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: Период колебаний не зависит от амплитуды – изохронность. Измерив периоды колебаний в точке опорной сети (где известно g 0 ) и в изучаемой точке i можно определить Маятник

Статические методы 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 коэф. упругости пружины Абсолютные значения этим способом определить трудно. Поэтому измеряют относительные изменения поля силы тяжести относительно известного значения в опорной точке. 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 Прибор очень чувствителен к внешнему воздействию: 1) Учет влияния температуры (до 120мгл/град ) - прибор помещают в сосуд Дьюара, а тот – в теплоизолирующий корпус, - используется «линейный температурный 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 объемному моменту груза. 3) Нелинейное смещение во времени «нуль-пункта». Вызвано различными условиями транспортировки (систематические и случайные). Это главная погрешность. Ее устранение обеспечивается системой наблюдений с возвратом на исходный пункт опорной сети с известным уровнем поля.

Современные гравиметры (Burris Gravity Meter tm ). 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 мгл, высокоточного – до 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 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 км. Ср. кв.погр-ть мгл. -ОС II класса – детализация ОС I класса Созданы специализированными организациями. Расстояние между пунктами ОП км. Ср. кв.погр- ть 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.

Наблюдения на рядовых пунктах 1. Рейс с однократными наблюдениями. Наблюдения выполняются на прямом ходе. Рейс должен охватывать не менее 3-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 м- бе 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 структурно- тектоническими 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

Следует оценить площадь аномалии (между кривой наблюденного поля и осью абсцисс) – она не изменяется. Следует оценить расстояния между точками Uz 1/2 – они не изменяются. Аномальный источник не изменяется по массе и глубине заложения. Происходит изменение угла падения пласта от профиля к профилю. Как объяснить изменение формы гравитационных аномалий 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 Uz 1/2 – 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 Uz 1/2 – 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.

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). Интерпретация гравитационных аномалий 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)

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: 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 (*). Использование аналитических выражений для аномалий от тел простой формы (*) а) 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:

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.

Физико-геологическое моделирование В геологической практике на основе всестороннего анализа геологической информации на параметры изучаемых источников накладываются определенные ограничения Составляется упрощенная физико- геологическая 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». 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 ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МОРФОЛОГИИ ОСАДОЧНОГО СЛОЯ (PZ3-MZ) РЕГУЛЯРНАЯ СИСТЕМА, «ПСЕВДОПЛОТНОСТНЫХ» И «ЭФФЕКТИВНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ» РАЗРЕЗОВ ВЕРХНЕЙ КОРЫ РЕГУЛЯРНАЯ СИСТЕМА ИНТЕРПРИТАЦИОННЫХ РАЗРЕЗОВ ВЕРХНЕЙ КОРЫ