mineralienlagerstatten, Erkundung der festen Воdenschatze; ф. prospection des gisements mineraux, exploration des gotes mineraux; и. prospeccion de yacimientos de minerales, exploracion de depositos de minerales) — комплекс работ, проводимых с целью определения промышленного значения месторождений полезных ископаемых , получивших положительную оценку в результате поисково-оценочных работ.

Резервом пополнения объектов разведки являются также ранее разведывавшиеся, но по различным причинам отнесённые за баланс . Их повторная ревизия (переоценка), осуществляемая на основании новых геолого-генетических концепций, изменения конъюнктуры, появления более совершенных средств разведки месторождений и новых технологических схем и переработки минерального сырья , позволяет обосновать иногда передачу некоторых из числа таких ранее изучавшихся объектов под предварительной разведкой месторождений без проведения дополнительные полевых работ. В ходе разведки месторождений устанавливаются геолого-промышленные параметры месторождений, необходимые для их промышленной оценки, проектирования строительства горнодобывающих предприятий, обеспечения эксплуатационных работ и переработки извлекаемых полезных ископаемых Так, например, определяется морфология тел полезных ископаемых, что имеет первостепенное значение для выбора системы последующей их разработки. Устанавливаются контуры тел полезных ископаемых с учётом геологических границ (контакты литологически различных пород, поверхности разломов и др.) и по данным опробования (см. ), среднее содержание основных и попутных компонентов, наличие вредных примесей, характер распределения полезных ископаемых и др.

Способы разведки месторождений определяются набором соответствующих технических средств, обеспечивающих получение максимально полной информации по разведочному пересечению или геологическому объёму в целом. При предварительной разведке основным видом работ является бурение: ударное (при разведке россыпей), колонковое (керновое и бескерновое), глубокое; в особо сложных случаях (как правило, при разведке месторождений руд цветных и редких металлов) используются глубокие шурфы , мелкие шахты , штольни . Их назначение — подтверждение данных разведочного бурения, уточнение строения наиболее сложных участков месторождения, отбор технологических проб. Детальная разведка и доразведка месторождений осуществляются, как правило, на основе бурения; на некоторых объектах проходятся также глубокие разведочные и разведочно-эксплуатационные шахты. Основные виды работ при эксплуатационной разведке — горные выработки (горизонтальные, вертикальные и наклонные) и подземные (обычно короткометражные) скважины — колонковые и перфораторные (бескерновые). Для получения максимальной информации о строении месторождений и закономерностях размещения полезных ископаемых при минимальной затрате средств разведочные горные выработки располагают таким образом, чтобы они пересекали всю мощность перспективной зоны (горизонта, структуры), а разведочные профили (группы разведочных пересечений) — преимущественно вкрест простирания последних.

Набор технических средств разведки месторождений определяется видом работ: это канавокопатели и многоковшовые экскаваторы для проходки канав и траншей, бульдозеры для проведения расчисток и вскрытия коренных обнажений, а также траншейной разведки россыпей , комплекты самоходного оборудования для проходки шурфов и картировочно-поисковых скважин, спуско-подъёмные механизмы для проходки глубоких шурфов и шахт, различные типы буровых станков для бурения разведочных скважин, автоматизированные устройства для отбора и анализа проб, полевая геофизическая аппаратура с ЭВМ для оперативной обработки получаемых данных и др.

Непременной составной частью геологоразведочных работ на всех стадиях является камеральная обработка материалов. По материалам первичной геологической документации и опробования составляются сводные погоризонтные планы и разрезы — основа подсчёта запасов полезных ископаемых . Эти же данные используются для составления детальных геолого-структурных карт, на базе которых строятся прогнозные карты , являющиеся основой при составлении проектов дальнейших работ.

Основной объём работ по предварительной и детальной разведке месторождений, а также в необходимых случаях их доразведки выполняется организациями Министерства геологии CCCP за счёт средств госбюджета. Разведка некоторых месторождений, главным образом местных строительных материалов , проводится по хозяйственным договорам с заинтересованными организациями. Эксплуатационная разведка осуществляется промышленными организациями; основной объём затрат на её проведение падает на себестоимость выпускаемой продукции. При разработке месторождений происходит частичный возврат средств, затраченных ранее на разведку Министерством геологии (по ставкам возмещения, утверждаемым для каждого вида полезного ископаемого раздельно).

Требования к работам, выполняемым на каждой стадии разведки месторождений, сформулированы в соответствующих методических указаниях, утверждённых Министерством геологии CCCP. Результаты разведочных работ (сведения о запасах месторождения, качестве и степени технологичности слагающих его полезных ископаемых, технико-экономических условиях разработки, результаты экономических расчётов по инфраструктуре проектируемого предприятия, себестоимости продукции и др.) должны гарантировать оправданность затрат на промышленное освоение месторождения и окупаемость капиталовложений. При обнаружении крупных и богатых месторождений, особенно дефицитных видов минерального сырья, допускается совмещение отдельных стадий разведочных работ. На очень сложных по своему геологическому строению месторождениях полезных ископаемых (пьезооптическое сырьё, руды благородных и некоторых редких металлов и др.) разведка месторождений осуществляется с попутной отработкой выявляемых тел полезных ископаемых. В этом случае запасы подсчитываются обычно лишь по низким категориям.

Методические приёмы разведки месторождений новых видов твёрдых полезных ископаемых (например, расположенных на дне морей и океанов) имеют свои специфические особенности (см. Морская разведка месторождений).

Размеры затрат на разведку месторождений зависят от масштабов месторождений, от степени их геологической сложности, типа и вида полезных ископаемых, экономической освоенности района и других факторов и могут достигать многих десятков млн. рублей. В целом на долю разведочных работ приходится не более 40% ассигнований на геологоразведочные работы, в т.ч. на предварительные разведки месторождений — более половины.

Впервые курс лекций по разведке месторождений ("разведочному делу") был прочитан в 1924 в Петроградском К. М. Марковым. В 30-х гг. Н. В. Арсеньевым, Н. В. Барышевым, И. С. Васильевым, С. В. Кумпаном и др., а в 50-60-х гг. В. М. Борзуновым, А. Б. Кажданом, И. Д. Коганом, К. В. Мироновым, Е. О. Погребицким, А. П. Прокофьевым, В. И. Смирновым, П. А. Шехтманом, А. А. Якжиным и др. был издан ряд учебных и методических руководств, а также монографических работ. Курс методики разведки месторождений читается во многих геологических вузах, в ряде их созданы кафедры соответствующего профиля. Методика разведки месторождений синтезирует опыт смежных геологических наук (геологии полезных ископаемых, структурной геологии и др.), широко использует современные методы исследования, в частности математические (с применением ЭВМ).

Геологическая разведка

Скопления нефти и газа связаны с геологическим строением недр Земли, в связи с этим изучение этого строение и составление геологических карт регионов лежит в базе всœех методов поиска нефти и газа.

Геофизика - комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твёрдой Земли (земную кору,мантию

Жидкое внешнее и твёрдое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы(метеорологию, климатологию, аэрономию).

