книги из ГПНТБ / Новицкий, Г. П. Комплексирование геофизических методов разведки учеб. пособие
.pdfзалежи обычно симметричным профилированием с двумя разносами питающих электродов. Максимальные разносы АВ составляют 40—60 м, так как изучается л-ишь неглубоко зале гающая толща пород (до 10—15 м). Расстояние между пунктами наблюдений и разносы приемных электродов часто принима ются равными 10 м. На рис. 116 приведены результаты симметричного профилирования через одно из месторождений гравия.
Гравийная толща четко отмечается повышенными значе ниями кажущегося сопротивления на небольших разносах (АВ = 15 м). На больших разносах (АВ = 45 м) границы залежи проявляются неуверенно. Обнаружив и оконтурив залежь, следует выполнить ряд ВЭЗ для определения мощ ностей вскрыши и полезной толщи. Детализировать контуры месторождения можно с помощью электропрофилирования. Окончательно оценивают месторождение после горных и буро вых работ. Некоторый объем их должен быть выполнен уже при проведении геофизических исследований.
Г Л А В А VI
УГОЛЬ И ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ
У Г О Л Ь
Первые геофизические исследования в угольных бассейнах
СССР относятся к 1929 г., когда они были включены в комплекс геологоразведочных работ, проводимых в Донбассе. С 1930 г. геофизические методы начали применять в Подмосковном и Кузнецком угольных бассейнах, месторождениях Урала. Возможности разведочной геофизики при поисках и разведке угольных месторождений определяются генетическим типом угленосных формаций, среди которых выделяют геосинклинальную, платформенную и промежуточную.
Угольные бассейны геосинклинального типа характери зуются большой мощностью угленосной толщи (до нескольких километров), частой сменой пород разного состава по вертикали
иотносительным постоянством по площади, большим количе ством (до нескольких сотен) преимущественно тонких пластов угля, сильным изменением вмещающих пород и углей (каменные
иантрациты), нередко крутыми углами падения пород и пластов угля и т. д. К бассейнам геосинклинального типа относятся Донецкий, Кузнецкий, Печорский и Карагандинский.
Угольные бассейны платформенного типа характери зуются небольшой мощностью угленосной толщи (до нескольких сотен метров), сильной фациальной изменчивостью пород в вер тикальном и горизонтальном направлениях, малым количе ством (единицы) угольных пластов, слабо сцементированными вмещающими породами, углями низкой степени углефикации (угли бурые), почти горизонтальным залеганием пород и углей. Типичными представителями бассейнов платформенного типа являются Подмосковный, Иркутский, Львовско-Волынский.
Угольные формации промежуточного типа имеют особен ности как первой, так и второй групп. К ним относятся многие месторождения восточного склона Урала и Средней Азии.
Физические свойства углей определяются в основном сте пенью их углефикации. По этому показателю выделяют угли бурые, каменные и антрациты.
Бурые угли обладают удельным электрическим сопроти влением 20—80 ом-м, что может быть как выше, так и ниже сопротивления вмещающих пород. Сопротивление углей, как
221
правило, больше, чем глин. По отношению же к песчаным породам сопротивление углей может быть как выше, так и ниже, в зависимости от степени водонасыщенпости вмещающих пород и минерализации воды. Естественная поляризуемость бурых углей невелика. Плотность углей 1,15—1,35, вмещающих пород 1,7—2.2 г/см3. Бурые угли практически немагнитны. Скорость распространения упругих колебаний в них почти не изучалась, но можно считать, что она меньше, чем во вмещающих породах. Бурые угли обладают несколько повышенной радиоактивностью по сравнению с вмещающими породами. На месторождениях угля неоднократно наблюдалось выделение углекислого газа. Газокаротажные работы показали, что основным источником газов являются сами угольные пласты и, в меньшей степени, угленосная толща.
