Лекция №4 - Геологический портал GeoKniga
реклама
Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых Лекция 4 Гравиразведка (часть 2) Принципы действия и основные х-ки гравиметров Типы гравиметрической аппаратуры • Гравиметрическая аппаратура по назначению разделяется: 1) Для измерения абсолютных значений силы тяжести; 2) Для измерения относительных изменений силы тяжести; 3) Для измерений градиентов силы тяжести. • Измерения абсолютных значений выполняется в редких случаях (в лабораториях). Аппаратура громоздкая (сотни кг) и в практике гравиразведки не используется. • Относительные измерения силы тяжести – производится определение приращения Δg по отношению к какому-то известному значению. • Измерения выполняются динамическими и статическими методами. Динамические методы относительных измерений силы тяжести • Динамических методы: - качание маятника, - падение тел, - колебания упругих нитей. • Движение маятника описывается законом: l T g Период колебаний не зависит от амплитуды – изохронность. Измерив периоды колебаний в точке опорной сети (где известно g0) и в изучаемой точке “i” можно определить T02 gi g0 2 Ti Маятник • Компенсация силы тяжести грузика с массой «m» выполняется за счет упругости жидкости или газа, а также электрическими, магнитными или механическими силами. • Широко применяются механические пружинные системы. Под де6йствием веса (mg) пружина растягивается и достигает равновесия при l-длина пружины m g t l t-коэф. упругости пружины Абсолютные значения этим способом определить трудно. Поэтому измеряют относительные изменения поля силы тяжести относительно известного значения в опорной точке. m g 0 t l0 g m gi t gi t m l Статические методы Гравиметры “La Coste” “Rombler” Гравиметры • Основными приборами для выполнения относительных измерений силы тяжести являются гравиметры. • Сейсмограф Голицина - это высокоточные пружинные весы, на которых взвешивается груз с постоянной массой, мерой измерения является деформация кварцевой пружины, скрепленной с этим грузом. метод измерения – компенсационный: сила тяжести компенсируется силой натяжения измерительной пружины, с помощью которой маятник возвращают в исходное (горизонтальное) положение. Показания снимают с микометрического устройства. Учет внешних воздействий на гравиметр 3) Нелинейное смещение во времени «нуль-пункта». Вызвано различными условиями • Прибор очень чувствителен к внешнему транспортировки (систематические и воздействию: случайные). 1) Учет влияния температуры (до 120мгл/град ) Это главная погрешность. Ее - прибор помещают в сосуд Дьюара, а тот – в устранение обеспечивается системой теплоизолирующий корпус, наблюдений с возвратом на исходный пункт опорной сети с известным - используется «линейный температурный уровнем поля. компенсатор (доп рамка, которая под действием температуры стремится повернуть измерительную рамку в обратную сторону), - используется устройство нелинейной компенсации температурного влияния. Суммарно температурный коэфф. до 0.2 мгл/град. 2) Учет влияния барометрического давления. - чувствительная система помещается в герметическую камеру, - Устанавливается барометрический компенсатор (на противоположном грузу конце рычага помещают полый груз, т.о. чтобы его объемный момент был равен Vm rm Vb rb объемному моменту груза. Современные гравиметры (Burris Gravity Metertm). • Современные гравиметры обеспечены включают сенсор, электронику, компьютер, батарею (12-14 часов): - Микропроцессор с автоматическим считыванием и записи показаний прибора и контролем ошибок, - Система выравнивания гравиметра, - Металлическая измерительная пружина (новая – 1 мгл/месяц). - Погрешность стандартного гравиметра -0.05 мгл, высокоточного – до 0.0002 мгл. - Вес – около 8 кг. - Easy for students and sophisticated for experts. Масштабы и типы гравиметрических съемок • Гравиметрическая съемка - измерения силы тяжести в отдельных пунктах и на площадях исследований с целью получения картины распределения гравитационных аномалий. • По масштабу исследований и решаемым задачам: - региональные съемки – геол.структурные и прогнозно-минерагенич. задачи. - детальные съемки – поиски МПИ, моделирование структур и рудных объектов. • По расположению точек измерения: - профильные, - площадные. • По расположению приборов относительно дневной пов-ти: - наземные, - подземные, - аэро (приборы часто струнные, велика погрешность измерения 1.5-2 мгл – значительно больше наземной). • Гравиметрические съемки осуществляются рейсам. • Рейс – совокупность последовательных наблюдений, объединенных общим учетом смещения «нуль-пункта». Опорные сети • Опорные сети (ОС) создаются для объединения разрозненных наблюдений в единую систему. - ОС I класса – охватывают всю территорию бывшего СССР. Созданы специализированными организациями. Расстояние между пунктами ОП 200-500 км. Ср. кв.