Основы геофизических методов исследований
advertisement
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» УТВЕРЖДАЮ Директор ИПР ___________ А.Ю. Дмитриев «___» ____________2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ОСНОВЫ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ ООП 130101 Прикладная геология СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ 3. Поиски и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): специалист БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г. КУРС 4; СЕМЕСТР 7; КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 2 ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Математика», «Информатика», «Общая геология» КОРЕКВИЗИТЫ: «Основы гидрогеологии», «Основы инженерной геологии» ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС: ЛЕКЦИИ 18 часов (ауд.) ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ИТОГО 18 36 54 90 ФОРМА ОБУЧЕНИЯ часов (ауд.) часов часов часа очная ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЗАЧЕТ В 7 СЕМЕСТРЕ ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Геофизики» ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ: д.г.-м.н., профессор Л.Я. Ерофеев РУКОВОДИТЕЛЬ ООП: д.г.-м.н., профессор В.Г. Ворошилов ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: ст.преподователь Н. А. Забродина 2011г. 1. Цели освоения дисциплины В результате освоения данной дисциплины студент приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2, Ц4 и Ц5 основной образовательной программы «Прикладная геология». Дисциплина нацелена на подготовку студентов к: междисциплинарной экспериментально-исследовательской деятельности для решения задач, связанных с разработкой инновационных технологий в геологоразведочной сфере; - умению обосновывать и отстаивать собственные заключения и выводы в аудиториях разной степени междисциплинарной профессиональной подготовленности; самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию в условиях конкурентной среды, модернизации производства и глобализации экономики. Освоение фундаментальных знаний по физико-геологическим основам геофизических методов исследования и формирование у студентов представлений о способах решения инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических задач с использованием геофизических методов. - Изучение специфических особенностей аппаратуры и методики дистанционных, наземных, аквальных и скважинных методов геофизики, применяемых для решения инженерных задач. - Знакомство с методикой проведения наблюдений и интерпретацией полученных геофизических данных. - Изучение на практических примерах способов решения задач инженерной геологии и гидрогеологии при исследовании строения массивов пород, зон выветривания, тектонических нарушений, карста, оползней, при определении глубин залегания грунтовых вод и зоны вечной мерзлоты и др. Получение чётких представлений о роли и месте геофизических методов на различных стадиях инженерно-геологических и гидрогеологических исследований. 2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Основы геофизических методов исследований» относится к базовым дисциплинам профессионального цикла (С3.Б3.4). Она непосредственно связана с дисциплинами математического и естественнонаучного цикла (физика, математика, информатика) и профессионального цикла (геология), и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для дисциплины «Основы геофизических методов исследований » являются дисциплины гуманитарного, социального и экономического цикла, а также математического и естественнонаучного цикла («Общая геология», «Информатика», «Механика горных пород и грунтов») и профессионального цикла («Структурная геология», «Геоморфология и четвертичная геология», «Литология», «Геотектоника и геодинамика», «Основы гидрогеологии», «Основы инженерной геологии»). Основу дисциплины составляет курс «Инженерная геофизика». 3. Результаты освоения дисциплины После изучения дисциплины «Основы геофизических методов исследований» студенты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы «Прикладная геология». Студент должен быть готов: применять математические, естественнонаучные, социальноэкономические и инженерные знания в профессиональной деятельности (Р1); самостоятельно учиться и непрерывно повышать квалификацию в течение всего периода профессиональной деятельности (Р3); эффективно работать индивидуально, в качестве члена команды по междисциплинарной тематике, а также руководить командой для решения профессиональных инновационных задач в соответствии с требованиями корпоративной культуры предприятия и толерантности (Р10). Код З.1 З.2 3.3 З.4 З.5 У.1 У.2 У.3 У.4 Результаты обучения Студент должен знать: физические характеристики геофизических полей и основы их теории; геофизические методы и их возможности в решении задач гидрогеологии и инженерной геологии методику работ по измерению геофизических полей; основы методов обработки и интерпретации геофизической информации; связи геофизических параметров горных пород с физикомеханическими