» » Геофизические исследования

Геофизические исследования

02.08.2016

При поисково-оценочных и разведочных работах на угольных месторождениях применяется комплекс наземных и скважинных геофизических исследований.
Наземные геофизические методы исследований проводятся для выявления:
• структур, содержащих угленосные отложения;
• обводненных зон;
• участков развития карстовых явлений.
Кроме того, с их помощью:
• определяют мощность пород, перекрывающих угленосные отложения (покровные отложения), т.е. устанавливают глубину залегания угленосной толщи;
• обнаруживают и прослеживают: угольные пласты под покровными отложениями; разрывные нарушения, в том числе зоны трещиноватости; крупные пликативные структуры, в том числе в угленосной толще (рис. 5.17);
• выявляют и оконтуривают тела магматических пород, внедрившихся в угленосную толщу;
• прослеживают контакты угленосной толщи с иными геологическими образованиями;
• оконтуривают участки развития «горельников» и определяют их мощности;
• оконтуривают зоны развития многолетнемерзлых пород и определяют их мощности.
Геофизические исследования

При поисково-оценочных и разведочных работах на уголь могут быть использованы все основные методы наземной разведочной геофизики, которая наиболее применима на поисковооценочной стадии. Их результативность зависит от специфики геолого-геофизических условий района работ, в том числе от литолого-фациальных особенностей разреза, плотностных, геоэлектрических, геомагнитных и других характеристик пород и углей и т.п.
Наиболее эффективными и востребованными в углеразведочной практике являются методы электроразведки, основу которых составляет дифференциация горных пород по их геоэлектрическим свойствам (электросопротивление, диэлектрическая проницаемость и т.п.).
Для установления и прослеживания выходов угольных пластов под покровные отложения используется электропрофилирование. Его применение наиболее эффективно при субвертикальном и крутонаклонном залегании пластов угленосной толщи и при мощности покровных отложений не более 15—20 м. Мощность угольных пластов существенной роли не играет.
Например, метод комбинированного электрического профилирования дает хорошие результаты при поисках и прослеживании крутопадающих пластов антрацитов, над которыми отмечается характерное пересечение кривых кажущихся удельных сопротивлений ρКА и ρКА' (рис. 5.18).
Геофизические исследования

При пологом (до 15°) и горизонтальном залегании пластов угленосных отложений, имеющих широкое площадное распространение (особенно при наличии существенных различий между геоэлектрическими свойствами угленосных и вмещающих пород) наиболее эффективно использование методов вертикального электрического зондирования ВЭЗ. Они успешно применяются для установления мощностей как покровных отложений и многолетнемерзлых пород, так и угленосной толщи в целом. Кроме того, они позволяют выявить и уточнить местоположение угольных пластов, структурные особенности залегания угленосных толщ, провести картирование рельефа подстилающих их геологических образований.
Разрешение методов электроразведки зависит от степени контрастности геоэлектрических свойств углей и вмещающих их пород.
Гравиметрические методы могут быть использованы для тех же целей, что и электроразведка, но только при наличии существенных и выдержанных различий в плотностных характеристиках соответствующих пород разреза, что ограничивает область их применения. Кроме того, при прослеживании выходов угольных пластов под наносы гравиметрическими методами уверенно устанавливаются только мощные угольные пласты при мощности покровных отложений первые десятки метров, но не более 35 м.
Возможность применения методов сейсморазведки (отраженных и преломленных волн) определяется наличием в изучаемом разрезе четких отражающих и преломляющих границ, т.е. поверхностей раздела сред, отличающихся друг от друга по скоростям распространения колебаний упругих волн, и отсутствием в районе работ интенсивных сейсмических помех. Сейсмические методы применяются в ограниченном объеме, в частности для расчленения пород разреза, установления структурных форм их залегания, обнаружения и прослеживания разрывных нарушений.
Магниторазведка имеет весьма ограниченное применение и может быть использована при наличии на объекте пород с контрастными магнитными свойствами. Например, магнитометрические методы достаточно эффективны для выявления и оконтуривания тел магматических пород, внедрившихся в угленосную толщу, а также «горельников» — пород, термически измененных в результате подземных пожаров в угольных пластах.
В связи с тем, что основным техническим приемом разведки угольных месторождений является колонковое бурение, особое значение для подтверждения и корректировки геологической информации, получаемой при документации керна, приобретают методы скважинной геофизики — каротаж скважин.
Каротаж разведочных скважин позволяет повысить полноту и качество геологической информации, получаемой при колонковом бурении. В состав каротажных работ, помимо геофизических исследований в скважинах, проводимых с целью изучения геологического разреза вскрытых ими отложений и получения ряда параметров, необходимых для геолого-промышленной оценки месторождений, входят кавернометрические, термометрические, инклинометрические (определение искривления стволов скважин) измерения, а также определение технического состояния скважин и отбор проб пород и углей.
Полнота и достоверность геологической информации, получаемой при каротаже, зависят главным образом от рационального подбора комплекса геофизических и технических исследований. Их точность и разрешение зависят от геолого-геофизических особенностей изучаемого объекта — литологического состава и степени метаморфизма пород и углей, мощности и степени неоднородности угольных пластов, вещественного состава породных пропластов в угольных пластах сложного строения, углов падения пластов, степени обводненности и т.п. Кроме того, немаловажную роль играют технические характеристики скважин (наличие обсадки, характер буровых растворов и т.п.), а также синхронность бурения скважин и проведения геофизических исследований.
На каротажных диаграммах, часто именуемых каротажными кривыми в заданном масштабе (1:200—1:20) отражается непрерывное изменение физических параметров исследуемых пород, что обеспечивает полноту информации об особенностях геологического строения всего вскрытого скважинами разреза. Важнейшей частью информации, получаемой по результатам геофизических исследований в скважинах, являются сведения о глубинах залегания, мощностях и внутреннем строении угольных пластов.
Каротажные геофизические исследования при поисках и разведке угольных месторождений осуществляются главным образом двумя группами методов — электрическими и радиоактивными. Акустический каротаж имеет подчиненное значение.
Из методов электроразведки наиболее широко применяются следующие: кажущихся сопротивлений КС; потенциалов собственной поляризации ПСП; токового каротажа TK и бокового токового каротажа БТК. Так, на месторождениях углей марок Г, Ж, К, ОС, реже Д и Т, характеризующихся наиболее высокими значениями электрического сопротивления среди пород угленосной толщи, методы КС и ПСП в большинстве случаев обеспечивают уверенное выделение угольных пластов и установление их мощности. Аналогичная картина наблюдается и на месторождениях антрацитов, которые отличают аномально низкие электрические сопротивления (рис. 5.19).
Геофизические исследования

