Ю. Б. Давыдов, А. Г. Талалай

Ю. Б. Давыдов, А. Г. Талалай

 

КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

 

Учебное пособие

 

 

Екатеринбург

УДК 550.83

Д 13

 

Рецензент: А. А. Молчанов, доктор технических наук, профессор кафедры геофизики Санкт-Петербургского государственного горного института (ТУ) имени Г. В. Плеханова

 

 

Печатается по решению Редакционно-издательского совета

Уральского государственного горного университета

 

 

Давыдов Ю. Б., Талалай А. Г.

Д13 Комплексная интерпретация геофизических данных: учебное пособие / Ю. Б. Давыдов, А. Г. Талалай; Урал. гос. горный ун-т. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2016. 102 с.

 

ISBN 978-5-8019-0361-3

 

 

Настоящее издание представляет собой учебное пособие по курсу лекций «Комплексная интерпретация геофизических данных» для студентов-геофизиков специальности 08040 – «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» очного и заочного обучения. Выбор методов комплексной интерпретации геофизических данных соответствует учебному плану специаль­ности 130202 – «Геофизические методы исследования скважин».

Рис. 53. Табл. 6. Библ. 15 наим.

 

 

УДК 550.83

	© Давыдов Ю. Б., Талалай А. Г., 2016
ISBN 978-5-8019-0361-3	© Уральский государственный горный университет, 2016

 

ВВЕДЕНИЕ

Программа курса комплексной интерпретации геофизических данных для специальности ГИС содержит теоретические основы комплексирования геофизических данных при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Развитие разведочной геофизики происходит по двум направлениям. Первое направление – совершенствование существующих методов геофизики и создание новых геофизических методов. Второе направление – комплексирование уже известных методов геофизики. Комплексирование геофизических методов заключается в выборе вида геофизических работ и их последовательности.

Преимуществами геофизических методов исследований по сравнению с геологическими методами являются: дистанционность исследований, объемность и глубинность информации о геологических объектах и относительно низкая стоимость. К недостаткам относится многозначность решения обратных задач геофизики. Для устранения этого недостатка используется комплексирование известных геофизических методов исследований. Основная идея и цель комплексирования различных геофизических методов заключается в достижении однозначности решения поставленных геологических задач.

 

ФГМ рудных месторождений

ФГМ рудной провинции, отождествляемой с крупным блоком земной коры на всю ее мощность до границы Мохоровичича на глубину до 60 км. Рудная провинция – значительная по площади территория в плане до 100 км, ограниченная глубинными разломами.

ФГМ рудного пояса, исследуемого на стадии региональных геолого-геофизических работ до границы Конрада на глубину до 20 км. Рудный пояс – территория размером в плане до 10-100 км, ограниченная глубинными разломами. ФГМ гранитного слоя.

ФГМ рудного района (узла) и рудного поля, являющегося глав­ной целью крупномасштабного геологического картирования и общих поисков. Рудный узел – небольшая площадь размером в плане до 10 км, глубиной 3-5 км, внутри рудного пояса, приуроченная к глубинным и тектоническим узлам. ФГМ глубинной структуры, рудовмещающей формации. Рудное поле – ограниченная площадь рудного района размером до 1 км, глубиной 2-3 км, приуроченная к тектоническим узлам и зонам смятия. ФГМ рудной структуры.

ФГМ рудного месторож­дения – природное скопление полезного ископаемого, контролируемое различными геологическими факторами, размером в плане 10-1000 м, глубиной 1-2 км, изучаемое на стадии поисково-оценочных работ и разведки.

ФГМ отдельного рудного тела – природное скопление руды с ореолом рассеяния размером в плане 10-100 м, глубиной 1-2 км, мощностью 1-10 м, изучаемое на стадии детальных поисков и разведки.