Разведочной геофизикой называют раздел геофизики, посвящённый изучению строения Земли с целью поиска и уточнения строения залежей полезных ископаемых, а также выявлению предпосылок для их образования. Разведочная геофизика проводится на суше, акватории морей, океанов и пресных водоемов, в скважинах, с воздуха и из космоса. Разведочная геофизика является важной составляющей геологоразведочного процесса благодаря высокой эффективности, надёжности, дешевизне и скорости проведения.

Геофизические методы исследований - это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для изучения верхних слоев Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, инженерно-геологических, гидрогеологических, мерзлотно-гляциологических и других изысканий и основанный на изучении естественных и искусственных полей Земли. Геофизика, находясь на стыке нескольких наук (геологии, физики, химии, математики, астрономии и географии), изучает происхождение и строение различных физических полей Земли и протекающих в ней и ближнем космосœе физических процессов. Предметом исследования научно-прикладных разделов геофизики является осадочный чехол, кристаллический фундамент, земная кора и верхняя мантия с общей глубиной до 100 км.

Общее число геофизических методов или модификаций превышает 100 и существуют различные их классификации. Методы ГИС отличаются большим разнообразием и используют ВСЕ ВИДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ (электрические, электромагнитные, тепловые, ядерных излучений, гравитационные, механических напряжений). По используемым физическим полям Земли их подразделяют на гравиразведку, магниторазведку, электроразведку, сейсморазведку, ядерную геофизику и терморазведку, называемые также гравиметрическими, магнитными, электромагнитными, сейсмическими, ядерно-физическими и термическими геофизическими методами исследований. В первых двух используют естественные, а в остальных - естественные и искусственные физические поля Земли. К естественным (пассивным) физическим полям Земли относят гравитационное (поле тяготения), геомагнитное, электромагнитное (разной природы), сейсмическое (поле упругих колебаний в результате землетрясений), радиоактивное и термическое. К искусственным (активным) относят следующие физические поля: электрическое, электромагнитное, сейсмическое (поле упругих колебаний, вызванных искусственным путем), вторичных ядерных излучений, термическое (поле температур).

Каждое физическое поле определяется своими параметрами. К примеру, гравитационное поле характеризуют ускорением свободного падения g и вторыми производными потенциала, геомагнитное поле - полным вектором напряженности и различными его элементами, электромагнитное - векторами магнитной и электрической компонент, упругое - временем и скоростями распространения различных упругих волн, ядерно-физические - интенсивностями естественного и искусственно вызванных излучений, термическое - распределœением температур и тепловых потоков.

Принципиальная возможность проведения геологической разведки на базе изучения различных физических полей Земли определяется тем, что распределœение параметров полей на поверхности или в глубинœе Земли, в море, океане или в воздушной оболочке зависит не только от общего строения Земли и околоземного пространства, а также происхождения или способа создания полей, т. е. от нормального поля, но также и от неоднородностей геологической среды, создающих аномальные поля. Иными словами, геофизика служит для выявления аномалий физических полей, обусловленных неоднородностями геологического строения, связанных с изменением физических свойств и геометрических параметров слоев, геологических или техногенных объектов.

Геофизическая информация отражает физико-геологические неоднородности среды в плане, по глубинœе и во времени. При этом возникновение аномалий связано с тем, что объект поисков, называемый возмущающим, либо сам создает поля в силу естественных причин, к примеру, повышенной намагниченности, либо искажает искусственное поле вследствие различий физических свойств, к примеру, отражение упругих или электромагнитных волн от контактов разных толщ.

В случае если геологические и геохимические методы являются прямыми, методами близкого действия, основанными на непосредственном, точечном или локальном изучении минœерального, петрографического или геохимического состава вскрытых выработками пород, то геофизические методы являются косвенными, дальнодействующими, обеспечивающими равномерность, объёмный характер получаемой информации и практически неограниченную глубинность. При этом производительность геофизических работ значительно выше, а стоимость в несколько раз меньше по сравнению с разведкой с помощью неглубоких (до 100 м) и в сотни раз меньше при бурении глубоких (свыше 1 км) скважин. Повышая геологическую и экономическую эффективность изучения недр, геофизические методы исследования являются важнейшим направлением современной геологии.

Выявление геофизических аномалий - сложная техническая и математическая проблема, поскольку оно проводится на фоне не всœегда однородного и спокойного нормального поля, а среди разнообразных помех геологического, природного, техногенного характера (неоднородности верхней части геологической среды, неровности рельефа, космические, атмосферные, климатические, промышленные и другие помехи).

Измерив те или иные физические параметры по системам обычно параллельных профилей или маршрутов и выявив аномалии, можно судить о свойствах пород и о геологическом строении района исследований.

Получаемые аномалии определяются, прежде всœего, изменением физических свойств горных пород по площади и по глубинœе. К примеру, гравитационное поле зависит от изменения плотности пород; магнитное поле - магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности; электрическое и электромагнитное поля - от удельного электрического сопротивления пород, диэлектрической и магнитной проницаемости, электрохимической активности и поляризуемости; упругое поле - от скорости распространения различных типов волн, а последние, в свою очередь, - от плотности и упругих констант; ядерные - от естественной радиоактивности, гамма- и нейтронных свойств; термическое поле - от теплопроводности теплоемкости и др.

Физические свойства разных горных пород меняются иногда в небольших (к примеру, плотность - от 1 до 6 г/см3), а иногда в очень широких пределах (к примеру, удельное электрическое сопротивление-от 0,001 до 1015 Ом-м). Учитывая зависимость отцелого ряда физико-геологических факторов одна и та же порода может характеризоваться разными свойствами и, напротив - разные породы могут не различаться по некоторым свойствам. Изучение физических свойств горных пород и их связи с минœеральным и петрофизическим составом, а также водонефтегазонасыщенностью и является предметом исследований петрофизики.

Известны различные прикладные (целœевые) классификации геофизических методов. Региональные геофизические методы предназначены для внемасштабных глубинных исследований на глубинах до 100 км (глубинная геофизика), мелко-среднемасштабных структурных исследований на глубинах около 10 км (структурная геофизика) и крупномасштабных картировочно-поисковых съемок на глубинах до 2 км (картировочно-поисковая геофизика). К разведочной относят нефтегазовую, рудную, нерудную и угольную геофизику, применяемую для поисков и разведки месторождений соответствующих полезных ископаемых. Иногда региональную и нефтегазовую геофизику объединяют в структурную. Инженерно-гидрогеологическая геофизика объединяет методы, предназначенные для инженерно-геологических, мерзлотно-гляциологических, гидрогеологических, почвенно-мелиоративных и техногенных исследований. Под техногенной геофизикой понимают методы мониторинга, т. е. системы изучения, слежения и контроля за изменением состояния среды в результате деятельности человека (в том числе контроля загрязнения и экологической охраны подземных вод и геологической среды). Сюда же можно отнести методы изучения условий передачи энергии, коррозии металлических конструкций, поисков погребенных объектов, к примеру, археологических и др.
Размещено на реф.рф
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, возникнув как прикладные геологоразведочные, геофизические методы исследования находят применение и в других областях человеческой деятельности.

