Крупные проблемы современной геофизики

РАЗВЕДОЧНАЯ ГЕОФИЗИКА, ЕЕ ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ

Разведочная геофизика составляет одну из прикладных ветвей науки о Земле — геофизики. Геофизика есть учение о физических явлениях на Земле (по гречески «ге»).

Предметом геофизики является наша планета с ее твердой оболочкой (литосферой), морями, океанами, наземными и подземными водами (гидросферой) и воздушной оболочкой (атмосферой).

Методы геофизических исследований — это способы изучения и анализа физических полей и явлений на земной поверхности, в шахтах, скважинах, в глубинах моря, на различных высотах в атмосфере и в окружающем нас космическом пространстве.

Цель геофизических исследований состоит в получении сведений о строении недр Земли, ее водной и воздушной оболочек, в изучении истории ее происхождения и развития.

Многие разделы геофизики имеют близкое отношение к практической деятельности человека — разведке и добыче полезных ископаемых, освоению морей, климатологии, воздушным сообщениям и т. п. Поэтому развитие прикладных ветвей геофизической науки тесно связано с промышленной деятельностью человека. В то же время геофизика дает важные теоретические знания о внутреннем строении Земли, об ее взаимоотношении с окружающими космическими телами — Солнцем, Луной, метеорной материей и т. д. Геофизические данные наряду с геологическими исследованиями позволяют заглянуть в прошлое Земли и обрисовать, хотя еще в самых общих чертах, историю ее происхождения и развития.

Геофизика имеет близкое отношение к ряду других естественных наук, прежде всего к наукам о Земле — геологии, геодезии, географии, а также к геохимии, физике и астрономии (рис. 1). Она зародилась и развилась в XIX и XX столетиях на базе физики, геологии и астрономии. Сейчас геофизика превратилась в самостоятельную науку, хорошо развитую и дифференцированную. Одним из показателей современного значения геофизики может служить такое крупное международное научное предприятие последних лет, в котором участвовало около 60 стран и принял ведущее участие Советский Союз, как Международный геофизический год (1957—1959 гг.) — период организованных научных исследований, продолжавшихся два с половиной года.

Общее представление о крупных проблемах геофизики можно получить из табл. 1.

Таблица 1

Крупные проблемы современной геофизики

Примечание, (а) — общие проблемы, (б) — прикладные проблемы.

Проблемы ядерной радиации, а также космических ракет и искусствен­ных спутников, позволяющих непосредственно исследовать верхние слои атмосферы и окружающее Землю космическое пространство, являются со­вершенно новыми. Они возникли в геофизике в 50-х годах нашего столетия в связи с быстрым ростом науки и техники. Исключительное значение для развития геофизических исследований в этом направлении имеет деятель­ность советских ученых, инженеров, техников и рабочих, которые впервые в мире создали искусственный спутник Земли (1957 г.)» запустили лунные и космические ракеты (1958 г.), осуществили полет человека в космиче­ском пространстве (1961 г.). В борьбе человечества за покорение космоса СССР занял ведущее место.

Геофизика интересующей нас твердой оболочки Земли — литосферы — распадается на две части: общую геофизику литосферы, или физику Земли, и разведочную геофизику. Физика Земли изучает твердую оболочку Земли в целом, ее внутреннее строение и развитие. Разведочная геофизика изучает строение земной коры в зоне, доступной для практической деятельности человека, и имеет своей основной задачей поиски и разведку полезных ископаемых — нефти, газа, угля, металлов, воды, а также используется для решения различных практических задач из области инженерной геологии. Между

физикой Земли и разведочной геофизикой существует тесная связь, так как земная кора составляет часть литосферы. Однако большое промышленное и экономическое значение разведочной геофизики стимулирует ее быстрое и самостоятельное развитие, так что ее тебрия, методика и техника обладают особыми чертами, позволяющими рассматривать разведочную геофизику как самостоятельную научно-прикладную дисциплину. В то же время разведочная геофизика входит составной частью в общий комплекс геологических наук, составляющих основу поисков и разведки полезных ископаемых. Задачи, которые ставятся перед геологоразведочными работами, общая методика их проведения существенно влияют на развитие разведочной геофизики и на ее внутреннее содержание.

Предмет изучения разведочной геофизики составляет земная кора с ее месторождениями полезных ископаемых, доступными для практической деятельности человека.