 

К ФГМ нефтяных объектов относятся:

Платформа – обширная территория континента или морского дна глубинного заложения со спокойной тектоникой. Состоит из двух этажей – нижнего (фундамента) и верхнего (чехла). Платформы делятся на материковые и океанические. ФГМ платформы совпадает с ФГМ земной коры, включая в себя состав и строение осадочного чехла, состав и строение фундамента, гранитный слой, базальтовый слой и верхнюю часть мантии.

Плита и щит – отрицательная и положительная структуры платформы.

Структуры первого порядка – крупнейшие, округлые, замкнутые структуры в пределах осадочного чехла и частично гранитного слоя: синеклиза (отрицательная) и антиклиза (положительная). Размер от 100 до 600 км. Глубина залегания 3-5 км.

Структуры второго порядка – впадина и свод. Впадина – опущенный или прогнутый участок земной коры, впадина выполнена осадочными образованиями. Мощность осадков 2-5 км. Свод – крупная положительная платформенная структура округлой формы размером 200-300 км. Положение ФГМ в пределах синеклизы.

Структуры третьего порядка – депрессия (отрицательная) и вал (положительная). Депрессия – прогиб, мульда, котловина размером 40 – 300 км. Положение ФГМ в пределах впадин и сводов.

Структуры четвертого порядка – купола, брахиантиклинали. Локальные поднятия размером 3-20 км с амплитудой до 100 м. Купол изометричен. Брахиантиклиналь – антиклиналь с шарнирами, погружающимися в разные стороны. Положение ФГМ в пределах депрессий и валов.

Структуры неантиклинального типа – зоны выклинивания, несогласного залегания, нарушений и другие ловушки нефти.

Нефтегазовая залежь – неструктурный объект, пласт-коллектор, содержащий нефть и газ. Размеры в плане до 10-20 км². ФГМ – состав коллектора (терригенный песчано-алевритовый или карбонатный, трещинный), тип цемента, пористость, проницаемость, коэффициент газонефтенасыщенности, литолого-фациальная структура, слои, запечатывающие залежь, отличия по физическим свойствам, наличие отражений, геохимические ореолы легколетучих и радиоактивных элементов (плавные минимумы гамма- и бета-активности уран-радиевой природы), наличие гидрогазобиохимических ореолов углеводородов в околонефтяном пространстве.

Учет геологических, морфологических и петрофизических характеристик каждой из перечисленных ФГМ позволяет корректно сформулировать задачи и обоснованно выбрать рациональный комплекс геофизических методов для каждой стадии геологоразведочного процесса. В ходе решения одной геолого-поисковой задачи ФГМ геологических объектов, изучаемых на разных стадиях геологоразведочных работ, могут принципиально различаться между собой из-за полной несхожести самих этих объектов.

Формирование ФГМ какого-либо геологического объекта предусматривает ряд последовательных операций:

1) формирование геологической задачи геофизических работ;

2) выбор объекта моделирования (блока земной коры, месторождения полезного ископаемого, отдельного рудного тела и т. п.) и изучение его геологических особенностей и характеристик;

3) расчет аномальных петрофизических параметров моделируемого объекта и вмещающей его среды,

4) создание петрофизической модели объекта в виде пространст­венного сочетания частных возмущающих объектов, с учетом их наиболее вероятных размеров;

5) выбор, расчет и оценка количественных критериев подобия;

6) конструирование математической модели и решение прямых задач геофизики по каждому проектируемому методу;

7) сравнение результатов расчета с фактическими данными натурного мо­делирования на эталонных геологических объектах с целью оценки степени адекватности сформированной ФГМ.

Физико-геологическую модель создают методом последова­тельных приближений по мере накопления знаний об объектах геофизических поисков. При малом объеме информации модель груба и, следовательно, доля неопределенности при принятии решений о месте отдельных методов в комплексе и их методике относительно велика. В дальнейшем с увеличением количества информации о моделируемом объекте появляется возможность, используя механизм обратных связей, увеличивать соответствие модели объекту поисков, а это, в свою очередь, позволяет совер­шенствовать применяемую методику комплексных геофизических поисков. Таким образом, в классификацию моделей входят: прогнозные (малая информация), типовые (средняя информация) и реальные ФГМ (большая информация).

