Лабораторная работа №3. Количественная интерпретация гравитационных аномалий

Цель работы: Познакомится с методами количественной интерпретации в гравиразведке.

Введение

1. Общие положения. Определение глубины, формы, размеров и точного местоположения геологических тел, создающих наблюденные аномалии, составляет основную цель количественной (расчетной) интерпретации, основанной на методах решения обратной задачи гравиразведки.

Решение обратной задачи неоднозначно, так как одинаковые аномалии силы тяжести могут быть созданы геологическими объектами разной формы, размеров и плотности, поэтому необходимо иметь сведения о плотностном разрезе района и общем геологическом строении (например, вероятной форме разведываемых объектов).

Методы решения обратной задачи гравиразведки принято подразделять на прямые, в которых элементы залегания гравитирующих масс определяются непосредственно по картам и графикам (или вторых производных потенциала), и косвенные, когда наблюденные аномалии сравниваются с набором теоретически рассчитанных аномалий над определенными объектами, и методом последовательных приближений добиваются наилучшего совпадения полей. Это позволяет перенести геометрические и физические параметры моделей на реальные геологические среды.

Прямые методы решения обратной задачи используются для интерпретации простых, изолированных аномалий которые можно аппроксимировать как аномалии, созданные телами простой геометрической формы. К ним относят аналитические методы, и в частности самый простой из них - метод характерных точек.

Косвенные методы, применяемые для обработки как простых, так и сложных аномалий, основаны на применении ЭВМ.

Интерпретация материалов съемки вторых производных потенциала позволяет уточнить интерпретацию локальных аномалий. Рассмотрим приемы интерпретации карт и графиков аномалий силы тяжести в редукции Буге.

2. Прямые методы характерных точек. Сущность метода характерных точек для количественной интерпретации отдельных четких аномалий Буге гравиметровых съемок сводится к следующему.

На наблюденной или трансформированной карте выделяется отдельная (региональная или локальная) аномалия. Строго через ее центр перпендикулярно простиранию изолиний строится график . Иногда вкрест полученных аномалий проводятся более точные и детальные полевые работы для получения интерпретационных графиков.

Если на карте имеются изометрические аномалии (длина и ширина отличаются не более чем в 2 - 3 раза), то, исходя из общего геологического строения района, их аппроксимируют шаром или вертикальным столбом.

Шарообразными геологическими объектами можно считать те, которые имеют форму, близкую к изометричной, например брахиантиклинальные или брахисинклинальные складки, куполовидные структуры, массивные изометрические рудные залежи и т.п.

За вертикальный столб можно принять столбообразно вытянутые объекты с мало отличающимися длиной и шириной и глубоко залегающей нижней кромкой (нижняя кромка располагается на глубинах в 5 - 10 раз больших, чем верхняя). Примером таких геологических структур могут быть диапировые складки, соляные купола, кимберлитовые трубки, штокообразные рудные или кварцевые залежи и т.п.

Если на карте наблюдаются вытянутые аномалии (длина более чем в 3 - 6 раз превышает ширину), то создающие их геологические объекты могут быть аппроксимированы бесконечно длинным цилиндром или пластом. Это могут быть вытянутые, горизонтально (или полого) расположенные геологические объекты, поперечное сечение которых мало меняется (антиклинальные и синклинальные складки, линзообразные залежи полезных ископаемых, пласты и т.п.).

При наличии на карте зон резких градиентов силы тяжести, т.е. участков, где изолинии почти параллельны, а интенсивность поля монотонно возрастает (или убывает), их можно аппроксимировать уступом (сбросом).

Для перечисленных моделей простой геометрической формы количественная интерпретация методом характерных точек дает следующие результаты. Центр тела, создавшего аномалию, располагается под максимумом за исключением уступа, который располагается там, где аномалия равна половине максимума. Абсцисса максимума (или для уступа) принимается за начало координат, а слева и справа от нее находятся абсциссы точек, для которых равно (для уступа ). Зная величины (см. рис. 1.3 - 1.4), можно определить глубину залегания или центра возмущающего тела (для шара, цилиндра), или верхней кромки (для столба), или середины высоты уступа (для сброса) с помощью таблицы 1.2, полученной из (1.3.1).

Таблица 1.2 – Глубины залегания возмущающих тел

Аппроксимируемый объект	шар	цилиндр	столб	уступ
Глубина залегания

Определив , можно найти избыточную массу . Зная из посторонних источников (например, по данным измерений плотности образцов пород, взятых из керна скважин или обнажений) избыточную плотность, можно по избыточной массе рассчитать поперечные размеры разведываемых тел. Большинство отдельных аномалий, наблюдаемых на гравиметрических картах, с той или иной степенью приближения может быть отнесено к рассмотренным выше типичным аномалиям.

Результаты количественной интерпретации этим методом будут близки к истинным (с точностью до 10 - 20%), если имеется площадное распределение аномалий (получены карты ), возмущающие массы близки по форме к телам перечисленной простой геометрической формы, расстояния между отдельными геологическими неоднородностями превышают их размеры и известна избыточная плотность. Однако если эти условия не выполняются, то методы характерных точек позволяют оценить глубины и полную аномальную массу лишь приближенно (с погрешностью до 30% и больше).

3. Косвенные методы интерпретации сложных аномалий.

При интерпретации сложных гравитационных аномалий, с которыми приходится иметь дело в практике гравиразведки, используются косвенные методы подбора. В них наблюденные аномалии сравниваются с теоретическими, полученными сначала для тел простой геометрической формы, а затем для все более точных моделей. При полном совпадении наблюденного графика или даже карты с теоретическими можно получить параметры для количественной интерпретации фактических материалов (координаты центров тяжести, избыточные массы и др.). Эти методы основаны на громоздких аналитических расчетах с использованием ЭВМ.

Существуют различные ускоренные оценочные приемы интерпретации сложных аномалий. Наибольшая глубина залегания верхней кромки возмущающих масс может быть получена по формуле:

где - коэффициент, меняющийся от 0,7 для вытянутых до 0,9 для изометрических тел; и - максимальная аномалия силы тяжести и максимальный горизонтальный градиент снятые по графику проходящему вкрест простирания структур.

Избыточная масса может быть определена по формуле где - аномалия силы тяжести (в мГал) на некоторой площади (в м²). Суммирование проводится по всей площади , на которой выявлено аномальное гравитационное поле.