свойствами и гидрогеологическими характеристиками разреза Студент должен уметь: анализировать возможности применения различных геофизических методов для решения конкретных гидрогеологических и инженерногеологических задач; представлять результаты геофизических исследований в виде разрезов, карт, схем результатов интерпретации геофизических данных и других изображений; Качественно, частично количественно и геологически интерпретировать геофизические графические материалы: анализировать данные геофизических методов, геологии, инженерной геологии и гидрогеологии в комплексе Студент должен владеть: В.1 В.2 В.3 В.4 В.5 навыками работы с литературой по геофизике навыками свободного пользования компьютером и программным обеспечением для решения поставленных задач навыками составления рационального комплекса геофизических методов для решения конкретной инженерно-геологической и гидрогеологической задачи; методикой решения задач инженерной геофизики; приемами анализа информации о физических, литологических, физико-механических и гидрогеологических свойствах грунтов и горных пород Структура и содержание дисциплины 4.1. № 1 2 3 4 5 6 7 Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения Название раздела Аудиторная работа (час) Ле Практ./ Лаб. кц семинар зан. ии 2 Введение. История, положение среди смежных наук, области применения и задачи геофизических методов исследования Физико2 геологические основы применения геофизических методов в инженерной геологии и гидрогеологии Геофизические методы 2 исследования Общая характеристика Электромагнитные 2 методы Сейсмические и геоакустические методы Магнитометрические Гравиметрические, ядерные и термометрические методы Основы комплексирования инженерно- СРС (час ) Итого Формы текущего контроля и аттестации 3 5 2 8 12 Отчеты по лабораторным работам 2 6 10 4 7 13 2 2 6 10 2 2 6 10 Отчеты по лабораторным работам Отчеты по лабораторным работам я Отчеты по лабораторным работам Отчеты по лабораторным работам 2 2 6 10 Отчеты по лабораторным работам 8 9 10 геофизических исследований Методы 2 геофизических исследований скважин Методика 2 геофизических исследований при решении гидрогеологических и инженерногеологических задач Промежуточная аттестация Итого 18 2 12 20 2 Отчеты по лабораторным работам Отчеты по лабораторным работам Экзамен 18 54 90 При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование. 4.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Введение. История, положение среди смежных наук, области применения и задачи геофизических методов исследования Лекция. История возникновения, формирования, развития и применения геофизических методов. Геофизика и ее положение среди смежных наук. Область применения и задачи геофизических методов, в т.ч. в инженерной геологии и гидрогеологии. Лабораторная работа 1. Выделение аномальных зон по данным геофизических исследований. Раздел 2. Физико-геологические основы применения геофизических методов в инженерной геологии и гидрогеологии Лекция. Петрофизические основы геофизических методов исследования. Массивы горных пород как объект геофизических исследований. Лабораторная работа 2. Определение общих физических свойств горных пород верхней части разреза по их электрическим свойствам. Раздел 3. Геофизические методы исследования. Общая характеристика Лекция. Физические поля и их связь с геологическими, гидрогеологическими, литологическими, механическими и другими особенностями разреза. Требования, предъявляемые к геофизическим методам, применяемым в гидрогеологии и инженерной геологии Теория, методы и средства наблюдения и интерпретации. Лабораторная работа 3. Качественная интерпретация данных электроразведки. Раздел 4. Электромагнитные методы Лекция. Электромагнитные свойства горных пород. Классификация методов. Метод сопротивлений. Метод естественного поля. Методы переменного тока. Примеры применения Электромагнитных методов исследований при решении задач инженерной геологии, гидрогеологии и геоэкологии. Лабораторная работа 4. Интерпретация двухслойных кривых вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). Построение геоэлектрического разреза по полевым данным ВЭЗ с помощью программы IPI2WIN.EXE Раздел 5. Сейсмические и геоакустические методы Лекция. Сейсмические и сейсмоакустические методы при наземных и морских изысканиях. Физические основы, упругие свойства минералов и горных пород. Влияние температуры и давления на скорости распространения сейсмических волн и плотность минералов и горных пород. Аппаратура и методика сейсмоакустических исследований. Годограф сейсмических волн. Типы сейсмических границ. Классификация методов сейсморазведки. Интерпретация данных сейсморазведки методом преломлённых волн. Способы определения глубины залегания преломляющей границы и граничной скорости. Геологоразведочные задачи, решаемые сейсморазведкой. Примеры применения сейсмоакустических исследований при решении задач инженерной геологии, гидрогеологии и геоэкологии. Георадиолокационные исследования. Землетрясения и сейсмические