В развитии представлений о физико-геологической модели и вытекающих отсюда возможностях выбора рациональной комплексной методики геофизических поисков можно выделить три фазы.

Фаза I характерна для начала геофизических исследований в новом рудном районе, когда отсутствует опыт их проведения. В этом случае приходится пользоваться методом аналогии и опираться на результаты геофизических работ в районах со сходным геологическим строением.

На стадии проектирования работ построение ФГМ опирается на справочные и литературные данные.

Фаза II – натурное моделирование на эталонных объектах. Формирование ФГМ и выбор рациональ­ного комплекса методов основывается на выполнения неболь­шого объема работ опытного характера. Опытно-методические исследования, играющие роль натурного моделирования, пла­нируют на эталонных объектах, т. е. на хорошо изученных геоло­гических разрезах разведанных месторождений тех генетических типов, поиск которых составляет главную цель проектируемых работ. Учет результатов натурного моделирования позволяет получить средний фактический материал и уточнить ФГМ, построенную по методу аналогий на первом этапе работ.

Фаза III относится к тому времени, когда анализируют значительный по объему фактический материал, накопленный при про­изводственных работах. Учет результатов интерпретации проведенных исследований позволяет получить апостериорную ФГМ и открыть новые объекты данного класса.

Требования, предъявляемые к физико-геологической модели, меняются на разных стадиях поисково-оценочных работ, отражая степень усложнения ее структуры. Так, поисковая задача сводится к выявлению перспективных аномалий с определенной гарантийной вероятностью минимальным числом точек наблюдений. На стадии детализации перспективных аномалий, наоборот, подробно изучают факторы, обусловливающие максимальную из­менчивость физического поля. Здесь приходится анализировать те стороны ФГМ, которые позволяют по типичным значениям параметров модели отличить его от месторождений других полезных ископаемых.

Как показывает практика, физико-геологическая модель, разработанная на примере месторождения определенного класса крупности по запасам (например, среднего), в первом приближении может быть справедлива для аналогичных месторождений иных классов крупности (мелких и крупных) при условии кратного изменения размеров, формы и свойств модели.

Физико-геологическое моделирование позволяет решать на строгой количественной основе многие методические вопросы разведочной геофизики, в том числе: оценивать меру сходства любого вновь открытого месторождения с известными геологическими объектами данного класса; обоснованно выбирать корректные условия физического и других видов моделирования; вести расчеты ожидаемых аномалий в любом диапазоне условий средствами математического моделирования; обоснованно выбирать форму и разме­ры сети геофизических наблюдений; планировать оптимальную точность измерений физических полей; формировать рациональный комплекс геофизических методов на основе количественных оценок; планировать методи­ку комплексной интерпретации геофизических данных и проводить оценку ее надежности.

По отношению к полевому геофизическому эксперименту выделяют априорные ФГМ стадии проектирования, используе­мые для выбора и обоснования рационального комплекса и техни­ческих условий производства геофизических работ, и апостериорную ФГМ стадии интерпретации, обобщающую итог ком­плексной интерпретации, выраженный в конкретных геолого-геофизических характеристиках изученного объема геологического пространства. При формировании апостериорной ФГМ опираются па априорную данного этапа исследований, а каждая апостериор­ная модель используется для уточнения, коррективов и развития представлений об априорной ФГМ последующего этапа работ.

Из характеристики априорных и апостериорных ФГМ следует, что априорная модель является основой планирования геофизического эксперимента, включающего обоснование методики не только полевых рабат, но и комплексной интерпретации. Характерной чертой такой модели должна быть высокая степень обобщения геологических, геометрических, петрофизических параметров, допускающая возможность расчета ожидаемых аномальных эффектов, охватывающих все основные классы их вероятных реализаций.

