Геофизика земли. Разведочная геофизика
Разделами которой являются сейсмология, гравиметрия, геоэлектрика, реология, физика минералов и пород. Прикладная геофизика разрабатывает методы и теорию геофизической и геофизической разведки, главным образом с целью поиска орождений зных ископаемых (см. ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА).
Морская геофизика проводит исследования в морях и океанах.
Геофизика использует других наук, в основном физики и геологии, а также математики, астрономии, кристаллографии, геохимии. на геофизики оказали результаты космических исследований и развитие тектоники плит. См. также ЗЕМЛЯ
.
Выбором сейсмически безопасных мест для строительства проектируемых сейсмостойких сооружений занимается инженерная сейсмология. Реальной методологии го прогноза и землетрясений не существует. Известно, что наиболее сильные землетрясения сопровождают субдукции (поддвига) в глубоководных желобах или по трансформным разломам. Это позволяет районы возможных землетрясений. ция о силе ожидаемых толчков необходима для определения воз й интенсивности сейсмических воздействий на такие сооружения, как ядерные реакторы, плотины, мосты и здания.
Сейсмические методы используются для изучения внутреннего строения Земли в и ее структуры на разных глубинах. Следует , что на основе результатов сейсмических исследований установлено, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Использование цифровых сейсмографов сыграло огромную в изучении земных недр и позволило землетрясения. По данным об изменениях скоростей волн лена трехмерная строения мантии. верхней мантии, определяемая по скоростям сейсмических волн, различна для районов срединно-океанических хребтов и материков и соответствует распределению теплового а. Сходная в изменениях скоростей волн отмечается и в нижней мантии, они не коррелируют с макро ом поверхности Земли. См. также ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
.
Геодезия исследует главным образом форму Земли. Различают две геодезические : определение параметров сфероида или а (дающего наилучшее с поверхностью моря), в первом приближении аппроксимирующего форму Земли, и отклонений действительной поверхности геоида от сфероида. По существу, форма Земли представляет эллипсоид вращения, на полюсах. формы геоида и сфероида осуществляется в основном сочетания наземной геодезической съемки и изучения орбит искусственных спутников Земли. Изменения формы Земли, связанные с перемещением литосферных плит, определяются по данным радиоинтерферометрии и Системы глобального определения местоположения (GРS). См. также ГЕОДЕЗИЯ
.
Занимается изучением гравитационного поля Земли. Локальные поля, связанные с плотностными неоднородностями в пределах земной коры, используются для определения положения рудных тел. Полагают, что рельеф земной поверхности и плотностные изменения земной коры с глубиной взаимно компенсируются, удовлетворительная гравитационными аномалиями протяженностью 100?1000 км и рельефом не наблюдается.
Геомагнетизм исследует магнитное поле Земли (его и и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. Принято , что магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в жидком внешнем ядре, его изменяется с периодичностью от 100 до 10 000 лет, а подвержена обращениям (инверсиям). интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют и изменения во времени геомагнитного поля и служат информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. См. также ГЕОМАГНЕТИЗМ
.
Геоэлектрика изучает изменяющуюся с глубиной Земли путем наблюдений за изменениями магнитного поля. вариаций магнитного и электрического , обусловленных как естественными, так и искусственно индуцированными токами, используется в магнитотеллурическом зондировании при разведке полезных ископаемых и для изучения строения нижней части коры и верхней мантии. См. также ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА
.
Геотермические исследования основаны на измерении теплового потока и теплопроводности, а также радиоактивности поверхности, которые экстраполируются на глубину. Тепловое Солнца оказывает на Земли. Точно так же , высвобождаемая при землетрясениях и приливном трении, по сравнению с геотермальными потерями тепла. Предполагается, что источник тепла в Земле обусловлен радиоактивным распадом долгоживущих радионуклидов, а также высвобождением гравитационной энергии и распадом короткоживущих радионуклидов. поток Земли подвержен большим изменениям. На материках он зависит от радиоактивности коренных пород, на долю мантии приходится общего теплового потока. В океанах он , чем на материках, и обусловлен, главным образом, конвекцией в мантии.
На глубинах 100 км температур и источников тепла, а также механизм его переноса точно не установлены. , происходит в верхней мантии и внешнем ядре, но неясно, она активна в нижней мантии. На ранних этапах истории Земли термальная конвекция могла более интенсивной. В вулканических областях, срединно-океанических хребтах и областях гидротермальной активности обнаружен более тепловой поток.
Занимается изучением остаточных деформаций и течения вязких и пластичных материалов. Применительно к Земле это означает вязкости внутренних слоев и ее изменений во времени, а также глубинных движений вдоль разломов, перемещений литосферы астеносферы, субдукции литосферных плит, трещинообразования в горных породах, крипа и т.п. Прямые измерения вязкости в недрах Земли невозможны, однако ее могут быть выполнены на основе изучения скорости поднятий таких древних областей, как Канадский и Балтийский щиты, опустившихся под действием ледниковой . оценкам, верхней мантии - 1020?1022 Па?с, а нижней. от 1022 до 1026 Па?с ( . давления, 1 Па = 10 дн/см2).