волны. Скорости распространения сейсмических волн. Параметры землетрясения по сейсмическим данным координаты очага, энергия и магнитуда землетрясений. Механизм очага землетрясений. Основные закономерности распределения землетрясений. Границы литосферных плит, зоны субдукции и спрединга. Сейсмическое районирование. Проблема предсказаний землетрясений. Лабораторная работа 5. Определение положения литологической границы по данным сейсморазведки (метод t0). Раздел 6. Магнитометрические, гравиметрические, ядерные и термометрические методы Магнитометрия. Лекция. Общие сведения о земном магнетизме. Элементы магнитного поля на поверхности Земли. Изменение магнитного поля Земли по времени. Магнитные аномалии. Магнитные свойства горных пород, остаточная намагниченность. Абсолютные и относительные определения элементов магнитного поля Земли. Аппаратура. Оптико-механические, феррозондовые и квантовые магнитометры. Геологические задачи, решаемые магниторазведкой. Наземные и аэромагнитные съёмки (цель, методика работ, изображение результатов). Прямая задача магниторазведки. Обратная задача магниторазведки. Принцип эквивалентности. Качественная или количественная интерпретация данных магниторазведки. Гравиметрия. Напряженность и потенциал гравитационного поля, уровенные поверхности. Нормальное гравитационное поле Земли и аномалии. Понятие геоида. Распределение силы тяжести на поверхности Земли. Аномалии силы тяжести. Плотность горных пород как фактор, определяющий аномалии силы тяжести. Абсолютные и относительные определения силы тяжести. Динамические и статические способы измерения силы тяжести. Гравиметры, принцип их устройства и наблюдения с ними. Геологические задачи, решаемые гравиразведкой. Разведочные гравиметрические съёмки. Наземные, морские и аэрогравиметрические съёмки. Методика наземной съёмки. Обработка и изображение результатов полевых наблюдений. Способы решения прямой задачи гравиразведки. Кривые вертикальной составляющей притяжения и её производных для тел простой геометрической формы. Способы решения обратной задачи гравиразведки. Принцип эквивалентности Радиометрия. Основы радиометрии. Радиоактивность пород. Приборы и методы измерения радиоактивности. Радиометрические и ядерно-геофизические методы исследования. Гамма-метод. Эманационная съемка. Примеры применения радиометрии. Термометрия. Физико-геологические основы теории терморазведки. Тепловое поле Земли и его параметры. Принципы теории терморазведки. Тепловые и оптические свойства горных пород. Методы терморазведки. Аппаратура для геотермических исследований. Радиотепловые и инфракрасные съемки. Применение терморазведки для изучения геологической среды. Лабораторная работа 6. Выявление и трассирование зон тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости. Раздел 7. Основы комплексирования инженерно-геофизических исследований Лекция. Принцип комплексирования геофизических методов при инженерногеофизических изысканиях. Постановка задачи. Априорная физикогеологическая модель (ФГМ). Лабораторная работа 7. Построение физико-геологической модели при геофизических исследованиях оползневых (карстовых) процессов в горных породах. Раздел 8 Методы геофизических исследований скважин Задачи ГИС. Скважина как объект геофизических исследовании. Электрические и электромагнитные методы. Методы потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС). Методы кажущегося сопротивления (КС). Электромагнитные методы ГИС. Ядерно-физические методы. Методы естественной гамма-активности. Гамма-гамма методы (ГГМ). Гамманейтронный метод (ГНМ). Акустические методы исследования скважин. Магнитные и термические методы исследования скважин. Методы естественного магнитного поля и магнитной восприимчивости. Ядерномагнитный метод (ЯММ). Термические методы. Методы изучения технического состояния скважин. Комплексное применение методов. Принципы построения аппаратуры для ГИС. Лабораторная работа 8. Определение участков притока или поглощения жидкости, минерализации и скорости фильтрации подземных вод по данным геофизических исследований в гидрогеологических скважинах. Раздел 9. Методика геофизических исследований при решении гидрогеологических и инженерно-геологических задач Лекция. Изучение строения массивов скальных и рыхлых горных пород. Поиск и изучение подземных вод в массивах горных пород. Изучение оползневых процессов. Изучение карстовых процессов и образований. Изучение мерзлотных процессов и образований. Изучение техногенного загрязнения геологической среды. Лабораторная работа 9. Метод заряда (гидрогеологический вариант). 