В отличие от априорной апостериорная ФГМ ставит в соответствие каждому выделенному объекту конкретные значения его параметров, рассчитанных в результате решения обратных задач геофизики. Апостериорная ФГМ – это ре­зультат комплексной интерпретации, выраженный в числовых геолого­-геофизи­ческих характеристиках изученной части геологического пространства.

В зависимости от способов формирования и описания парамет­ров ФГМ подразделяют на детерминированные и вероятностно­-статистические.

Детерминированные ФГМ получают путем расчета ожидаемых аномальных эффектов с помощью уравнений матема­тической физики при ограниченных, предварительно заданных значениях исходных петрофизических и морфологических пара­метров моделей. Этот подход традиционен, но требует точного знания граничных условий и однородного распределения петрофизических свойств в пределах каждого стуктурно-вещественного комплекса (СВК) горных пород.

Вероятностно-статистические ФГМ в свою очередь, подразделяют на статистические и стохастические (вероятност­ные).

Статистические ФГМ носят ярко выраженный эмпири­ческий характер. При их построении широко используют приемы анализа экспериментальных данных: статистическое оценивание и проверку гипотез, регрессионный и факторный анализы, способы фильтрации и распознавания и др. Статистические модели особенно эффективны для характеристики слабоконтрастных геоло­гических объектов, незначительно отличающихся по средним зна­чениям, дисперсиям или другим статистикам физических полей от вмещающих их пород.

Стохастические ФГМ формируют путем вероятностного описания моделируемых объектов. Решение прямых задач геофи­зики при этом также имеет вероятностную трактовку и заключа­ется в расчете математических ожиданий, дисперсий или корреля­ционных функций аномальных эффектов. Это позволяет охаракте­ризовать весь возможный диапазон изменения физических полей для бесконечного в общем случае множества состояний модели объекта. В частности, такими моделями удобно аппроксимировать геологические тела сложного строения с неравномерным распре­делением физических свойств.

С точки зрения решаемых задач при вероятностно-статистическом подходе на­метилось два направления. Первое направление базируется на модели экспериментально­го материала, учитывающей случайный характер помех, обуслов­ленных неконтролируемыми флуктуациями параметров реальных источников и приемников физических полей. Неоднородности зоны малых скоростей, неглубоко залегающие источники гравитацион­ных и магнитных полей, гетерогенность излучающих и экранирую­щих радиоактивное излучение сред и другие неоднородности, не учитываемые моделью изучаемого объекта, также формируют случайное поле помех. В статистической теории интерпретации при выделении слабых аномалий на фоне помех и в количественных способах интерпретации помеху аппроксимируют некоторыми моделями случайных процессов.

Второе направление основывается на стохастических моделях объектов, характерная особенность которых - использование ве­роятностного описания случайных параметров самих моделей. Это направление предполагает установление, исследование и исполь­зование количественных зависимостей между вероятностным описанием источников и характеристиками генерируемых ими случайных физических полей. Способы стоха­стического моделирования являются эффективным инструментом для исследования влияния тех или иных параметров ФГМ на ожидаемые аномальные эффекты и помогают устанавливать особен­ности проявления структуры сложных неоднородных объектов в физических полях.

Различают статические и динамические ФГМ. Статические ФГМ месторождений полезных ископаемых, рудных тел и других геологических объектов фиксируют их состояние в определенный момент времени. Динамические ФГМ отражают специфику состояния геофизических полей и их числовых характеристик на разных стадиях геологических процессов в зависимости от глуби­ны и полноты развития рудогенеза, зон окисления и вторичного сульфидного обогащения, тектоногенеза и др.

