Качественная интерпретация аномалий магнитного

Поля

Выбор методов интерпретации магнитных аномалий делается на основе изучения характера аномалий на картах магнитного поля (рис. 8.1). По их форме и направлению устанавливается простирание геологических объектов. Аномалии изометрической формы соответствуют, как правило, изометрическим в плане геологическим объектам, подобным шару или крутопадающему штокообразному телу типа вертикального кругового цилиндра. Линейно вытянутые аномалии обычно связаны со складками и телами платообразной формы.

По интенсивности аномалий можно судить о вещественном составе изучаемых объектов, но для этого необходимо предварительно иметь данные о магнитных свойствах горных пород района исследования.

Предварительная оценка глубины залегания верхней кромки намагниченных тел проводится по ширине аномалий, как правило, она не превышает размеры аномалии. С глубинными объектами обычно связаны широкие аномалии с пологими крыльями, и, наоборот, неглубоко залегающие тела характеризуются в магнитном поле более узкими, контрастными аномалиями с большим горизонтальным градиентом поля.

По наличию и относительной величине минимумов, сопутствующих в некоторых случаях положительным аномалиям, можно качественно судить о распространении намагниченного объекта на глубину. Асимметрия графиков аномального поля свидетельствует о наклонном залегании тел или об их косой намагниченности.

По комплексу этих признаков можно с достаточной степенью достоверности делать предположение о форме тела. По аномалиям вертикальной составляющей напряженности магнитного поля устанавливают следующие особенности намагниченных объектов:

1.Изометрические аномалии Z без заметных минимумов на периферии могут быть связаны с вертикально намагниченными телами, уходящими на значительную глубину и имеющими столбообразную форму, подобную тонкому вертикальному круговому цилиндру или тонкой вертикальной призме. Такие же аномалии с минимумами на периферии аномального графика отмечаются при небольшом распространении на глубину источника аномалии. Такая аномалия в большинстве случаев может быть принята за изометрическую залежь, подобную шару.

2.Линейно вытянутые аномалии без минимумов Z могут быть связаны с вертикальными пластообразными телами, намагниченными по падению и погруженными нижним концом на большую глубину.

3.Линейно вытянутые аномалии Z с двухсторонними минимумами связаны телами, подобными горизонтальному цилиндру или вертикальному пласту конечной глубины при большой его протяженности по оси у. Длина аномалии должна превышать ее поперечные размеры в 4-10 раз. При вертикальной намагниченности объектов графики Z будут симметричными.

4.Несимметричные графики Z с двухсторонними минимумами характерны для тел ограниченного распространения на глубину, имеющих несимметричное относительно вертикальной оси сечение или косое намагничение. При вертикальном намагничении тел такие аномалии наблюдаются над наклонными пластообразными телами конечной глубины.

5.Несимметричные графики Z содносторонним минимумом могут характеризовать либо наклонный пласт значительной мощности и очень большого распространения на глубину, либо контакт или сброс.

В процессе интерпретации для полного геологического истолкования магнитных данных составляются карты осей аномалий, которые на основе корреляции экстремумов локальных аномалий на площади съемки позволяют решить ряд структурно-тектонических вопросов.

По степени дифференцированности аномального поля, по форме аномалий, их интенсивности и простиранию можно выполнить типизацию полей, которая позволяет выделить площади развития пород различных комплексов и тем самым решить задачи геологического картирования по магнитным данным. На картине аномального магнитного поля качественно отображаются различные комплексы пород, отличающие друг от друга минералогическим составом, степенью их намагниченности, слоистостью и трещиноватостью, характером локальных структур и другими особенностями.

По линиям нарушения корреляций аномалий, по границам участков с различными типами полей и по зонам повышенных значений горизонтальных градиентов магнитного поля устанавливается местоположение зон тектонических нарушений.

На этапе качественной интерпретации магнитных аномалий производится отождествление отдельных аномалий или аномальных зон с определенными геологическими объектами и оценка их формы, параметров и природы. Расчеты глубин залегания, углов падения, поперечных размеров и величины намагниченности горных пород по заданному распределению магнитного поля на поверхности наблюдения осуществляются при количественной интерпретации, при выполнении так называемой обратной задачи магниторазведки. Необходимо учитывать, что задача решается неоднозначно, так как заданному распределению магнитного поля может соответствовать множество вариантов размещения магнитных масс на глубине. По этой причине в процессе интерпретации необходимо использовать несколько способов вычисления количественных параметров намагниченных тел.

В общем случае обратные задачи решаются неоднозначно. При однородном намагничивании горных пород для одного и того же магнитного поля может существовать:

1) выпуклое тело или группа тесно залегающих тел, создавших общее аномальное поле;

2) горизонтальное пластообразное тело, влияние периферийных частей которого в центре ощущается слабо; геологическим объектом такого вида является синклиналь или антиклиналь; при математическом представлении предполагается, что аномальное тело имеет части на бесконечности;

3) вертикальные слои неограниченного распространения на глубину.

При неоднородном намагничивании магнитных источников теоретически решения всех практических задач предусмотреть невозможно. Это обстоятельство, а также то, что существует три класса однородных решений, вынуждает использовать априорную информацию о данных строения геологического разреза. Это могут быть результаты буровых работ, данные изучения магнитных свойств, результаты других геофизических методов.

