4.2 Анализ магнитных данных Эльбрусского вулканического центра
Различают качественную, количественную и геологическую интерпретацию магниторазведочных данных [28]. Под качественной интерпретацией понимают анализ магнитометрических данных с целью их описания, классификации аномалий, районирования и приблизительной оценки аномалий. Количественная интерпретация - это совокупность приемов определения формы, глубины залегания и магнитных свойств магнитовозмущающих тел. Геологическая интерпретация имеет целью связать магнитные аномалии и выделенные магнитовозмущающие тела с геологическим строением района. Главными методами качественной интерпретации являются: визуальный анализ; пересчеты полей с помощью ЭВМ или вручную на другой уровень наблюдений (вверх или вниз).
Качественную интерпретацию начинают с оценки достоверности выделения магнитных аномалий на картах и графиках. Обычно выделяют, как менее вероятные, одноточечные и однопрофильные аномалии. Малодостоверными являются также аномалии, оконтуренные одной изолинией, а также малой интенсивности, не коррелирующиеся между профилями. На этапе качественной интерпретации рекомендуется строить «розы» простирания изолиний, оценивать контрастность и дифференцированность поля. Следует также проверить правильность выполнения магнитной съемки. В частности, выдерживалось ли требование перпендикулярности профилей господствующему простиранию геологических объектов, расположенных на изучаемой территории. Если профили расположены под острым углом к простиранию, возможно искажение плана изодинам. Особенно это будет иметь значение при наличии в районе работ маломощных вытянутых тел. Графики ∆Z и ∆T при этом будут растянуты по оси. Для построения карты изодинам необходим учет сведений о простирании геологических объектов, форме и условиях их залегания, геометрии и расположении в пространстве сети наблюдений и др.
Одним из результатов качественной интерпретации магнитометрических материалов является построение интерпретационных профилей. Если оказывается, что имеющиеся профили не могут использоваться в качестве интерпретационных (неудачное направление, недостаточные густота сети или точность съемки), выполняются наблюдения по специально разбитым профилям.
При качественной интерпретации много внимания доложено уделяться изучению формы аномалий и характеру их сочетаний. По характеру распределения магнитные поля могут быть мозаичные, линейно-вытянутые или смешанные. Первые характерны для платформенных, вторые - для складчатых областей, третьи - для районов со сложной историей развития и строения.
Природу магнитных аномалий определяют методом аналогии, в частности, путем сравнивания карт изодинам с геологической картой района. При этом изучают форму, размеры, простирание, интенсивность и знак аномалий, так как эти характеристики отражают форму, магнитные свойства и положение в пространстве геологических тел.
Учитывая, что любое намагниченное тело имеет два полюса, в принципе не существует только положительных или только отрицательных магнитных аномалий. Каждая из них включает как Положительную, так и отрицательную компоненты. Однако в ряде случаев интенсивность соответствующей компоненты может быть по величине соизмерима с ошибкой съемки и поэтому не регистрируется. Как правило, среди локальных аномалий ∆Z, ∆T, зарегистрированных на территории СССР, преобладают положительные. Однако в целом ряде случаев встречены также интенсивные отрицательные магнитные аномалии. Анализ многих из них показал, что они вызываются обратнонамагниченными геологическими объектами, когда естественная остаточная намагниченность этих образований по направлению противоположна нормальному магнитному полю Земли. Отрицательная аномалия может также вызываться тем, что обратная (или отрицательная) остаточная намагниченность аномалиеобразующего объекта существенно превышает по модулю индуцированную намагниченность.
Следовательно, знак и интенсивность магнитных аномалий определяется не только величиной магнитных свойств их источников. Более устойчивым признаком является форма магнитных аномалий.
По форме магнитные аномалии ∆Z подразделяются на изометричные и вытянутые. Изометричные аномалии образуются над столбообразными, шаровидными и другими телами, чья проекция на земную поверхность имеет в первом приближении форму круга. Если аномалии без окаймляющего отрицательного поля, то они вызваны телами, нижняя кромка которых в 5-6 раз и более превышает глубину до верхней кромки. Если же они окружены отрицательным полем, то глубина распространения тела, как правило, невелика. Такие аномалии характерны для сферических (гнездообразных) залежей и штокообразных, ограниченных на глубину тел.