Изучение физических свойств пород и руд относится к числу фундаментальных проблем разведочной геофизики. Классическим направлением петрофизических исследований является изучение зависимостей физических свойств пород и руд от их минерального состава, структурно-текстурных особенностей, степени метаморфизма, термодинамических условий их формирования и ряда других факторов физической и геологической при­роды. По существу это направление дополняет применяемые в геологии методы исследования вещества, а выполняемые петро­физические обобщения носят фактографический характер, т. е. отображают информацию в виде различных таблиц, петрофизи­ческих карт, разрезов, блок-диаграмм. На основе этих мате­риалов получают выводы, содержательные как в геологическом отношении, так и в отношении физико-геологических предпосылок.

Перечислим требования к данным о физических свойствах ФГМ. Физические свойства должны:

- характеризовать все необходимые физические параметры, обеспечивающие построение комплексной ФГМ, параметры объекта в целом и элементов объекта;

- обеспечивать по точности измерений решение геологической задачи;

- иметь пространственную и геологическую привязку;

- быть представительными для статистической обработки.

Как правило, в результате анализа петрофизической информации устанавливают доминантное физическое свойство, наиболее контрастно выделяющее заданный класс геологических объектов. Обычно это количественная характеристика (магнитная восприимчивость магнетитовых руд, радиоактивность урановых руд, плотность сплошных колчеданных руд и т. п.)

 

Примеры построения и численного расчета ФГМ для тел

Плотностью.

Нахождение гравитационного поля, возбуждаемого телами известной геометрической формы и известной плотности, называется прямой задачей гравитационной разведки. Эта задача решается однозначно, т. е. каждое заданное возмущающее тело возбуждает строго определенное гравитационное поле, и подобные тела являются причиной подобных же гравитационных аномалий. В некоторых случаях структуру, вызвавшую рассматриваемую аномалию, можно уподобить телу правильной геометрической формы, например, шару. Тогда, построив кривые распределения аномалий для тел разных размеров и разных глубин залегания и сравнив их с наблюденной кривой, можно сделать заключение о соответствии исследуемого тела принятым моделям, т. е. подобрать возмущающее тело в соответствии с вызываемыми им аномалиями. Больше того, можно установить основные характеристики рассматриваемого тела; массу, глубину залегания, размеры.

 

Численный расчет гравитационного поля над шаром

Ниже в редакторе Mathcad построено распределение гравитационного поля над шаром (рис. 1.2.5). Гравитационная постоянная в системе СГС равна: k = 66,7·10-9. Пусть залежь сферической формы имеет избыточную массу М, г. Радиус шара R = 20 м, избыточная плотность σ = 1,5 г/см3, глубина до центра сферы h = 60 м, расстояние от точки записи до центра сферы , м, пикеты через 10 м, от -300 до +300.

Для удобства введем математический формализм, используемый в редакторе Mathcad:

 

 

На рис.2.3. приведены расчетные значения поля силы тяжести над сферической залежью с избыточной плотностью.

 

 

Рис. 2.3. Гравитационное поле сферической залежи с избыточной плотностью

 

На гравитационное поле наложена случайная высокочастотная помеха G(i), которая в дальнейшем c целью уменьшения стандарта отклонений в нормальном поле была сглажена по семи точкам smuG(i). В результате стандарт сглаженных значений в нормальном поле снизился с 0,029 мГл до 0,011 мГл, при этом верхний аномальный предел для нормальных значений поля силы тяжести уменьшился с 0,088 мГл до 0,032 мГл для сглаженных значений нормального поля. В итоге удается выделить аномалию от сферической залежи с надежностью более 99,72 %.

 

Построение силы тяжести по её градиенту

Если по профилю наблюдений известны значения градиента силы тяжести, то можно восстановить гравитационное поле силы тяжести g(x) по значениям градиента силы тяжести Гр(x). Пусть сила тяжести изменяется по профилю от -300 м до +300 м. Тогда,

 

 

 

На рис. 2.4 приведены расчетные значения силы тяжести для сферической залежи G(x), восстановленные по измеренным значениям градиента силы тяжести Гр(x).