На основе исследований горных пород при давлениях изучаются их свойства и интерпретируются данные о скоростях распространения сейсмических волн и распределении плотности вещества в недрах Земли. Таким образом определяется состав ее внутренних слоев. Методы изучения плотности, кристаллической структуры, электропроводности, точки плавления минералов и горных пород при высоких давлениях базируются на достижениях термодинамики и физики твердого . Экспериментальные методы включают ультразвуковые измерения скорости как давления величиной примерно 30 кбар (1 кбар = 108 Па). При помощи специальной техники можно высокие давления, по крайней мере до 1000 кбар (100 ГПа). Под действием ударного сжатия или в камерах с алмазными наковальнями могут быть получены более высокие давления, чем в центре Земли (3600 кбар, или 360 ГПа).
В идеальном случае для полного понимания процессов, происходящих в глубине Земли, необходимо зависимости скоростей распространения продольных и поперечных волн, модуля упругости, плотности, коэффициента термического расширения, удельной теплоемкости, температуры плавления, вязкости, электро- и теплопроводности горных пород от давления. эти сведения путем непосредственных наблюдений, бльшая современных знаний предстает в форме теоретически рассчитанных уравнений состояния как функции от плотности. На основе использования уравнений состояния экспериментальные данные экстраполируются на высоких давлений, характерных для недр Земли.
Важную роль в определении свойств, не поддающихся непосредственным измерениям, и интерпретации сейсмических данных для определения состава пород и фазовых в Земле играют опытным путем установленные соотношения между скоростями волн, плотностью и атомным весом. Все модели Земли включают зоны скачкообразных изменений плотности и волновых скоростей на различных глубинах, обусловленные изменениями химического состава. из зон идентифицируются как фазовые переходы или кристаллической структуры в минеральных ассоциациях, что подтвердили эксперименты с м методов рентгеноструктурного анализа. Лабораторные эксперименты по фазовым переходам в горных породах при высоких давлениях и температурах позволяют границы различных сред в земных недрах.
Фазовые переходы в недрах Земли происходят в определенном диапазоне глубин. Переходная зона между 400 и 1000 км включает две главные границы со скачкообразным изменением свойств на глубинах 400 и 670 км, которые идентифицированы как границы перехода оливина в и шпинелеподобные структуры и шпинели в более плотную ассоциацию. магнезиовюстит.
Граница между ядром и мантией имеет химическую природу. ядро быть представлено жидким железо-никелевым расплавом с добавками более элементов, по всей вероятности, серы, кислорода или кремния.
Точные изотопные методы определения возраста горных пород основаны на процессах распада радиоактивных элементов в этих породах.
Геофизика
комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Гео физика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озер, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию). В настоящей статье рассматривается исключительно физика твердой Земли, основными разделами которой являются сейсмология, геодезия, гравиметрия, геомагнетизм, геоэлектрика, геотермия, реология, физика минералов и горных пород. Прикладная геофизика разрабатывает методы и теорию геофизической съемки и геофизической разведки, главным образом с целью поиска мест орождений поле зных ископаемых (см. ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА). Морская геофизика проводит исследования в морях и океанах. Геофизика использует данные других наук, в основном физики и геологии, а также математики, астрономии, кристаллографии, геохимии. Большое влияние на развитие геофизики оказали результаты космических исследований и развитие теории тектоники плит. См. также ЗЕМЛЯ. Сейсмология изучает землетрясения, их механизм ы и последствия, распространение сейсмических волн, а также все виды движений земной коры, которые регистрируются сейсмографами на суше и на дне океанов и морей. Наи более активные землетрясения наблюдаются в ослабленных зона х вдоль границ тектонических плит. При этом возбуждаются три типа сейсмических волн: продольные (P), поперечные (S) и поверхностные (волны Лява и Рэлея). Сильные землетрясения могут также возбуждать свободные колебания всей Земли. Выбором сейсмически безопасных мест для строительства проектируемых сейсмостойких сооружений занимается инженерная сейсмология. Реальной методологии точно го прогноза времени и места землетрясений пока не существует. Известно, что наиболее сильные землетрясения сопровождают процесс субдукции (поддвига) в глубоководных желобах или движения по трансформным разломам. Это позволяет прогнозировать районы возможных землетрясений. Ин форма ция о силе ожидаемых толчков крайне необходима для определения воз можно й интенсивности сейсмических воздействий на такие сооружения, как ядерные реакторы, плотины, мосты и здания. Сейсмические методы используются для изучения внутреннего строения Земли в целом и ее структуры на разных глубинах. Следует отметить, что на основе результатов сейсмических исследований установлено, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Использование цифровых сейсмографов сыграло огромную роль в изучении земных недр и позволило регистрировать землетрясения. По