По месту проведения работ геофизические методы исследования подразделяют на следующие технологические комплексы: аэрокосмические (дистанционные), полевые (наземные), акваториальные (океанические, морские, речные), подземные (шахтно-рудничные) и геофизические исследования скважин (ГИС) или каротаж. Иногда дистанционные методы изучения поверхности и глубин Земли с помощью самолетов, вертолетов, искусственных спутников, пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций не считают геофизическими, поскольку при этих работах преобладают съемки в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн (фото- и телœевизионная съемки). При этом, кроме таких визуальных наблюдений, всœе чаще используют дистанционные методы невидимого диапазона электромагнитных волн: инфракрасные, радиолокационные (радарная и радиотепловая), радиоволновые, ядерные, магнитные и другие, которые являются сугубо геофизическими. Особое место занимают геофизические исследования скважин, отличающиеся от прочих геофизических методов специальной аппаратурой и техникой наблюдений и имеющие большое прикладное значение при документации разрезов скважин.

Верхние оболочки Земли являются предметом исследования не только геофизических методов, но и других наук: геологии со всœеми разделами, геохимии, географии и др.
Размещено на реф.рф
Геофизические методы исследования, базируясь на этих науках, являются, прежде всœего, геологическими. Вместе с тем, давая другим наукам о Земле всœевозможную информацию, они изменяют сам характер геологоразведочных работ.

Теория геофизических методов исследований - физико-математическая. Математическое моделирование, т. е. решение геофизических задач с помощью математики, настолько сложно, что здесь используют передовые ее достижения и самый высокий уровень компьютеризации. На геофизических задачах в немалой степени совершенствуется математический аппарат. Математическое решение прямой задачи геофизики, ᴛ.ᴇ. определœение параметров поля по известным свойствам и размерам геологических тел, хотя иногда очень сложно, но единственно. Вместе с тем, одно и то же распределœение параметров физического поля может соответствовать различным соотношениям физических свойств и размеров геологических объектов. Иными словами, математическое решение обратной задачи геофизики, т. е. определœение размеров геологических объектов и свойств слагающих их пород по наблюденному полю, не только значительно сложнее, но и, как правило, не единственно.

В процессе геолого-геофизических изысканий составляются следующие виды карт (кроме геологических профилей и схем корреляции):

– общих мощностей горизонта͵ которые обычно строят для изучения условий осадконокопления, палеотектонических особенностей и др.;

– эффективных мощностей горизонта (пласта), на которых показывают суммарные мощности только проницаемых прослоев-коллекторов. Эти карты применяют при подсчете запасов нефти и газа, проектировании и анализе разработки нефтяных залежей. Вместе с тем, исходя из практических задач, наряду с картой эффективной мощности строят карты эффективной нефтенасыщенной мощности пласта͵ на которой показывают лишь мощности пористых нефтенасыщенных пластов;

– распространения коллекторов или зональных интервалов, на базе которых оценивают прерывистость продуктивных пластов. Чаще всœего такие карты совмещают с картами эффективных мощностей;

– распространения зон слияния пластов, которые позволяют установить возможные зоны перетоков нефти или обводнения за счёт слияния с водоносным горизонтом;

– пористости и проницаемости, используемые для изучения характера и закономерностей изменения коллекторских свойств пластов. Эти карты составляют лишь в тех случаях, когда по залежи накоплен большой фактический материал, которым более или менее равномерно освещена вся площадь месторождения и если значения указанных параметров значительно изменяются по площади;

– геофизических параметров, характеризующих коллекторские свойства пластов.

Решение обратной задачи - это основное содержание интерпретации данных разведочной геофизики. Оно с достаточной точностью должна быть выполнено лишь тогда, когда кроме наблюденного поля из дополнительных источников получены сведения о свойствах пород, залегающих на глубинœе (к примеру, по данным геофизических измерений в скважинах или на образцах). Большей однозначности интерпретации в определœенных условиях можно добиться комплексным изучением нескольких полей.

Методика и аппаратура геофизических методов исследования основаны на использовании механики, электроники, автоматики, вычислительной техники, т. е. способы измерений - физико-технические. При этом современный уровень требований к аппаратуре очень высокий.

Эффективность разведочной геофизики при решении какой-либо задачи определяется правильным выбором метода (или комплекса методов), рациональной и высококачественной методикой и техникой проведения работ, качеством геофизической интерпретации и геологического истолкования результатов. Сложность геофизической интерпретации объясняется как неоднозначностью решения обратной задачи, так иногда и приближенностью самого решения. По этой причине из нескольких возможных вариантов интерпретации крайне важно выбирать наиболее достоверный, что можно сделать при использовании всœех сведений о физических свойствах пород района исследований, их литологии, тектоническом строении, гидрогеологических условиях. Иными словами, лишь при хорошем знании геологии района можно получить наиболее достоверное истолкование результатов геофизических методов исследований, что требует совместной работы геофизиков и геологов при интерпретации. Последнее, очевидно, невыполнимо, в случае если геофизики не имеют прочных знаний по геологическим дисциплинам и слабо знакомы с изучаемым районом, а геологи не разбираются в сущности и возможностях тех или иных методов геофизики.

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 всœеми геологами данных геофизики. Единство и взаимодействие геофизической и геологической информации - руководящий методологический принцип комплексирования наук о Земле. Объясняется это тем, что возможности каждого частного метода геологоразведки (съемки, бурения, проходки выработок, геофизики, геохимии и др.) ограничены.

Разведочная геофизика является сравнительно молодой наукой, сформировавшейся в 20-е годы XX века. При этом ее физико-математические основы заложены значительно раньше. Так же давно началось использование полей Земли в практических целях. Ранее других методов возникла магниторазведка. Первые сведения о применении компаса для разведки магнитных руд в Швеции относятся к 1640 ᴦ. Теория гравитационного поля Земли берет свое начало с 1687 ᴦ., когда И. Ньютон сформулировал закон всœемирного тяготения. Первыми работами по электроразведке являются наблюдения Р. Фокса (Великобритания) в 1830 ᴦ. естественной поляризации сульфидных залежей и Е.И. Рогозина, который в 1903 ᴦ. дал первое изложение основ этого метода.

Первыми магниторазведочными работами в России были съемки Курской магнитной аномалии (КМА) профессора МГУ Э.Е. Лейста в 1894 ᴦ., а в конце IX века - работы на Урале Д.И. Менделœеева и в районе Кривого Рога И.Т. Пассальского. Теоретические работы Э. Вихерта (Германия) и Б.Б. Голицына в начале XX века в области сейсмологии имели самое непосредственное отношение к созданию сейсморазведки. В 1919 ᴦ. были начаты магнитные исследования на КМА. Эти работы можно считать началом развития не только отечественной, но мировой разведочной геофизики. Сегодня по уровню теории и практическому использованию отечественная геофизика занимает передовые позиции в мире. Дальнейший рост минœерально-сырьевой базы страны, требующий разведки полезных ископаемых на всœе больших глубинах и в труднодоступных районах, а также расширение объёмов горнотехнических, инженерно-гидрогеологических, мерзлотно-гляциологических, почвенномелиоративных, техногенных изысканий приведут к дальнейшему расширению применения геофизических методов исследований, их широкому комплексированию с другими методами, а значит, крайне важно сти их изучения различными специалистами.