 

 

 

Рис. 2.4. Восстановление поля силы тяжести G(x) по значениям градиента силы

тяжести Гр(x)

 

Намагничения

 

 

 

На рис. 2.15. приведено магнитное поле наклонного пласта α =π/4 наклонного намагничения θ = π/8. Глубина до верхней кромки h = 50 м., мощность пласта b =10 м. Избыточная намагниченность пласта J = 55 нТл.

Рис. 2.15. Магнитное поле наклонного пласта α =π/4 наклонного намагничения θ = π/8.

 

 

2.2.6. Электрическое поле проводящей сферы

Пусть электросопротивление горных пород равно 1000 Ом×м. Глубина до

центра сферы, h = 60 м. Сила тока I = 10 мА.

 

На рис. 2.16. приведены результаты расчета потенциала, градиента потенциала и напряженности электрического поля проводящей сферической залежи.

 

 

 

Рис.2.16. Потенциал, градиент потенциала и напряженность электрического поля проводящей сферической залежи

 

Принципы комплексирования

Принцип последовательных приближений заключается в соблюдении последовательности работ с возрастающей детальностью. Выражается этот принцип в поэтапном стадийном выполнении работ с увеличением детальности при сокращении изучаемой площади.

Принцип аналогий изучаемых объектов с известными объектами имеет значение при постановке задач исследования, районирования территории по условиям ведения работ, построении физико-геолгической модели (ФГМ) объекта поисков.

Принцип полноты заключается в необходимости охвата работами всей территории объекта поисков, всесторонних геолого-геофизических исследованиях, комплексировании всех выполненных геофизических методов. Основной выбранный геофизический метод закрывает всю площадь исследований по равномерной сети наблюдений. Основной метод должен отличатся от других методов мобильностью, дешевизной и производительностью.

Принцип специализации определяет специализацию геофизических работ, соответствующую геологическим особенностям района работ. Этот принцип предполагает использование детализационных геофизических методов на ограниченных участках работ.

Принцип максимальной эффективности требует решения геологических задач с минимальными затратами или получении максимальной информации при фиксированных затратах. Оценка геологической и экономической эффективности осуществляется в следующей последовательности.

Сначала выбираются геологически эффективные комплексы геофизических методов, решающие геологическую задачу наиболее полно. Для этого оцениваются различные геофизические методы по эффективности решения узкой геологической задачи. Затем оценивается эффективность каждого геофизического метода при решении широкого круга геологических задач.

Из геологически эффективных комплексов выбирают наиболее дешевый комплекс методов, отличающийся минимальными затратами средств и времени. В результате получают оптимальный комплекс геофизических методов, как в геологическом, так и в экономическом отношении.

Принцип разнородности измеряемых параметров физических полей и ФГМ.

Принцип многократного чередования геологических, геофизических, геохимических, горных и буровых средств поисков и разведки полезных ископаемых.

 

Объектов.

К геометрическим параметрам аномалиеобразующих объектов относятся: форма, размер, элементы залегания и взаимное пространственное положение исследуемых объектов. Для простоты рассмотрим сферический объект с радиусом R (размер объекта) при глубине залегания центра сферы H (элемент залегания).

Таблица 2.7.1.

Связь размеров объекта и элементов залегания

Физическое поле	Максимальная амплитуда аномалии
Гравитационное, мГл
Магнитное, нТл	- косое намагничение шара под углом
Электрическое, мВ	- потенциал проводящей сферы

где – k – гравитационная постоянная, σ - избыточная плотность тяжелой сферы, J – избыточная намагниченность, r - удельное электрическое сопротивление проводящей сферы.

В таблице приведены значения максимальной амплитуды аномалии, которая достигается над центром проводящей, намагниченной сферической залежи с избыточной плотностью.

