Учебный курс «Геофизика» рассчитан на 180 аудиторных... «Прикладная геофизика» в 4-м семестре и 90 часов – раздел... Аннотация
реклама
Аннотация Программа курса «Геофизика» Учебный курс «Геофизика» рассчитан на 180 аудиторных часов − 90 часо – раздел «Прикладная геофизика» в 4-м семестре и 90 часов – раздел «Основы физики Земли» в 5-м семестре. Дисциплина предназначена студентам 2-3 курсов ГГФ; профили: геология, геохимия, геология горючих ископаемых. Представлены: программа курса «Геофизика», планы лекционных и семинарских занятий и контрольных работ в 4-м и 5-м семестрах; список контрольных заданий, список рекомендуемой литературы, списки вопросов для контрольных работ и вопросов к дифференцированным зачетам по каждому разделу. В программе приведены формы контроля усвоения курсов, основные компетенции, которыми должны обладать студенты после окончания НГУ. Объем 21 с. Разработка выполнена в рамках Программы развития НГУ и ПНР, задача 1, «Развитие образовательного процесса», п. 1.2. Разработка учебных программ. 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» (НГУ) Геолого-геофизический факультет Кафедра геофизики ГЕОФИЗИКА (Программа курса) Новосибирск 2012 2 Учебный курс «Геофизика» является частью естественнонаучного цикла подготовки бакалавра геологии. Дисциплина изучается студентами второго и третьего курсов геолого-геофизического факультета. Программа подготовлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта профессионального образования 3-го поколения. Цели курса – дать представление об основных теоретических положениях геофизики (физики Земли и разведочной геофизики), их значении для объяснения широкого спектра явлений, связанных с внутренним строением и глубинной геодинамикой; научить методам решения практических задач прикладной геофизики; сформировать общекультурные и профессиональные навыки. Курс «Геофизика» состоит из лекционных и практических занятий, сопровождается индивидуальной работой преподавателя со студентами при сдаче семестрового домашнего задания по разделу «Разведочная геофизика», а также самостоятельной работы. В процессе изучения курса студенты выполняют по 4 контрольные работы в каждом семестре. Оба семестра завершаются дифференцированными зачетами. Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц, 324 академических часа (из них 180 аудиторных). Программой дисциплины предусмотрены 108 часов лекций и 108 часов практических занятий, а также 108 часов самостоятельной работы. Автор канд. геол.-мин. наук, проф. А. В. Ладынин Учебный курс подготовлен в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ на 2009–2018 г. г. Новосибирский государственный университет, 2012 3 Приложение № 2 Программа учебного курса (учебной дисциплины) "ГЕОФИЗИКА" I. Организационно-методический раздел 1.1. Курс "ГЕОФИЗИКА" читается студентам, обучающимся по всем специализациям направления "Геология", кроме специализации "Геофизика" Дисциплина относится к разделу стандарта образования "Общие дисциплины направления"; федеральная компонента (ОПД). 1.2. Цели и задачи курса. Основной целью курса является ознакомление студентов-геологов всех специальностей (геологов, нефтяников и геохимиков-минералогов 2-3 курсов) с принципами, задачами, методами и важными результатами физики Земли и разведочной геофизики − фундаментальных дисциплин комплекса наук о Земле Задачи курса: 1) дать базовые понятия геофизики, выяснить принципы постановки и решения ее задач, геодинамического и геологического истолкования ее результатов; 2) охарактеризовать общность и специфику методов физики Земли и разведочной геофизики в плане получения фактической информации, ее обработки и интерпретации материалов; 3) изложить основные результаты физики Земли и разведочной геофизики и оценить их роль в развитии современной геологии. 1.3. Степень усвоения содержания курса После изучения предмета студент должен иметь представление о предмете геофизики, круге ее задач и принципов их постановки, общности и специфике методов физики Земли и разведочной геофизики, их возможностях и ограничениях и об основных результатах в геологии; знать проблемы геофизики, совокупность надежно установленных фактических данных и результатов, основные методы решения задач и принципы геологического истолкования полученных решений; уметь поставить геологическую задачу для геофизики, по публикациям критически оценить постановку и решение известных задач разведочной и региональной геофизики, выбрать оптимальный подход к решению и разработать программу исследований. 1.4. Формы контроля Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрены дифференцированные зачеты по каждому разделу курса – в двух семестрах. Итоговая оценка по разделу «Основы физики Земли» определяется с учетом результатов семинаров и пяти контрольных работ. Итоговая оценка по разделу «Разведочная геофизика» определяется с учетом результатов семинаров, четырех контрольных работ и оценки учебного реферата. Текущий контроль. В течение семестра выполняются 4–5 контрольных работ по темам двух разделов курса; перед зачетом по разделу «Разведочная геофизика» студенты составляют и сдают реферат по методам и результатам геофизики. Часть работ для реферирования приведены в списке литературы, другие работы студенты могут находить сами (с разрешения преподавателя). 