Комплексування геофізичних методів при регіональних і геолого-зйомочних роботах

Головною задачею, що вирішується при регіональних геофізичних дослідженнях, є з'ясування глибинної будови території для потреб геотектонічних побудов і металогенічного районування. Рішення цієї задачі вимагає досить детального вивчення земної кори і її ділянок.

В якості головного компонента геофізичного комплексу при регіональних дослідженнях застосовують метод глибинного сейсмічного зондування (ГСЗ). При цьому досліджуваний регіон перетинається по певних напрямкам трасами ГСЗ (геотраверсами). Уздовж геотраверсу виконується детальний комплекс геофізичних досліджень. У першу чергу, це гравімагнітні зйомки, електророзвідка методами телуричних струмів (МТТ), геотермічні дослідження. Простір між геотраверсами покривається рідкою мережею пунктів сейсмологічних спостережень і (у випадку відсутності відповідних матеріалів) площадною гравімагнітною зйомкою. ГСЗ дозволяє оцінити значення швидкостей сейсмічних хвиль у шарах земної кори і тим самим провести її розчленування. Крім цього, по даним ГСЗ здійснюється вивчення поверхні Мохоровичича (М) – одної із основних пружних границь розділу планети. Для вивчення поверхні М часто використовують емпіричні кореляційні залежності між характером гравітаційного поля і потужністю земної кори.

Для інтерпретації гравітаційного поля і побудови пошарового петрогустинного розрізу використовують найбільш вірогідні залежності, які відображають зв`язок швидкостей сейсмічних хвиль і густини гірських порід в умовах високих тисків і температур.

В останні роки для рішення задач глибинної геології почали застосовуватися геотермічні дослідження. Вони дозволяють виділяти зони тектонічної активності за величиною аномально-високого теплового потоку і тим самим сприяють поглибленню уявлень про будову і динаміку тектоносфери.

Регіональні геофізичні і геологічні дослідження тісно примикають до дрібно - і середньомасштабного геологічного картування (масштаб 1:1 000 000—1:200 000) із застосуванням геофізичних методів. Геологозйомочні роботи середнього масштабу тісно пов'язані з глибинним геологічним картуванням (ГГК). Вони ставлять перед супроводжуючими їх геофізичними і геохімічними роботами наступні задачі:

1) тектонічне районування досліджуваної території і вивчення її глибинної будови;

2) структурне і літологічне картування кристалічного фундаменту і похованих під покриви складчастих структур, а також осадового чохла; виділення на цій основі перспективних структур, продуктивних товщ порід;

3) вивчення елементів розломної тектоніки; виділення рудоконтролюючих зон;

4) всебічне дослідження інтрузій, виділення рудоносних масивів, площ, ділянок, їх металоносності.

Основу геофізичних досліджень при середньомасштабному картуванні складає гравімагнітний комплекс. Під цим терміном ми розуміється сполучені в просторі і часі гравімагнітні зйомки. Цей комплекс для робіт цього масштабу випереджає власне геолого-зйомочні дослідження, тим самим забезпечуючи останні фактичним геофізичним матеріалом і схемами геологічної будови території, що складається по геофізичним даним. Гравімагнітний комплекс, що випереджає геолого-зйомочні роботи масштабу дрібніше 1:200 000, складається із аеромагнітної і гравіметричної зйомки цього ж масштабу. Випереджуючий гравімагнітний комплекс середньомасштабного ГГК, як правило, спирається на більш детальні зйомки. Використовуючи диференціацію порід регіону по густині і магнітним властивостям, здійснюють тектонічне районування території, трасування розломів, виділення тектонічних блоків, інтрузій та ін.

Гравімагнітний комплекс поєднують з електророзвідувальними роботами методами ВЕЗ, ДЕЗ, МТП, ДЗСП. Дані електророзвідки використовуються в ГГК для складання карт ізогіпс похованого фундаменту, опорних горизонтів осадового чохла, виявлення і простеження зон розломів, з'ясування інших структурно-тектонічних особливостей розрізу.

При дрібномасштабному геологічному картуванні геофізичні методи використовуються для вирішення різних задач в залежності від тектонічної природи досліджуваної території.

На платформах геофізичні методи застосовують для вивчення потужності земної кори і головних її шарів, рельєфу внутрішньої структури фундаменту, оконтурювання областей розвитку плутонічного і вулканічного магматизму, виявлення типів і взаємного розташування тектонічних елементів і різних структурних поверхах. Раціональний геофізичний комплекс при цьому включає:

1) площадні аеромагнітні і гравіметричні зйомки;

2) виконання опорних ГСЗ;

3) електророзвідувальні дослідження методами ДЕЗ, ЗСП, МТЗ, виконані в площадному і профільному варіантах;

4) сейсмічні дослідження КМЗХ і МВХ по мережі профілів.

У складчастих областях вивчається будова земної кори з метою виділення картуванням території великих блоків і обмежуючих їх розломів, а також структур більш високого порядку і встановлення їх вікових співвідношень.