Меньшее распространение получили методы вызванных потенциалов ВП и регистрации сопротивления заземлению РСЗ. В случаях крутого залегания угольных пластов для определения их мощности и внутреннего строения весьма эффективен метод направленного токового каротажа НТК.
Методы электроразведки с успехом применяются при гидрогеологических исследованиях на угольных объектах (резистивиметрические измерения). Измерения удельного электрического сопротивления бурового раствора позволяют установить места притока — оттока пластовых вод из скважин и, в конечном итоге, сделать сравнительную качественную оценку фильтрационных свойств пород, вскрытых скважиной на отдельных интервалах.
Из радиоактивных методов применяется гамма-каротаж ГК и плотностной гамма-гамма-каротаж ГГК-П. Кроме того, может применяться метод селективного гамма-гамма-каротажа ГГК-С и метод микроселективного гамма-гамма-каротажа МГГК-С.
Использование радиоактивных методов (в частности ГГК) весьма результативно в случае малой эффективности методов электроразведки, обусловленной спецификой геоэлектрических характеристик разведываемых углей и вмещающих их пород. Так, на ряде месторождений, преимущественно бурых и высокозольных каменных углей, а также углей, переходных от тощих к антрацитам, надежная идентификация угольных пластов методами электрокаротажа (КС, ПСП, TK) затруднительна в связи со сходными параметрами геоэлектрических свойств углей и вмещающих их пород. Радиоактивные же методы (ГГК) способны обеспечить и для этой группы месторождений надежное расчленение разреза, выделение угольных пластов, определение их мощности и строения (рис. 5.20).
Геофизические исследования

Дополнительно проводимые геофизические исследования методами заряженного тела, электрической корреляции и околоскважинной сейсморазведки при соответствующих геологогеофизических условиях позволяют прослеживать выходы пластов антрацитов под покровными отложениями мощностью до 35 м, выявлять разрывные нарушения между скважинами и в околоскважинном пространстве, а также уточнять положение угольных пластов между смежными скважинами.
Каротажные диаграммы, получаемые по отдельным скважинам, используются для корреляции геологических разрезов, построенных по результатам документации керна, повышая достоверность увязки угольных пластов и вмещающих пород. Они могут быть использованы также для определения местоположения, характера и элементов залегания разрывных нарушений.
При разведке угольных месторождений рационально подобранный комплекс скважинных геофизических и сопутствующих исследований позволяет решать следующие основные задачи:
• проводить расчленение вскрытых скважинами слоистых толщ по основным литологическим разностям: угли и углистые породы; известняки; песчаники (пески); алевролиты (суглинки); аргиллиты (глины) и т.п.;
• определять глубины залегания, мощность и строение угольных пластов, а в случае необходимости и иных разностей пород;
• устанавливать наличие, местоположение и параметры (в том числе амплитуды) разрывных нарушений;
• выявлять водоносные горизонты и давать их предварительную характеристику;
• устанавливать геотермический режим вскрытого блока горных пород;
• определять степень искривления скважин и кавернозность их стволов.
Важнейшей информацией, получаемой по результатам геофизических исследований в скважинах, являются сведения о глубине залегания, мощности и внутреннем строении угольных пластов. При соблюдении методических и технических условий проведения каротажных геофизических работ средняя погрешность определения мощности угольных пластов при масштабе регистрации 1:200 составляет ±20 см, при масштабе 1:5 — ±10 см, а при масштабе 1:20 — ±3 см. Аналогичной точностью характеризуются и определения мощности угольных пропластков в пластах сложного строения. Непременным условием достижения указанной точности является наличие в разрезе угольного пласта сложного строения, а также в его почве и кровле пород, значительно отличающихся от угля по своим геоэлектрическим свойствам. Аналогичные условия должны выполняться и для пластов осложненного и простого строения.