Первый поисковый этап – геологическая разведка по сбору данных о геологическом строении с использованием не разрушающих недра методов. Широко применяют также различные геофизические методы (сейсморазведка на суше, магниторазведка с применением авиационной техники и космических аппаратов и др.) с целью воссоздать глубинное строение недр и найти предполагаемые нефтяные и газовые залежи.

Сейсморазведка - раздел разведочной геофизики, включающий методы изучения строения Земли, основанные на возбуждении и регистрации упругих волн. При сейсморазведкеизмеряют скорость распространения взрывной волны в толще горных пород на глубинœе исследований не более 2-3 км. Для возбуждения колебаний применяется взрывы зарядов тротила в неглубоких скважинах, а также долгое (вибрационное) или короткое (импульсное) ударное воздействие на горные породы. Взрывные источники наносят большой урон окружающей среде. Невзрывные источники могут использовать многократно в одной и той же точке, более управляемы, но гораздо слабее.

Породы земной коры различаются по упругим свойствам - модулю Юнга, коэффициенту Пуассона и плотности, что приводит к тому, что упругая волна распространяется в них с различной скоростью, а на границах сравнительно однородных пластов испытывает явления отражения, преломления и прохождения. Распространяясь в объёме горных пород, упругая волна попадает на границы раздела, изменяет направление и динамические свойства и образуются новые волны. Наличие резких границ раздела между пластами приводит к образованию вторичных волн, интенсивность которых зависит от контрастности границы по упругим свойствам. Чем сложнее строение изучаемой геологической среды, тем больше волн образуется на границах ее раздела. Образовавшиеся вторичные волны содержат информацию о строении и составе горных пород, через которые они проходят.

Для регистрации колебаний упругих волн применяют специальные устройства - сейсмоприемники, располагающиеся на пути следования волн и преобразующие колебания частиц почвы в электрический сигнал. Продольные (раньше изучали только эти волны) и поперченные волны этих упругих колебаний, отраженные от слоев горных пород (с различной плотностью и упругостью), регистрируются сейсмоприемниками (датчиками), которые располагаются по определœенной схеме на поверхности изучаемой территории. Получаемые зависимости объединяются в сейсмотрассы (графики колебаний), которые затем объединяются в сейсмограммы. Полученные данные в виде сейсмограмм затем обрабатываются на ПК, и на базе анализа полученных результатов составляется глубинная карта границ залегания тех или иных пород с различными свойствами, по которым можно предположить наличие нефтегазоносных залежей.

Методы сейсморазведки различают по типу используемых полезных волн, по стадии геологоразведочного процесса, по решаемым задачам, по способу получения данных, типу источника колебаний. Выделяют (наиболее важные):

· Метод отраженных волн (основан на выделœении волн, однократно отраженных от целœевой геологической границы; наиболее востребованный метод)

· Метод преломленных волн (ориентирован на преломленные волны, которые образуются при падении волны на границу двух пластов под определœенным углом)

По размерности сейсморазведка различается на 1D, 2D и 3D варианты. Зависит от расстановки пунктов приема возбуждения и приема.

Магниторазведка позволяет изучать с помощью высокочувствительных магнитометров аномалии магнитного поля Земли, которые связаны с различиями магнитных свойств разных пород на глубинœе до 7 км. Такие найденные аномалии, измеряемые у поверхности Земли, позволяют предположить в ряде случаев существование в недрах складчатых структур или пластов плотных кристаллических пород в изучаемом районе. Замеченное снижение электрического сопротивления недр и служит косвенным признаком возможного скопления нефти и газа. Геомагнетизм исследует магнитное поле Земли (его источники и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. Принято считать, что глобальное магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в жидком внешнем ядре, его напряженность изменяется с периодичностью от 100 до 10 000 лет, а полярность подвержена обращениям (инверсиям). Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. С целью поисков месторождений полезных ископаемых магниторазведка применяется в виде наземной, морской или аэромагнитной съёмки. Магнитная съемка проводится, как правило, по сети параллельных линий, или профилей. После ввода необходимых поправок строится карта магнитного поля в виде графиков или изолиний. На карте могут находится области с покойного поля и магнитные аномалии - локальные возмущения магнитного поля, вызванные неоднородностями магнитных свойств горных пород. Магниторазведка проводится с целью выявления аномалий как непосредственно связанных с полезным ископаемым, так и с контролирующими залежь тектоническими и стратиграфическими структурами.

Магниторазведка с успехом применяется при поисках желœезнорудных месторождений, где ее можно рассматривать как прямой метод поисков и где полученные данные могут использоваться для предварительной оценки запасов и качества руд. При поисках других полезных ископаемых магниторазведка как правило применяется в комплексе с другими геофизическими методами и решает в основном задачи геологического картирования.

Гравиразведка. Гравиразведкой или гравиметрией принято называть геофизический метод, изучающий изменение ускорения свободного падения в связи с изменением плотности геологических тел. Гравиметрическая разведка основана на изучении естественного поля силы тяжести на земной поверхности. Информация об элементах этого поля позволяет по распределœению в земной коре геологических тел различать плотности, устанавливать глубинное строение изучаемых площадей.

Физической основой метода является закон всœемирного тяготения Исаака Ньютона, в соответствии с которым разные по плотности горные породы создают различные изменения в гравитационном поле. Горные породы имеют определœенные и устойчивые плотностные характеристики, определœенные сочетания которых создают характерные гравитационные поля (аномальные поля). Интенсивность аномалий определяется контрастностью физических свойств, относительной глубиной объекта͵ уровнем помех (к ним относятся неоднородности верхней части геологической среды, неровности рельефа, космические, атмосферные, климатические, промышленные и др).

В результате гравиразведки рассчитываются аномалии силы тяжести, обусловленные теми или иными плотностными неоднородностями – прямая задача. Определœение местоположения, залегания, формы, размеров и плотности тел по известным аномалиям – обратная задача.

Первым этапом интерпретации результатов является качественная интерпретация – дается видуальное описание характера аномалий силы тяжести по картам и профилям. При этом отмечается форма аномалий, их простирание, примерные размеры, амплитуда. Устанавливается гравитационных аномалий с геологическим строением, выделяются региональные аномалии, связанные со строением земной коры, и локальные аномалии, представляющие разведочные интерес. Региональные аномалии связаны с глубинными аномалиями плотности, крупными структурами земной коры, поверхностью кристаллического фундамента и неоднородностью его состава. Локальные аномалии приурочены к антиклинальным, синклинальным структурам в осадочном чехле и фундаменте, залежам полезным ископаемых.

Гравиразведка активно применяется при региональном исследовании земной коры и верхней мантии, выявлении глубинных тектонических нарушений, поиске полезных ископаемых - преимущественно рудных, выделœении алмазоносных трубок взрыва. Гравиразведка позволяет изучать состав горных пород, и их положение в геологическом разрезе, к примеру для магматических с ростом основности возрастает концентрация желœезистых соединœений и плотность.