Земная кора состоит из слоев осадочной толщи и кристаллического основания, в котором различают более легкие, обогащенные кислородом породы гранитного ряда и более тяжелые — базальтового. От нижележащих слоев земного шара, в которых горные породы под действием высокой температуры и большого давления находятся в аморфном, стекловидном состоянии, земная кора отделяется поверхностью Мохоровичича (М-поверхностью), наличие и глубина которой хорошо определяются из сейсмических наблюдений. Толщина земной коры колеблется от 5 км под глубокими океаническими впадинами до 70 км под высокими горами, составляя в среднем под материками 30—40 км. Хотя в настоящее время человек разведывает и разрабатывает лишь неглубокие месторождения полезных ископаемых нефти и газа, как правило, до 5 км, а твердых полезных ископаемых до 1 км глубины, знание строения земной коры до значительных больших глубин необходим) для решения ряда теоретических и практических проблем.

Методы разведочной геофизики основаны на изучении физических полей (гравитационного, магнитного, электрического, упругих колебаний, температурного, ядерных излучений) на поверхности Земли над этой поверхностью, в скважинах, шахтах, на морях, океанах и под водой.

Доставляя обширные и важные сведения о строении земной коры, разведочная геофизика вносит фундаментальный вклад в результаты геологических наук и коренным образом изменяет характер геологопоисковых и разведочных работ. Основное народнохозяйственное значение геофизических разведочных работ состоит не только в удешевлении и ускорении всего комплекса поисков и разведки минерального сырья. Все возрастающая роль геофизических исследований связана с тем, что по мере развития промышленной деятельности человека приходится переходить к поискам глубоко залегающих месторождений полезных ископаемых. Открытие и изучение таких месторождений часто недоступны для геологических методов исследования. В этом аспекте геофизическая разведка преобразует весь процесс геологических исследований. Вместе с разведочным бурением она открывает человеку доступ к минеральным ресурсам глубоких недр земной коры.

Технико-экономическое значение разведочной геофизики обеспечивает все более широкое применение ее в различных отраслях народного хозяйства. Постановка перед разведочной геофизикой новых, все усложняющихся задач по изучению геологического строения земной коры, поискам и разведке полезных ископаемых требует развития теории и практики этой науки, является причиной ее быстрого развития.

Промышленное значение разведочной геофизики особенно отчетливо видно на примере поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений, где геофизические методы получили наиболее широкое применение и оказались особенно эффективными. Для удовлетворения все возрастающей потребности в нефти и газе поиски и разведка их усиливаются во всех странах мира. Особенно большие задачи стоят перед российскими геологами по увеличению разведанных запасов нефти и газа в нашей стране. Со временем приходится переходить к поискам новых, более глубоко погребенных или более сложных по своей структуре нефтяных и газовых месторождений, в том числе, расположенных в прибрежных мелководных участках морей. В этих условиях огромную роль играют широко поставленные поиски нефтяных и газовых месторождений геофизическими методами и тщательная подготовка этих месторождений к бурению.

Разведочное бурение на нефть, как правило, ведется на большие глубины и стоит по сравнению с геофизическими работами весьма дорого. В условиях России одна разведочная скважина глубиной 3000 м в среднем обходится столько же, сколько двухгодичная работа одной сейсморазведочной партии или работа гравиметрического отряда в течение 6 лет. Статистические данные Международного нефтяного конгресса (1955 г.) показывают, что при отсутствии геолого-геофизической подготовки на нефтяном месторождении получается от 15 до 35 «сухих», т. е. пробуренных безрезультатно, скважин, в то время как при всесторонней подготовке месторождения методами геологии и геофизики число таких скважин снижается до 5—10. Поэтому при поисках и изучении строения закрытых территорий геофизические методы разведки становятся ведущими. Геофизические исследования на нефтяных и газовых месторождениях не прекращаются и после начала здесь глубокого бурения. Бурение глубоких скважин в современной нефтяной промышленности ведется, как правило, без отбора образцов пород или с отбором незначительного количества их из наиболее интересных участков разреза. Только такой способ обеспечивает техническую и экономическую эффективность глубокого бурения разведочных и эксплуатационных скважин. Возможность подобного способа бурения основывается на получивших всеобщее распространение геофизических методах исследования разреза бурящихся скважин. Все это делает геофизические методы важнейшим элементом поисков и разведки нефтяных месторождений.

Важную роль играют геофизические методы также при поисках и разведке рудных, нерудных месторождений, в гидрогеологии и инженерной геологии и других областях.