Геологическая интерпретация данных гравиразведки

В практике геологической интерпретации результатов гравиразведки (карт, гра- фиков Δg, WXZ, WYZ и др.) различают две стадии анализа — качественную и количест- венную. При качественной интерпретации данных Δg выделяют гравитационные ано- малии, т. е. отклонения Δg от фона. По форме изолиний Δg (изоаномал) и графиков Δg можно судить о местоположении, примерных размерах и форме тех или иных геологи- ческих тел. Количественная интерпретация заключается в определении формы, разме- ров, глубины залегания тел и их избыточной плотности.

Количественная интерпретация, или решение обратной задачи гравиразведки, со-

пряжена со значительными трудностями и не всегда может быть проведена однозначно.

Качественная интерпретация. Первым этапом интерпретации результатов гра- виразведки (а в некоторых сложных условиях и при отсутствии сведений о плотностях разреза — единственным) является качественная интерпретация. При качественной ин- терпретации дают визуальное описание характера аномалий силы тяжести по картам и профилям. При этом отмечают форму аномалий, их простирание, примерные размеры, амплитуду. Устанавливают связь гравитационных аномалий с геологическим строени- ем, выделяют региональные аномалии, связанные со строением земной коры, регио- нальными структурами и тектоническими зонами, и локальные аномалии, часто пред- ставляющие большой разведочный интерес, так как они связаны со строением осадоч- ной толщи и указывают на местоположение отдельных структур, месторождений по- лезных ископаемых. Отделение региональных аномалий (плавных изменений аномалий Δg на значительных расстояниях) от локальных называют снятием регионального фона. Наблюденные аномалии гравитационного поля являются, как правило, сложными ин- терференционными полями. Они представляют собой сумму гравитационных эффектов от ряда геоструктурных этажей и геологических тел с различными законами распреде- ления плотности, формой и глубиной залегания. В этих условиях не всегда визуально удается установить аномалию в «чистом» виде, не осложненную соседними аномалия- ми. Поэтому разработаны различные методы преобразований или трансформаций ис- ходного (наблюденного) аномального поля, которые «обостряют» (выявляют в визу- ально четкой форме) либо региональные, либо локальные аномалии. На рис.2.9 приве- ден пример графического сглаживания наблюденного поля и выделения плавно изме- няющегося регионального поля и локальной аномалии Δgлок= Δgнабл - Δgрег.

В более сложных случаях используют методы трансформации с помощью ЭВМ. Наиболее распространены аналитические продолжения наблюденного поля в верхнее и нижнее полупространства, позволяющие выделить те или иные составляющие гра-

Рис.2.9 Наблюденная (1), региональная (2) и ло-

кальные (3) аномалии силы тяжести

витационного поля. Пересчеты вверх, т. е. на уровни выше по- верхности наблюдений, приводят к резкому уменьшению амплитуд локальных аномалий и несущест- венному изменению региональных. Это позволяет пересчеты вверх при оптимально выбранной высоте пе- ресчета отождествлять с регио- нальным фоном. Пересчет наблюденного поля вниз, ниже плоскости наблюдений, так же как и вычисление высших производ- ных поля потенциала силы тяжести

(Wzz , Wzzz и т. д.) приводит к подчеркиванию локальных аномалий поля. Необходимо отметить, что при любом преобразовании наблюденного поля общее количество ин- формации об источниках поля не возрастает, а скорее теряется, хотя делается она бо- лее наглядной. По картам и графикам Δgнабл или Δgлок и Δgрег, пользуясь выводами из решений прямых задач гравиразведки, можно сделать качественные заключения о гео- логических объектах, создающих эти аномалии. Например, центры аномалий распола- гаются над центрами возмущающих масс, направление изоаномал и их форма пример- но соответствуют простиранию и форме аномальных тел. Ширина аномалий в 2—6 раз больше глубины залегания верхней кромки залежей, а интенсивность аномалий про- порциональна избыточной массе и глубине их залегания. Положительные аномалии со- ответствуют местоположению более плотных пород по сравнению с вмещающими, от- рицательные — менее плотных или поднятию и опусканию какой-либо субгоризон- тальной границы, на которой существует скачок плотностей горных пород. Зоны по- вышенных горизонтальных градиентов соответствуют крутым контактам пород разной плотности.