данным об изменениях скоростей волн была состав лена трехмерная схема строения мантии. Структура верхней мантии, определяемая по скоростям сейсмических волн, различна для районов срединно-океанических хребтов и материков и соответствует распределению теплового поток а. Сходная картина в изменениях скоростей волн отмечается и в нижней мантии, однако они не коррелируют с макро рельеф ом поверхности Земли. См. также ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ. Геодезия исследует главным образом форму Земли. Различают две геодезические задачи: определение параметров сфероида или эллипсоид а (дающего наилучшее совпадение с поверхностью моря), в первом приближении аппроксимирующего форму Земли, и измерение отклонений действительной поверхности геоида от сфероида. По существу, форма Земли представляет собой эллипсоид вращения, слегка сплющенный на полюсах. Определение формы геоида и сфероида осуществляется в основном путем сочетания наземной геодезической съемки и изучения орбит искусственных спутников Земли. Изменения формы Земли, связанные с перемещением литосферных плит, определяются по данным радиоинтерферометрии и Системы глобального определения местоположения (GРS). См. также ГЕОДЕЗИЯ. Гравиметрия занимается изучением гравитационного поля Земли. Локальные вариации этого поля, связанные с плотностными неоднородностями в пределах земной коры, используются для определения положения рудных тел. Полагают, что рельеф земной поверхности и плотностные изменения внутри земной коры с глубиной взаимно компенсируются, поэтому удовлетворительная корреляция между гравитационными аномалиями протяженностью 100?1000 км и рельефом не наблюдается. Геомагнетизм исследует магнитное поле Земли (его источник и и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. Принято считать, что магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в жидком внешнем ядре, его напряженность изменяется с периодичностью от 100 до 10 000 лет, а полярность подвержена обращениям (инверсиям). Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. См. также ГЕОМАГНЕТИЗМ. Геоэлектрика изучает изменяющуюся с глубиной электропроводность Земли путем наблюдений за изменениями магнитного поля. Взаимодействие вариаций магнитного и электрического полей, обусловленных как естественными, так и искусственно индуцированными токами, используется в магнитотеллурическом зондировании при разведке полезных ископаемых и для изучения строения нижней части коры и верхней мантии. См. также ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА. Геотермические исследования основаны на измерении теплового потока и теплопроводности, а также радиоактивности вблизи поверхности, которые затем экстраполируются на глубину. Тепловое излучение Солнца оказывает незначительный эффект на недра Земли. Точно так же энергия, высвобождаемая при землетрясениях и приливном трении, мала по сравнению с геотермальными потерями тепла. Предполагается, что главный источник тепла в Земле обусловлен радиоактивным распадом долгоживущих радионуклидов, а также высвобождением гравитационной энергии и распадом короткоживущих радионуклидов. Современный тепловой поток Земли подвержен большим изменениям. На материках он зависит от радиоактивности коренных пород, причем на долю мантии приходится примерно половина общего теплового потока. В океанах он вдвое больше, чем на материках, и обусловлен, главным образом, конвекцией в мантии. На глубинах ниже 100 км распределение температур и источников тепла, а также механизм его переноса точно не установлены. Конвекция, вероятно, происходит в верхней мантии и внешнем ядре, но неясно, насколько она активна в нижней мантии. На ранних этапах истории Земли термальная конвекция могла быть более интенсивной. В вулканических областях, срединно-океанических хребтах и областях гидротермальной активности обнаружен более высокий тепловой поток. Реология занимается изучением остаточных деформаций и течения вязких и пластичных материалов. Применительно к Земле это обычно означает исследование вязкости внутренних слоев и ее изменений во времени, а также глубинных движений вдоль разломов, перемещений литосферы относительно астеносферы, субдукции литосферных плит, трещинообразования в горных породах, крипа и т.п. Прямые измерения вязкости в недрах Земли невозможны, однако ее оценки могут быть выполнены на основе изучения скорости поднятий таких древних областей, как Канадский и Балтийский щиты, ранее опустившихся под действием ледниковой нагрузки. Согласно этим оценкам, вязкость верхней мантии - 1020?1022 Па?с, а нижней. от 1022 до 1026 Па?