Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2

Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2
http://variable-stars.ru/db/msg/1173324/page4.html

Геофизические методы исследования земной коры

1.2.2. Принципы коррелируемости.

Между источниками геофизических аномалий (физико-геометрическими параметрами аномалосоздающих объектов) и геологическими неоднородностями земной коры (структурно-геологическими, литолого-петрографическими, водно-механическими и др.) существуют либо детерминистские, закономерно обусловленные, либо вероятностные связи. Иными словами, любой аномалосоздающий геофизический объект в той или иной степени соответствует какой-либо геологической неоднородности Земли. В различных физических полях корреляционные связи могут быть прямыми и обратными, устойчивыми и неустойчивыми, внутренними (логически или теоретически объяснимыми) и внешними (возможно, ложными и необъяснимыми). В каких-то полях они могут быть полностью скрыты " шумами " и помехами за счет различных геолого-геофизических неоднородностей и технических помех.

Принцип корреляции используется, прежде всего, на стадии качественной интерпретации, когда геофизические карты и разрезы сопоставляются с имеющимися геологическими данными. В результате выбирается тот вариант геологического строения, который максимально соответствует всем физическим полям. Если же по геофизическим данным имеются геофизические аномалии, а по геологическим их нет, то можно говорить об обнаружении новых объектов. Принцип корреляции широко применяется и при количественной интерпретации и геолого-геофизическом истолковании данных, когда главным результатом системного подхода является установление многомерных связей между выражаемыми количественно геолого-геометрическими и физико-геометрическими характеристиками разведываемых объектов.

1.2.3. Принцип суперпозиции.

Наблюдаемые геофизические аномалии почти всегда являются результатом наложения физических аномалий от разных геолого-геофизических объектов или от разных структурных этажей Земли. Для потенциальных полей, например гравимагнитных, или волновых полей, например сейсмических, это может быть линейное сложение или суперпозиция. Для некоторых геофизических методов формирование аномалий - процесс нелинейный. Таковы, например, аномалии вызванной поляризации в электроразведке, ядерно-магнитного резонанса при подмагничивании пород и др. В результате наложения полей связи между ними и геологическим строением либо ослабляются, либо усиливаются. Так, например, однократно отраженную волну трудно выделить на фоне многократно отраженных волн, антиклинальные поднятия, прослеживаемые по всем структурным этажам, выявить методами геофизики легче, чем в случае, когда они наблюдаются по какому-нибудь одному горизонту.

Принцип суперпозиции широко используется в однометодной интерпретации. В гравимагниторазведке применяются различные компьютерные приемы разделения полей на региональные и локальные. При цифровой обработке сейсмических данных подавляются кратные волны. При комплексном использовании нескольких методов принцип суперпозиции реализуется как на качественном, так и на количественном уровне. Например, при совместном анализе региональных или локальных аномалий на гравитационных, магнитных, электромагнитных картах и графиках учитываются форма и простирание геофизических аномалий. Они могут совпадать с местонахождением и простиранием геологических структур и объектов или не совпадать. В последнем случае аномалии, фиксируемые разными методами, свидетельствуют об отражении ими геологических неоднородностей разной природы, возраста, состава, глубины залегания.

1.2.4. Физико-геологическое моделирование.

Физико-геологическое моделирование используется для оценки возможностей комплексных геофизических исследований [Тархов А.Г. и др., 1982].

1. Оценка сравнительной эффективности геофизических методов. Сравнительную эффективность выявления аномалосоздающих объектов теми или иными геофизическими методами можно получить с помощью математического и физического моделирования. Суть его сводится к расчету аномалий над типичными физико-геологическими или физико-геолого-гидрогеологическими моделями (ФГМ или ФГГМ), которыми с той или иной степенью приближения аппроксимируют реальные геологические образования. Под такими моделями понимаются возмущающие тела простой геометрической формы (шар, цилиндр, столб, пласты, контакты и др.) с определенными размерами и глубиной залегания (геометрией) и отличием физических свойств от свойств окружающей среды (физикой). Для них можно рассчитать аномалии (при математическом моделировании) или получить их (при физическом моделировании). Один и тот же геологический объект (например, горизонтально-слоистая среда, антиклинальная складка, сброс, кимберлитовая трубка, изометрическая полиметаллическая рудная залежь и т.д.) может для разных геофизических методов аппроксимироваться сходными или несколько различающимися ФГМ (или ФГГМ).

Проведя расчет аномалий для разных методов, можно получить сравнительные характеристики, например, через показатель контрастности ( $\gamma$ ):

$\gamma=\left( A_{max}-A_{cp} \right) / \sigma_{фон},$

(1.1)

где $A_{cp}=\sum\limits_{i=1}^{n}A_i /n, \sigma_{фон}=\sqrt{\sum\limits_{i-1}^{n}\left(A_i - A_{cp}\right)^2/n}$ . Здесь $A _{ i} , А _{ср}$ и $A _{ max}$ - соответственно аномалия в любой точке, средняя по изучаемому участку с n точками наблюдений и максимальная аномалия над центром объекта, $\sigma _{ фон}$ - фоновое стандартное отклонение, характеризующее уровень помех и точность съемки. При выявлении аномалий руководствуются правилом " трех сигм и трех точек " . Согласно этому правилу, аномалии считаются надежными, если они по амплитуде превышают $3 \sigma _{ фон}$ , а по протяженности прослеживаются более чем на трех точках профиля. Показателем надежности аномалии является $\gamma m$ , где $m$ - ширина аномалий на уровне $3 \sigma _{фон}$ .