Для анализа зависимости аномалии от размеров объекта (радиуса сферы) зафиксируем значения глубины залегания сферы Н = Const. Наибольший градиент напряженности поля в зависимости от радиуса сферы R имеет гравитационное поле, а наименьший (вообще не зависит) электрическое поле проводящей сферы. Зафиксируем далее значения R = Const, и будем изменять элементы залегания, а именно глубину до центра сферической залежи. При этом наибольшим градиентом по Н характеризуется магнитное поле, а наименьшим – электрическое поле проводящей сферы.

Сближение сферических объектов создаёт неразрешенные по профилю аномалии. Например, кривые потенциала над сближенными однородно поляризованными сферами радиусом R на глубине H = 6R не разрешаются, а на глубине

H = 3R разрешаются (рис. 2.7.3). При увеличении расстояния между сферами

l = 8R сферы снова разрешаются по данным электроразведки.

 

Рис. 2.7.3. Кривые потенциала над сближенными поляризованными сферами радиусом R на глубине H

 

При разделении сближенных объектов хорошие результаты позволяет получить использование методов измерения градиентов физического поля (градиентов силы тяжести по сравнению с Δ g в гравиметрии, гамма-градиентометрия в радиометрии и др.)

К вопросу о благоприятных геологических параметрах объекта исследований следует добавить, что плоские горизонтальные границы раздела благоприятны для постановки методов ВЭЗ и сейсморазведки, крутые границы раздела благоприятны для постановки электрического профилирования методами КЭП и СЭП, вытянутые объекты благоприятны для постановки электроразведки на переменном токе.

 

 

Отдельными методами

Неоднозначность решения геологических задач может быть качественной и количественной. Качественная неоднозначность решения геологических задач связана с определением геологической природы геофизических аномалий. Количественная неоднозначность связана с получением количественных характеристик геометрии искомых объектов (формы, размеров, глубины залегания и других элементов).

Геофизическими методами.

В качестве примера качественной неоднозначности решения геологической задачи, рассмотрим определение природы геофизических аномалий при решении вопросов геологического картирования.

На рис. 2.8.1. приведены физические свойства горных пород, слагающих участок геологического картирования. В районе работ установлено пять типов горных пород: А, Б, В, Г и Д.

 

Рис. 2.8.1. Определение геологической при­роды геофизических аномалий по физическим свойствам горных пород района работ, установ­ленных по данным электроразведки r, магнито­метрии χ и гравиметрии σ: Физические свойства, измеренные в процессе ра­бот на участке r₁, χ₁ и σ₁

 

На рисунке приведены физические свойства горных пород: электросопротивление r (по данным электроразведки), магнитная восприимчивость χ (по данным магниторазведки) и плотность σ (по данным гравиметрии). В процессе измерений на участке работ установлены следующие физические свойства r₁, χ₁ и σ₁. Требуется определить, на каком участке выполнены измерения, т. е. установить геологическую природу электроразведочных, магнитных и гравитационных аномалий.

Из рисунка видно, что значению χ₁ соответствуют породы А, В, Г, значению r₁ соответствуют породы В и Г, значению σ₁ соответствуют породы А и В. Всем трем значениям измеренных физических свойств r₁, χ₁ и σ₁ удовлетворяет порода В. Порода А не соответствует по электрическому сопротивлению r₁. Порода Г не соответствует по плотности σ₁. Таким образом, измерения выполнены на участке В и неоднозначность решения геологической задачи устранена. Для этого потребовался комплекс методов электроразведки, магниторазведки и гравиразведки.

Физические свойства рудных объектов зависят от вещественного состав руд. Поэтому комплексом методов можно определить тип оруденения. В таблице 2.8.1 приведены физические свойства сульфидных руд Южного Урала, содержащих пирротин, пирит и сфалерит. Индексом В обозначены высокие значения физического свойства, индексом С – средние значения, индексом Н – низкие значения.

 

Табл. 2.8.1.

Физические свойства сульфидных руд.

