Физические свойства горных пород и геофизические поля

Геофизика изучает горные породы не непосредственно, а косвенным путем.

Каждая горная порода является источником определенных физических полей, выражающих соответствующее ее воздействие на внешнюю среду. Кроме того, горная порода, обладая определенными физическими свойствами, способна изменять соответствующие внешние физические поля и таким образом специфически проявляться в этих полях (таблица 1.1).

Поэтому, измеряя параметры физических полей, можно получить информацию о параметрах горных пород и вмещающей их среды.

Рассмотрим в соответствующем аспекте основные физические поля.

Плотность горных пород порождает гравитационное поле, обуславливающее притяжение к ним материальных (плотностных) тел (масс); является единственным неизменяемым физическим полем (нет физических свойств, способных его изменить).

Естественная намагниченность горных пород создает магнитное поле, оказывающее определенное воздействие на магнитные объекты, а магнитная восприимчивость изменяет это воздействие.

Изменение механического состояния горных пород, самопроизвольное или создаваемое искусственно воздействием приложенных сил, образует во вмещающей среде поле упругих механических колебаний, которое распространяется в зависимости от ее механических свойств (модуля Юнга, коэффициента Пуассона) и плотности, определяющих интенсивность, скорость распространения и затухание упругих колебаний.

Электрическая поляризация горных пород, самопроизвольная или под действием внешнего электромагнитного поля, приводит к возникновению во вмещающей среде первичных или вторичных электромагнитных полей, вызывающих движение электрически заряженных частиц в зависимости от удельного электрического сопротивления, диэлектрической и магнитной проницаемости среды.

Тепловая энергия, выделяемая самой горной породой или от стороннего теплового потока, образует во вмещающей среде термическое поле, последовательно изменяющее кинетическую энергию ее микрочастиц (интенсивность их собственных колебаний) в зависимости от теплопроводности и теплоемкости вмещающей среды.

Физическое поле характеризует горную породу лишь в отношении тех физических свойств, которые делают ее источником поля или изменяют его.

Вещественный состав и структура горной породы однозначно определяет ее свойства как источника физических полей, но одни и те же физические поля могут соответствовать разным породам.

Например, при плотности 2, 7 г/см³ физическое тело может быть как гранитом, так и известняком; скорость распространения сейсмических колебаний в галите и в базальте также почти не различается. Но по совокупности (комплексу) физических свойств эти горные породы можно различить: гранит обладает большей магнитной восприимчивостью, чем известняк, поэтому гравимагнитным комплексом геофизических методов эти породы идентифицируются. Дополняя сейсмометод гравиметрией, можно отличить более легкий галит от тяжелого базальта.

Таким образом, знание совокупности физических свойств позволяет с большей степенью определенности судить о геологической природе недоступного непосредственному восприятию объекта, изучаемого геофизическими методами. Минимально необходимый для этого набор физических свойств горных пород определяет рациональный геофизический комплекс.