погр-ть 0.1-0.15 мгл. - ОС II класса – детализация ОС I класса Созданы специализированными организациями. Расстояние между пунктами ОП 100-300 км. Ср. кв.погрть 0.2. - ОС III класса – создаются перед началом съемки силами гравиметрической партии, выполняющей работы. - хотя-бы один пункт (ОП) – привязан к ОП I или II класса, - рейс, содержащий равномерно расположенные точки рядовых наблюдений, должен захватывать 2-3 ОП. - в зависимости от масштаба работ, расстояние между ОП III класса составляет 1-20 км. - наблюдения на ОС III класса выполняется замкнутыми рейсами. ОС имеет повышенную (не менее чем в 2 раза) точность в сравнении с рядовой сетью. 1. Рейс с однократными наблюдениями. Наблюдения выполняются на прямомНаблюдения на рядовых ходе. Рейс должен охватывать не менее 3пунктах х ОП (в том числе одного и того же). 2. Рейс с повторением наблюдений во время прямого и обратного ходов. На обратном ходе повторяется от 30% до 100% наблюдений. 3. Густота сети наблюдений зависит от м-ба съемки, х-ра поля, размеров и глубины объектов изучения (обычно 2-10 мм в мбе карты). Наименьшие аномалии, представляющие интерес, д.б. охарактеризованы не менее чем 3-я точками. Шаг – в 2-3 раза меньше глубины объекта исследований. 4. Направления профилей – вкрест простирания доминирующих стр-р. 5. Расстояния между профилями – в 3-5 раз меньше предполагаемой длины разведываемых объектов (1 см в м-бе карты). Интерпретация гравитационных аномалий • Геол.интерпретация грав. аномалий – выявление закономерностей их распространения на дневной пов-ти, установление взаимосвязей этих закономерностей с геологическими объектами и процессами, использование выявленных связей для решения различных геологических задач. • Качественная интерпретация – установление взаимосвязей гравитационных аномалий с индикаторными комплексами пород или структурнотектоническими элементами, которым аномалии обязаны своим происхождением (выполняется в условиях ограниченной априорной информации). Принципы - привлечение априорной информации (геол картирование, тектоника, геодинамика и др). - комплексирование с данными других геофизических методов, Результаты - установление геол факторов, определяющих формирование аномалий, - выделение аномалий для количественной интерпретации, - определение мест постановки дополнительных работ, - геологическое картографирование. Приемы качественной интерпретации гравитационного поля • Как объяснить изменение формы гравитационных аномалий от профиля к профилю? • Следует оценить площадь аномалии (между кривой наблюденного поля и осью абсцисс) – она не изменяется. • Следует оценить расстояния между точками Uz1/2 – они не изменяются. • Аномальный источник не изменяется по массе и глубине заложения. Происходит изменение угла падения пласта от профиля к профилю. а) б) Как объяснить изменение формы гравитационных аномалий от профиля к профилю? Следует оценить площадь аномалии (между кривой наблюденного поля и осью абсцисс). Если площади примерно равны происходит изменение глубины залегания аномального источника. Как объяснить смещение гравитационных аномалий по системе профилей? • • • • Следует оценить площадь аномалии (между кривой наблюденного поля и осью абсцисс) – она не изменяется. Следует оценить расстояния между точками Uz1/2 – они не изменяются. Следует провести линеаментный анализ аномалий. Если площади аномалий примерно равны, их морфология не изменяется, а линеаментный анализ указывает на смещение аномальной зоны, можно предполагать наличие разрывного нарушения вкрест простирания аномалии. Как объяснить следующую картину распределения гравитационных аномалий по системе профилей? • Следует оценить площадь аномалии (между кривой наблюденного поля и осью абсцисс) – она не изменяется. • Следует оценить расстояния между точками Uz1/2 – они не изменяются. • Следует провести линеаментный анализ аномалий. • Если площади аномалий примерно равны, их морфология не изменяется, а линеаментный анализ отрисовывает дугообразную структуру можно говорить об изменении направления простирания аномального источника. Интерпретация