Более универсальной характеристикой эффективности метода является энергетическое отношение аномалия/помеха ( $\gamma _{ э}$ )

$\gamma_{э} =\sum A_{i}^{2}/\sigma_{фон}^{2}= A_{cp}^{2} n / \sigma_{фон}^{2},$

(1.2)

где $\sigma_{фон}^{2}$ называется общей дисперсией, зависящей от уровня помех и точности съемки.

В целом эффективность того или иного геофизического метода определяется: природой или способом создания поля, контрастностью физических свойств разведываемого объекта и окружающей среды, соотношением вертикальной мощности (размеров) и глубины залегания, наличием сверху экранирующих горизонтов с резко контрастными свойствами, а также неоднородностью вмещающей среды и поверхностных отложений, создающих геологические помехи, интенсивностью природных и промышленных помех, точностью съемок, влияющих на величину $\sigma _{ фон}$ , и другими факторами.

Физико-математическое моделирование и расчет отношений аномалия/помеха ( $\gamma$ или $\gamma _{ э}$ ) можно проводить на разных стадиях геолого-геофизических работ. На стадии проектирования работ, пользуясь априорными данными предыдущих геолого-геофизических работ, можно оценить разрешающую способность, а значит, эффективность обнаружения искомого объекта разными геофизическими методами и выбрать из них для проведения работ 2-3 наиболее подходящих. На стадии поисковых работ, построив графики и карты $\gamma$ или $\gamma _{ э}$ для всех используемых методов, можно более достоверно выявить местоположение разведываемых объектов. На стадии разведки по данным количественной интерпретации ФГМ для разных методов можно уточнить глубину залегания, размеры, физические свойства объекта, по которым оценить его геолого-гидрогеологические параметры и целенаправленно поставить разведочное бурение.

2. Решение прямых и обратных геофизических задач для разных классов ФГМ. Сущность теории геофизики в общем плане сводится к математическому или физическому моделированию прямых и обратных задач для разных классов ФГМ (или ФГГМ). Наиболее распространенным классом ФГМ являются одномерные модели, в которых физические свойства меняются в одном направлении, например, с глубиной. Это типично для горизонтально-слоистых сред или сред, залегающих с углами наклона меньше 10 $^\circ$ . Основными методами изучения таких разрезов является сейсморазведка методами отраженных (МОВ) и преломленных (МПВ) волн и электромагнитные зондирования (ЭМЗ).

Двумерные модели (наклонно-слоистые пласты, среды с вытянутыми структурами, тектонические нарушения, линзообразные залежи твердых ископаемых и др.) изучаются как этими же методами (МОВ, МПВ, ЭМЗ), так и методами гравиразведки, магниторазведки, электромагнитного профилирования (ЭМП), терморазведки, ядерной геофизики.

Трехмерные модели (штокообразные, изометрические залежи полезных ископаемых и др.) изучаются методами гравиразведки, магниторазведки, электромагнитного профилирования, ядерной геофизики.

Основными ФГГМ являются:

горизонтально-слоистые толщи, представленные сверху сухими породами зоны аэрации, а ниже обводненными породами либо с резко контрастирующей по физическим свойствам границей - уровнем грунтовых вод (в грубообломочных отложениях и песках), либо с градиентным изменением физических свойств в зоне капиллярной каймы (в мелкозернистых песчано-глинистых отложениях). Снизу обводненные породы подстилаются водоупорными глинистыми или скальными породами. В них может находиться еще несколько горизонтов подземных вод, включая артезианские, с разной минерализацией, обычно повышающейся с глубиной;
крутозалегающие слоистые толщи с трещинно-карстовыми подземными водами, приуроченными к тектоническим нарушениям, зонам трещиноватости скальных и закарстованности карбонатных отложений.

Первые изучаются сейсморазведкой методом преломленных волн (МПВ), а также различными модификациями электромагнитных зондирований (ЭМЗ): вертикальными электрическими с измерением кажущихся сопротивлений (ВЭЗ) и вызванных потенциалов (ВЭЗ-ВП), частотными зондированиями (ЧЗ), зондированиями становлением поля (ЗС) и др. Вторые разведываются различными модификациями электромагнитного профилирования (ЭМП), ядерными методами, реже гравиразведкой и магниторазведкой.

ФГМ и ФГГМ бывают априорными и интерпретационными. По мере повышения детальности работ, расширения числа методов и в ходе комплексной интерпретации представления о виде и параметрах ФГМ и ФГГМ меняются, уточняются. Сами модели становятся основой для построения окончательных геолого-геофизических разрезов и карт.

Назад| Вперед