Інтерпретація даних магніторозвідки

Розрізняють якісну, кількісну і геологічну інтерпретацію даних магнітної розвідки. Під якісною інтерпретацією розуміють аналіз магнітометричних даних з метою їх опису, класифікації аномалій, районування і приблизної оцінки природи аномалій. Кількісна інтерпретація — це сукупність прийомів щодо визначення форми, глибини залягання і магнітних властивостей тіл, які зумовлюють аномалії магнітного поля. Геологічна інтерпретація має на меті пов'язати магнітні аномалії й виділені тіла з геологічними тілами та будовою земної кори. Головними методами якісної інтерпретації є: візуальний аналіз; перерахунок полів за допомогою ЕОМ чи вручну на інший рівень спостережень (вверх чи вниз).

Якісну інтерпретацію починають з оцінки вірогідності виділення магнітних аномалій на картах і графіках. Звичайно виділяють, як менш ймовірні, одноточкові і однопрофільні аномалії. Мало достовірними є також аномалії, які оконтурені однією ізолінією, а також слабкої інтенсивності та ті, що не корелюють між профілями. На етапі якісної інтерпретації рекомендується будувати кругові діаграми простягання ізоліній, оцінювати контрастність і диференціювання поля. Варто також перевірити правильність виконання магнітної зйомки. Зокрема, чи витримувалася вимога перпендикулярності профілів переважному простяганню геологічних об'єктів, розташованих на досліджуваній території. Якщо профілі розташовані під гострим кутом до простягання, можливе перекручування плану ізодинам. Особливо це буде мати значення при наявності в районі робіт малопотужних витягнутих тіл. Графіки DZ і DT при цьому будуть розтягнуті по напрямку профілю (звідси вираз “профільна аномалія”). Для побудови карти ізодинам необхідні знання про простягання геологічних об'єктів, форму й умови їхнього залягання, геометрія й розташування в просторі мережі спостережень та ін.

Одним з результатів якісної інтерпретації магнітометричних матеріалів є побудова інтерпретаційних профілів. Якщо виявляється, що наявні профілі не можуть використовуватися в якості інтерпретаційних (невдалий напрямок, недостатні щільність мережі чи точність зйомки), виконуються спостереження по спеціально розбитих профілях.

Контрастність поля оцінюється по формулі: , де — найбільше і найменше значення поля в межах ділянки площі S; — відстань між точками _.

Диференціювання поля відбувається за виразом , де D — середній перетин ізоліній; L — загальна довжина ізоліній у межах площі S.

Ці параметри оцінюються за невеликими ділянками площею в декілька квадратних сантиметрів карти. Результати підрахунків відносяться до середини ділянки, за якими будуються ізолінії К і Д і виконується районування магнітного поля. При якісній інтерпретації багато уваги повинно приділятися вивченню форми аномалій і характеру їхніх сполучень. За характером розподілу магнітні поля можуть бути мозаїчні, лінійно-витягнуті чи змішані. Перші характерні для платформних, другі — для складчастих областей, треті — для районів зі складною будовою.

Природу магнітних аномалій визначають методом аналогії, зокрема, шляхом порівняння карт ізодинам з геологічною картою району. При цьому вивчають форму, розміри, простягання, інтенсивність і знак аномалій, тому що ці характеристики відбивають форму, магнітні властивості й положення в просторі геологічних тіл.

Враховуючи, що будь-яке намагнічене тіло має два полюси, у принципі не існує тільки позитивних чи тільки від’ємних магнітних аномалій. Кожна з них включає як позитивну, так і від’ємну компоненти. Однак у ряді випадків інтенсивність відповідної компоненти може бути по величині співставною з похибкою зйомки і тому не реєструється. Як правило, серед локальних аномалій DZ, DТ зареєстрованих на території України та СНД, переважають позитивні. Однак у цілому ряді випадків зустрічаються також інтенсивні від’ємні магнітні аномалії. Аналіз багатьох з них показав, що вони зумовлені обернено намагніченими геологічними об'єктами, коли природна залишкова намагніченість цих утворень за напрямком протилежна напрямку нормального магнітного поля Землі. Від’ємна аномалія може також викликатися тим, що протилежна за напрямком залишкова намагніченість збурюю чого об'єкту перевищує за модулем індуковану намагніченість.