с (паскаль. единица давления, 1 Па = 10 дн/см2). На основе исследований горных пород при высоких давлениях изучаются их свойства и интерпретируются данные о скоростях распространения сейсмических волн и распределении плотности вещества в недрах Земли. Таким образом определяется минералогический состав ее внутренних слоев. Методы изучения плотности, кристаллической структуры, электропроводности, точки плавления минералов и горных пород при высоких давлениях базируются на достижениях термодинамики и физики твердого тела. Экспериментальные методы включают ультразвуковые измерения скорости как функции давления величиной примерно 30 кбар (1 кбар = 108 Па). При помощи специальной техники можно генерировать высокие давления, по крайней мере до 1000 кбар (100 ГПа). Под действием ударного сжатия или в камерах с алмазными наковальнями могут быть получены более высокие давления, чем в центре Земли (3600 кбар, или 360 ГПа). В идеальном случае для полного понимания процессов, происходящих в глубине Земли, необходимо знать зависимости скоростей распространения продольных и поперечных волн, модуля упругости, плотности, коэффициента термического расширения, удельной теплоемкости, температуры плавления, вязкости, электро- и теплопроводности горных пород от давления. Поскольку эти сведения невозможно получить путем непосредственных наблюдений, бльшая часть современных знаний предстает в форме теоретически рассчитанных уравнений состояния как функции от плотности. На основе использования уравнений состояния экспериментальные данные экстраполируются на область высоких давлений, характерных для недр Земли. Важную роль в определении свойств, не поддающихся непосредственным измерениям, и интерпретации сейсмических данных для определения состава пород и фазовых переходов в Земле играют опытным путем установленные соотношения между скоростями волн, плотностью и атомным весом. Все модели Земли включают зоны скачкообразных изменений плотности и волновых скоростей на различных глубинах, обусловленные изменениями химического состава. Некоторые из этих зон идентифицируются как фазовые переходы или перестройка кристаллической структуры в минеральных ассоциациях, что подтвердили эксперименты с использование м методов рентгеноструктурного анализа. Лабораторные эксперименты по фазовым переходам в горных породах при высоких давлениях и температурах позволяют определить границы различных сред в земных недрах. Фазовые переходы в недрах Земли происходят в определенном диапазоне глубин. Переходная зона между 400 и 1000 км включает две главные границы со скачкообразным изменением свойств на глубинах 400 и 670 км, которые идентифицированы как границы перехода оливина в шпинель и шпинелеподобные структуры и шпинели в более плотную ассоциацию. перовскит плюс магнезиовюстит. Граница между ядром и мантией имеет химическую природу. Внешнее ядро может быть представлено жидким железо-никелевым расплавом с добавками более легких элементов, по всей вероятности, серы, кислорода или кремния. Наиболее точные изотопные методы определения возраста горных пород основаны на процессах распада радиоактивных элементов в этих породах.
И планеты
Геофи́зика (от др.-греч. γῆ - Земля + φύσις - природа) или физика Земли - комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли . Геофизика в широком смысле изучает физику твёрдой Земли (земную кору , мантию , жидкое внешнее и твёрдое внутреннее ядро), физику океанов , поверхностных вод суши (озёр , рек , льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию , климатологию , аэрономию). Подразделяется на фундаментальную и прикладную (разведочную геофизику).
Разведочная геофизика
Разведочной геофизикой называют раздел геофизики, посвящённый изучению строения Земли с целью поиска и уточнения строения залежей полезных ископаемых , а также выявлению предпосылок для их образования. Разведочные геофизические исследования проводятся на суше, акватории морей, океанов и пресных водоемов, в скважинах, с воздуха и из космоса. Разведочная геофизика является важной составляющей геологоразведочного процесса благодаря высокой эффективности, надёжности, дешевизне и скорости проведения. К методам разведочной геофизики относят сейсморазведку , электроразведку на постоянном и переменном токе, магниторазведку, гравиразведку, геофизические исследования скважин, радиометрию, ядерную геофизику и теплометрию.
Сейсморазведка
Сейсморазведка - раздел разведочной геофизики, включающий методы изучения строения Земли, основанные на возбуждении и регистрации упругих волн. Породы земной коры различаются по упругим свойствам - модулю Юнга , коэффициенту Пуассона , скорости продольных и поперечных волн и плотности. На границах слоев с различными упругими свойствами возникают вторичные волны, содержащие информацию о геологическом строении.
Для регистрации колебаний упругих волн применяют специальные устройства - сейсмоприёмники , преобразующие колебания частиц почвы в электрический сигнал. Полученная информация собирается на графиках, называемых сейсмограммами, обрабатывается и получает геологическое толкование. В результате строение земной коры изображается в виде разрезов и карт, на которых определяется место возможного скопления полезных ископаемых.
Гравиразведка
Гравиразведкой (гравиметрией) называется раздел разведочной геофизики, изучающий изменение ускорения свободного падения в связи с изменением плотности геологических тел. Гравиразведка активно применяется при региональном исследовании земной коры и верхней мантии, выявлении глубинных тектонических нарушений, поиске полезных ископаемых - преимущественно рудных, выделении алмазоносных трубок взрыва. Гравиразведка позволяет изучать состав горных пород, и их положение в геологическом разрезе, например для магматических с ростом основности возрастает концентрация железистых соединений и плотность.
Для проведения гравиразведки применяются гравиметры, чувствительные приборы, измеряющие ускорение свободного падения. Единицей измерения этой величины является Гал или более употребительные мГал или мкГал. Крупные геологические тела характеризуются аномалиями в десятки и даже сотни мГал.