Основное содержание обратной задачи включает определение глубины и формы намагниченного тела, которые взаимно связаны. Если ставится задача об определении глубины, то о форме должны быть составлены представления на основании априорной информации. Если основные сведения о глубине известны, то содержанием обратной задачи является изучение строения аномального тела.

Разработанные в последнее время методы высокоточных наблюдений позволили применить магниторазведку для решения специальных задач, связанных с выяснением детальных особенностей геологического строения, нефтегазоносностью, поисками немагнитных полезных ископаемых и пр.

Рис. 8.1. Карта аномального магнитного поля Западного Урала и окрестностей. Изолинии DТ_а. Составитель Е.М.Ананьева.

1, 2 – изолинии магнитного поля; 3 – экстремальные значения; 4 – 9 – интенсивность поля : 4 – больше 5; 5 – от2 до 5; 6 – от 1 до 2; 7 – от 1до -1; 8 – от -1 до -2; 9 – меньше -2

В связи с этим интерпретация аномалий не исчерпывается только решением прямых и обратных задач, а выходит за пределы операции, которые не включаются в классические рамки «глубина-форма».Разработкой способов решения обратных задач, т.е. определением по магнитным аномалиям намагниченного тела занимались специалисты различного профиля: геологи, геофизики и математики.В связи с этим предложенные способы различны по сложности и практической применимости. Их обзор по состоянию на 2000 г. приведен в книге В.М.Гордина /10/. Последующие 30 лет ознаменовались успехами в разработке прогрессивных и высокоточных методов съемки, особенно в определении аномалий ∆Т. Точность определений повысилась в десятки раз, что способствовало совершенствованию способов интерпретации, использованию математического аппарата спектрального анализа, корреляционно-статических методов, контурных интегралов, конформных отображений и пр.

Успехи геологической интерпретации весьма существенно зависят от достоверности исходных данных: информации о векторе намагниченности J, его модуле, ориентировке и изменениях в намагниченных телах и во вмещающих породах. Однако эта информация весьма приближенна, поэтому ошибки интерпретации могут достигать десятков процентов. Таким образом, практическое использование многих новейших математических разработок по теории геологической интерпретации остается проблематичными.

При помощи анализа аномального магнитного поля выясняются условия, определяющие решение обратной задачи:

1. Обычно решение выполняется по данным графика магнитной аномалии по профилю. Так как магнитное поле может быть трехмерным или двухмерным, то необходима определенность в оценке выбора класса моделей. Если поле недостаточно вытянуто, чтобы его считать двухмерным, то следует провести соответствующие преобразования полей.

2. Необходимо выяснить, какой класс моделей можно использовать при решении обратной задачи: в виде тела, ограниченного контуром, или пласта неограниченного распространения в глубину. Первому случаю будет соответствовать магнитная аномалия с максимумом в центре, который сопровождается минимумами небольшой интенсивности на периферии, во втором случае значения магнитной аномалии с удалением от максимума уменьшаются монотонно.

3. Обратная задача решается для магнитного поля изолированного тела, которое может перекрываться другими соседними полями или находиться на региональном фоне и пр. Задача выделения аномального поля не имеет строгой определенности, она условная, от выбранного метода фильтрации магнитных аномалий зависит геологическая интерпретация. При выделении поля должен быть четко фиксирован нулевой уровень.

Необходимо также учесть априорную информацию о магнитных свойствах аномальных источников и вмещающих пород, знать особенности геологического строения и пр.

Последовательное и логическое представление решения обратной задачи магниторазведки дает В.Н.Страхов в статье «Основные концептуальные положения «геофизического диалекта» языка математики» /31/. По современным представлениям автора численное решение обратной задачи осуществляется лишь для конечномерных задач. Необходимо подходить системно: четко представлять прохождение задачи, ее математическую и геофизическую сущность; четко понимать характер тех данных, по которым должно находиться решение задачи. Решение задачи следует выполнять с использованием априорной информации: чем больше априорной информации, тем надежнее будет решение обратной задачи.

По мнению В.Н.Страхова /32/, решение любой из задач должно осуществляться не одним каким-то методом, а целым набором различных способов. Это позволяет повысить точность искомого решения задачи за счет того, что окончательное решение находится усреднением тех решений, которые получены различными методами. По ним можно оценить погрешность окончательного результата.

Самое широкое распространение в практике магниторазведочных работ получил метод характерных точек.

К этой группе методов относится интерпретация одиночных аномалий, вызванных изолированными однородно намагниченными телами простейшей формы. Для истолкования магнитных аномалий, согласно условию единственности, необходимо предварительно предположить, какую форму имеет возмущающий объект и какова его намагниченность. По выбранной рабочей формуле установить связь между магнитным полем и функциональными характеристиками объекта.

Метод характерных точек применим для изучения аномалий, которые не осложнены влиянием других близко расположенных геологических объектов. Если аномалия имеет изометрическую форму, то линии, по которым строят расчетные графики, должны проходить через эпицентр аномалии. Если аномалия имеет вытянутую форму с явно выраженным простиранием, то линии расчетных профилей должны проходить в крест простирания аномалии на некотором удалении от ее концов, на участке, где изолинии образуют пучок параллельных линий. Длина расчетных профилей должна быть достаточно велика, чтобы с обеих сторон от аномалии наблюдался надежный выход в «нормальное» поле.