Для проведения гравиразведки применяются гравиметры, чувствительные приборы измеряющие ускорение свободного падения. Единицей измерения этой величины является Гал или более употребительный мГал. Крупные геологические тела характеризуются аномалиями в десятки и даже сотни мГал. В отечественной практике наиболее широко применяются кварцевые гравиметры ГНУ-КС и ГНУ-КВ.

Электроразведка – совокупность методов изучения строения земной коры и поисков месторождений полезных ископаемых, основанных на изучении естественных и искусственных электромагнитных полей; это геофизический метод, основанный на измерении удельного электрического сопротивления горных пород. Удельное электрическое сопротивление измеряют как по глубинœе в одной точке (вертикальное электромагнитное зондирование), так и по площади, получая карту сопротивлений (электропрофилирование).

Измерения УЭС пород происходит на поверхности. В землю втыкаются электроды, одни из которых приемные, а другие – питающие. С помощью специальной аппаратуры через питающие электроды подается ток, а на приемных электродах измеряется разность потенциалов. Показания записываются и впоследствии обрабатываются на компьютере.

Важно понимать, что каждому изучаемому геологическому разрезу соответствует его модель – геоэлектрический разрез, представляющий собой совокупность электрических и геометрических характеристик горных пород и руд, слагающих данный разрез. Исследования геологического разреза на глубину называются зондированием, а в горизонтальном направлении на определœенной глубинœе – профилированием.

Результатом вертикального электромагнитного зондирования являются геоэлектрические разрезы, на которых по показаниям сопротивлений выделяют литологические слои. При электропрофилировании основной целью является получение площадных данных, в связи с этим результатом электропрофилирования является карта сопротивлений.

Методы электроразведки позволяют изучать параметры геологического разреза, измеряя параметры постоянного электрического или переменного электромагнитного поля.

В электроразведке сейчас насчитывается свыше 50 различных методов и модфикаций, предназначенных как для глубинных исследований, так и для изучения верхней части разреза. Учитывая зависимость отпринципа исследования их можно разделить на следующие группы: методы сопротивлений (метод постоянного тока) и электромагнитные методы.

Методы сопротивлений основаны на пропускании в земле с помощью пары электродов известного постоянного тока и измерении напряжения, вызванного этим током, с помощью другой пары электродов. Зная ток и напряжение можно вычислить сопротивление, а с учетом конфигурации электродов можно установить к какой части подповерхностного пространства это сопротивление относится (вертикально электрическое зондирование – ВЭЗ, электропрофилирование – ЭП, метод заряженного тела - МЗТ). Данные методы, как правило, применяют при региональных, структурно-картировочных и разведочных исследованиях, когда ставятся задачи расчленения геологического разреза на слои и блоки, определœения последовательности залегания пластов и картирования тектонических структур.

Следующие методы электроразведки:

· Методы электрохимической поляризации (метод естественного поля – ЕП, метод внешнего поля - ВП)

· Магнитотеллурические методы (магнитотеллурическое зондирование – МТЗ, магнитотеллурическое профилирование – МТП)

· Индуктивные методы (низкочастотные индуктивные методы – НЧИМ, метод переходных процессов – МПП)

· Электромагнитные зондирования (зондирование становлением –ЗС, частотное зондирование – ЧЗ, дистанционные электромагнитные зондирования – ДЭМЗ)

· Радиоволновые методы (радиоволновое зондирование – РВЗ, радиоволновое профилироваие – РВП, георадар)

Геологическая разведка - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Геологическая разведка" 2017, 2018.

Постоянно развиваясь на основе многолетнего опыта смелых и упорных практиков. С давних времён они положили начало ремеслу добычи полезных ископаемых из земных недр, постепенно разведывая новые ресурсы и открывая методы их выработки. Геологи-современники ушли далеко вперёд в плане знаний и технологий. Однако при всём нынешнем прогрессе эта работа по-прежнему требует немалых умственных, физических и финансовых затрат.

Объёмный комплекс работ для стратегических целей

Поиски, обнаружение и сложная техническая подготовка к дальнейшему освоению месторождений полезных ископаемых - вот наиболее ёмкое описание всего комплекса геологоразведочных работ, сложная и многогранная структура проведения которых делает эту сферу достаточно закрытой по отношению к тем, кто не имеет малейших специализированных знаний.

Основной целью ГРР является изучение способов разведки и добычи полезных ископаемых с максимально эффективными и экономически рациональными результатами. При этом обязательно учитывается и состояние окружающей среды - наносимый ей вред правила геологоразведочных работ сводят к минимуму.

Помимо этого, геологические службы и организации нередко оказываются смежные услуги изучения недр для строительства различных подземных сооружений, проводят инженерно-геологическое изучение отдельных территорий в частном порядке, подготавливают места безвредного захоронения вредных производственных отходов.

Краткий исторический очерк

Поиск и разведка полезных ископаемых (в частности, благородных и цветных металлов, а позже ещё и чёрных) осуществлялась человеком ещё с глубокой древности. Наиболее ранний и полный опыт по проведению геологоразведочных работ на землях средневековой Европы представил в своих трудах немецкий учёный Георг Агрикола.

Первые документально зафиксированные ГРР в России были проведены на реке Печоре в 1491 году. Наиболее мощный толчок к развитию этой отрасли в отечественной практике был дан лишь спустя пару столетий, в 1700 году. Этому способствовало издание «Приказа рудокопных дел» Петра I. Дальнейший уклон на более научную основу русской геологической разведки был заложен Михаилом Ломоносовым. В 1882 году создаётся первое государственное геологическое учреждение России - Геологический комитет. Его же сотрудникам спустя десять лет, в 1892 году, удалось создать первую геологическую карту европейской части страны в масштабе 1:2 520 000. Примерно в этот же период начинает формироваться теория разведки нефти, подземных вод, твёрдых пород полезных ископаемых и россыпей.

С наступлением советского периода геологическая служба перетерпела значительные перемены. Государственные приоритеты сместились больше к поискам нефти, в результате чего были не только лишь расширены старые нефтегазоносные районы (в частности, Северный Кавказ), но и разведаны новые месторождения. Так, в 1929 году были развёрнуты ГРР на Волго-Уральской области, широко известной в народе как «Второе Баку».

К началу 1941 советская геология могла похвастаться достаточно внушительными результатами: были разведаны и подготовлены к эксплуатации месторождения большинства известных полезных ископаемых. За годы Великой Отечественной (1941-1945) ГРР были резко переведены на ускоренные поиски и разработки районов с наиболее важными со стратегической точки зрения ресурсов (в частности, на Урале, Сибири, Средней Азии и Дальнем Востоке). В результате были существенно пополнены запасы нефти, железных руд, никеля, олова и марганца. В послевоенные годы исчерпывавшие себя месторождения компенсировались интенсивной разведкой новых.

В современной России государственный акцент ГРР сместился больше на частное инвестирование. Однако и бюджетная доля также позволяет выстраивать долгосрочные стратегические программы по развитию отечественного минерально-сырьевого запаса страны. Так, на период 2005-2020 ожидаются поступления из казны на геологические исследования в общем размере 540 млрд руб. Почти половина из них будет направлена на ассигнование геологоразведки углеводородов.

