Методы изучения глубинного строения земли

Рассмотрим сначала методы и источники информации о глу­бинном строении Земли.

Бурение

Всем хорошо известны эти методы, однако далеко не все представляют их возможности и масштабы. Скважины глу­биной 3—7 км считаются глубокими, более 7 км — сверхглубокими. Практически все они пробурены в научных целях. Самая глубокая в мире Кольская сверхглубокая скважина глубиной 12 262 м была пробурена в Советском Союзе. Бурение было начато в 1970 г., пре­рывалось из-за аварий и прекращено в 1992 г. Первоначально пред­полагалось пробурить 15 км.

Бурение глубоких скважин — очень дорогое и продолжительное мероприятие. Бурение в научных целях усложняется необходи­мостью постоянного отбора образцов пород, поэтому оно под силу только богатым странам с развитой экономикой.

В мире сооружается довольно много (сотни в год) менее глу­боких (от сотен метров до нескольких километров), но тоже до­вольно значительных скважин для поиска и добычи нефти, газа и других полезных ископаемых. В год сооружаются многие тысячи скважин для водоснабжения и изысканий. Изыскательские сква­жины имеют целью изучение разреза и отбор образцов для проек­тирования и строительства. Их глубина — от нескольких метров до нескольких десятков метров. Любые скважины весьма полезны для изучения глубинного строения Земли, особенно тем, что поз­воляют непосредственно получать образцы пород, но одного бу­рения явно недостаточно.

Горные выработки — шахты и карьеры. Они дают очень много полезной информации, горные породы в них доступны для непосредственного наблюдения и изучения, но их глубина обычно со­ставляет десятки-сотни метров и редко превышает 1 км.

Схема Кольской сверхглубокой скважины

0-7 км, PR - вулканические породы(диабазы) песчаники, доломиты ; после 7 км, AR - гнейсы, амфиболиты, стволы скважины разошлись на 300м.

Обнажения горных пород на склонах

Обнажением называется участок выхода на поверхность геологического тела, перекрытого в других местах вышележащими породами.

При необходимости площадь обнажения можно увеличить, сделав расчистку. Обнажения позволяют подробно изучить горные породы, но глубина, на которую при этом можно заглянуть, опре­деляется глубиной эрозионного вреза и лишь в редчайших случаях превышает 1 км.

Геофизические методы

Геофи­зика — раздел геологии, основанный на изучении физических свойств горных пород, геологических тел и Земли в целом. Геофизика имеет несколько направлений, весьма эффективных при поиске полезных ископаемых, — это электроразведка, магнитораз­ведка, радиоразведка, гравиметрия, каротаж скважин и др. Методы являются косвенными, так как измеряются только физические па­раметры, а конкретные образцы горных пород на поверхность не извлекаются. При изучении глубинного строения Земли основ­ным является вклад сейсморазведки. Глубинность методов состав­ляет сотни и тысячи километров. Вкратце поясним суть сейсмичес­ких методов.

Обнажения пород на склоне

2 и 3 — открытые для наблюдения пласты; для изучения пластов 1, 4 и 5 требуются расчистки

Если на поверхности Земли произвести взрыв или просто сильный механический удар, внутри геологической среды воз­никнет сейсмическая волна, которая будет распространяться в глубь горных пород. При достижении геологических границ, где одна порода сменяет другую, сейсмическая волна частично про­ходит дальше и частично отражается от каждой геологической гра­ницы и возвращается на поверхность.

Если поставить соответствующее оборудование и измерить время, через которое сейсмическая волна вернется на поверхность, то, зная скорость прохождения сейсмической волны через горные породы различного состава, можно вычислить глубину залегания геологической границы. Зная положение геологических границ, можно вычислить скорости прохождения сейсмических волн через породы различного состава.

За счет различных приемов удается определить положение не одной, а многих геологических границ, в том числе и очень глу­боко залегающих, совершенно недоступных, например, для бу­рения. В целом разрез расчленяется на основе выделения пластов с различной скоростью прохождения сейсмических волн. Критерием правильности сейсмических методов является их эффектив­ность при поиске нефтегазовых и других месторождений.

Схема сейсмических методов в геофизике

Приводимые в последующих главах схемы строения Земли и земной коры построены на основе сейсмических методов. Геофи­зические работы намного дешевле бурения, они выполняются быстрее, поэтому на практике те и другие работы обычно применя­ются в комплексе, дополняя друг друга. Полагают, что выводы, сде­ланные только на основе геофизических поисков, не могут счи­таться окончательно подтвержденными, однако для построений, касающихся глубин более 10 км, сейсмические источники явля­ются единственными.

Магматические породы и современная магма

Считается, что магма приходит с глубин в сотни километров, однако не следует считать, что она точно представляет состав находящегося там ве­щества.

Залегание магматических пород

При движении вверх магма расплавляет находящиеся на ее пути породы, из-за этого сильно изменяется ее состав, поэтому сообра­жения о ее начальном составе могут быть лишь примерными, од­нако полученные геологические данные безусловно используются в практике.

Тектонически поднятый блок земной коры (на рисунке справа)

слой 5 показывает амплитуду поднятия

На рисунке показано залегание горных пород и поднятый по разлому тектонический блок. Амплитуда таких поднятий может составлять километры. В земной коре имеются регионы с по­добным блоковым строением, сложенные очень древними поро­дами и практически не перекрытые сверху более молодыми образо­ваниями.

Космические данные

Материал горных пород, находящийся на глубинах, превышающих глубинность бурения или амплитуду поднятия блоков земной коры, недоступен для конкретного иссле­дования. Стремясь как-то оценить химический состав Земли, гео­логи обращаются к; данным о составе метеоритов, лунного грунта и планет земной группы.

Итак, при изучении строения Земли на глубины (несколько ки­лометров) используются различные источники информации, но чем больше глубина, тем информации становится меньше. Для глубин примерно от 10 км до центра Земли единственный источник информации — сейсмические данные геофизики. Иллюстрация внутреннего строения Земли представлена на рисунке ниже.

Как можно видеть в ее строении выделяется несколько внут­ренних оболочек, называемых геосферами — земная кора, верхняя и нижняя мантия, внешнее и внутреннее ядро.

Внутреннее строение земли