Лекция №4 - Геологический портал GeoKniga

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