Этап первый - начальная подготовка

Все этапы и стадии геологоразведочных работ в общей сложности складываются в три последовательных комплекса действий.

Начальный - первый этап - включает в себя лишь геофизические работы на местности с геолого-съёмками территории. При этом нередко осуществляется бурение опорных скважин. Весь рассматриваемый регион находится под пристальным мониторингом, в том числе и на возможность землетрясений и иных негативных для проведения ГРР факторов.

Результатом становится предварительно определение перспективных месторождений. При этом обязательно создаётся комплект карт отснятой местности под различные масштабы и предназначения. Оценивается также и состояние окружающей геологической среды на стабильность и возможные её изменения.

Второй этап - поиск месторождений и их оценка

Более глубокий и детальный сбор информации по залежам полезных ископаемых в масштабах определённой территории начинается именно с этого этапа.

Стадия 2 заключается в работах поискового характера на перспективных по результатам первого этапа площадям: выявление конкретных залежей полезных ископаемых, более точная оценка их объёмов. Проводится комплекс геологических, геофизических и геохимических работ, дешифруются аэрокосмоматериалы, сооружаются (либо просто делаются поверхностные выработки) для детального изучения глубинных горных пород. В результате составляется очередной набор геологических карт (в масштабе 1:50000 - 1:100000), геологи получают на руки подробные статистические сводки.

На третьей стадии геологоразведочных работ определяется целесообразность дальнейшей разведки найденных залежей. Именно от полученных результатов будет зависеть проведение следующего этапа, в течение которого и начинается добыча искомых ресурсов. Геологи оценивают экономический потенциал всех найденных месторождений, отбраковывая все неценные скопления.

Не менее важно и то, что после проведения этого комплекса работ, составляется ценности рассмотренных месторождений. И только при положительных результатах объект, наконец, передаётся в дальнейшую разведку и эксплуатацию.

Заключительный (третий) этап - освоение

То, ради чего и проводится кропотливый сбор геологической информации по обнаруженным месторождениям. Как и в случае с предыдущим, правила геологоразведочных работ разделяют данный этап на две стадии.

4 стадия (разведка) начинается исключительно на оценённых месторождениях (те, разработка которых признана экономически целесообразной). Детально уточняется геологическое строение объекта, оцениваются инженерно-геологические условия для его дальнейшей отработки, выясняются технологические свойства полезных ископаемых, расположенных в нём. В результате все оценённые залежи обязаны быть технически подготовлены к дальнейшей эксплуатации. Не менее важно при разведке месторождения подробно учесть ресурсы, попадающие под категории А, В, С2 и С1.

Наконец, на пятой стадии геологоразведочных работ проводится эксплуатационная разведка. Она занимает весь период освоения месторождения, благодаря чему специалисты получают возможность иметь достоверные данные по имеющимся залежам (морфология, внутреннее строение и условие залегания полезных ископаемых).

В поисках подземных вод

По аналогии с добычей твёрдых ископаемых, геологоразведочные работы на воду проводятся точно по тем же четырём стадиям (региональное геологическое рассмотрение, комплекс поисковых работ, оценка и разведка месторождения). Однако в связи со спецификой этого ресурса и условий для его формирования, добыча производится с немалым количеством нюансов.

В частности, эксплуатационные запасы воды подсчитываются и утверждаются совершенно в иных единицах измерения. Они отображают объёмы этого ресурса, которые могут быть извлечены в данных условиях за единицу времени - м 3 /сутки; л/с и т. д.

Современная инструкция по геологоразведочным работам выделяет 4 вида :

1. Питьевые и технические - они применяются в системах водоснабжения, ими производится орошение почвы, обводняются пастбища.
2. Минеральные воды с лечебными свойствами - такой тип используется в изготовлении напитков и также в профилактических целях.
3. Теплоэнергетические (в том же числе в этот подвид включены и пароводяные смеси) - используются для теплоснабжения объектов промышленного, аграрного и гражданского назначения.
4. Промышленные воды - служит лишь источником для последующей добычи из неё ценных веществ и компонентов (соли, металлы, различные химические микроэлементы).

Высокие риски возникновения казусов, осложнений и порою катастрофических последствий всегда вынуждают особо трепетно соблюдать безопасность геологоразведочных работах, ориентированных на поиски подземных вод. Разработка месторождения открытым способом нередко может сопровождаться суффозией, оползнями, обвалами и обрушениями. Ведение подземных разработок всегда может быть сопряжено с внезапными прорывами воды, плавунами и затоплениями. Помимо очевидной опасности для человека, негативному воздействию подвержены и близлежащие скопления иных полезных ископаемых - они попросту размокают.

Исключительные нюансы для поиска нефти и газа

Добыча этих ресурсов разделена на два этапа. Первый - поисковой - направлен на получение данных по ископаемым, попадающих под категории С1 и С2. При этом также даётся и геолого-экономическая оценка целесообразности освоения тех или иных залежей. Сам этап проводится в три поочерёдных стадии:

1. Геолого-геофизические работы регионального плана - включают в себя мелкомасштабные съёмки исследуемой местности. Осуществляется качественная и количественная оценка нефтегазоносных перспектив на исследуемой территории. На основе этой информации будет предопределены первоочередные объекты на геологоразведочные работы нефти и газа.
2. Подготовка основы для глубокого поискового бурения - в условленной очерёдности выбираются места закладки поисковых скважин. Включает в себя проведение детально сейсморазведки, в некоторых случаях ещё и грави/электроразведку.
3. Поисковые работы - в ходе бурения и опробований поисковых скважин также оцениваются перспективы и нефтегазоносных характеристик, подсчитываются запасы открытых залежей. Помимо этого, выясняются геолого-геофизические свойства прилегающих горизонтов и пластов.

Любой проект геологоразведочных работ также подразумевает возможность провести бурения на уже разрабатываемых месторождениях. Это позволяет найти больше залежей на эксплуатируемом объекте, которые в ходе поискового этапа по многим причинам могли остаться не замеченными.

Следующий этап - разведочный. Он проводится с целью подготовки всех найденных перспективных месторождений газа и нефти к дальнейшей разработке. Подробно исследуется структура обнаруженных залежей, отмечаются продуктивные пласты, а также рассчитываются показатели конденсатов, грунтовых вод, давления и многих иных параметров.

Результат проведения разведочного этапа - подсчёт нефтяных и газовых запасов. На этой основе и решается экономическая целесообразность дальнейшей эксплуатации месторождений.

Беспросветное дно или перспективы для геологоразведки?

Акватории морей и океанов, невзирая на свою относительную неизученность в наше время, также широко осваиваются. Прежде всего, подводный шельф представляет достаточно внушительные перспективы по добыче различных минеральных солей (в частности, морской соли, янтаря и т. д.), нефти и газа. Все полезные ископаемые подобной местности разделены на три типа:

1. Содержащиеся в морской воде.
2. Твёрдые ресурсы, которые расположены на дне/придонном слое.
3. Флюиды (нефть с газом, термальные воды), залегающие в глубине континентальной и океанической коры Земли.

По месту расположения их классифицируют как:

• Залежи ближнего и дальнего шельфа.
• Залежи глубоководных впадин.