Магниторазведка
Магниторазведка - раздел разведочной геофизики, исследующий магнитное поле Земли (его источники и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. С целью поисков месторождений полезных ископаемых магниторазведка применяется в виде наземной, морской или аэромагнитной съёмки. Магнитная съёмка проводится, как правило, по сети параллельных линий, или профилей. После ввода необходимых поправок строится карта магнитного поля в виде графиков или изолиний. На карте могут находиться области спокойного поля и магнитные аномалии - локальные возмущения магнитного поля, вызванные неоднородностями магнитных свойств горных пород. Магниторазведка проводится с целью выявления аномалий как непосредственно связанных с полезным ископаемым, так и с контролирующими залежь тектоническими и стратиграфическими структурами.
Электроразведка
Геофизическое исследование скважин
Геофизические исследования скважин (ГИС) - исследования бурящихся, промысловых и других скважин геофизическими методами с целью изучения разреза скважины для последующей качественной и количественной геологической оценки, как самой скважины, так и месторождения в целом.
Комплекс ГИС включает в себя множество методов, которые можно условно разделить на несколько больших и не очень разделов, в зависимости от типа изучаемых физических параметров пород. Работы проводят с помощью геофизического оборудования . Методов каротажа и ГИС довольно много. Они включают в себя:
- Электрический каротаж - объектом исследований являются электрические свойства горных пород.
- Ядерно-геофизические методы каротажа, основанные на изучении поведения ионизирующих излучений в скважине.
- Термокаротаж.
- Инклинометрия.
- Радиоактивные методы (гамма-каротаж и гамма-спектральный каротаж , нейтронный каротаж).
Существуют и некоторые другие отдельные виды геофизических работ в скважинах.
Наиболее широкое применение геофизических исследований скважин приходится на нефтегазовую промышленность:
- Каротажи.
- Контроль за разработкой месторождения.
- Перфорация.
49.4
Для друзей!
Справка
Наука геофизика относительно молода. Она появилась в середине XIXвека. Геофизика основана на расширении представления человека об окружающем мире: он состоит не только из различных веществ - значительное место занимают электромагнитные поля. Их нельзя почувствовать, но можно измерить специальными приборами.
Сегодня главные задачи геофизики - изучение природных ресурсов Земли, охрана окружающей среды, контроль над ядерными испытаниями, составление прогнозов погоды и стихийных бедствий. Кроме этого, они проводят исследования Мирового океана и космические исследования.
Описание деятельности
В зависимости от своей специализации (геофизик-нефтяник, инженер-геофизик, геофизик-разведчик, сейсморазведчик, гравиразведчик и др.), геофизик выполняет разные виды деятельности. Он может работать как в научно-исследовательской лаборатории за компьютером, так и в полевых условиях, выезжая в командировки. Геофизикам приходится бывать в тундрах, пустынях, в горах и других необычных и даже труднодоступных местах. Иногда нужно карабкаться по горам или сплавляться по бурным рекам.
Геофизики ведут поиск и разведку месторождений руды, нефти и газа, подземных вод на суше и шельфах морей, проводят сейсмическую разведку. В арсенале геофизиков множество специальных инструментов и приборов: геодезические, гидрографические, океанографические, гидрологические, метеорологические или геофизические. С их помощью проводятся необходимые измерения магнитных, электрических и гравитационных полей. По результатам измерений они составляют карты структуры земной коры, рельефа дна океана, определяют толщину ледниковых покровов, а также состав и происхождение горных пород.
Геофизики также занимаются сейсморазведкой - исследованием земной коры с помощью искусственно создаваемых взрывом или ударом сейсмических волн. Все полученные результаты анализируются на компьютере.
Кроме общих знаний физики и географии геофизику необходимо иметь геолого-геофизические сведения об изучаемом районе. Он должен знать специальные профессиональные компьютерныепрограммы и уметь составлять карты. В своей работе геофизик применяет знания инженерной геологии в строительстве плотин, мостов, туннелей и крупных сооружений.
Заработная плата
средняя по России: средняя по Москве: средняя по Санкт-Петербургу:
Трудовые обязанности
Геофизик проводит научные исследования состава, строения земной коры, изучает историю ее развития, условия залегания и химический состав горных пород. Он исследует географическое распространение, состав и свойства поверхностных и подземных вод, ледников и снежных покровов, а также совершенствует методы исследований.
В обязанности геофизиков входит планирование и проведение поисковых и разведывательных работ. Они составляют карты магнитных полей Земли, которые применяют в навигации при разведке полезных ископаемых.
После того, как месторождение открыто, геофизику необходимо оценить его запасы. Он должен спланировать разработку наиболее рационально, чтобы не нанести ущерба окружающей среде.
Особенности карьерного роста
Новоиспеченные геофизики обычно начинают свою карьеру в должности техника, выполняя отдельные виды измерений. Геофизики требуются в научно-исследовательских и проектных организациях, геологоразведочных организациях, на предприятиях промышленной отрасли и в нефтедобывающих компаниях. Здесь можно дослужиться до старшего геофизика или начальника участка.