В группу вытянутых относят аномалии ∆Z, длина которых превышает их ширину. Они могут быть как с минимумами, так и без них, симметричными или несимметричными. В первом случае тела имеют вертикальное падение, во втором - наклонное. Причем менее крутая ветвь кривой соответствует падению тела (при условии вертикального намагничивания).
Магнитовозмущающими объектами для аномалий вытянутой формы являются пласты различного распространения на глубину, горизонтальные цилиндры. Геологически это жилы, контакты, сбросы и др. Вытянутые аномалии с двусторонними минимумами Za создаются горизонтальными, с различной формой поперечного сечения (пастообразные, линзообразные, жилообразные) телами, ограниченного распространения на глубину. Симметричные относительно вертикальной оси, вертикально намагниченные тела (пласт, круговой цилиндр) создают симметричные графики Za. Соответственно асимметричные аномалии следует связывать с наклонными пластами, а также телами, поперечное сечение которых имеет неправильную форму. Следует помнить также, что косо намагниченные объекты нередко создают асимметричные аномалии. А поскольку наклонение для территории России изменяется от 86° на севере до 53° на юге, намагничивающее поле, строго говоря, никогда не является вертикальным. Особенно сильно это сказывается для горных пород, обладающих большими значениями магнитной восприимчивости. Для вытянутых тел, имеющих меридиональное простирание, в первом приближении можно сказать, что Ti всегда вертикален, так как его проекция на плоскость поперечного сечения вертикальна. Тела же с широтным простиранием характеризуются наибольшим отклонением Ti от T0, следовательно, для таких объектов наиболее вероятно косое намагничение.
Неглубокозалегающие тела имеют более четкие аномалии с большими градиентами по горизонтали и вертикали. Глубокозалегающие объекты создают на поверхности Земли широкие плавные аномалии с малыми градиентами, причем ширина аномалии с увеличением глубины залегания увеличивается пропорционально глубине до центра тела.
На практике редко приходится иметь дело с так называемыми «чистыми» аномалиями. В большинстве случаев мы получаем суммарный эффект от взаимодействующих тел на глубине. Разделение их влияния в известной степени может быть осуществлено путем пересчета аномалии (трансформации) вверх или вниз различными методами (дифференцирование данных, осреднение и пр.).
При пересчете вниз мы изучаем поле в приближении к источнику, акцентируя внимание на локальных аномалиях. При пересчете вверх производится сглаживание, локальные аномалии нивелируются, и акцентируется внимание на региональных аномалиях.
Методика количественной интерпретации включает решение прямой и обратной задач. Под прямой задачей магниторазведки понимается нахождение аномалии от выбранного (заданного) тела с определенными формой, размерами, положением в пространстве, магнитными свойствами. Прямая задача решается однозначно.
Обратная задача состоит в определении размеров, формы, положения в пространстве магнитных тел по экспериментально полученным данным изучения магнитного поля. Решения этой задачи всегда неоднозначны.
Прямую задачу в магниторазведке решают либо аналитически, либо графически.
Аналитический способ применяют, если заданный источник поля может быть заменен (уподоблен) геометрически правильным телом, ограниченным плоскими границами (пластина, куб, параллелепипед и т. д.) или одной из поверхностей второго порядка (цилиндр, шар и т. д.).
Графический способ применяют в двух случаях: когда аналитический расчет по уравнениям Za и Hа громоздок; когда заданное тело имеет неправильную форму и не может быть аппроксимировано простейшим телом. В этом случае расчет ведется с помощью номограмм (палетки Микова, Юнькова, Тяпкина, Непомнящих и др.).
Решение обратной задачи может быть осуществлено разными способами: способом характерных точек, способом касательных, способом сравнения полевых кривых с теоретическими, способом подбора и др.
В способе характерных точек используются связи координат некоторых характерных точек кривой (точка перехода через О, абсцисса полумаксимума кривой, точки max или min кривой) с параметрами тела - глубиной его залегания, размерами и т. д.
Способ сравнения с палеточными кривыми используется для интерпретации аномалий от тел правильной формы.
Способ подбора сводится к подбору такого тела, рассчитанная аномалия от которого совпала бы с наблюденной кривой. В связи с использованием ЭВМ способ получил широкое применение, так как облегчает подбор модели. Эффективность способа возрастает, если намагниченность тела заранее известна.