У нафтоперспективних районах гравімагнітний комплекс доповнюють сейсморозвідкою (МОВ, КМПВ), а також МТЗ і МТП. А в рудоперспективних районах гравімагнітний комплекс суміщують з маршрутною літогеохімічною зйомкою.

У відкритих районах гравіметрична зйомка разом з магнітною є інструментом об'ємного геологічного картування. При цьому можливо картування інтрузій, які не виходять на поверхню фундаменту, і отримання інформації про склад порід, умови їх залягання, а також про зони розломів.

В умовах, коли кристалічний фундамент занурений під осадовий чохол, на основі гравімагнітного комплексу можливо вивчити рельєф його поверхні й основні закономірності будови, а також оцінити петрофізичні властивості порід, що його складають. При великій потужності наносів ці методи дозволяють вивчати будову окремих западин і синекліз.

Електророзвідувальні і сейсморозвідувальні методи також використовуються для вивчення поверхні фундаменту та інших горизонтів. При цьому в нафтоперспективних районах сейсмічні методи, як більш точні й інформативні, є обов'язковим елементом геофізичного комплексу.

При великомасштабному геологічному картуванні (1:50 000—1:25 000) і більш детальних геолого-зйомочних роботах, геофізичні методи вирішують ті ж задачі, що і при більш дрібномасштабних дослідженнях. Вони спрямовані, найчастіше, на пошук родовищ, тобто на пошуки рудоконтролюючих, нафто- і вугільноперспективних структур, продуктивних комплексів і окремих горизонтів, зон вторинної зміни, ореолів розсіювання і інших ознак можливого зруденіння. Іноді вдається використовувати геофізичні дослідження і як прямий пошуковий метод (магнетитові руди, хроміти тощо). Важливим доповненням є геохімічні дослідження.

При великомасштабному картуванні геофізичні зйомки виконуються в два етапи. На першому (випереджальному) етапі ведуться площадні роботи. Випереджувальна геофізична зйомка дозволяє підготувати геолого-геофізичну основу для геологічної зйомки.

В процесі геологічної зйомки виконують деталізаційно-оціночні геофізичні та геохімічні роботи для уточнення раніше виявлених аномалій, при вирішенні конкретних геологічних задач і попередньої оцінки рудоперспективних об'єктів.

Вони відносяться до другого етапу робіт геофізичного комплексу. Їх провідним методом геофізичного комплексу є магнітна зйомка - основний інструмент літологічного картування, виділення і трасування зон розломів, виявлення зон вторинних змін. Магнітометричні дослідження реалізуються за допомогою аеро- і пішохідної магнітної зйомки, а також масової каппаметрії. Остання застосовується усе ще недостатньо, хоча її роль у добре відслонених районах важко переоцінити.

У складі єдиного технологічного комплексу разом з аеромагнітною зйомкою виконуються аерорадіометричні спостереження. Крім пошуків радіоактивної сировини ці роботи можуть бути використані для розчленування порід фундаменту, простежування тектонічних порушень, картування зон калієвого метасоматозу і ділянок навколорудних змін.

Електророзвідувальні роботи в комплексі використовуються вибірково для визначення потужності пухкого покриву, при картуванні похованих долин, а головним чином для вивчення рельєфу фундаменту. Ці задачі успішно вирішуються класичними методами електророзвідки (ВЕЗ, ДЕЗ). В останні роки при великомасштабному геологічному картуванні всі частіше використовується метод ВП, що фіксує рудні тіла й ореоли розсіювання сульфідної мінералізації. У випадку, коли район перспективний на добре провідні масивні сульфідні руди, у комплекс доцільно включати метод перехідних процесів.

Суттєвим компонентом геолого-геофізичного комплексу, використовуваного для потреб великомасштабного геологічного картування, є геохімічна зйомка. В залежності від умов виконання геолого-зйомочних робіт застосовують літо-геохімічну, гідрогеохімічну зйомку, метод донних осадків та інші варіанти геохімічних досліджень, які дозволяють істотно підвищити однозначність інтерпретації методів рудної геофізики і надати роботам більшу пошукову спрямованість.

Означений геофізичний комплекс може застосовуватися при різних умовах геологічної зйомки. Однак він більш ефективний при картуванні в умовах з неглибоким заляганням нижнього структурного поверху. При великій потужності наносів збільшується питома вага електророзвідувальних і сейсморозвідувальних робіт. Досить універсальним методом вважається високоточна площадна гравірозвідка. При цьому вдається вирішувати задачі, які виникають як у рудо-, так і в нафтоперспективних регіонах - вивчення структурних умов району, складчастих і розривних дислокацій, морфології рудо- і нафтоперспективних структур; пошуки і простежування рудних зон і рудних тіл, рішення задач об'ємного картування.

За умови чіткого знання геофізиками геологічної будови території і творчого підходу до вибору раціонального комплексу геофізичних методів на етапі великомасштабного картування можна вирішити цілий ряд геологічних задач:

1. Визначити потужність і склад осадової товщі, що перекриває кристалічний фундамент.