На дне морские геологоразведочные работы по добыче нефти и газа осуществляются исключительно путём бурения скважин. Обычно эти ресурсы расположены не менее, чем на 2-3 километра вглубь шельфа. Учитывая расстояние до месторождений, используются различные виды площадок, откуда будет вестись геологическая разведка:

• На глубине до 120 метров - свайные основания.
• На глубине 150-200 метров - плавучие платформы на якорной системе.
• Сотни метров/пара километров - плавучие буровые установки.

Западная практика частного бизнеса

За рубежом геологоразведочная работа полезных ископаемых проводится в основном с инициативы частных фирм, оставляя за нуждами государства лишь систематические геолого-съёмочные и поисковые работы регионального уровня. Процессы по подготовке месторождений для дальнейшего их освоения начинаются в подавляющем большинстве только после получения первых положительных результатов от разведочных выработок (искусственно созданные полости в земной коре, образуемые в результате проведения ГРР).

Они, в свою очередь, подвергают детальному бурению и вскрытию наиболее крупные месторождения, для промышленного освоения которых потребуются значительные финансовые инвестиции. При проведении эксплуатационной разведки ископаемые высоких категорий наращиваются исключительно в тех объёмах, которые требуются для обеспечения текущей добычи. Глубина, на которой проводятся работы, при таких обычных случаях не превышает 2-3 эксплуатационных горизонта (совокупность разведочных выработок на одном уровне).

Однако достоверности ради стоит отметить, что подобная практика совсем не гарантирует страховку от серьёзных просчётов и ошибок при поиске полезных ископаемых. Западный подход в геологоразведочных работах по большому счёту сводится к добыче информации, исходя из которой обнаруженные месторождения будут оценены в своей экономической целесообразности и, при успешных результатах, немедленно введены в эксплуатацию. В этом плане выявить на объекте максимально полный объём всех видов полезных ископаемых, а также спрогнозировать ресурс для разведываемых запасов, является достаточно проблематичной задачей.

геологоразведки в РФ

Российская практика поиска полезных ископаемых может осуществляться как при правительственной поддержке, так и за счёт частных инвестиций. В случаях, связанных с государственными нуждами, все геологоразведочные работы обеспечиваются в форме заказов. В зависимости от направления и объёма, подрядчики получают средства из соответствующего по уровню бюджету: федеральный, региональный или же местный.

Перед началом геологической разведки на какой-либо местности за счёт бюджетных средств государство производит отбор претендентов на конкурсной основе. Сам процесс достаточно прост:

1. Каждая территория, где государство планирует проводить геологоразведочные работы, выставляется на соответствующий конкурс. При этом заказчиком (государственным лицом) разрабатывается геологическое задание и стартовая цена за ожидаемые от проекта результаты геологоразведочных работ. В ней учитываются как нормативные издержки производства, так и планируемый уровень прибыли.
2. Победитель, предложивший наиболее подходящий вариант исполнения за наиболее приемлемую цену, в установленном порядке получает лицензию на проведение работ в пределах заданного объекта.
3. Во время выдачи разрешения заказчик также подписывает с победителем конкурса контракт на проведение ГРР. Период выполнения работ определяется либо по итогам конкурса, либо путём дополнительных переговоров и соглашений с исполнителем.

Основные моменты в схеме, по которой финансируется проект геологоразведочных работ на правительственном уровне, выстроены следующим образом:

1. Министерство природных ресурсов получает от Минфина РФ годовые ассигнования с поквартальной разбивкой и планирует их распределение между государственными заказчиками. После этого, Министерство отправляет соответствующую информацию в Главное управление Федерального казначейства.
2. Федеральное казначейство уведомляет свои соответствующие территориальные подразделения об утверждённых финансах для обслуживаемых ими заказчиков.
3. Министерство природных ресурсов таким образом направляет утверждённый объём финансов заказчику, одновременно вручая ему «Договор о передаче функций государственного заказчика» по установленным нормам.
4. Доведённые до заказчика средства и договор являются основой для незамедлительного планирования ГРР.

Исполнитель получает оплату за проведение геологоразведочных работ ежеквартально (также предусматривается возможность выплаты авансов). И лишь в том случае, когда отчёт по завершённой геологической задаче полностью удовлетворяет последующую государственную экспертизу, то он успешно принимается в хранилище территориального геологического фонда и геологическая разведка считается завершённой.

Разведка месторождений - сложный и многообразный научно-производственный процесс изучения с экономическим подходом, в котором используются те же методы, что и при поисках, но с большей детальностью и на более высоком качественном и технологическом уровнях. Поэтому основными методами разведки следует считать:

• - детальное геологическое картирование;
• - линейные подсечения тел полезных ископаемых системами буровых скважин и горных выработок;
• - геофизические исследования в горных выработках и скважинах;
• - геохимические и минералогические исследования;
• - инженерно-геологические;
• - геоэкологические исследования.

Отдельные виды исследований, проводимые при геолого-разведочных работах, можно отнести к дополнительным методам разведки. К ним относятся опробование разведочных выработок и скважин, построение разрезов и погоризонгальных планов по разведочным линейным подссчсниям, гак называемое графическое моделирование, а также оценочные сопоставления геолого-разведочных данных.

Детальное геологическое картирование выполняется на инструментальной графической основе: топографических планах поверхности в масштабе от 1: 10 000 до 1: 500 и маркшейдерских погоризонтальных планах масштаба 1: 1000 и 1: 500. Привязка обнажений, разведочных скважин и выработок на поверхности осуществляется с помощью теодолитных ходов и геометрического нивелирования, а пунктов наблюдений в подземных горных выработках - к маркшейдерским точкам теодолитных и вертикальной съемок. Составление детальных геологических карт, соответствующих указанному масштабу графической основы, приходится в основном на стадии предварительной разведки.

На геологическую карту наносят маркирующие горизонты и рудоносные формации пород, контуры рудных тел, элементы тектонических дислокаций, зоны гидротермальных метасоматических изменений пород. Рабочий вариант карты должен быть составлен на начальном этапе предварительной разведки, а затем дополняться и уточняться.

На последующих стадиях разведки проводят более детальные геологические съемки на базе маркшейдерских планов и составляют погоризонтальные геологические планы.

Линейные подсечения тел полезных ископаемых осуществляются либо разведочными системами буровых скважин, либо системами горно-разведочных выработок, либо комбинированными горнобуровыми системами. Ценной для разведки является геологическая и другая информация, получаемая в процессе проходки разведочных выработок и бурения скважин, а также они имеют определенное техническое назначение.

Число необходимых линейных подсечений определяется размерами тел и изменчивостью основных параметров, используемых в подсчете запасов. Оно должно быть оптимальным, обеспечивающим выполнение задач каждой стадии и соблюдение принципов разведки.

Геофизические исследования в скважинах и горных выработках являются универсальными по комплексу решаемых задач и высокоэффективными методами, применяемыми на всех разведочных стадиях. Они используются для корреляции геологических неоднородностей, в том числе рудных подсечений между разведочными выработками и скважинами, определения контуров продуктивных залежей в межскважинном пространстве, качества полезных ископаемых и других параметров для подсчета запасов и оценки прогнозных ресурсов.