4 2. Место дисциплины в структуре образовательной программы Дисциплина «Геофизика» читается в весеннем семестре 2 курса (раздел «Разведочная геофизика») и в осеннем семестре 3 курса (раздел «Основы физики Земли»). Курс включает: физические основы методов геофизики; сведения о физических свойствах горных пород и определяющих факторах их распределения в зависимости от структуры геологического вещества на разных уровнях его организации – от строения атомов до макроструктуры горных пород и от термодинамических условий их нахождения; принципы и методы извлечения из геофизических данных содержательной геодинамической и геологической информации. Геологической базой курса являются дисциплины «Общая геология», «Структурная геология и геологическая съемка», «Общая петрография», которые студенты слушают до курса «Разведочная геофизика» или параллельно с ним. Физикоматематической базой курса служат дисциплины: «Высшая математика», «Физика», «Общая химия». Приобретенные в этих курсах знания являются необходимым условием успешного освоения данной дисциплины. Со своей стороны отдельные разделы курса «Геофизика» служат теоретической и фактической базой для курсов тектоники и геодинамики. Геологи должны уметь ставить задачи перед геофизикой и оценивать качество геофизических данных по объективности, надежности, знать их место в комплексе с геологическими данными. Кроме этой профессиональной цели, многие разделы данного курса являются основой для более глубокого понимания явлений природы. 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Геофизика» Общекультурные компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-7, ОК-11, ОК-13, ОК-18; профессиональные компетенции: ПК-1, ПК-2, ПК-5, ПК-6, ПК-7, ПК-8, ПК-9, ПК-10, ПК-13, ПК-15, ПК-16, ПК-6. В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: принципы разведочной геофизики и физики Земли; физико-геологические основы петрофизики; физические основы сейсмологии и сейсморазведки, глобальной и разведочной гравиметрии, геомагнетизма, палеомагнетизма и магниторазведки, электроразведки методами сопротивлений, электромагнитных методов разведки; основы теории и технологии решения обратных задач в разных методах геофизики с оценкой их корректности и способов действий в условиях неоднозначности решений, методы геологического истолкования геофизических данных для получения надежной геологической информации с адекватной оценкой роли геофизических данных в общем комплексе. Уметь: поставить геологическую задачу с применением методов геофизики для эффективного ее решения; оценить по порядку величин ожидаемые геофизические эффекты предполагаемых геологических структур (объектов) и указать на этой основе требования к качеству (детальности, точности) геофизических наблюдений; анализировать геофизические материалы вместе с геологическими данными для суждения о природе источников геофизических аномалий, сформировать априорную физическую модель объекта изучения для дальнейшей оценки ее параметров по геофизическим 5 данным и геологического истолкования полученной физической модели среды с указанием направления дальнейших исследований; находить необходимые сведения в публикациях и в сети Интернет. Владеть: необходимой геологической, петрофизической и геофизической информацией для постановки геологических задач с применением методов геофизики, способами физических оценок по порядку величины, методами компьютерной обработки данных геофизических измерений с оценкой их точности. 4. Содержание дисциплины 4.1. Курс излагает основные разделы геофизики. Похожие курсы читаются в большинстве вузов геолого-геофизического профиля. Новизна курса состоит в построении его на основе геологических задач геофизики, использовании современных методов и результатов физики Земли и разведочной геофизики применительно к литосфере Сибири. 4.2. Тематический план курса (распределение часов). Количество часов Наименование разделов и тем Лекции Семинары Лаборат. Самост. Всего работы работа часов Первый семестр: Разведочная геофизика Физические свойства горных пород 8 8 8 24 Гравиразведка и магниторазведка. 8 8 8 24 Электроразведка 4 4 4 12 Сейсморазведка 8 8 8 24 Геофизика в поисках и разведке 6 6 6 18 МПИ Второй семестр: Основы физики Земли Гравитационное поле и фигура 4 4 4 12 Земли Строение Земли 8 8 8 24 Геомагнетизм 4 4 4 12 Региональная геофизика 6 6 6 18 Глубинная геодинамика 6 6 6 18 Динамика литосферы 8 8 8 24 Итого по курсу: 108 108 108 324 4.3. Содержание отдельных разделов и тем. ВВЕДЕНИЕ Цель курса; предмет и объекты геофизики; классификация задач геофизики; методология геофизики; качество геофизических результатов; постановка геофизических исследований; классификация методов геофизики; физические модели среды; обоснование комплексирования методов; геофизика в комплексе наук о Земле. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Определяющие факторы физических свойств: многообразие определяющих факторов; факторы атомной структуры. Элементы квантовой механики. Атомы в магнитном поле; природа ферромагнетизма. Структура горных пород. Пористость, трещиноватость, флюидонасыщенность. Магнитные свойства горных пород. Ферромагнетизм; виды намагниченности; магнетизм минералов и руд железа. Закономерности распределения магнитных свойств пород 6 Плотность горных пород. Плотность химических элементов и минералов. Плотность магматических, осадочных и метаморфических пород. Зависимость плотности пород от P-Tусловий; плотностные модели коры и мантии Земли. Упругие свойства горных пород. Напряжения и деформации. Закон Гука. Распространение упругих волн. Системы параметров упругости; анизотропия; поглощение. Упругие свойства простых веществ и минералов. Скорости сейсмических волн в магматических и метаморфических породах. Скорости сейсмических волн в осадочных породах. Электрические свойства горных пород. Электромагнитные явления в горных породах. Электропроводность горных пород. Электрические свойства элементов и минералов. Электрические свойства кристаллических и осадочных пород. Электропроводность горных пород при высокой температуре. Корреляция физических свойств пород. Комплексные физические модели геологических объектов, структур земной коры и верхней мантии. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ РАЗВЕДОЧНОЙ ГЕОФИЗИКИ Гравиразведка и магниторазведка Нормальные поле Земли и гравитационные аномалии. Гравитационные измерения: их принципы; типы гравиметрической аппаратуры; гравиметрические съемки на суше и в океанах, спутниковая гравиметрия. Магнитные аномалии. Магнитные измерения: их принципы; типы аппаратуры; виды магнитных съемок на суше и на море, аэромагнитные съемки; измерения в космосе. Общие черты и различия гравиразведки и магниторазведки. Основы геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Содержание интерпретации; прямые и обратные задачи; проблема некорректности обратных задач. Разделение полей. Оценки параметров тел простой формы; гармонические моменты; методы подбора тел сложной формы. Геологическое истолкование результатов интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Электроразведка Электромагнитные поля: постоянные, гармонические, нестационарные. Классификация методов электроразведки по типам полей, измерительным схемам, геологическим задачам. Методы сопротивлений: вертикальное и дипольные электрические зондирования, электропрофилирование: задачи, методика измерений и интерпретации, геологические результаты; каротаж сопротивлений. Электромагнитные зондирования, их принципы, задачи, геологические результаты; индукционные методы каротажа. Радиоволновые методы: задачи, методика, результаты. Сейсморазведка Задачи и методы сейсморазведки, модели среды. Сейсмические волны: поля времен и годографы волн, отражение и преломление, волны в многослойных средах, динамика сейсмических волн. Классификация методов сейсморазведки по типам волн, системам наблюдений, геологическим задачам. Методика сейсморазведки: системы наблюдений; возбуждение и регистрация волн; выделение и корреляция волн; признаки головных, рефрагированных и отраженных волн; принципы первичной обработки. Методы отраженных волн, задачи, многократные системы наблюдений (МОВ-ОГТ), принципы обработки и интерпретации, сейсмостратиграфия, глубинные разрезы. Методы преломленных волн: задачи, методика наблюдений и интерпретации. Принципы и возможности многоволновой сейсморазведки. Сейсмические методы прямых поисков залежей нефти и газа. Глубинные сейсмические зондирования: задачи, системы наблюдений, дискретная корреляция опорных волн, принципы построения глубинных сейсмических разрезов, их геологическое истолкование 7 Комплексирование геофизических методов. Цели и принципы комплексирования; физико-геологические модели объектов; рациональный комплекс геофизических методов; подходы к комплексной интерпретации геофизических данных. Геофизика при поисках месторождений полезных ископаемых Поиски нефтегазоносных структур: их типы, физические модели, специфика комплекса геофизических методов для поисков структур разных типов - поднятий в осадочном чехле платформ, соляных куполов, рифовых массивов. Методы сейсморазведки как основа комплекса. Наземно-скважинные наблюдения: их принципы и возможности. Роль электромагнитных методов и гравиразведке в комплексе при поисках структур разных типов. Геофизические методы в прямых поисках неструктурных нефтяных и газовых залежей. Поиски рудоконтролирующих структур и залежей: железных руд, полиметаллов, бокситов. Поиски месторождений угля. Поиски кимберлитов. Моделирование структур и залежей по геофизическим данным. Поиски подземных вод. Геофизические методы контроля разработки залежей полезных ископаемых: газа, нефти, железных руд. Примечание: Последний раздел студенты отчасти изучают самостоятельно – составляют учебные проекты (рефераты): постановка геофизических работ для решения типичной геологической задачи из предлагаемого списка. Темы рефератов выбираются слушателями самостоятельно, в рамках дисциплины, с использованием публикаций предложенного списка литературы или других, по усмотрению слушателя. из ФИЗИКА ЗЕМЛИ Предмет и методы физики Земли. Гравитационное поле и фигура Земли. Нормальные поле и фигура Земли. Гравитационные аномалии и высоты геоида. Земные приливы. Вращение Земли. Структурная