К оглавлению

К изучению физических свойств горных пород

Ф.Н. ЕФИМОВ

При решении структурно-тектонических задач нефтяной геологии применительно к условиям Русской платформы и Западно-Сибирской низменности и, в частности, при выяснении характера и степени воздействия на гравитационные и магнитные аномальные поля неоднородности состава и строения кристаллических образований фундамента большое значение приобретают работы по тщательному изучению физических свойств магматических и метаморфических пород, пройденных опорными и разведочными скважинами, вскрытых выработками или обнажающихся в пределах щитов и горных сооружений.

Изучением физических свойств кристаллических образований в нефтегазоносных районах занимаются геофизические организации Министерства нефтяной промышленности СССР, в пределах кристаллических щитов, массивов и горных сооружений - геофизические организации Министерства геологии и охраны недр СССР. Указанными организациями накоплен колоссальный фактический материал, в частности по определению двух очень важных физических параметров: плотности и магнитной восприимчивости. К сожалению, этот материал до сих пор не обобщен не только в масштабе Союза, но даже и внутри ведомств. Только этим можно объяснить разнобой в организации, методике и технике проведения работ, особенно по изучению магнитных свойств кристаллических пород.

Так, в Министерстве геологии и охраны недр магнитная восприимчивость измеряется при помощи магнитометра М-2 для ненарушенных образцов, в Министерстве нефтяной промышленности - магнитометром системы Долгинова для искусственно измельченных образцов. Вторая методика позволяет производить более точные измерения χ порошка породы в объеме ампулы. Но при этом необходимо учитывать, что определяется магнитная восприимчивость очень малого количества породы, чаще всего порядка 1 г, представительность которого вследствие неоднородности состава породы может быть очень низкой. Если учесть также, что при измельчении породы не учитывается строго крупность зерен, то станет очевидным, что преимущества этой методики в точности одиночных измерений χ порошков в значительной мере, а возможно, и полностью исчезают при переходе к характеристике образцов весом 100- 150 г. Методика работы с магнитометром М-2 имеет преимущества перед описанной выше, в частности она позволяет обеспечить более высокую производительность измерений, производить массовые определения χ естественного образца, охарактеризовать магнитную анизотропию образца. Однако она не позволяет производить точных определений χ, особенно слабомагнитных пород.

Остаточное намагничение кристаллических пород определяется также различными приемами - при помощи магнитометров Долгинова и М-2. В системе нефтяной промышленности для измерения Ir образцу придают строгую кубическую форму, а в Министерстве геологии и охраны недр этот параметр определяется одновременно с измерением χ на образце произвольной формы, приблизительно изометричном. Однако этот параметр в подавляющем большинстве случаев не может быть использован эффективно в силу того, что он определяется, как правило, для неориентированных образцов, что не дает возможности судить о характере распределения векторов Ir в пространстве.

Методика определения магнитных свойств горных пород с магнитометром М-2 разработана применительно к полевым условиям работы c целью осуществления массовых определений магнитной восприимчивости и остаточного намагничения. При этом исходили из положения о том, что недостаточно высокая точность определения параметров по одиночным образцам не имеет существенного значения при массовых измерениях. Очевидно, такая постановка вопроса могла иметь место лишь при условии одностороннего подхода к проблеме изучения физических свойств, т.е. при условии недооценки важности петрографической классификации изучаемых образцов. Логическим следствием такой недооценки явилось то, что во многих геофизических организациях определение физических параметров не сопровождалось квалифицированным изучением вещественного состава образцов пород. Знакомство с материалами показывает, что во многих случаях название пород, приведенное в ведомостях значений физических свойств, определено приближенно или ошибочно. Имеются и такие случаи, когда название пород вообще не определено и образец имеет лишь инвентарный номер. Ясно, что в этих условиях - при отсутствии надежной петрографической классификации образцов - физические параметры теряют свою ценность, а использование их для любых целей носит чисто формальный характер.

Для того чтобы улучшить, организацию исследования физических свойств горных пород, необходимо решительным образом перестроить всю организацию и содержание работ, связанных с изучением физических свойств, как в министерствах, так и в масштабе Союза.

Прежде всего необходимо привлечь к этой проблеме кадры петрографов и минералогов и принять как аксиому, что физические параметры должны изучаться в совокупности с анализом вещественного состава образцов. Изучение одних физических параметров недопустимо.