Широко распространены и имеют важное значение геофизические исследования в скважинах, включающие каротаж и обычно сопровождающие его контрольные измерения за техническим состоянием скважин.

Каротаж основан на воздействии локальных естественных и искусственно вызванных физических полей внутри скважин на специальный зонд, в датчиках которого возникают сигналы, передающиеся по каротажному кабелю к регистрационным и обрабатывающим наземным приборам. Локальные естественные физические поля являются производными петрофизических свойств горных пород и руд, формы тел и структурных особенностей. Природа этих полей различная. Как видно на рис 4.2, для регистрации параметров электрического поля используют методы самопроизвольной поляризации (ПС) и кажущихся сопротивлений (КС). Радиоактивность пород в разрезе скважины

Рис. 4.2.

• 1 - песчаники; 2 - известняки; 3 - алевролиты и аргиллиты;
• 4 - углистые породы; 5 - каменный уголь

фиксирует гамма-каротаж (ГК); изменение вертикальной составляющей магнитного поля измеряется с помощью магнитного каротажа (МК), тепловой режим определяют проведением термического каротажа.

Искусственно возбуждаемые физические поля качественно моделируются с учетом состава пород проектного разреза и решаемых задач. Они применяются для регистрации количественных изменений заданных свойств по разрезу скважины. На моделировании ядерно- физических процессов базируются метод плотностного гамма-гамма-каротажа (ГГК-П), различные виды нейтронного каротажа - нейтронный гамма-каротаж (НГК), нейтрон-нейтронный каротаж (ННК) и др. На модели электрических потенциалов пород основан метод вызванной поляризации (ВН).

Полнота и достоверность определения геологических характеристик (состав и свойства пород и руд, их мощность и очертания контактов, структурные особенности) обеспечиваются комплексированием различных методов и видов каротажа.

В рудных скважинах универсальными стали методы магнитного, электрического и ядерно-физического каротажа. Комплексирование магнитного и электрического методов каротажа эффективно применять при разведке ликвационных сульфидных медно-никелевых, пегматитовых слюдоносных, пьезооптического кварца, скарновых магнети- товых, медных и полиметаллических, метаморфогенных железорудных и многих других месторождений. Особенно широко используется комплексирование методов электрического и ядсрно-физического каротажа при разведке месторождений легирующих, цветных, благородных, редких и радиоактивных металлов различных генетических и промышленных типов, а также месторождений угля.

Электрический каротаж угольных скважин позволяет коррелировать их разрезы, выявить пласты угля и оценить их мощность. Это тем более важно, что они могли быть не зафиксированы в керне. ГГК-С используют для оценки зольности углей.

Термический каротаж помогает изучить криологические условия в разрезе скважины; с помощью КС ПС, НГК и ННК расчленяют породы по пористости, проницаемости и водообилыюсти.

Кроме указанных видов также применяют гравитационный и сейсмоакустический каротаж. Первый основан на проявлении в поле силы тяжести влияния слабоконтрастных по плотности породных и полезных минеральных образований, второй - на скорости и затухании в них упругих волн.

Сейсморазведочные исследования нефтегазоносных залежей проводят на всех геолого-разведочных стадиях. Они применяются в варианте многократного профилирования по методу отраженных волн - общей глубинной точки (МОВ ОГТ). Высокоэффективны инновационные методики сейсмопрофилирования тонкослоистых толщ. При резко меняющихся параметрах по латсрали и вертикали используют объемную (трехмерную ЗД) сейсморазведочную модель.

К геофизическим исследованиям, контролирующим техническое состояние скважин, относятся инклинометрия и каверпометрия.

Инклинометрия служит для замера зенитных и азимутальных углов скважин. Отклонения от заданных углов называется, соответственно, зенитным и азимутальным искривлением.

Каверпометрия фиксирует фактический диаметр скважины по ее разрезу.

Геофизические исследования в горных выработках проводятся преимущественно радиометрическими методами. При разведке месторождений урана, шеелита, алмазов и битуминозных образований применяют люминесцентный метод. На различных стадиях разведки рудных месторождений используется метод радиоволнового просвечивания, позволяющий получить радиоволновую тень от рудных тел, залегающих между пьезооптическими датчиками.

Кроме того, применяются шахторудные и межскважинные методы подземной гравиразведки, магниторазведки, электромагнитной эмиссии, акустические (шумовой эмиссии) и сейсмоакустического просвечивания, а также метод измерения температур и инфракрасного излучения в шпурах, взрывных и горнопроходческих скважинах.

Геохимические исследования при разведке месторождений проводятся с целью определения вероятной глубины эрозионного среза, увязки рудопродуктивных зон в смежных разведочных линейных подсечениях, экстраполяции оруденения за их пределы, оценки рудоносности глубоких горизонтов. Эго достигается путем систематического отбора геохимических проб в горных выработках и по керну разведочных скважин, последующей обработки и проведения полуко- личественного спектрального анализа проб, с построением по результатам анализа первичных ореолов рассеяния.

Первичный ореол рассеяния представляет собой око- лорудную область пород, обогащенную в процессе рудоо- бразования элементами-индикаторами и спутниками оруденения. Первичные геохимические ореолы, образующиеся совместно с эндогенными месторождениями, называются эндогенными геохимическими ореолами. Для них характерна объемная зональность, выраженная в трех направлениях: продольном (по простиранию); поперечном (по мощности); по ширине (по падению). Зональность по направлению крутого падения называется вертикальной или осевой зональностью. Сущность вертикальной зональности заключается в избирательности элементов в определенных горизонтах месторождения.

Так, в верхних частях рудных месторождений концентрируются барий, серебро и свинец, образуя надрудпые ореолы рассеяния. На нижних горизонтах устанавливаются ореолы с подрудными элементами - медью, висмутом, кобальтом, молибденом, оловом и вольфрамом (рис. 4.3).

Рис. 4.3.

1 - граниты, гранодиориты; 2 - рудное тело; 3 - первичные ореолы рассеяния (надрудные - Pb, Ag, Ва, подрудные - W, Sn, Mo, Со, Bi, Си); 4 - тектоническая зона дробления, совпадающая с осью рудного тела; 5 - эродированное рудное тело; 6 - линия

палеорельефа

Анализ минерального и химического состава, размеров и особенностей зонального строения ореолов позволяет решать указанные выше задачи на различных стадиях разведки.

Минералогические исследования направлены на решение следующих задач:

• - определение полного минерального состава руд и око- лорудных метасоматитов, минеральных форм нахождения и пространственного размещения основных и сопутствующих полезных компонентов, полезных и вредных элементов-примесей;
• - выделение природных типов руд по особенностям их минерального состава, текстурам и структурам;
• - изучение минералогической зональности в дополнение к геохимической.

Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования входят в группу основных видов геолого-разведочных работ и служат предметом и методом изучения специальных учебных дисциплин, таких как «Инженерная геология», «Гидрогеология» и других аналогичного профиля. Задачи, вытекающие из содержания этих дисциплин, применительно к методике разведки месторождений полезных ископаемых изложены в Инструкции ГКЗ }