Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ

между прикладной геофизикой и физикой Земли не резкие, особенно в

части региональных исследований глубинного строения и динамики литосферы.
Состояние и тенденции развития геофизики определяют многообразие специализации геофизиков:
а) по областям применения: геодинамика, региональная геология, поиски МПИ, инженерная геология и др.;
б) по типам задач: оценка параметров структур, районирование, поиски объектов, эволюция структур;
в) по роду деятельности: аппаратура, методика, полевые работы, интерпретация, моделирование, эксперименты;
г) по набору частных методов и методик, используемых для решения геологических задач.

и детальности исследований; развертывание работ в труднодоступных районах с неблагоприятными

условиями; развитие исследований в морях и океанах.
2. Создание комплексов: полевых наблюдений; обработки и интерпретации; математического моделирования объектов. Совершенствование методов геофизики, усложнение теории и математического аппарата.
3. Увеличение числа частных методов и методик в основных методах геофизики: сейсморазведке, электроразведке, магниторазведке, гравиразведке, радиометрии, скважинной геофизике.
4. Разделение процесса исследований на этапы: получение информации, предварительная обработка в экспедициях, интерпретация и геологическое истолкование в ВЦ базовых организаций и НИИ.

уровень исследований, на точность определения параметров физических моделей объектов.
Понижение качества

геологического истолкования результатов геофизических исследований, когда требуется комплексное применение методов геофизики для решения геологической задачи.
Поэтому качественная интерпретация, геологическое истолкование геофизических данных становятся делом ставящих задачу геологов. Им – заказчикам и потребителям геофизической информации нужно понимать принципы геофизики, воспринимать геофизические материалы с адекватной оценкой их значения и надежности, чтобы эффективно использовать их в решении своих задач.

идейную и информационную базу для применения геофизики в решении задач

их специальностей.
Требуется понимание физико-геологических основ геофизики, ее возможностей в типичных задачах, принципов комплексирования методов для извлечения достаточно полной и надежной геологической информации. В этом – прикладной аспект курса.
Понятия и методология геофизики иные, чем в геологии, способы постановки задач включают моделирование, а геологическое истолкование геофизических результатов требует физического мышления. Это важный мировоззренченский аспект изучения геофизики.
Геологи должны уметь ставить задачи и оценивать качество данных по объективности, надежности, знать их место в комплексе с геологическими данными.

для согласования моделей, выбора методов, геологического истолкования геофизических данных. Изложение

на основе квантовой физики твердого тела. Закономерности распределения физических свойств в зависимости от структуры горных пород иллюстрируются на компактном материале.
II. Принципы методов геофизики, существенные для оценки качества геологических результатов. Технология измерений и обработки данных рассматривается лишь в связи с их влиянием на качество результатов.
III. Применение геофизических методов в геологических задачах. Принципы постановки задач и подходы к их решению с использованием методов геофизики.
IV. Физика Земли: принципы; физические основы методов исследования и построения моделей Земли; основные результаты и их значение в геологии.

Земли, физику солнечно-земных связей, физику атмосферы, океана.

С геофизикой связаны астрономия, сравнительная планетология, космофизика, океанология, метеорология.
Геофизика твердой Земли включает: физику Земли, прикладную (разведочную) геофизику (в т.ч. ГИС).
Физика Земли – фундаментальная дисциплина, разведочная геофизика – прикладная, призванная решать задачи других разделов науки и производства.
Разведочная геофизика – полевая, ГИС и инженерная геофизика помогают геологии в изучении строения земной коры, при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, проектировании сооружений.
Для этого используются методы, основанные на полях: гравитационном, магнитном, электромагнитных и упругих (сейсмических) волн, радиоактивном излучении.

углом зрения. Предметом физики Земли являются физические свойства (структура) и

процессы в Земле.
Предмет прикладных наук – обобщенная совокупность задач. Предметом разведочной геофизики является изучение строения и динамики литосферы, особенно верхней части земной коры, в которой сконцентрированы практически важные геологические структуры, тела, залежи полезных ископаемых, а также источники опасных природных явлений (землетрясений, извержений вулканов).
Разведочная геофизика и физика Земли пересекаются предметами исследования – это региональная геофизика, исследования глубинного строения и динамики литосферы.