Каменные угли по удельному электрическому сопротивле нию (сотни и тысячи ом-метров) значительно превосходят вмещающие породы. Антрациты же имеют сопротивление деся тые доли ом-метра. Поляризуемость каменных углей возрастает с увеличением степени углефикации. Плотность их также зависит от степени углефикации и составляет 1,4—1,6, в то время как плотность вмещающих пород 2,2—2,6 г/см3. Камен ные угли практически немагнитны и нерадиоактивны. Газы каменноугольных месторождений состоят преимущественно из
метана. |
геофизическими методами |
в угольных бассейнах |
|
Перед |
|||
ставятся |
следующие геологические задачи: 1) выявить |
и про |
|
следить |
геологические структуры, |
с которыми могут |
быть |
связаны угленосные отложения и залежи углей; 2) закартиро вать угленосные толщи, маркирующие горизонты и угольные пласты; 3) расчленить разрез угленосных толщ, выделить и изучить пласты угля в буровых скважинах. При решении
первых двух задач наиболее |
эффективны электро-, грави- |
и сейсморазведка. Меньшими |
возможностями обладают маг |
ниторазведка, радиоактивные и другие геофизические методы. Третью задачу решают методами каротажа, электрического, радиоактивного и др. Первую и третью задачи обычно ставят перед геофизическими методами в закрытых и полузакрытых бассейнах как платформенного, так и геосинклинального типов,
а вторую — в открытых |
бассейнах геосинклинального |
типа. |
В угольных бассейнах |
г е о с и н к л и н а л ь н о г о |
типа |
поиски благоприятных для угленакопления структур |
ведут |
|
с помощью грави-, электро- и сейсморазведки в разных соче таниях. Большие объемы геофизических работ были выполнены при решении проблемы Большого Донбасса. Надо было опре делить границы палеозойской геосинклинали, в которой рас полагается Донбасс, изучить рельеф поверхности угленосных отложений карбона под более молодыми осадками, чтобы вы явить области его сравнительно неглубокого залегания, до-
d9
Р и с . 117. К р и в а я Ag и р ассч и тан н ы й по |
ней геол оги чески й |
р а зр е з (по И . Н . С ам сонову). |
|
Отложения: J — мезо-кайнозоя, |
2 — карбона. |
ступные для разведки. С помощью гравиразведки установлено, что Донецкая палеозойская геосинклиналь прослеживается от Харькова до Астрахани через открытую часть Донбасса. Она отмечается как обширная зона регионального максимума силы тяжести, обусловленного мощной толщей сильно метаморфизованных палеозойских пород.
Кроме общей структуры бассейна гравиразведкой изучали рельеф поверхности угленосных отложений карбона. Особенно благоприятными для применения гравиметровой съемки оказа лись геологические условия на восточной окраине Донбасса, где наблюдаются довольно резкие формы подземного рельефа пород карбона, обладающих достаточно большой избыточной плотностью (0,6 г/см3) но отношению к мезо-кайнозойским отложениям. С помощью гравиразведки была выявлена область сравнительно неглубокого залегания пород карбона (рис. 117), перспективная для постановки поисковых буровых работ на уголь. Участки более сложного геологического строения и поло гие формы подземного рельефа изучают с помощью ВЭЗ и сей сморазведки. Поверхность отложений карбона (рис. 118) яв ляется опорным электрическим горизонтом высокого сопро тивления, а также опорным сейсмическим горизонтом для МОВ и КМПВ.
Поискиуглеперспективных структур с помощью геофизи ческих методов успешно проводятся и в других бассейнах
223
Рис. 118. Гипсометрическая карта палеозойских |
отложений Восточного Донбасса |
и вала Карпинского (по А. |
И. Дюкову). |
Абсолютные отметки кровли палеозойских отложений даны в метрах.
Ag,pn J 0 S0M м
Рис. 119. Геолого-геофизический разрез через Коротаихинекую синклиналь и поднятие Чернова (по В. В. Гречухину).
1 — известняки палеозоя; 2 — терригетшый комплекс перми.
•224
3^., ом - м
Р и с . 120. Р е зу л ь т а т ы э л ек тр о п р о ф и л и р о в ан и я (по Н . Б . Д ортм ан ).
1 — уголь; 2 — песчаники; 3 — аргиллиты; 4 — алевролиты; 5 — отложения палео зоя; 6 — разлом.
геосинклинального типа. Так, на рис. 119 показаны результаты электроразведочных и гравиметровых наблюдений в одном из районов Печорского угольного бассейна. По кривой рк четко отмечается выклинивание пермских угленосных отло жений. Данные гравиразведки позволяют судить о подземном рельефе подошвы угленосных отложений и тем самым наме чать перспективные на уголь участки. При небольшой глубине залегания известняков (до первых сотен метров) их рельеф можно изучать также с помощью ВЭЗ, а при зна чительной глубине целесообразно сочетать ВЭЗ и сейсмораз ведку.
Угленосные свиты успешно картируются электропрофилиро ванием дипольной или симметричной установкой (рис. 120). Необходимость в привлечении еще и других методов разведоч ной геофизики возникает очень редко. На рис. 121 приведен пример картирования угленосной воркутской серии в Печор ском бассейне. Благоприятное соотношение сопротивлений позволило выделить в воркутской серии нижнюю и верхнюю свиты и четко отграничить их от юньягинской свиты. Верхне
му Г. П. Новицкий |
225 |
р, о 'Л м
Рис. 121. Расчленение нижнепермских отложений электроирофилированием (по В. В. Гречухину).
Свиты: 1 — верхневоркутская, 2 — нижневоркутская, 3 — юиьягинская.
воркутская свита характеризуется значениями рк около 200, нижневоркутская 400, а юньягинская 1000 ом-м. Намечается различие отложений и по степени изрезанности графика рк, которая увеличивается по мере перехода от низких значений
квысоким.