Характеристика сотрудника
Кроме интереса к физике и географии профессиональному геофизику необходимы хорошие математические способности, ведь приходится совершать множество расчетов. Аналитический склад ума и пространственное мышление важны при проведении разнообразных измерений и исследований, а также при последующей их обработке на компьютере и составлении карт. Геофизику потребуются к тому же такие качества, как внимательность и кропотливость.
Так как измерения часто проводятся в полевых условиях, при чем в разных климатических поясах и погодных условиях, геофизик должен обладать крепким здоровьем и физической выносливостью.
Он должен уметь работать в коллективе и быть готовым к взаимовыручке.
Геофизика - комплекс наук, исследующих физическими методами происхождение, эволюцию, строение, свойства и процессы (природные и техногенные) в Земле и её оболочках (атмосфере, гидросфере, литосфере и т.д.). Большинство прикладных и теоретических вопросов, решаемых геофизикой, связано с изучением не только Земли, но и окружающего пространства, доступного и недоступного непосредственному прямому наблюдению. Геофизика основана на изучении природы, структуры, пространственной неоднородности, временной изменчивости геофизических полей (гравитационного, геомагнитного, электромагнитного, геотермического и др.) и их отклонений от нормы, что обусловлено неоднородностью состава и сложностью строения Земли, характером происходящих в ней процессов, влиянием Солнца, Луны, планет, космического излучения и т.п., а также воздействием биосферы и техногенной деятельности. Геофизика базируется на физических методах исследования глубинного строения земной коры и Земли в целом, таких как: магнитометрические , гравиметрические , электрометрические , сейсмометрические и ряде других методов. Включая в себя комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли, геофизика в широком смысле изучает физику твёрдой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твёрдое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод.
Геофизика связана с геологическими науками (особенно тектоникой, вулканологией, петрофизикой, а также геохимией), астрономией, математикой, физикой и многими техническими науками, физической географией и др. Крупные разделы геофизики - солнечно-земная физика, физика атмосферы, гидрофизика и физика "твёрдой" Земли, разведочная геофизика, промысловая геофизика и вычислительная геофизика.
Физика Земли (или геофизика в узком смысле слова) представляет комплекс наук, изучающий строение и эволюцию т.н. твёрдой Земли, её состав, свойства, процессы в недрах и др. В зависимости от предмета исследования в физике Земли выделяются самостоятельные крупные разделы: сейсмология, гравиметрия, геомагнетизм, геотермия, геоэлектрика, геодинамика, исследование минералов и горных пород при высоких давлениях и температурах, а также других геофизических наук, возникшие и развивающиеся на стыке с геологией (тектонофизика и др.), математикой, химией и т.д.
Солнечно-земная физика изучает явления и процессы в межпланетной и околоземной среде. Состояние ионосферы и магнитосферы Земли, форма радиационных поясов и т.п. зависят от уровня солнечной активности, вариаций потоков электромагнитного излучения и космических лучей. Наиболее сильные возмущения ионосферы и магнитосферы связаны с солнечными вспышками, которые сопровождаются многократным усилением потоков частиц высоких энергий и увеличением интенсивности электромагнитного излучения во всех диапазонах. Это вызывает полярные сияния, магнитные бури, изменяет отражательную способность ионосферы, нарушает энергетический баланс тропосферы, что приводит к вариациям метеорологических и иных факторов.
Физика атмосферы изучает процессы и явления в атмосфере, свойства газовых составляющих, поглощение и излучение ими радиации, химические реакции, распределение температуры и давления, испарение и конденсацию водяного пара, образование облаков и выпадение осадков, разнообразные формы движения в атмосфере. Физика атмосферы разделяется на метеорологию, изучающую нижние слои атмосферы, и аэрономию, исследующую верхние слои. Тепловое излучение и различные оптические эффекты изучаются актинометрией и атмосферной оптикой.
Гидрофизика изучает строение и физические процессы в гидросфере и тесно связана с географией, геохимией, геологией, гидрогеологией и др. Гидрофизика разделяется на физику моря, гидрологию суши. Физика моря (физика океана) исследует физические процессы в Мировом океане и включает термодинамику, гидродинамику, акустику, оптику, ядерную гидрофизику (изучение радиоактивности вод океана и её изменения), а также занимается исследованием квазистационарных электрических и магнитных полей в океане, распространения в нём низкочастотных электромагнитных возмущений, возникающих благодаря электропроводности морской воды, магнитогидродинамических эффектов. Крупнейшая проблема физики океана - взаимодействие атмосферы и океана - имеет большое прикладное значение, в частности, для прогноза погоды и климатологии. Гидрология суши исследует поверхностные воды (реки, озёра, водохранилища, болота, ледники).
