Геофизические поля, их роль в эволюции Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геофизические поля, их роль в эволюции Земли

геофизический напряженность материальный

Заложение основ геофизики восходят в давние времена, но как самостоятельная наука геофизика стала оформляться в XIX веке, а окончательно сформировалась уже в ХХ столетии. Основой геофизики являлись такие фундаментальные науки, как физика, геология, математика и астрономия. Она тесно связана с геодезией, геохимией, а в части методов и технологий геофизических наблюдений с радиотехникой - радиоэлектроникой.

Физическое поле или геофизическое поле - это материальная среда, в которой определенным образом распределяются физические потоки, где взаимодействие элементарных частиц, обусловлено тем или иным физическим явлением или их совокупностью. Например, радиоактивный распад, проводящий к существованию радиационного и частично теплового полей, или взаимодействие гравитационных и магнитных тел, приводящих к возникновению гравитационных и магнитных полей.

Основная особенность физических полей - это их деформация под действием тех или иных материальных объектов, в частности геологических тел.

Поскольку геологическая среда является гетерогенной (неоднородной), то деформация геофизических полей происходит повсеместно и задача геофизики исследовать особенности аномальных значений поля, приуроченных к тем или иным полезным ископаемым, или элементом геологической среды, подверженным воздействию экзогенных (оползень, карст) и/или эндогенных (землетрясение, извержение вулкана), а также антропогенных (загрязнение подземных вод, тепловые аномалии в мегаполисах).

Физические поля применительно к геофизике называют геофизическими полями. Они характеризуются параметрами (физическими величинами), которые определяются инструментально, т. е. с помощью приборов.

Этих параметров в основном два: потенциал (U) и напряжённость (E).

Потенциал поля - выражается в его концентрации в той или иной точке изучаемой среды, т. е. это энергия, обусловленная работой по перенесению точечного источника из бесконечности, где поле равно 0 в заданную точку среды.

Напряжённость поля - первая производная его потенциала, т. е. градиент нарастания или наоборот разрежения физического явления.

E = - grad U,

где Е - напряжённость, а U - потенциал геофизического поля.

Материальные объекты, взаимодействие которых приводит к существованию геофизических полей, характеризуются физическими показателями (или физическими свойствами). Это плотность, электропроводность, магнитная восприимчивость и др.

Физические свойства выражаются в их способности создавать геофизические поля. Основные свойства следующие:

Плотность () -показатель, характеризующий соотношение массы и занимаемой ею объема. Единица измерения г/см³ или кг/м². Используется в гравиметрии.

Магнитная восприимчивость (К) - показатель, характеризующий способность природных объектов намагничиваться под действием магнитного поля. Единица измерения 10^-5 ед. СИ. Используется в магнитометрии.

Удельная электропроводность (G_э) - показатель, характеризующий способность природных объектов проводить электрический ток. Единица измерения Сим/м. Используется в электрометрии.

Скорость распространения упругих волн (V) -показатель, характеризующий способность природных объектов передавать упругие деформации под действием механических воздействий (напряжений). Единица измерения м/сек. Используется в сейсмометрии.

Естественная радиоактивность (Y)-показатель, характеризующий способность природных объектов излучать и частицы, приводящие к радиоактивному распаду. Единица измерения Беккерель (Бк) - 1 распад в сек. Используется в радиометрии.

Теплопроводность ()-показатель, характеризующий способность природных объектов проводить тепло, т. е. направленный процесс распространения теплоты от более нагретых к менее нагретым объектам и приводящий к выравниванию температуры среды. Единица измерения Вт/м*К. Используется в геотермии.

По происхождению геофизические поля разделяются на естественные и искусственные. Естественные поля существуют, не зависимо от человеческой деятельности, а искусственные возбуждаются по заданию экспериментатора.

В общей геофизике в основном изучаются естественные поля. В разведочной геофизике, относящейся к геологической разведке, а также инженерной геофизике, геофизике ландшафта, экологической геофизике наряду с естественными в большей мере изучаются искусственные (наведенные) поля.

Методы общей и разведочной геофизики основаны на единых геофизических полях, но разнятся вследствие разных задач и предмета исследований.

Прямая геофизическая задача - это получение теоретической кривой (графика) над объектом заданной геометрической формы с конкретными физическими параметрами. Задача решается путем математического или физического моделирования.

Обратная геофизическая задача - это интерпретация результатов полевых измерений с целью получения полного представления о геологических свойствах, геометрической форме и физических параметрах изучаемого объекта. Задача решается путем сопоставления полевой (наблюденной кривой) с теоретическими кривыми (метод подбора). При неоднозначности решения требуется привлечение дополнительных геолого-геофизических данных.

Как правило, регистрируемые геофизические параметры являются интегральными показателями изучаемой среды, где наибольший вклад в суммарное аномальное поле выполняют те объекты, которые наиболее контрастны по физическим свойствам и соответственно являются большими по геометрическим размерам.

Выявление таких локальных объектов производят специальными интерпретационными пределами. Наиболее простой способ заключается в вычитании из аномального поля нормального поля. Считается, что вмещающая объект геологическая среда является нормальным полем и аномалию создает только исследуемый локальный объект.

Структура геофизического поля в соответствии с его определением формируется физическими процессами относящихся к действию гравитационных и магнитных масс, электрофизических и электродинамических процессов и т.д. Принято различать нормальное и аномальное поля. Нормальное поле в идеальном случае это поле в однородной изотропной среде, т.е. в природном объекте, где изменение физических свойств со всех направлениях одинаково, например: вода, песок. В реальных геологических средах под нормальным полем понимают поле вне аномального (изучаемого) объекта, например: интрузивное образование в осадочных отложениях, где осадочные отложения являются объектом, формирующим нормальное поле, а интрузивное - аномальное поле.

Все геофизические поля характеризуются параметрами, основными из которых являются напряженность (Е) и потенциал (U).

Напряженность характеризуется его концентрацией в той или иной точке исследования. В нормальном поле его концентрация равномерная, а в аномальном происходит деформация поля, то есть его усиление или ослабление. Соответствующим образом изменяется потенциал.

Переход от параметров поля к показателям среды т.е. значением физических свойств осуществляется путем так называемых материальных уравнений. К относятся уравнения классических физических законов, например Ньютона, Ома, Кулона, Максвелла и др.

Тенденции изменения геофизических параметров изучаются в зависимости от геологических признаков.

Изменение физических свойств связано с различным вещественным (петрографическим) составом и с действием таких геологических факторов как давление, температура и др.

В группе осадочных пород наиболее подвержены изменениям терригенные образования. У них под действием давления и температуры происходит большая подвижность контактов, нежели в хемогенных породах, где преобладают известковистые разности. За счет изначальной слитности компонентного состава у этих пород изменение физических свойств происходит в значительно меньшей степени, чем у терригенных.

Размещено на Allbest.ru