ВКузбассе для выделения угленосной балахонской свиты среди безугольных острогской и кузнецкой свит также успешно используют симметричное электропрофилирование. Для картирования угленосных свит, содержащих пласты антрацита, можно применять и метод естественного электрического поля. Электропрофилирование при картировании угленосных свит
обычно выполняют в масштабах от 1 : 50 000 до 1 : 10 000. Прослеживание угольных пластов под наносами является
одной из главных задач, решаемых разведочной геофизикой в угольных бассейнах геосинклинального типа. Для картиро вания пластов каменного угля, обладающих высоким сопроти влением, чаще всего используют электропрофилирование мето дом срединного градиента или дипольной установкой. На рис. 122 представлена карта графиков рк, полученных методом срединного градиента, и выходов пластов каменного угля под наносы. Пласты отмечаются хорошо выраженными и четко прослеживаемыми от профиля к профилю максимумами рк. Пологозалегающие пласты угля более четко картируются дипольным электропрофилированием (рис. 123).
Если в разрезе есть высокоомные песчаники или известняки (Кузбасс), то они создают аномалии рк, похожие на аномалии над угольными пластами. В этом случае природу их выясняют с помощью бурения или шурфов (дудок). Если же в разрезе присутствуют дайки изверженных пород (угольные месторо-
226
\
рис. 122. Прослеживание пластов угля методом сре динного градиента (по 3. А. Мышко).
0 50 100м
1 _____ i_______i
ждения Сахалина), то для разбраковки аномалий сопротивле ния используют магниторазведку. Дайки, как правило, отме чаются повышенными значениями AZ, над угольными же пластами этого не наблюдается.
Четкость выделения пластов угля с помощью всех видов электропрофилирования зависит от мощности перекрывающих их рыхлых отложений, мощности пластов, расстояния между ними, их угла падения и от других условий. Сближенные пласты иногда отмечаются общей аномалией рк. Опыт показывает, что отдельные пласты угля могут быть прослежены, если по мощ ности наносы превосходят их не больше чем в 5 —8 раз. Масштаб электропрофилирования обычно принимают 1 : 2000, а рас стояние между профилями выбирают от 20 до 100 м.
Уголь в верхней части пластов иногда выгорает, и при этом из-за окисления пирита образуются магнитные минералы. Такие выгоревшие пласты угля («горелики») можно картировать магниторазведкой. Аномалии над ними достигают нескольких сотен гамм (рис. 124). Пласты антрацита можно прослеживать
р н ,о м -м
" 1 |
-0-г 2 |
Рис. 123. График двустороннего дипольного элеьтропрофилирования над угленосной толщей и пластами угля (по И. М. Блоху).
1 — пласты угля; 2 — горные выработки.
15* |
227 |
методами заряда (рис. 125) и естественного поля. Как очень хорошие проводники, они отмечаются и другими методами электроразведки, выбор которых определяется местными усло виями и экономическими соображениями.
В угольных бассейнах п л а т ф о р м е н н о г о типа геофизические методы нередко используют для уточнения геологических карт. Особенно четкие результаты получены в Подмосковном бассейне, где с помощью ВЭЗ прослежена гра ница распространения известняков нижнего карбона (рис. 126) на протяжении больше 1000 км.
Для большинства бассейнов платформенного типа наблю дается связь между расположением угольных залежей и рель ефом пород, подстилающих угленосную толщу. Так, в Под московном бассейне угольные залежи располагаются нередко на склонах поднятий подстилающей толщи, а в Иркутском и Львовско-Волынском бассейнах — в депрессиях. Для изуче ния рельефа подстилающей толщи при условии ее неглубокого залегания целесообразно использовать сочетание симметрич ного электропрофилирования с двумя разносами питающих электродов и ВЭЗ. На рис. 127 видно, что подъем известняков приводит к возрастанию значений кажущегося сопротивления. На кривых ВЭЗ подстилающие породы характеризуются ветвью кривой, наклоненной к оси абсцисс под углом 45°.
При более глубоком залегании опорного горизонта его рельеф лучше изучать с помощью сейсморазведки КМПВ. Возможности КМПВ в Подмосковном бассейне определяются
Рис. 12*. Магнитная ано |
Рис. 125. Результаты метода |
|
малия над |
выгоревшими |
заряда над пластом антрацита |
пластами угля |
(по А. И. Дюкову). |
|
(но 3 . А . |
М ы ш ко ). |
|
7 — уголь; |
2 — горелый |
|
уголь.
Рис. 126. Сопоставление геологи ческого разреза с данными ВЭЗ (но С. Я. Лиогенькому).
1 — наносы; 2 — известняки; 3 — песчано-глинистые отложения; 4 —
уголь; 5 — известняки и глины.
Рис. 127. Результаты электропро филирования установкой
A A ' M N B ' B (по Л. Л. Ляхову).
1 — известняки; 2 —■глины; 3 — уголь; 4 — пески.