сейсмология. Классификация сейсмических волн. Методы структурной сейсмологии: анализ поверхностных волн; метод Герглотца–Вихерта; сейсмическое просвечивание; метод обменных волн землетрясений; сейсмическая томография. Внутреннее строение Земли. Сферически симметричная модель Земли; PREM. Фазовая переходная зона мантии. Слой D″ в основании нижней мантии. Мантия Земли по данным сейсмической томографии. Реология мантии и модели конвекции. Температура в недрах Земли. Геотермический метод. Температура в литосфере. Температура в мантии под литосферой. Температура в ядре Земли. Магнитное поле Земли. Структура и вариации геомагнитного поля. Магнитные аномалии. Природа главного геомагнитного поля и геодинамические процессы во внешнем ядре. Основные положения и результаты палеомагнитологии. Глубинная геодинамика. Термохимические плюмы: зарождение в слое D″, движение через фазовую переходную зону. Конвекция в верхней мантии. Механизмы больших перемещений литосферных плит. Строение и динамика литосферы. Механизмы формирования структур литосферы. Очаговая сейсмология. Землетрясения, их энергия, механизмы, распределение и прогноз. Цунами, условия их возникновения, географическое распределение, прогноз. 5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 5.1. Образцы вопросов для подготовки к контрольным работам и зачету Прикладная геофизика Физические свойства горных пород От каких факторов атомной структуры и как зависят конкретные физические свойства минералов? 8 Какие факторы кристаллической структуры и как определяют закономерности распределения конкретных физических свойств минералов? Какие факторы макроструктуры и каким образом влияют физические свойства горных пород? На какие физические свойства и как влияет электронная структура атомов? На какие физические свойства и как влияют примесные атомы в минералах, акцессорные минералы в породах? В каких физических свойствах минералов и как проявляется изоморфизм? Какие свойства и как изменяются при полиморфных переходах в минералах? Как влияют на разные физические свойства: дефекты кристаллов, пористость и трещиноватость пород, концентрация и состав флюидов? Объясните причину существования диа-, пара- и ферромагнетиков. Как определить по химическому составу (чистого вещества или минерала), к какой из этих групп они относятся? Как факторы атомной структуры влияют на конкретные физические свойства минералов и горных пород? Как факторы кристаллической структуры минералов и горных пород влияют на их конкретные физические свойства? Какие свойства и как изменяются в изоморфных рядах минералов? Какие физические свойства и как изменяются при полиморфных фазовых переходах в минералах? Как и на какие физические свойства влияют примесные атомы в минералах, акцессорные минералы в породах? Как факторы макроструктуры горных пород влияют на их физические свойства? Как влияют на разные физические свойства: дефекты кристаллов, пористость и трещиноватость пород, концентрация и состав флюидов? Магнитные свойства минералов, горных пород и руд: определяющие факторы и закономерности. Плотность минералов и горных пород: определяющие факторы закономерности. Объясните факт тесной корреляции плотности со скоростью. Упругие свойства минералов и горных пород: определяющие факторы и закономерности. Объясните природу скоростной структуры литосферы. Электрические свойства горных пород: определяющие факторы и закономерности. Перечислите основные виды намагниченности магматических и осадочных пород. От каких факторов атомной и кристаллической структуры и как зависит плотность минералов и пород? Как плотность и скорости упругих волн в горных породах зависят от давления и температуры? Особенности корреляции между плотностью и намагниченностью пород. Почему скорости упругих волн в породах почти пропорциональны плотности? Как зависит от температуры электропроводность горных пород? Объясните различия во влиянии на скорость упругих волн и плотность горных пород факторов массы и структуры. Объясните природу анизотропии минералов и горных пород. Объясните наличие и тесноту связи между плотностью и скоростями упругих волн в горных породах. Какими особенностями атомной структуры определяются магнитные свойства минералов? Как определить по формуле минерала, является ли он диамагнетиком, парамагнетиком, ферромагнетиком? Как электропроводность минералов связана с электронной структурой химических элементов в его составе? 9 Как и почему различается температурная зависимость электропроводности разных минералов? Какие факторы структуры горных пород определяют их сопротивление? Какие факторы атомной структуры и как определяют плотность минералов? Как плотность горных пород зависит от давления и температуры? Какие факторы атомной структуры и как определяют упругие свойства минералов? Как соотносятся скорости продольных и поперечных волн в горной породе, коэффициент Пуассона которой равен 0,25? Как скорости сейсмических волн в горных породах зависят от термодинамических условий (давления и температуры), в которых находятся породы? Объясните особенности корреляции между физическими свойствами горных пород и руд: а) плотности и намагниченности, б) плотности и скоростей сейсмических волн, г) удельного