БИЛЕТ № 2. 1. Образование и распространение основных типов волн в среде с границей раздела

1. Образование и распространение основных типов волн в среде с границей раздела.

Граница раздела – неоднородность в среде на которую поле реагирует в виде вторичных (преломленных и отраженных) волн. Это выходит из принципа Ферма. Согласно принципу Ферма, волны распространяются вдоль траекторий, требующих наименьшего времени для их прохождения. На границе из одной волны получатся минимум 4 луча.

Если P=αS, границы нет. Закон Снеллиуса = .

αp- отражён

2. Электрические модели горной породы.

ГП – это естественный агрегат состоящий из минерального скелета и порового пространства заполненного флюидом (жидким или газовым). За электрические св-ва отвечает вода. С точки зрения электрического тока скелет – диэлектрик. Получается, что сопротивление зависит от пористости, от текстуры, от проницаемости, концентрации солей, глубины залегания. Бывает двухфазные (скелет, вода), многофазные (+лед). Капилляр – в силу различных потенциалов скелета и породы возникает двойной электр. слой. Со стороны твердой фазы электроны или ионы (тв. фаза проводник).

Реальный геологический разрез отражается в электромагнитном поле в виде некоторой электрической модели, называемой геоэлектрическим разрезом. Он представляет собой вертикальный разрез горных пород, различающихся по удельному электросопротивлению (поляризация, диэлектрическая проницаемость), и по мощности. ПО простиранию электрические свойства остаются константой в пределах определенного литолого стратиграфического комплекса. НА границах меняется скачкообразно. Сведения о составе и возрасте получаем по данным бурения и электрического каротажа. Слои простирающиеся на всей территории, сравнительно большой мощности и с выдержанными электрическими свойствами – опорные.

Электропроводность σ земных глубин, изучена весьма слабо. Основным источником информации по данному вопросу являются вариации магнитного поля Земли. К сожалению, их интерпретация в высшей степени неоднозначна. По этой причине на рисунке 3 приводятся лишь пределы для значений электропроводности в мантии Земли по работам И. И. Ракитянского. Но даже такие широкие пределы нельзя считать совершенно строго установленными.

На рисунке 2 приведены данные лишь для глубин до 1000 км. О бóльших глубинах данные практически отсутствуют. Считается, что в нижней мантии электропроводность лежит в пределах 10 - 103 Ом-1 ∙м-1 или по-другому 10 - 103 См/м (Сименс на метр).

Большинство исследователей при интерпретации данных наблюдений по вариациям магнитного поля Земли исходит из предположения, что электропроводность Земли увеличивается скачком на глубинах 400 - 700 км. При этом оказывается, что электропроводность возрастает на 3 - 4 порядка. Однако такое предположение не обязательно и существуют попытки интерпретации при предположении об отсутствии такого скачка, что дает хотя и довольно крутое, но плавное возрастание σ с глубиной.

Большой интерес представляет обнаружение на глубинах в десятки - первые сотни километров слоя повышенной электропроводности. Электропроводность такого слоя примерно на один порядок выше, чем в перекрывающих и подстилающих его слоях. Особенностью этого слоя является то, что он встречается не под всеми регионами земной поверхности. В настоящее время делаются попытки составления карт географического размещения такого слоя.

Что касается ядра Земли, то оно обладает, по-видимому, весьма высокой электропроводностью. Обычно полагают, что электропроводность ядра можно оценить в 103—105 Ом-1 м-1, вероятно, из-за большого содержания Fe.

3. Основные процессы минералообразования.

Химические элементы земной коры редко встречаются в самородном состоянии, чаще они обра-зуют химические соединения, состоящие из двух или более химических элементов. Природные хими-ческие соединения, обладающие определенными физическими и химическими свойствами, называются минералами. Из минералов состоят горные породы. В природе минералы встречаются в твердом, реже в жидком и газообразном состоянии. По происхождению их делят на эндогенные и экзогенные.