крупные структуры литосферы, неоднородности мантии и ядра, а также важные

в геодинамике объекты: рифтовые зоны, зоны перехода континент–океан, платформы и горные пояса.
Неоднородности земной коры, структуры и тела, отличающиеся от вмещающей среды и имеющие промышленное значение, относятся к объектам прикладной геофизики.
Целевой установкой. Физика Земли исследует свои объекты путем построения геодинамических моделей процессов формирования оболочек, главных неоднородностей, в конечном счете - истории и механизмов геологического развития Земли.
Прикладная геофизика имеет практические цели – поиски МПИ, обоснование инженерных сооружений, прогноз природных катастроф, экология.

ее помощью геологические задачи решаются эффективно, с меньшими затратами средств,

быстрее, безопаснее. Условия эти противоречивы, и обычно необходим рациональный комплекс методов геофизики.
Основа методологии геофизики - принципы постановки задач. Для этого нужна классификация задач геофизики: по масштабу, содержанию и подходам к решению.
По масштабу геологические задачи подразделяются на два класса: региональные и поисково-разведочные.
По содержанию – в этих классах есть задачи разных типов:
а) изучение структуры (по данному набору свойств);
б) районирование - разделение изучаемой области на однородные зоны;
в) поиски объектов определенного типа или природы;
г) изучение генезиса, эволюции геологических объектов.

несколько подходов к решению:
- детерминированный (модельный), использующий методы решения обратных

задач геофизики для физических моделей объектов;
- стохастический (корреляционный), в котором физические модели объектов используются только для построения уравнений регрессии на эталонных областях;
- эвристический, основанный на распознавании образов и не предполагающий физических моделей объектов.
Из них лишь детерминированный подход, в котором оцениваются параметры физических моделей конкретных геологических объектов по геофизическим данным, является принципиально геофизическим. Другие по методологическим принципам ближе к геологии.

геологические классификации пород, структур, определяет их границы по геологическим признакам.

Исключение составляют глубинные объекты региональной геофизики – границы ниже поверхности фундамента платформ выявляются только геофизикой.
Геологические классификации горных пород построены по большому числу параметров, а каждый метод геофизики разделяет среду по одному–двум свойствам, не используемым в геологических классификациях.
Все классификации – целевые. Геологические – это диагностические классификации для полевых геологов. Однозначного соответствия геофизических свойств разновидностям горных пород быть не может.

их обнаружения и оценки параметров.
Оцениваемые параметры тел не

всегда можно прямо отождествить с геологическими характеристиками.
Соответственно крупным классам геологических задач выделяют региональную, структурную и рудную геофизику. Инженерной геофизикой называют комплекс геофизических методов для решения задач инженерной геологии, гидрогеологии, мерзлотоведения.
Главная проблема – геологическое истолкование геофизических данных. Она требует знания геологии района, закономерностей зависимости физических свойств горных пород от их состава и структуры, понимания возможностей и ограничений методов геофизики в оценке параметров геологических разрезов.

(однозначность),
полноту характеристики объекта,
точность оценок параметров.
Другой

критерий полезности геофизических методов в геологии – экономическая эффективность.
Оптимальность геофизических работ достигается:
а) минимизацией расходов на получение результатов определенного уровня качества или
б) стремлением к максимальной геологической эффективности геофизических результатов в заданных финансовых ограничениях.
Этим обосновано комплексирование геофизических методов: путем расширения списка физических свойств можно уменьшить степень неоднозначности геологического истолкования геофизических результатов.

– естественные (Е), они создаются неконтролируемыми источниками;
– искусственные (И),

их характеристиками можно управлять согласно решаемой задаче.
Особое место занимают геофизические исследования скважин.
По физическим основам методы ГИС аналогичны методам полевой геофизики. Специфику создают условия измерений и тип решаемых задач, связанных с расчленением разрезов скважин и выделением в них участков залежей полезных ископаемых.
Геофизические методы различаются типами моделей среды, для которых поставленные задачи получают решения с надежным определением параметров объектов.

методы не равно эффективны для разных моделей.
Условия единственности решения обратных

задач формулируются по-разному для двух типов моделей – а) границ раздела; б) тел.

наклона границ, количество слоев, минимальная толщина слоев, малые изменения свойств

в слоях по сравнению с их скачками на границах, малые амплитуды структур.
Для рудных моделей ограничения касаются числа тел, отсутствия общих точек любых двух тел, малой изменчивости свойств в пределах тел и в среде по сравнению со скачками свойств на границах, а также формы тел (выпуклые или звездные).
Для геологических задач обычно предпочтительным является какой-то один тип моделей. Например, в задачах изучения строения литосферы и поисков нефтегазовых структур используются структурные модели; для изучения интрузивных массивов, поисков и разведки рудных месторождений обычно подходят модели рудного типа.