гравитационных аномалий •Количественная интерпретация – определение структурных и вещественных параметров геологических объектов (глубина залегания, морфология, избыточная плотность, эффективная масса) на основе специализированных математических алгоритмов. Обратная задача – вычисление по распределению гравитационного поля параметров геологического объекта) Прямая задача – вычисление гравитационной аномалии по заданному распределению аномальных масс (предполагается, что известны избыт. плотность, форма, размер тела). Обратная задача Задано аномалия Найти – параметры аномального объекта Прямая задача Вычислить гравитационную аномалию Заданы – параметры аномальных объектов Приемы количественной интерпретации гравитационного поля Эквивалентные по аномальному эффекту модели • Теоретически в общем случае решение обратной задачи неоднозначно: по заданному распределению аномалий гравитационного поля и его производных нельзя однозначно определить распределение избыточных плотностей. • Это вызвано феноменом ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ моделей по аномальному эффекту! Методы решения обратной задачи гравиметрии • Используются: а) Аналитические выражения для аномалий от тел простой формы, б) Компьютеризированные математические алгоритмы оценки отдельных параметров аномальных источников (методы особых точек и сингулярных источников). Использование аналитических выражений для аномалий от тел простой формы Материальная точка, сфера. (плутоны, соляные купола, рудные тела изометричной формы) M h Uz k 3 r h 1.33 x 1 2 U zmax h 2 M k Только если мы знаем можно рассчитать r 3M 3 r 4 Использование аналитических выражений для аномалий от а) тел простой формы Пласт малой мощности • а) Форма аномалии указывает на возможность ее аппроксимации крутопадающим пластом малой мощности (пласты, дайки, рудные жилы). - Для таких объектов можно оценить глубину верхней кромки: h 0.7 x 1 2 (*) • б) Форма аномалии указывает на наличие наклонного пласта. Падение пласта – в сторону более пологой ветви. Для оценки глубины залегания верхней кромки можно использовать ф-лу (*). б) Использование аналитических выражений для аномалий от тел простой формы Тела неправильной формы • Какие оценки можно выполнить по аномалиям от тел неправильной формы? • Без привлечения априорной геологической информации оценивается глубина верхней кромки: 0.86 Uzmax h Uz x max Использование аналитических выражений для аномалий от тел простой формы Методы особых точек и сингулярных источников Тела имеют правильную геометрическую форму. Для таких тел можно найти аналитическое выражение гравитационной аномалии, связанное с параметрами тела – некоторыми характерными точками. В общем случае при решении обратной задачи находят некоторую совокупность параметров, описывающих гравитационное поле изучаемых аномальных масс. Эта совокупность параметров определяет координаты и некоторые другие х-ки т.н. «ОСОБЫХ ТОЧЕК», которые связаны с параметрами аномальных масс однозначно. Методы решения прямой задачи гравиметрии а) Физико-геологическое моделирование, б) Аппроксимационные методы (решение обратных задач способами решения прямых задач). в) Способы аналитического продолжения поля в нижнее полупространство. • В геологической практике на основе всестороннего анализа геологической информации на параметры изучаемых источников накладываются определенные ограничения Составляется упрощенная физикогеологическая модель, параметры которой и оцениваются по гравитационному полю. • Допущения: 1) Изучаемые геологические объекты имеют постоянную плотность. 2) Тела двумерные (2D) – имеют бесконечные по простиранию размеры. В природе таких не существует, но имеются протяженные – ошибки вызываются небольшие. Это допущение принципиально при решении обратных задач. При решении прямых задач мы можем применять способы «2.5D» и даже «3D». Физико-геологическое моделирование 1) - 2) Способы «аналитического продолжения полей в нижнее полупространство и аппроксимационный способ расчета псевдоплотностного разреза»; Трёхмерное моделирование структурно-вещественных неоднородностей верхней части земной коры по результатам обработки гравитационного и магнитного полей РЕГУЛЯРНАЯ СИСТЕМА, «ПСЕВДОПЛОТНОСТНЫХ» И «ЭФФЕКТИВНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ» РАЗРЕЗОВ ВЕРХНЕЙ КОРЫ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МОРФОЛОГИИ ОСАДОЧНОГО СЛОЯ (PZ3-MZ) РЕГУЛЯРНАЯ СИСТЕМА ИНТЕРПРИТАЦИОННЫХ РАЗРЕЗОВ ВЕРХНЕЙ КОРЫ