4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Формируемые компетенции З.1 З.2 З.3 З.4 З.5 У.1 У.2 У.3 У.4 В.1 В.2 В.3 В.4 В.5 Разделы дисциплины 1 х 2 х х х х х х х 3 х х х х х х х х 4 х х х х х х х х х х х х х х 5 х х х х х х х х х х х х х х 6 х х х х х х х х х х х х х х 7 х х 8 х х 9 х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х 5. Образовательные технологии При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности студентов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций. Методы и формы активизации деятельности Дискуссия IT-методы Командная работа Разбор кейсов Опережающая СРС Индивидуальное обучение Проблемное обучение Обучение на основе опыта ЛК х х х Виды учебной деятельности Семинар ЛБ СРС х х х х х х х х х х х х х х х х х х Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия: изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий; самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы; закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий. 6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC) 6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в: работе студентов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме самостоятельной работе; научных публикаций по определенной теме исследований, анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов, выполнении расчетно-аналитических работ, исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах. 6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку: * Изучение сейсмичности районов строительства * Георадарные исследования. * Применение геофизических методов при проектировании и строительстве промышленных и гражданских сооружений. * Петрофизические модели гидрогеологических и инженерногеологических объектов. * Изучение физико-механических свойств горных пород. 6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов и заключается в: поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований, анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов, выполнении расчетно-графических работ, исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах, 6.2.1. Примерный перечень научных проблем и направлений научных исследований: 1. Установление корреляционных связей между физико-механическими и геофизическими параметрами. 2. Детальное сейсмическое районирование и сейсмическое микрорайонирование 3. Изучение районов распространения многолетнемерзлых пород. 4. Связь геофильтрационного и электрического полей. 7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств) Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам: * самостоятельного (под контролем учебного мастера) выполнения лабораторной работы, * взаимного рецензирования студентами работ друг друга, * анализа подготовленных студентами рефератов, * устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, защите отчетов по лабораторным работам и во время экзамена (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины). 7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов Экзаменационные билеты включают три типа заданий: 1. Теоретический вопрос. 2. Проблемный вопрос или расчетная задача. 3. Творческое проблемно-ориентированное задание. 7.2. Примеры экзаменационных вопросов 1. Петрофизические основы геофизических методов исследования. 2.Определите степень минерализации воды с помощью предоставленных геофизических данных. Какие таблицы, графики или формулы нужно для этого использовать? 3. Определите положение тектонических нарушений по плану изоом. 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основная литература 1. Огильви А.А. Основы инженерной геофизики. М.: Недра, 1990. 501с. 2. Ляховицкий Ф.М., Хмелевский В.К., Ященко З.Г. Инженерная геофизика. М.: Недра, 1989, 252с. 3. Зинченко В.С., Петрофизические основы гидрогеологической и инженерно-геологической интерпретации геофизических данных. Учебное пособие для студентов вузов. М.-Тверь: Изд. АИС, 2005, 392 с. 4. Хмелевской В.К. Геофизические методы исследования земной коры. Кн 1: Методы прикладной и скважинной геофизики. Учебник. Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна». 1997, 276с. 5. Владов М.Л., Золотарев В.П., Старовойтов А.В. Методическое руководство по проведению георадиолокационных исследований. М.: Материалы кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ. 1997, 68с. Вспомогательная литература 6. Владов М.Л., Старовойтов А.В. Обзор геофизических методов исследований при решении инженерно-геологических и инженерных задач. М.: Материалы кафедры сейсмометрии и геоакустики геологиченского факультета МГУ. 1998, 112с. 7. Палагин В.В., Попов А.Я., Дик П.И. Сейсморазведка малых глубин. М.: Недра, 1989. 210 с. 8. Задериголова М.М. Радиоволновой метод в инженерной геологии и геоэкологии. М.: Изд-во МГУ, 1998. 319 с. 9. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика: Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 2000. 256 с. 10. Калинин А.В., Калинин В.В., Пивоваров Б.Л. Сейсмоакустические исследования на акваториях. М.: Недра, 1983, 204 с. 11. Сейсмическая томография: Пер. с англ. / Под ред. Г. Нолета. – М.: Мир, 1990. – 416 с. Интернет-ресурсы: geo.web.ru - сайт Геологического факультета МГУ » Геофизические методы исследования земной коры. Лекции В.К.Хмелевского. Инженерная геофизика. Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2011 по специальности «Прикладная геология». Автор: Забродина Н.А. Программа одобрена на заседании кафедры геофизики (протокол № _334_ от «_26 _ октября 2011 г.).