Отже, знак і інтенсивність магнітних аномалій визначається не тільки величиною магнітних властивостей їх джерел. Більш стійкою ознакою є форма магнітних аномалій.

За формою магнітні аномалії DТ (DZ) поділяються на ізометричні і витягнуті. Ізометричні аномалії утворюються над стовбчастими, кулеподібними та іншими тілами, чия проекція на земну поверхню має в першому наближенні форму кола. Якщо позитивні аномалії не супроводжуються окантовкою від’ємного поля, то вони викликані тілами, глибина нижньої кромки яких більше ніж у 5—6 разів перевищує глибину до верхньої кромки. Якщо позитивна аномалія оточена від’ємним полем, то глибина поширення тіла, як правило, невелика. Такі аномалії характерні для сферичних (гніздо подібних) покладів і штокоподібних, обмежених за глибиною, тіл.

Зазначені закономірності властиві територіям, що знаходяться в полярних широтах північної півкулі. Для інших частин поверхні Землі відповідні підходи треба коригувати, внаслідок зміни нахилу вектора магнітної індукції.

До групи витягнутих відносять аномалії DТ (DZ), довжина яких перевищує їхню ширину. Вони можуть бути як з мінімумами, так і без них, симетричними чи несиметричними. У першому випадку тіла мають вертикальне падіння, у другому — похиле. Причому менш крута гілка кривої DТ відповідає напрямку падіння збурюючого тіла.

Збурюючими об'єктами для магнітних аномалій витягнутої форми є шари різного поширення на глибину, горизонтальні циліндри. Геологічно - це жили, контакти та ін. Витягнуті аномалії з двосторонніми мінімумами DТ (DZ) створюються горизонтальними, з різною формою поперечного перетину (шароподібні, лінзоподібні, жилоподібні) тілами з обмеженим поширенням на глибину. Симетричні щодо вертикальної осі, вертикально намагнічені тіла (шар, круговий циліндр) створюють симетричні графіки DТ (DZ). Відповідно асиметричні аномалії варто зв'язувати з похилими шарами, а також тілами, поперечний перетин яких має неправильну форму. Варто пам'ятати також, що косо намагнічені об'єкти нерідко створюють асиметричні аномалії. А оскільки нахилення для території СНД змінюється від 86° на півночі до 53° на півдні, намагнічуюче поле ніколи не є вертикальним. Особливо сильно це відображається для гірських порід, що мають великі значення магнітної сприйнятливості. Для витягнутих тіл, що мають меридіональне простягання, у першому наближенні можна сказати, що завжди вертикальний, тому що його проекція на площину поперечного перетину вертикальна. Тіла із широтним простяганням характеризуються найбільшим відхиленням від , для таких об’єктів найбільш вірогідне косе намагнічення.

Тіла, які залягають неглибоко від поверхні Землі, характеризуються більш чіткими аномаліями з великими градієнтами по горизонталі і вертикалі. Більш занурені об'єкти створюють на поверхні Землі широкі плавні аномалії з малими градієнтами, причому ширина аномалії зі збільшенням глибини залягання збільшується пропорційно глибині до центра тіла.

На практиці майже не доводиться мати справу з так званими “чистими” аномаліями. У більшості випадків ми одержуємо на поверхні сумарний ефект від цілого ряду тіл, які залягають на різних глибинах. Розділення їхнього впливу певною мірою може бути здійснено шляхом перерахунку (трансформації) поля DТ (DZ) вверх чи вниз різними методами (аналітичне продовження, диференціювання, осереднення та ін.).