Источник аномалии: сульфидная руда	Свойства рудных объектов
r, Омм	χ, Сиχ	σ, г/см^3
с пирротином	Н	В	В
с пиритом	С	Н	В
со сфалеритом	Н	Н	В

 

Из таблицы видно, что комплексом методов электроразведки (r, Омм), магниторазведки (χ, Си_χ) и гравитационной разведки (σ, г/см³) можно однозначно выделить сульфидные руды различного типа.

Другим примером применения комплекса геофизических методов явля­ется решения вопроса об однозначности выделения кимберлитовых трубок в Восточной Сибири на фоне повсеместного распространения траппов (рис.2.8.2). Траппы создают интенсивные аномалии вертикальной составляющей магнитного поля ΔZ, которые не возможно отличить от магнитных аномалий, создаваемых кимберлитовыми трубками.

Рис. 2.8.2. Повышение однозначности выделения кимберлитовых трубок в Восточной Сибири.

 

Для разделения магнитных аномалий от кимберлитовых трубок и трапповых силлов достаточно на объектах выделенных магниторазведкой дополнительно провести электроразведку или гравиразведку. Кимберлитовые трубки выделяются отрицательными аномалиями кажущегося сопротивления и силы тяжести, а для трапповых силлов характерны положительные аномалии кажущегося сопротивления и силы тяжести.

В электроразведке возникновение потенциалов естественного электрического поля часто зависит от того, как расположен уровень грунтовых вод. На рис. 2.8.3 приведены два варианта расположения уровня грунтовых вод, пересекающих сульфидную залежь. Согласно классической теории возникновения потенциалов ПС при уровне грунтовых вод, расположенных, параллельно склону (1) нижний полюс поляризованной сульфидной залежи А расположен в зоне окисления и поэтому имеет отрицательный заряд. Когда уровень грунтовых вод расположен параллельно поверхности (2), нижний полюс поляризованной сульфидной залежи А расположен в зоне восстановления и поэтому приобретает положительный заряд. Для верхнего полюса поляризованной залежи В знаки потенциала ПС меняются местами. Таким образом, все зависит от выбора механизма образования потенциалов естественного электрического поля ΔU_пс.

 

 

Рис. 2.8.3. Возникновение потенциала ПС над сульфидной залежью при расположении уровня грунтовых вод параллельно склону (1) и параллельно поверхности (2).

 

Геофизики.

Сужение пределов неоднозначности решения обратных задач геофизики достигается комплексированием разных геофизических методов. В магнитораз­ведке возможно сужение пределов неоднозначности путем пересчета магнитного поля в псевдогравитационное для сильно магнитных железных руд при усло­вии, что интенсивность намагничения объекта J пропорциональна его плотности σ , где - гравитационная постоянная.

Если используется один метод, а других методов нет, можно использовать внутриметодное комплексирование. Например, при электроразведке на постоянном токе при симметричном электропрофилированием (СЭП) достаточно выполнить измерения разбраковки при двух разносах АВ и А¹В¹. Действительно, при изменении разносов питающих электродов глубина проникновения тока в землю изменится и появится новая информации о глубине расположения объекта поисков. На рис.2.8.5 приведены различные варианты строения наносов с сопротивлением r₁ над геологическими разрезами четырех типов (проводящая синклиналь, проводящая антиклиналь, проводящий пласт и проводящая зона в наносах). Использование метода симметричного электропрофиллирования (СЭП) при одном разносе питающих электродов позволяет получить отрицательные аномалии для всех четырех типов разреза. Между тем разрезы отличаются друг от друга. В рассматриваемом случае для определения типа разреза без внутриметодного комплексирования не обойтись. Сужение пределов неоднозначности решения обратной задачи электроразведки СЭП достигается проведением измерений СЭП при двух разносах АВ и А¹В¹.

Рис. 2.8.5. Внутриметодное комплексирование СЭП на двух разносах АВ и А¹В¹.

 

В электроразведке на переменном токе внутриметодное комплексирование осуществляется на разных частотах. Кроме того, породы с одинаковой электропроводностью g = const могут отличаться по диэлектрической e и магнитно