Весь ход количественной интерпретации сводится к нескольким операциям. По данным качественной интерпретации производится предварительный выбор модели: а) выбирается способ интерпретации; б) вычисляются параметры магнитовозмущающих тел; в) уточняется выбранная модель; г) проверяется правильность решения; д) осуществляется решение прямой задачи по полученной модели и сопоставляются экспериментальная и вычисленная кривые. Если ожидаемого совпадения не получилось, необходимо уточнить модель.
Современный уровень интерпретации магниторазведочных данных предполагает использование целых автоматизированных систем. Они позволяют выполнять обработку, контроль входной информации, ввод данных на ЭВМ и их обработку, а также накопление данных во внешней памяти ЭВМ и выдачу результатов в виде таблиц, графиков, карт.
Быстрый прогресс в области разработки магниторазведочной аппаратуры, обработки и использования получаемых результатов увеличивает возможности метода при решении разнообразных геологических задач.
Магниторазведочные работы в настоящее время успешно используются во всех видах геологических исследований - от региональных работ и мелкомасштабного геологического картирования до эксплуатационной разведки месторождений.
На стадии региональных съемок магнитные карты широко используются для тектоничного районирования, мелко- и среднемасштабного геологического картирования. При геологическом картировании платформенных областей магниторазведка позволяет изучать кристаллический фундамент. По этим данным вычисляют глубину его залегания, выявляют основные черты рельефа поверхности погребенного фундамента, выделяют глубинные разломы. Магниторазведка позволяет выявлять интрузивные и эффузивные образования осадочного чехла платформы.
В складчатых областях с помощью магниторазведки оконтуривают и прослеживают магнитные породы, ее используют для изучения факторов, контролирующих размещение полезных ископаемых.
На этапе среднемасштабных магнитных съемок выявляются крупные железорудные месторождения.
При поисках нефти и газа кроме решения геологосъемочных задач магниторазведка в некоторых случаях позволяет выделить зоны дислокации платформенного чехла, обнаруживать соляные купола. В ряде случаев удается обнаружить погребенные грязевые вулканы. Отмечаются случаи приуроченности крупных месторождений нефти к отрицательной части локальных магнитных аномалий в платформенных областях. В ряде случаев, наоборот, удается выявить нефтегазоносные структуры, обогащенные магнетитом.
При крупномасштабных геологических работах в рудных районах магнитная съемка позволяет картировать основные и ультраосновные породы, а также образования, обогащенные магнитными минералами, выявлять и оконтуривать зоны околорудных изменений пород. В ряде случаев удается расчленить и прокоррелировать осадочные породы. Для некоторых рудных и нерудных месторождений (никеля, хрома, титана, бокситов и др.), цветных, редких и благородных металлов (свинец, олово, россыпное золото, платина и др.) магниторазведка может в благоприятных случаях также рассматриваться в качестве поискового метода.
Этим перечнем не ограничивается область использования магнитного метода разведки. Большие возможности имеет магниторазведка при геологическом картировании, решении задач инженерной геологии, гидрогеологии, археологии и геофизики.
Большой объём полезной информации получается при анализе вариаций магнитного поля. На рисунке 10 показана магнитограмма сигналов с характерной квазипериодической формой, которые обычно наблюдаются перед сильными сейсмическими событиями. Через 8 часов произошло землетрясение в районе острова Ява, Индонезия.
Параметры землетрясения:
date= 02-Сен-2009 07:55:00.0 lat= -7.76 lon= 107.53
depth= 60km ms: 7/27 mb: 7.1/33
Рисунок 10 - Магнитные сигналы перед землетрясением.
Интересные данные получены во время землетрясения на Западном Кавказе, которое произошло в 150 км от на Верхнее - Кубанского полигона. Параметры землетрясения:
date= 07-Сен-2009 22:41:34.9 lat= 42.63 lon= 43.33
depth= 10km ms: 6.1/25 mb: 6.1/24
Вариации магнитного поля Земли, данные наклономерной станции, дополненные показаниями сейсмоакустической станции во время этого события приведены на рисунке 11.
Рисунок 11 - Магнитограммы, показания наклономерной станции и сейсмоакустической станции во время сейсмического события, произошедшего на Западном Кавказе и зарегистрированного на Верхнее - Кубанском полигоне.
|
