ФГУП НПЦ «Недра» Ярославль 2002 г. Гравитационная и магнитная томография (ГМТ) геологических сред

Целевое назначение: Восстановление геологической структуры среды и обнаружение залежей полезных ископаемых Решаемые геологические задачи: Выделение типовых литостратиграфических, петрографических и тектонических единиц земной коры Реконструкция тектонических движений во времени и пространстве Определение формы и положения в пространстве феноменальных геологических объектов (расслоенных интрузий типа Бушвельд, трубок взрыва, щелочно- ультрабазитовых интрузий, импактных структур) Поиск месторождений твердых полезных ископаемых (руды черных и цветных металлов, алмазоносные кимберлитовые трубки и др.) Определение природы геофизических аномалий и геофизических границ, физических параметров геологическойц среды Обоснование глубоких структурных скважин (места заложения и создание объемных моделей) Цели и задачи ГМТ

Основные принципы ГМТ 2.1. прямой задачи для многогранника с полиномиально (X, Y, Z, XZ, YZ, Z 2 ) распределенной плотностью и произвольной намагниченностью; 2.2. обратных задач : а) линейной – на основе сильно переопределенных ( ) систем алгебраических уравнений б) нелинейной - на основе всевозможных интерактивных процедур 2.3. задачи формирования сплошной модели среды 1. Просвечивание среды, заполненной многогранниками произвольной формы, с определением плотности и векторов намагниченности. 2. Аналитическое решение 3. Лучевые представления

Основные принципы ГМТ 4.1 аномалии Буге и (или) магнитного поля в форматах (X,Y,Z); 4.2 топография местности; 4.3 обобщенные данные геологических съемок; 4.4 результативные материалы сейсморазведки – глубинные разрезы, структурные карты и др. в форматах (X,Z), (X,Y,Z); 4.5 данные структурного и поисково-разведочного бурения; 4.6 данные о ВЧР; 4.7 петрофизические данные. 4. Подготовка информации в форматах ГМТ

Основные принципы ГМТ Интерактивные и автоматизированные процедуры: а) включения новых, клонирования или деления прежних элементов, б) сгущения и перемещения триангуляционных узлов, в) перемещения или вращения, сжатия или расширения элементов, г) варьирования ограничений на линейные параметры и др. 5. Последовательные приближения Пример последовательного приближения - включение дополнительных элементов 1,2,3 сокращает ошибку аппроксимации магнитного поля. Наблюденное поле (а), промежуточный результат (б), окончательный результат (в)

Основные принципы ГМТ 6. Задание ограничений на линейные переменные В таблице: фрагмент файла ограничений на плотность Мончетундровской (1) и Мончегорской (28) расслоенных интрузий с мореной (32) и хромитами (56). На профиле: кривые поля g для элементов модели Мончегорского района. Ограничениями обеспечено обнаружение хромитов (56).

1. Аппроксимация поверхностей геологических тел (элементов модели) любым числом граней На примере: аппроксимация Хорейверской впадины (элемент модели Тимано-Печорского бассейна) Основные параметры модели: площадь – км 2 ; число элементов – 60; линейных переменных – 250; уравнений – 2600; нелинейных переменных – 10 4 Преимущества ГМТ

На примере: фрагмент модели Среднего Урала (район СГ-4) в плане. Контуры геологических тел - линии пересечения многогранников плоскостью Z=2.5 км Основные параметры модели: площадь – км 2 ; число элементов – 250; линейных переменных – 900; уравнений – ; нелинейных переменных – Непрерывность аппроксимации сложных геологических сред Преимущества ГМТ

3. Интерактивная оптимизация нелинейных переменных На примере: поиск оптимальных значений переменных по минимуму функций (Z) и ( ) для долеритового сила (1) - фрагмента магнитной модели Харьягинского месторождения. Преимущества ГМТ

4. Сокращение размерности задачи С помощью полиномиального задания плотности (X, Y, Z, XZ, YZ, Z 2 ) изучается внутреннее строение петрографических и литостратиграфических комплексов и обнаруживаются залежи полезных ископаемых, связанные с зональностью. На примере: Расслоенные интрузии (1) и (28) с хромитами (56). Балтийский щит. Архейские гнейсы Основные параметры модели: площадь – км 2 ; число элементов – 80; линейных переменных – 350; уравнений – 8 000; нелинейных переменных – 10 4 Преимущества ГМТ

5. Нормализация отсчета аномальных параметров и расчетных гравитационного (магнитного) полей На основе нормализации отсчета аномальных параметров для трех импактных структур: Попигайской (ПА), Карской (КА) и Пучеж- Катункской (ПКА) астроблем разного размера показана общность основных признаков: - разуплотнение пород в подкратерной полусфере; - полное разрушение намагниченности под дном кратеров; - образование новой намагниченности под центром кратеров. - ориентировка вектора J новообразованной намагниченности - по полю Земли в момент события. Преимущества ГМТ

Наглядность геологического представления результатов Магнитная томограмма в вертикальном сечении. Основные параметры модели: площадь – км 2 ; число элементов – 60; линейных переменных – 180; уравнений – ; нелинейных переменных – 10 4 Хорейверская впадина Тимано-Печорского бассейна. Преимущества ГМТ

7. Возможность эффективной фильтрации помех при поисках месторождений Обработка данных Та в районе Ломоносовского месторождения алмазов (Архангельская провинция). Фильтрация аномального поля (а) на базе редукции полем модели (b-план, с-разрез), позволяет выделить по остаточным аномалиям (d) тела алмазоносных кимберлитов. До фильтрации (а) видны только две структуры из семи. аbdc Основные параметры модели: площадь – 60 км 2 ; число элементов – 25; линейных переменных – 75; уравнений – ; нелинейных переменных ~ 10 4 Преимущества ГМТ

Предложения по опробованию ГМТ по проектам Коллисмаа и Оутокумпу По проекту Коллисмаа: исследование формы и зональности расслоенного изверженного комплекса, неоднородностей вмещающей среды; картирование тектонических нарушений (сдвигов, сбросов), участвующих в деформации интрузий Коллисмаа; локализация зон, перспективных на нахождение титано-магнетитовых, хромовых, сульфидных руд и благородных металлов. По проекту Оутокумпу : реконструкция рудного поля до глубины 8-10 км, включая магматические комплексы и докембрийские протоофиолиты; картирование тектонических нарушений и поиск возможного продолжения протоофиолитов в смежных районах Балтийского щита.

Заключение ГМТ нашла применение при решении многих геологических задач в России Использование ГМТ может оказаться полезным при решении аналогичных задач по изучению глубинного строения земной в различных обстановках.