сопротивления и скоростей упругих волн, д) сопротивления и намагниченности. Какие факторы и как определяют проводимость минералов? Какие факторы и как определяют удельное сопротивление магматических пород? Какие факторы определяют удельное сопротивление и диэлектрическую проницаемость осадочных пород? Объясните природу скоростной и плотностной структуры литосферы. Гравиразведка и магниторазведка Какой смысл имеет утверждение, что гравитационный и магнитный потенциалы – гармонические функции? Как в этом убедиться? Зачем в гравиразведке и магниторазведке введено понятие аномалий? Какое значение для гравимагниторазведки имеет соотношение Пуассона? Какими приборами выполняются измерения силы тяжести? Почему для абсолютных измерений непригодны статические гравиметры? Какими приборами выполняются абсолютные магнитные измерения? Что нужно измерить для полной характеристики вектора магнитной индукции Т? Какое значение имеют прямые задачи гравиразведки и магниторазведки? Что можно сказать об их корректности? Укажите основные черты "рудной" модели среды в гравиразведке и магниторазведке. Приведите примеры геологических задач, решение которых возможно на ее основе. При каких условиях возможно однозначное решение обратных задач гравиразведки и магниторазведки для "рудных" моделей? Укажите основные черты "структурной" модели среды в гравиразведке. Приведите примеры геологических задач, решение которых возможно на ее основе. При каких условиях возможно однозначное решение обратных задач гравиразведки в классе "структурных" моделей среды? С какой целью приходится трансформировать наблюдаемые аномальные гравитационное и магнитное поля? Как трансформированное поле соотносится с объектами в изучаемой среде? Поясните сущность метода оценки параметров тел простой формы. В чем его отличие от метода подбора параметров тел правильной формы. В чем отличие метода подбора параметров тел правильной формы от метода подбора сложных разрезов. Электроразведка Определите понятие "геоэлектрический разрез". Перечислите основные типы геоэлектрических моделей. 10 В чем состоит различие задач, моделей и установок в методах электрических зондирований и профилирования? Какие задачи решаются методами сопротивлений. От чего зависит глубинность этих методов? В каких геоэлектрических разрезах эти методы не эффективны? Сформулируйте постановку задач для методов сопротивлений. Чем определяется глубинность этих методов? В каких условиях эти методы неэффективны? Что такое кажущееся сопротивление? При каких условиях в реальных разрезах оно совпадает с истинным удельным сопротивлением? Какие геологические задачи решаются методами электрических зондирований? Почему в методе ВЭЗ используются только модели геоэлектрических разрезов с однородными горизонтальными слоями? Чем обусловлены ограничения на величины отклонений реальных разрезов от этой модели? Что определяют при качественной и при количественной интерпретации ВЭЗ? В чем различие типовых кривых ВЭЗ? Что дают асимптоты кривых ВЭЗ? Как определяется эквивалентность слоистых геоэлектрических разрезов? Для чего и в каких случаях или условиях используются S - и Т - эквивалентность? Какие геологические задачи решаются методами профилирования? Каким методом строится решение прямой задачи для вертикального контакта? При каких условиях возможно полное решение задачи в модели вертикальнослоистой среды? Какие характеристики изучаемых объектов определяют при интерпретации кривых ЭП для разных моделей среды? Какие геологические задачи решаются методами электромагнитных зондирований? От чего зависит их глубинность? Каковы их преимущества по сравнению с ЭЗ? Поясните принципы индуктивных методов электроразведки. Что такое входной импеданс? Что такое импеданс среды? В чем смысл введения понятий ближней зоны в индуктивных методах? Какие методы используют это приближение? Какие ограничения с этим связаны? В чем смысл введения понятий дальней зоны в индуктивных методах? Какие методы используют это приближение? Какие ограничения с этим связаны? Объясните принцип радиоволнового просвечивания. Сейсморазведка Какие свойства горных пород являются определяющими в сейсморазведке? Сколько параметров описывают упругие свойства однородной изотропной среды? Что изучается в сейсморазведке? Какие геологические задачи решаются с помощью сейсморазведки? Какие модели среды соответствуют объектам сейсморазведки? Какие параметры описывают упругую волну в точке наблюдения? Какие можно выделить типы колебаний частиц? Типы волн по поляризации и в окрестности границ раздела? Что такое скорости сейсмических волн? Как они различаются для волн разной поляризации? Что такое длина сейсмической волны? От чего она зависит? Сформулируйте прямую и обратную задачи сейсморазведки? Поясните примером. Чем сейсморазведкой отличаются от сейсмологии? Перечислите известные вам источники сейсмических сигналов. Какой источник целесообразно использовать для обнаружения: а) гранитного фундамента под слоем осадков мощностью 20-40 м; б) слой песчаников мощностью 40 м на глубине 2300 м? Какие параметры определяют интенсивность отражения упругой волны от границы между двух слоёв? Что такое сейсмограмма? Какие величины откладываются