2. Картувати відслонений чи перекритий наносами кристалічний фундамент і, зокрема:

2.1. вивчити рельєф фундаменту;

2.2. провести його розчленування за літологічним складом і простежити контакти між окремими різновидами;

2.3. визначити форму і склад магматичних комплексів, розкритих чи ще не розкритих ерозією (сліпих інтрузій);

2.4. виділити і простежити зони прояву накладених процесів, зони закарстування, а також інші геологічні об'єкти, перспективні на корисні копалини;

2.5. виділити і просліджувати ділянки з рудною мінералізацією, у тому числі рудні тіла і родовища, провести попередню їхню оцінку й одержати дані, необхідні для постановки пошуково-розвідувальних робіт;

2.6. виконувати пошуки обводнених зон, виділити області поширення прісних і мінералізованих вод.

3. Виділити найважливіші структурні елементи району в плані і розрізі.

4. Виділити локальні структури, перспективні для пошуків нафти і газу (антиклінальні підняття, куполи, тектонічні і стратиграфічні пастки, зони вклинювання тощо).

Вирішення перерахованих питань є складною задачоюі, вимагає додаткової розробки методичних прийомів проведення польових робіт, обробки й інтерпретації отриманих матеріалів. Особливо велике значення для геологічного тлумачення геофізичної інформації при геологічному картуванні мають критерії ідентифікації зазначених геологічних об'єктів. Приведемо для прикладу лише два типи геологічних об'єктів, виділення яких обов'язкове при геологічному картуванні—розломи і інтрузії.

Критерії виділення розломів по геофізичним даним:

1. Матеріали гравіметрії і магнітометрії: а) аномально високі горизонтальні градієнти сили тяжіння, відомі під назвою «гравітаційні ступені»; б) різке обмеження аномалій, торцеве їхнє зчленування при різному орієнтуванні; в) перетинання по-різному орієнтованими аномаліями одна одну; г) наявність ланцюгових аномалій з чітким лінійним простяганням; д) наявність систематичних деформацій ізоаномал, що витягаються уздовж однієї лінії; е) зони (особливо лінійні) різкої зміни морфології, інтенсивності поля, а також істотної зміни глибин залягання верхніх країв збурюючих мас.

2. Сейсморозвідувальні матеріали: а) розрив і зміщення неперервно корельованих горизонтів; б) упевнено просліджуються зони аномального зменшення інтенсивності хвиль і зони різкого зниження граничних швидкостей; в) поява точок дифракції, що утворюють на розрізі ланцюгову структуру; г) ділянки флексур.

3. Електророзвідувальні матеріали: а) зони розходження гілок дипольного електричного зондування; б) значні перепади значень на розрізах позірних опорів;

в) різкі зміни глибин залягання опорних горизонтів;

г) ділянки (особливо витягнуті) підвищених градієнтів на картах геоелектричних параметрів і зміни типів кривих;

д) аномалії магнітотелуричного поля типу провідної смуги.

Виділення розломів виконується з використанням усієї наявної геолого-геофізичної інформації. При цьому довжина розлому звичайно оцінюється по гравімагнітним матеріалам. Детальне вивчення прирозломної зони здійснюється на основі високоточної гравіметрії, сейсморозвідки й в окремих випадках - із залученням електророзвідки і магніторозвідки.

Одержувана в такий спосіб інформація дозволяє всебічно охарактеризувати виділений розлом. При цьому вдається оцінити напрямок падіння розлому, а в ряді випадків його вік і характер рухів. Напрямок падіння розлому звичайно оцінюють по сейсморозвідувальним і гравімагнітним даним. Вірогідно визначається азимут падіння і менш надійно кут. Вік розломів і характер рухів блоків встановлюються за результатами геофізичних досліджень менш надійно. Найбільш простим об'єктом для вивчення геофізметодами є розломи з великим зміщенням блоку по вертикалі, наявністю зон розтягування, інтенсивним проявом накладених процесів і укоріненням магматичних тіл. На основі вивчення останніх, а також по зміні потужностей перекриваючих осадків, і по відкладах прирозломних грабенів в сприятливих умовах можна оцінити ймовірний вік розломів. Характерні приклади виділення цих важливих геологічних елементів ілюструються (рис. 10.1).

Виділення і вивчення інтрузій геофізичними методами являє собою складну задачу. Відображення їх у фізичних полях визначається багатьма факторами, що зводяться до співвідношення фізичних властивостей інтрузій і вміщуючих порід, які є специфічними для кожного конкретного району. Тому не можна привести універсального рецепта вирішення цієї задачі. Типові ж ознаки інтрузій різного складу приводяться у табл. 10.1

Рисунок 10.1. Характерні приклади виділення розломів за даними гравірозвідки

а - гравітаційні ступені; б - систематичні, витягнуті вздовж прямих ліній, деформації ізоанамал; в - торцеві з’єднання аномалій одного простягання з аномаліями другого простягання; 1 - ізоаномалії; 2 – розломи.

Таблиця 10.1 Геофізичні критерії виділення інтрузій різного складу