Как показывает имеющийся опыт такого совместного геолого-физического изучения образцов, физические параметры не только могут представлять интерес для целей правильной геологической интерпретации геофизических данных, но могут рассматриваться также и в качестве дополнительных объективных критериев при изучении вопросов о составе, степени метаморфизма, генезисе и условиях залегания пород.

Каждый физический параметр необходимо изучать под углом зрения максимального раскрытия существующих в природе геолого-физических связей. С этой целью следует расширять и углублять способы анализа этих связей. В качестве примера может быть приведен магнитно-фракционно-минералогический анализ искусственно измельченных образцов пород, позволяющий уточнить характер зависимости магнитной восприимчивости образца от процентного содержания в нем ферромагнитных минералов (магнетита, титано-магнетита, маггемита, пирротина и др.), а также плотности образца от процентного содержания в нем минералов тяжелой и легкой фракций.

Огромное значение имеет разработка более совершенных по сравнению с существующими методик и аппаратуры, позволяющих осуществлять быстрые и высокоточные измерения различных физических параметров пород в естественных или близких к естественным условиям залегания. В этом смысле исключительную ценность имеют разработки установок для производства плотностного и магнитного кароттажа, позволяющих перейти от геолого-физической характеристики образца к характеристике разреза по скважине или профилю. Однако в настоящее время такие установки еще находятся в стадии разработок и доработок. Большое значение имеют разработки высокопроизводительных измерительных устройств для определения магнитной восприимчивости и остаточного намагничения, которые изготовляются рядом геофизических организаций Министерства геологии и охраны недр, Министерством нефтяной промышленности и Институтом физики Земли АН СССР.

Большим тормозом в развитии работ по изучению и анализу физических свойств пород является отсутствие научно-методического центра, который смог бы направлять и координировать усилия научно-исследовательских организаций различных ведомств в этой области. Институт физики Земли АН СССР проводит очень ценные теоретические исследования по выяснению причин, вызывающих геомагнитные аномалии. Однако эти исследования носят частный характер. Попытка обобщения методического опыта работ в области изучения магнитных свойств пород, выполняемых различными организациями, до сих пор не завершена, так как в указанном институте этой работой занимается один научный сотрудник. В связи со сказанным представляется необходимым осуществить следующие срочные мероприятия.

1.     Создать при АН СССР и в научно-исследовательских организациях отделы или секторы по изучению физических свойств пород с целью разработки теории, методики и техники работ в этой области и обобщения опыта, накопленного производственными и научными организациями в нашей стране и за границей.

Отделы должны иметь лабораторий по определению и. анализу различных физических параметров е необходимым оборудованием для производства петрографического, минералогического, геохимического и других необходимых видов анализа.

2.     Разработать и утвердить инструкции по геолого-физическому изучению пород, которые должны включать:

а) перечень физических параметров, обязательных для изучения;

б) методические и технические указания о порядке и содержании работ по отбору и документации образцов;

в) методические и технические указания о порядке и содержании работ, связанных с определением всех физических параметров, предусмотренных в перечне;

г) методические и технические указания о порядке и содержании петрографических, минералогических, геохимических и других специальных исследований образцов.

3.     Установить, что физические параметры должны использовать и анализировать не только геофизики, но и геологи. Все образцы пород, отобранные геологами в процессе геокартирования или структурного, поискового и разведочного бурения, а также собранные с другими целями, должны быть подвергнуты геолого-физическому исследованию.

4.     Обеспечить все крупные геологические организации стационарными и полевыми лабораториями, позволяющими осуществлять тщательные геолого-физические исследования образцов пород.

5.     Разработать установки для плотностного и магнитного кароттажа. Данные указанных и других видов кароттажа должны использоваться при анализе геолого-физических связей.

6.     Провести межведомственное совещание для обсуждения вопроса о состоянии и перспективах разработки проблемы изучения физических свойств, горных пород в СССР.

В порядке подготовки к такому совещанию целесообразно:

а) уточнить характер и направление научно-исследовательских работ, выполняемых различными ведомствами;

б) уточнить состояние, кадровую и материально-техническую базу работ по изучению физических свойств, выполняемых различными организациями.

Осуществление намеченных мероприятий поможет повысить эффективность геофизических и геологических исследований.