по осям? 11 Что такое годограф волны? Какую форму имеют годографы прямой, отраженной и головной волны для плоской границы? Главная задача обработки сейсмических данных? Что и из чего надо получить? Какие данные используются в качестве априорной информации при проведении сейсморазведки? Перечислите методы сейсморазведки и поясните их различия. Какие поправки вносятся в волновую картину? В чем разница между кинематической и динамической поправкой? Что является результатом проведения сейсморазведочных работ и обработки сейсмических данных? В чем разница между обработкой и интерпретацией сейсмических данных? Типы сейсмических волн и скорости их распространения в однородной среде. От чего зависит поляризация сейсмических волн? Природа и закономерности затухания сейсмических волн. Отражение и преломление сейсмических волн: закон Снеллиуса. Условия отражения, формирования головных и рефрагированных волн. Годографы прямых, отраженных и головных волн для плоской границы. МОВ: геологические задачи, принципы метода с многократной системой наблюдений. Временной разрез: его построение и преобразование в глубинный разрез. МПВ: геологические задачи, системы наблюдений, Определение скоростей и построение границ. ГСЗ: геологические задачи, системы наблюдений, принципы корреляции волн и построения глубинных границ. Физика Земли Гравитационное поле, фигура и вращение Земли Перечислите основные задачи физики Земли и принципы их решения. Гравитационное поле Земли, его структура. Что такое геоид? Зачем гравитационное поле представляются рядами по сферическим полиномам? Какую информацию содержат коэффициенты Стокса, в чем ее ценность? Объясните структуру нормального гравитационного поля Земли. Где на поверхности нормальное поле максимально, где – минимально? Поясните. Как определяется нормальная фигура Земли? Как она связана с нормальным гравитационным полем? Параметры фигуры Земли, способы их оценки. Земные приливы, основные волны и распределение их амплитуд по поверхности. Какую они дают информацию о строении Земли? Закономерности вариаций параметров вращения Земли. Закономерности вращения Земли, их связь с фигурой Земли и земными приливами; причины неравномерности вращения. Характеристики гравитационного поля, фигуры и вращения Земли; их взаимосвязи. Как вычисляются аномалии силы тяжести? Объясните особенности корреляции разных видов аномалий с рельефом. Строение Земли Принципы построения сферически-симметричных физических моделей Земли. Как изменяются с глубиной плотность и упругие свойства в PREM? Что такое добротность слоев мантии, как она оценивается? Фазовая переходная зона мантии: её характеристики и геодинамическая роль. Слой D” в основании мантии: его характеристики и геодинамическая роль. Сейсмическая томография мантии: принцип и главные результаты. Как различаются скоростная структура верхней и нижней мантии? 12 Как в скоростной структуре мантии выражаются зоны спрединга и субдукции? Какими методами определяется температура в литосфере? Принцип оценки температур в мантии. Что такое адиабатическая температура мантии и как она оценивается? Что такое температура плавления; какими способами можно ее оценить для вещества верхней мантии? Отличие температура верхней и нижней мантии от адиабатической модели? Как соотносятся адиабатическая температура и температура плавления в ядре? Геомагнетизм Какими величинами описывается геомагнитное поле? Напишите соотношения между этими величинами. Какие компоненты составляют вектор магнитной индукции? Зачем геомагнитное поле представляются рядами по сферическим полиномам? Какую информацию содержат коэффициенты Гаусса, в чем ее ценность? Опишите пространственную структуру геомагнитного поля и его источников. Как изменяется на земной поверхности главное геомагнитное поле? Где модуль магнитной индукции максимален, где – минимален? Как варьирует во времени главное геомагнитное поле? Как изменяется во времени недипольная часть главного геомагнитного поля? Что Вы можете сказать о природе дипольного поля и вековых вариаций главного поля? На каких фактических данных основан метод палеомагнитологии? Что такое палеомагнитная шкала? Как она используется в геологических задачах? Перечислите основные результаты палеомагнетизма. Объясните структуру нормального геомагнитного поля. Как оно изменяется на земной поверхности? Как изменяются во времени дипольная часть геомагнитного поля? Как изменятся во времени параметры эксцентричного геомагнитного диполя? Мировые магнитные аномалии: их расположение, природа, вековые вариации. В чем суть модели гидромагнитного динамо генерации геомагнитного поля? Палеомагнитная шкала, принцип построения, геологическое значение. Магнитные аномалии океанов и гипотеза Вейна – Метьюза как основа оценки возраста океанического дна. Палеомагнитные данные о больших горизонтальных перемещениях литосферных плит. Глубинная геодинамика Термохимические плюмы: что это такое? Геофизические данные о плюмах. Причины зарождения плюмов, механизм движения в нижней мантии. Плюм в окрестности ФПЗ: условия проникновения через ее нижнюю границу. Влияние плюма на динамику верхней мантии и эволюцию литосферы. Верхнемантийная конвекция: условия возникновения и геодинамическая роль. Фазовая переходная зона мантии: особенности структуры, свойства, геодинамическое значение. Слой D": особенности структуры, свойства, геодинамическое значение. Температура в мантии: принципы оценки, геодинамическое значение. Принципы сейсмической томографии в исследовании мантии Земли. Главные черты скоростной структуры мантии. Различия верхней и нижней мантии по скоростной структуре. Проявление зон спрединга и субдукции в скоростной структуре мантии. Принципы интерпретации томографических моделей мантии. Закономерности конвективной структуры верхней и нижней мантии. 