При перерахунку поля вниз ми вивчаємо поле поблизу джерела, акцентуючи увагу на локальних аномаліях. При перерахунку вверх - акцентується увага на регіональних аномаліях.

Методика кількісної інтерпретації включає розв’язання прямої і оберненої задач магніторозвідки. Під прямою задачею магніторозвідки розуміється розрахунок значень магнітного поля DТ (DZ) від обраного (заданого) тіла з визначеними формою, розмірами, положенням у просторі тощо. Пряма задача вирішується однозначно.

Обернена задача полягає у визначенні розмірів, форми, положення в просторі магнітних тіл за експериментально отриманими значеннями магнітного поля. Розв’язок оберненої задачі завжди неоднозначний та неєдиний.

Пряму задачу в магніторозвідці вирішують аналітично, або графічно (в минулому столітті).

Аналітичний спосіб застосовують, якщо задане джерело поля може бути замінене геометрично правильним тілом, обмеженим плоскими границями (пластина, куб, паралелепіпед і т.д.) чи однієї з поверхонь другого порядку (циліндр, куля і т.д.). У випадку складних, неправильної форми тіл, вони апроксимуються набором тіл простої геометричної форми.

Графічний спосіб застосовувався у випадках, коли аналітичний розрахунок за рівняннями Z_a і Н_а громіздкий, або коли задане тіло має неправильну форму і не може бути апроксимоване найпростішим тілом. У цих випадках розрахунок проводився за допомогою номограм.

Розв’язок оберненої задачі в свою чергу може бути здійснено різними способами: способом характерних точок, способом дотичних, способом порівняння польових кривих з теоретичними, способом підбору та ін.

У способі характерних точок використовуються зв'язки координат деяких характерних точок кривої (точка переходу через 0, абсциса напівмаксимуму кривої, точки max чи min кривої) з параметрами тіла — глибиною його залягання, розмірами і т.д.

Наприклад, для кулі (рис. 2.6):

де М — магнітний момент кулі; R — глибина до його центра; х — поточна координата.

При х=0:

де — абсциса напівмаксимуму кривої Z_a. Знаючи . Якщо на підставі вивчення фізичних властивостей порід відома намагніченість об'єкту Ј, то можна знайти об’єм V=M/J. Радіус сфери і глибина до верхньої кромки h₁=R-r. Методом дотичних визначається глибина залягання джерела аномалії. Для цього до кривої (у точці перегину) проводять дотичні і визначають абсциси точок перетинання дотичних:

У випадку, коли форма тіла нам не відома, глибина до верхньої кромки тіла (h) може бути оцінена з використанням виразів, які запропоновані М. Смітом.

Якщо (DZ')_max і (DZ")_max — абсолютні максимуми першої і другої похідної вертикальної складової по профілю, то для намагнічених тіл з довільним напрямком вектора намагніченості:

де | М |_mах — максимальна намагніченість даного тіла. Для тіл з вертикальним напрямком намагніченості,

Рисунок 2.6. Магнітне поле кулі:

а – графіка Z_a і H_a ; б – план ізоліній Z_a

Графічні способи використовують палетки, за якими знаходять необхідний розв’язок оберненої задачі на підставі співпадіння спостереженої кривої напруженості магнітного поля з одною із теоретичних кривих від тіл правильної форми.

Спосіб підбору зводиться до підбору такого тіла, розрахована аномалія якого б збігалася зі спостереженою кривою. У зв'язку з використанням ЕОМ, спосіб набув широкого застосування, тому що полегшує підбір моделі. Ефективність способу зростає, якщо намагніченість тіла апріорі відома заздалегідь. Спосіб підбору на теперішній час є єдиним, який широко використовується для побудови магнітних моделей земної кори як у двохмірному, так і в трьохмірному варіантах. Зокрема для території України розроблена тривимірна регіональна магнітна модель, розраховане поле від якої цілком задовольняє регіональну компоненту магнітного поля ΔТ.