Эндогенные процессы минералообразования связаны главным образом с деятельностью магмы - огненно-жидким силикатным расплавом, образующимся в нижних частях Земной коры или верхней мантии. Магма благодаря разности давлений способна внедряться в вышележащие слои. При этом она охлаждается и кристаллизуется, превращается в минералы и горные породы. Такие породы называют магматическими. В магме находятся газы, в составе которых преобладают пары воды. Газы кристалли-зуются или вместе с расплавом, или покидая его, вызывают проявление пневматолитовых процессов, при которых образуются минералы за счет кристаллизации вещества из газов. Снижение температуры газов до 400-450⁰С может вызвать конденсацию водяных паров и образование горячих водных или гидротермальных растворов. Процессы взаимодействия растворов с вмещающими породами приводят к формированию так называемой довольно многочисленной группы гидротермальных минералов.

Экзогенные минералы образуются в осадках морей, рек, озер, поэтому их называют осадочными.

Часть из них рождается на суше при процессах окисления. Как магматические, так и осадочные минералы изменяются под воздействием высоких температур и давлений. Изменения выражаются в преобразовании химического состава, структуры, внешнего облика минерала. Такие процессы называются метаморфическими.

Твердые минералы имеют аморфную или кристаллическую структуру. Аморфные минералы образуются при быстрой кристаллизации вещества и состоят из хаотически расположенных частиц. Кристаллические структуры отличаются закономерным расположением частиц. Большинство минералов имеет кристаллическое строение.

Классификация минералов:

1. самородные элементы (около 30 химический элементов) - сера, алмаз, графит, золото, платина и др.;

2. сульфиды - соединения химических элементов с серой; большинство сульфидов образуется из гидротермальных растворов при t=50-400⁰С: пирит -серный колчедан (Fe₂S₂), халькопирит -медный колчедан (CuFeS₂), галенит -свинцовый блеск (PbS);

3. окислы - широко распространены, образуются из магмы, гидротермальных растворов и при окислении и метаморфизме других минералов: магнетит-магнитный железняк (Fe₃O₄), гематит-красный железняк (Fe₂O₃), лимонит-бурый железняк (Fe₂O₃·nH₂O), корунд-рубин, сапфир (Al₂O₃), кварц-халцедон, горный хрусталь (SiO₂), опал - аморфный минерал (SiO₂·nH₂O);

4. галоидные соединения - соли соляной, фтористой, иодистой и бромистой кислот, образуются в соленых озерах или из гидротермальных растворов: галит (NaCl), сильвин (KCl), флюорит -плавиковый шпат (CaF₂);

5. карбонаты - соли угольной кислоты, распространены среди осадочных пород: кальцит-известковый шпат (CaCO₃), доломит (CaMg(CO₃)₂), малахит (Cu₂CO₃(OH)₂);

6. сульфаты - соли серной кислоты, образуются при осадочных процессах: гипс (CaSO₄·nH₂O), ангидрит (CaSO₄);

7. силикаты - 75% всех минералов земной коры, сложный химический состав и преимущественно эндогенное происхождение: оливин; топаз; гранаты - альмандин, пиров, гроссуляр; пироксены - авгит, диопсид; амфиболы - роговая обманка; каолинит; слюда - биотит, флогопит, мусковит; тальк; полевые шпаты - ортоклаз, плагиоклазы - альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит.

Совокупность совместно существующих минералов, находящихся в равновесии при

определенных физико-химических условиях, т.е. при определенных соотношениях масс инертных компонентов и при определенных значениях температуры, давления и химических потенциалов (рН, Еh) - парагенетические минеральные ассоциации. Например, парагенетическими называют ассоциации минералов в гидротермальной жиле, отлагающиеся из растворов, имеющих общий источник. Такие элементы как хром, никель, платина парагенетически связаны с ультраосновными породами, а литий, бериллий, торий приурочены к кислым изверженным породам.