13 Реологические свойства литосферы. Реология верхней и нижней мантии. Перечислите главные механизмы формирования структур литосферы. При каких условиях плюм может пройти в ФПЗ? Как влияют плюмов на конвекцию в верхней мантии. Укажите главные черты строения литосферы Сибири. Структура литосферы Байкальской рифтовой зоны. Развитие БРЗ в четвертичное время (по комплексу данных). Региональная геофизика Предмет и задачи региональной геофизики. Объекты региональной геофизики, сравнение с объектами разведочной геофизики и физики Земли. Фундаментальные задачи и их значение в теоретической геодинамике; прикладные задачи и их значение в прогнозе размещения месторождений полезных ископаемых. Значение результатов региональной геофизики для геодинамики. Причины некорректности прямых и обратных задач геодинамики. Какие данные региональной геофизики необходимы геодинамике; объясните. Принципы комплексирования методов в региональной геофизике. Перечислите важные для региональной геофизики физические свойства горных пород применительно к объектам и задачам. Определяющие факторы разных физических свойств горных пород глубинного распространения. Корреляции плотности с магнитной восприимчивостью и упругими свойствами горных пород, устойчивость их характеристик и области использования. Зависимости физических свойств от давления и температуры, их использование. Плотностные и скоростные модели литосферы континентов и океанов. Обоснуйте комплекс методов региональной геофизики для получения информации необходимого качества в целях геодинамики. Как плотность горных пород и скорости сейсмических волн в них зависят от кристаллической структуры минералов и макроструктуры горных пород? Как эти свойства изменяются при полиморфных фазовых переходах в минералах? Объясните корреляцию между этими свойствами. Объясните природу скоростной и плотностной структуры литосферы (сравните роли структурных и термодинамических факторов в земной коре и мантии). Как зависят от давления и температуры скорости сейсмических волн в горных породах, плотность, электропроводность и намагниченность пород? Какое значение имеют эти зависимости для изучения земной коры и верхней мантии? Петрографические классы горных пород регионального распространения и средние значения их физических характеристик. Методы структурной сейсмологии, их принципы, задачи, основные результаты. ГСЗ: принципы, варианты методики основные результаты. Объясните причины различий литосферы а) континентов и океанов? б) континентальных щитов и рифтовых зон? Что дали тектонике плит сведения о распределении эпицентров землетрясений и распределении гипоцентров по глубине? Какое значение для тектоники плит имеют механизмы очагов землетрясений? Гипотеза Вейна-Метьюза: ее содержание и геологическое значение. Какие геофизические данные доказывают возможность больших перемещений литосферных плит? Поясните роль процессов в рифтовых зонах в механизме перемещения плит. 14 Поясните роль процессов в зонах субдукции в механизме перемещения плит. Что такое «горячие точки» и как эти объекты связаны с тектоникой плит? Электромагнитные зондирования, принципы, модели среды, основные результаты. Региональная гравиметрия, задачи, методики, основные результаты. Методы изучения изостазии литосферы; геодинамическое значение результатов. Геотермический метод оценки температуры в литосфере. Закономерности распределения температуры в литосфере континентов и океанов. Постулаты, методика и основные результаты палеомагнетизма. Комплексирование геофизических методов: значение, принципы, уровни; рациональный комплекс геофизических методов. Комплекс ГСЗ и гравиметрии в изучении структуры литосферы. Способ оценки плотностной неоднородности верхней мантии по данным ГСЗ и гравиметрии. 5. 2. Образовательные технологии Лекции читаются с использованием презентаций. Особое внимание уделяется геофизической терминологии. По темам, которые не трудны для восприятия и уровень знаний студентов достаточен, материал лекционного курса увязывается путем опроса с данными современных научных геофизических исследований. Значительное внимание уделяется объяснению изучаемых геофизических явлений с позиций современной геологии и геодинамики. При этом проверяется уровень физического мышления студентов. Для стимулирования надлежащей работы студентов в каждом семестре используется балльная система оценки результатов изучения разделов курса. Баллы начисляются: – за посещение лекций (5 баллов); предполагается, что заслушивание лекции дает студенту порядка 50% знания материала лекции (посещение отмечается в 2/3 лекций); – за семинары (от 5 баллов за посещение до 10 баллов за активную работу); – за контрольные работы (до 20 баллов, которыми оценивается отличные ответы на все вопросы контрольной работы); – за реферативную работу по прикладной геофизике в 4-м семестре (до 40 баллов). Максимальное количество баллов в каждом семестре – 200. Студенты, набравшие 75 % этого числа (150 баллов) получают отличную оценку за семестр без сдачи зачета. Те, кто набрал меньше, сдают дифференцированный зачет. Отличные ответы на зачете оцениваются в сумме в 100 баллов. Полученные на зачете баллы суммируются с баллами в семестре: если сумма превышает 200, это отлично, от 150 до 200 – хорошо, меньше 150 – удовлетворительно, меньше 100 – неудовлетворительно. Семинарские занятия проводятся в интерактивной форме. Контрольные работы могут быть аудиторными или домашними. 5.3. Список основной и дополнительной литературы: Учебники Жарков В.Н. Внутреннее строение и физика Земли. М.: Наука, 1978. Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. М.: Недра, 1989. Вахромеев Г.С. Введение в разведочную геофизику. М.: Недра, 1988. Бондаренко В.М., Демура Г.В., Ларионов А.М. Общий курс геофизических методов разведки. М.:Недра, 1986. Ботт М. Внутреннее строение Земли. М.: Мир, 1974. Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г., Кирдяшкин А. А. Глубинная геодинамика. 2-е изд. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000 409 с. Геофизические методы разведки (ред. В.П. Захаров). Л.: Недра, 1982. Грушинский Н.П., Сажина Н.Б. Гравитационная разведка. М.: Недра, 1988. 15 Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. М.: Недра, 1980. Кири П., Брукс М. Введение в геофизическую разведку. М.: Мир, 1988. Клаербоут Д.Ф. Сейсмическое изображение земных недр. М.: Недра, 1989. Логачев А.А., Захаров В.П. Магниторазведка. Л.: Недра, 1979. Магницкий В.А. Внутреннее строение и физика Земли. М.: Недра, 1965. (Переиздание М.: Наука, 2006) Райс Дж. Механика очага землетрясения. М.: Мир, 1982. Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1982. Стейси Ф. Физика Земли. М.: Мир, 1972. Шарма П. Геофизические методы в региональной геологии. М.: Мир,1989. Шериф Р., Голдарт Л. Сейсморазведка, т.1,2. М.: Мир, 1987. Якубовский В.К., Ренард И.В. Электроразведка. М.: Недра, 1988. Справочники Физические свойства горных пород (петрофизика). Справочник геофизика. Т.1–3. М.: Недра, 1993 Гравиразведка. М.: Недра, 1990. Магниторазведка. М.: Недра, 1990. Электроразведка. М.: Недра, 1989 (в 2 книгах). Сейсморазведка. М.: Недра, 1989 (в 2 книгах). Учебно-методические пособия Ладынин А.В. Физика Земли для геологов. НГУ, 2011. Ладынин А.В. Физические свойства горных пород. НГУ, 2000. Ладынин А.В. Потенциальные геофизические поля в задачах геологии. НГУ, 2008. Ладынин А.В. Региональная геофизика. НГУ, 2006. Куликов В.М. Сейсморазведка. Ч.1 и 2. НГУ, 1993. Ладынин А.В. Геофизический словарь-справочник для геологов. НГУ, 2010. 5. 4. Задание на самостоятельную работу по разделу «Разведочная геофизика», 4-й семестр: составить реферат (с элементами проекта) "Геофизические методы (решения типовой геологической задачи)" Содержание реферата: 1. Обоснование выбора задачи, объекта изучения, смысла применения геофизических методов. 2. Геологическая ситуация: общая характеристика тектоники района, принципиальная модель среды, ориентировочные параметры объектов. 3. Физические свойства горных пород, соотношения между свойствами. 4. Обоснование выбора комплекса геофизических методов, их соподчинение. 5. Обоснование методики геофизических работ: структуры сети, масштаба съемки, точности измерений. Принципы обработки и интерпретации геофизических данных. 6. Ожидаемые результаты, способы оценки их качества, их геологическое истолкование; рекомендации дальнейших исследований. Примечание: можно использовать данные конкретных геофизических исследований или сконструировать правдоподобную геофизическую модель. Список задач: Применение геофизики в изучении (поисках) ... глубинного строения и динамики верхней мантии; структуры и динамики океанической литосферы; структуры и динамики континентальной литосферы; строения земной коры и верхней мантии платформенных областей; тектонического районирования фундамента платформ; строения и динамики континентальных рифтовых зон; морфологии интрузивных массивов; 16 платформенных нефтегазоносных структур; нефтегазоносных структур на шельфе; залежей нефти и газа в выявленных структурах; соляных куполов и приуроченных к ним залежей нефти; нефтегазоносных рифовых массивов; прямых поисков залежей нефти и газа; контроля разработки газовых месторождений; железорудных месторождений; полиметаллических месторождений; месторождений угля; кимберлитовых трубок. (выбор конкретных районов – свободный) 6. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для проведения компьютерных лекционных презентаций (с рисунками и графикой) используется персональный компьютер, мультимедийный проектор и экран. Рецензент: доктор геол.-мин. наук профессор В.Д. Суворов________________________ Программа одобрена на заседании ____________________________________________ (Наименование уполномоченного органа вуза (УМК, НМС, Ученый совет) от ___________ года. 17