Количественная интерпретация. Количественная (расчетная) интерпретация данных гравиразведки основана на решении обратных задач и сводится к определению местоположения, оценке глубины залегания центра тяжести, размеров, иногда избы- точной плотности аномалообразующих масс. Решение обратной задачи неоднозначно, так как одинаковые аномалии силы тяжести могут быть созданы геологическими объ- ектами разной формы, размеров и плотности. Тем не менее, после проведения качест- венной интерпретации и изучения общего геолого-геофизического и плотностного строения района отдельные аномалии можно проинтерпретировать количественно.

Существуют приемы количественной интерпретации прямые, в которых элемен- ты залегания гравитирующих масс определяют непосредственно по картам и графикам Δg (или WXZ , WYZ и др.), и косвенные, основанные на сравнении наблюденных и теоре- тических кривых. При достаточно обоснованном предположении о форме объекта и уверенном выделении отдельных аномалий Δg применяют аналитический метод реше- ния обратной задачи, при котором параметры аномалиеобразующих масс определяют по характерным точкам кривой Δg. Такие соотношения для моделей простой геометри- ческой формы в предположении постоянства избыточной плотности получены выше [см. выражения (2.27)—(2.32)]. Существуют аналогичные подходы и формулы расчета глубин для других тел простой геометрической формы, известные в теории гравираз- ведки. Погрешность количественного определения глубин даже по нескольким харак- терным точкам кривой Δg (x1/2 , x1/4 ,x3/4 и т.д.) невелика и составляет в благоприятных условиях ±(20— 30) %,.

В теории гравиразведки существуют также палеточные приемы интерпретации, с помощью которых всю наблюденную кривую Δg сравнивают с заранее рассчитанными теоретическими (палеточными) кривыми Δgтеор для моделей определенного класса и различных параметров. Задача количественной интерпретации в этом случае заключа- ется в отыскании и сравнении такой теоретической кривой Δgтео , которая наилучшим способом совпадает (или приближается) с наблюденной, и тогда параметры модели пе- реносят на параметры объекта.

При сложном интерференционном характере аномального поля для решения об- ратной задачи гравиразведки применяют метод подбора. Суть этого метода состоит в последовательном переборе различных моделей плотностного строения разреза (I, II и т. д. приближения к реальной ситуации), расчета с помощью ЭВМ прямого гравитаци- онного эффекта от этих моделей с помощью тех или иных методов решения прямой задачи, сопоставлении полученных значений Δg от моделей разного приближения (Δgтеор 1, Δgтеор 11 и т. д.) с наблюденным полем Δgнабл . Процесс подбора и сопостав- ления проводят до тех пор, пока не будет найдена модель, которая создавала бы поле Δgтеор наиболее полно приближенное к Δgнабл . Несмотря на определенные трудности и большие затраты времени на ЭВМ, этот метод успешно применяют при расчете пара- метров плотностных неоднородностей и построении гравиметрических разрезов.

Геологическое истолкование данных гравиразведки. Важным этапом качествен- ной и количественной интерпретации данных гравиразведки является геологическое истолкование, которое сводится к сопоставлению выделенных аномалий и соответст- вующих плотностных неоднородностей с определенной геологической информацией и данными о плотностных особенностях горных пород и руд изучаемого района. Такое сопоставление обычно проводят на эталонных участках, где есть данные и геологии, и геофизики. Затем полученные закономерности и выводы о геологической природе со- ставляющих аномального гравитационного поля распространяют на весь район.