Методика кількісної інтерпретації аномалій магнітного поля зводиться до декількох операцій. За даними якісної інтерпретації задається початкове наближення моделі середовища:

1) а) вибирається спосіб інтерпретації;

2) б) обраховуються параметри тіл;

3) в) уточнюється вибрана модель;

4) г) перевіряється вірність вирішення;

5) д) здійснюється вирішення прямої задачі по отриманій моделі і зіставляються експериментальна і обчислена криві.

Якщо очікуваного збігу не спостерігається, модель уточнюється. Зазвичай декілька ітераційних циклів дозволяє узгодити розраховані значення магнітного поля із спостереженими.

Сучасний рівень інтерпретації геомагнітних даних передбачає використання автоматизованих систем, реалізованих у вигляді програмних продуктів з інтерфейсним забезпеченням. Вони дозволяють виконувати введення даних на ЕОМ у цифровому вигляді, контролювати вхідну інформацію, розробляти моделі, розраховувати значення магнітного поля, а також нагромаджувати отримані дані у зовнішній пам'яті ЕОМ і видавати результати у виді таблиць, графіків, карт і т.ін.

Швидкий прогрес в області розробки магнітометричної апаратури і методик високоточних спостережень, а також нових підходів в інтерпретації геомагнітних даних і використання отриманих результатів суттєво розширює можливості методу при вирішенні цілої низки геофізичних, геологічних та екологічних задач.

Магніторозвідувальні роботи на теперішній час успішно використовуються на всіх етапах геологічних досліджень — від регіональних робіт і дрібномасштабного геологічного картування до експлуатаційної розвідки родовищ.

На стадії регіональних зйомок магнітні карти широко використовуються для тектонічного районування, дрібно- і середньомасштабного геологічного картування. При геологічному картуванні платформних областей магніторозвідка дозволяє вивчати кристалічний фундамент. За цими даними обчислюється глибина його залягання, досліджуються основні риси рельєфу поверхні зануреного фундаменту, виділяються глибинні розломи і т.ін. Магніторозвідка дозволяє виявляти інтрузивні і ефузивні утворення осадового чохла платформи.

Для складчастих областей за допомогою магніторозвідки оконтурюють і просліджують магнітні породи, її використовують для вивчення факторів, що контролюють розміщення корисних копалин.

На етапі середньомасштабних магнітних зйомок виявляються великі залізорудні родовища.

При пошуках нафти і газу окрім вирішення геолого-зйомочних задач, магніторозвідка в ряді випадків дозволяє виділити зони дислокації платформного чохла, соляні куполи. У ряді випадків вдається знайти поховані грязьові вулкани. Розроблена також структурно-генетична модель зв’язку нафтогазоносності земної кори з аномаліями магнітного поля на регіональному та локальному рівнях. Відзначається приуроченість газових родовищ до областей позитивного регіонального магнітного поля, нафтогазових родовищ – до зон градієнтів поля, а нафтових – до областей з від’ємними значеннями поля. Розраховано також теоретичні моделі локальних нафтогазоносних структур, які свідчать, що в залежності від типу структур, вони можуть характеризуватися різними типами локальних аномалій.

При великомасштабних геологічних роботах у рудних районах магнітна зйомка дозволяє картувати масиви основних та ультра основних порід, а також утворення, які збагачені магнітними мінералами, виявляти й оконтурювати зони біля рудних змін порід. У ряді випадків удається розчленувати і зкорелювати осадові породи. Для деяких рудних і нерудних родовищ (нікелю, хрому, титану, бокситів та ін.), кольорових, рідкісних і благородних металів (свинець, олово, золото, платина тощо) магніторозвідка може в сприятливих умовах також розглядатися як пошуковий метод. Цим переліком не обмежується область використання магнітнорозвідки. Великі можливості має магніторозвідка при геологічному картуванні, вирішення задач інженерної геології, гідрогеології, археології, екології та ін.