Разведочной геофизикой называют раздел геофизики, посвящённый изучению строения Земли с целью поиска и уточнения строения залежей полезных ископаемых, а также выявлению предпосылок для их образования. Разведочная геофизика проводится на суше, акватории морей, океанов и пресных водоемов, в скважинах, с воздуха и из космоса. Разведочная геофизика является важной составляющей геологоразведочного процесса благодаря высокой эффективности, надёжности, дешевизне и скорости проведения. К методам разведочной геофизики относят сейсморазведку, электроразведку на постоянном и переменном токе, магниторазведку, гравиразведку, геофизические исследования скважин, радиометрию, ядерную геофизику и теплометрию.
Литература
- Горная энциклопедия, в 5 т. М., изд-во "Советская энциклопедия", 1987, гл. ред. Е.А. Козловский
- Короновский Н.В., Якушева А.Ф. "Основы Геологии". М., 1991
ГЕОФИЗИКА, комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озер, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).
В настоящей статье рассматривается исключительно физика твердой Земли, основными разделами которой являются сейсмология, геодезия, гравиметрия, геомагнетизм, геоэлектрика, геотермия, реология, физика минералов и горных пород. Прикладная геофизика разрабатывает методы и теорию геофизической съемки и геофизической разведки, главным образом с целью поиска месторождений полезных ископаемых (см. ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА). Морская геофизика проводит исследования в морях и океанах.
Геофизика использует данные других наук, в основном физики и геологии, а также математики, астрономии, кристаллографии, геохимии. Большое влияние на развитие геофизики оказали результаты космических исследований и развитие теории тектоники плит.
Сейсмология изучает землетрясения, их механизмы и последствия, распространение сейсмических волн, а также все виды движений земной коры, которые регистрируются сейсмографами на суше и на дне океанов и морей. Наиболее активные землетрясения наблюдаются в ослабленных зонах вдоль границ тектонических плит. При этом возбуждаются три типа сейсмических волн: продольные (P ), поперечные (S ) и поверхностные (волны Лява и Рэлея). Сильные землетрясения могут также возбуждать свободные колебания всей Земли.
Выбором сейсмически безопасных мест для строительства проектируемых сейсмостойких сооружений занимается инженерная сейсмология. Реальной методологии точного прогноза времени и места землетрясений пока не существует. Известно, что наиболее сильные землетрясения сопровождают процесс субдукции (поддвига) в глубоководных желобах или движения по трансформным разломам. Это позволяет прогнозировать районы возможных землетрясений. Информация о силе ожидаемых толчков крайне необходима для определения возможной интенсивности сейсмических воздействий на такие сооружения, как ядерные реакторы, плотины, мосты и здания.
Сейсмические методы используются для изучения внутреннего строения Земли в целом и ее структуры на разных глубинах. Следует отметить, что на основе результатов сейсмических исследований установлено, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры. Использование цифровых сейсмографов сыграло огромную роль в изучении земных недр и позволило регистрировать землетрясения. По данным об изменениях скоростей волн была составлена трехмерная схема строения мантии. Структура верхней мантии, определяемая по скоростям сейсмических волн, различна для районов срединно-океанических хребтов и материков и соответствует распределению теплового потока. Сходная картина в изменениях скоростей волн отмечается и в нижней мантии, однако они не коррелируют с макрорельефом поверхности Земли. См. также ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ .
Геодезия исследует главным образом форму Земли. Различают две геодезические задачи: определение параметров сфероида или эллипсоида (дающего наилучшее совпадение с поверхностью моря), в первом приближении аппроксимирующего форму Земли, и измерение отклонений действительной поверхности геоида от сфероида. По существу, форма Земли представляет собой эллипсоид вращения, слегка сплющенный на полюсах. Определение формы геоида и сфероида осуществляется в основном путем сочетания наземной геодезической съемки и изучения орбит искусственных спутников Земли. Изменения формы Земли, связанные с перемещением литосферных плит, определяются по данным радиоинтерферометрии и Системы глобального определения местоположения (GРS ). См. также ГЕОДЕЗИЯ .
Гравиметрия занимается изучением гравитационного поля Земли. Локальные вариации этого поля, связанные с плотностными неоднородностями в пределах земной коры, используются для определения положения рудных тел. Полагают, что рельеф земной поверхности и плотностные изменения внутри земной коры с глубиной взаимно компенсируются, поэтому удовлетворительная корреляция между гравитационными аномалиями протяженностью 100-1000 км и рельефом не наблюдается.
Геомагнетизм исследует магнитное поле Земли (его источники и изменения на протяжении геологической истории Земли), а также магнитные свойства горных пород. Принято считать, что магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами в жидком внешнем ядре, его напряженность изменяется с периодичностью от 100 до 10 000 лет, а полярность подвержена обращениям (инверсиям). Измерения интенсивности и направления намагниченности горных пород позволяют изучать происхождение и изменения во времени геомагнитного поля и служат ключевой информацией для развития теории тектоники плит и дрейфа материков. См. также ГЕОМАГНЕТИЗМ .