моделями определенного типа: гравиразведка и магниторазведка дают хорошие результаты в

классах рудных моделей, а сейсморазведка – в моделях структурного типа.
Поэтому роль каждого метода в конкретных геологических задачах может быть различной. Она зависит, кроме того, от физико-географических условий района работ, с которыми связана возможность реализации оптимальных систем наблюдений, от экономических факторов.
Объединение в данных геологических условиях признаков моделей разных типов является важным фактором обоснования необходимости комплексирования методов.
Другой фактор – увеличение числа физических свойств, по которым разделяются объекты исследования.
Третий фактор – общность границ геологических тел.

науках о Земле и в геологоразведочном деле это, прежде всего,

инструмент исследований.
Собственные проблемы – физические основы и теория методов, алгоритмическое и программное обеспечение обработки, интерпретации данных, математического моделирования – не имеют прямого отношения к геологии.
Методы пирикладной геофизики используются и в физике Земли, объекты и задачи которой имеют геологическое значение. Этим определяются связи геофизики с другими науками о Земле.
Геологические науки часто используют геофизические данные, реже снабжают геофизику своими результатами. Геологические данные служат для построения моделей среды. Количественные характеристики разрезов обычно являются ориентировочными.

связана тектоника. Эта связь осуществляется по двум линиям: через геодинамику

и через региональную геофизику.
Геодинамика призвана создать физическую теорию тектонических процессов, обеспечить геотектонику моделями механизмов формирования тектонических структур; геотектоника дает геодинамике параметры-ограничители: характерные размеры, геометрию структур, комплексы горных пород, некоторые закономерности их эволюции.
Связь тектоники с региональной геофизикой иная: объектами являются не типичные структуры, как в первом случае, а конкретные тектонические области или зоны; геофизика поставляет данные для районирования, используется в целях прогноза распределения и направления поисков перспективных структур и собственно МПИ.

геологией. Главными методами полевой геофизики являются сейсморазведка МОВ-ОГТ с многократными

системами наблюдений и электромагнитные зондирования методом становления поля импульсных источников (ЗСБЗ).
Основные методы ГИС – электрический и электромагнитный каротаж, ядерно-геофизические исследования скважин.
Особенности месторождений нефти и газа - большая глубина, отсутствие их признаков в геологической структуре и составе пород на земной поверхности - определяют необходимость использования геофизических методов на всех этапах поисковых работ: от регионального прогноза нефтегазовых площадей до разведки залежей и контроля их разработки.
Но главную роль геофизика играет при поисках перспективных на нефть и газ структур в осадочных толщах.

средство поисков рудоконтролирующих структур и разведки залежей.
Главный

метод – моделирование рудных месторождений по геофизическим данным. Это направление обеспечивают рудная полевая и шахтная геофизика. Их задачи зависят от типа залежей, структурной обстановки.
При поисках полиметаллических, медно-никелевых месторождений задача геофизики – выявление структур (рудоконтролирующих), и лишь на этой основе - поиск залежей.
Часто эти структуры – интрузивные массивы. Изучение их морфологии - это типичная задача геофизики в складчатых областях. Железорудные залежи – объекты прямых поисков.
Иногда по геофизическим данным оцениваются запасы месторождений, а также контролируется режим их разработки.
С рудными геофизическими задачами сходна задача поисков алмазоносных кимберлитов, но не самих алмазов.

решения частных задач. Соответственно их содержанию и моделям среды выбираются

конкретные методы геофизики.
В литологии и стратиграфии для расчленения и корреляции разрезов используются методы и данные петрофизики, палеомагнитологии, ГИС, сейсморазведки, в частности, сейсмической стратиграфии.
В исторической геологии используется геодинамическая информация региональной геофизики.
Данные геодинамики и геофизического мониторинга полезны во многих задачах динамической геологии.
Геофизические методы используются для картирования и объемного моделирования интрузивных массивов – объектов магматической геологии.

геофизики с петрологией. Эти науки совместно решают проблему состава и

фазового состояния мантии Земли, вопросы структуры литосферы, связанные с минеральными ассоциациями и их генезисом.
Петрология предоставляет данные об условиях равновесия минералов и их ансамблей в литосфере и мантии Земли, термодинамических свойствах пород.
Геофизика оценивает физические, в т. ч. термодинамические условия на различных глубинах, определяет положение границ раздела, других неоднородностей, вызванных изменениями состава и фазового состояния пород в коре и мантии.
Это компетенция физики Земли и региональной геофизики.