Геотермические исследования основаны на измерении теплового потока и теплопроводности, а также радиоактивности вблизи поверхности, которые затем экстраполируются на глубину. Тепловое излучение Солнца оказывает незначительный эффект на недра Земли. Точно так же энергия, высвобождаемая при землетрясениях и приливном трении, мала по сравнению с геотермальными потерями тепла. Предполагается, что главный источник тепла в Земле обусловлен радиоактивным распадом долгоживущих радионуклидов, а также высвобождением гравитационной энергии и распадом короткоживущих радионуклидов. Современный тепловой поток Земли подвержен большим изменениям. На материках он зависит от радиоактивности коренных пород, причем на долю мантии приходится примерно половина общего теплового потока. В океанах он вдвое больше, чем на материках, и обусловлен, главным образом, конвекцией в мантии.
На глубинах ниже 100 км распределение температур и источников тепла, а также механизм его переноса точно не установлены. Конвекция, вероятно, происходит в верхней мантии и внешнем ядре, но неясно, насколько она активна в нижней мантии. На ранних этапах истории Земли термальная конвекция могла быть более интенсивной. В вулканических областях, срединно-океанических хребтах и областях гидротермальной активности обнаружен более высокий тепловой поток.
Реология занимается изучением остаточных деформаций и течения вязких и пластичных материалов. Применительно к Земле это обычно означает исследование вязкости внутренних слоев и ее изменений во времени, а также глубинных движений вдоль разломов, перемещений литосферы относительно астеносферы, субдукции литосферных плит, трещинообразования в горных породах, крипа и т.п. Прямые измерения вязкости в недрах Земли невозможны, однако ее оценки могут быть выполнены на основе изучения скорости поднятий таких древних областей, как Канадский и Балтийский щиты, ранее опустившихся под действием ледниковой нагрузки. Согласно этим оценкам, вязкость верхней мантии – 10 20 -10 22 ПаЧс, а нижней - от 10 22 до 10 26 ПаЧс (паскаль - единица давления, 1 Па = 10 дн/см 2).
На основе исследований горных пород при высоких давлениях изучаются их свойства и интерпретируются данные о скоростях распространения сейсмических волн и распределении плотности вещества в недрах Земли. Таким образом определяется минералогический состав ее внутренних слоев. Методы изучения плотности, кристаллической структуры, электропроводности, точки плавления минералов и горных пород при высоких давлениях базируются на достижениях термодинамики и физики твердого тела. Экспериментальные методы включают ультразвуковые измерения скорости как функции давления величиной примерно 30 кбар (1 кбар = 10 8 Па). При помощи специальной техники можно генерировать высокие давления, по крайней мере до 1000 кбар (100 ГПа). Под действием ударного сжатия или в камерах с алмазными наковальнями могут быть получены более высокие давления, чем в центре Земли (~3600 кбар, или 360 ГПа).
В идеальном случае для полного понимания процессов, происходящих в глубине Земли, необходимо знать зависимости скоростей распространения продольных и поперечных волн, модуля упругости, плотности, коэффициента термического расширения, удельной теплоемкости, температуры плавления, вязкости, электро- и теплопроводности горных пород от давления. Поскольку эти сведения невозможно получить путем непосредственных наблюдений, бóльшая часть современных знаний предстает в форме теоретически рассчитанных уравнений состояния как функции от плотности. На основе использования уравнений состояния экспериментальные данные экстраполируются на область высоких давлений, характерных для недр Земли.
Важную роль в определении свойств, не поддающихся непосредственным измерениям, и интерпретации сейсмических данных для определения состава пород и фазовых переходов в Земле играют опытным путем установленные соотношения между скоростями волн, плотностью и атомным весом. Все модели Земли включают зоны скачкообразных изменений плотности и волновых скоростей на различных глубинах, обусловленные изменениями химического состава. Некоторые из этих зон идентифицируются как фазовые переходы или перестройка кристаллической структуры в минеральных ассоциациях, что подтвердили эксперименты с использованием методов рентгеноструктурного анализа. Лабораторные эксперименты по фазовым переходам в горных породах при высоких давлениях и температурах позволяют определить границы различных сред в земных недрах.
Фазовые переходы в недрах Земли происходят в определенном диапазоне глубин. Переходная зона между 400 и 1000 км включает две главные границы со скачкообразным изменением свойств на глубинах ~400 и ~670 км, которые идентифицированы как границы перехода оливина в шпинель и шпинелеподобные структуры и шпинели в более плотную ассоциацию - перовскит плюс магнезиовюстит.
Граница между ядром и мантией имеет химическую природу. Внешнее ядро может быть представлено жидким железо-никелевым расплавом с добавками более легких элементов, по всей вероятности, серы, кислорода или кремния.
Наиболее точные изотопные методы определения возраста горных пород основаны на процессах распада радиоактивных элементов в этих породах.