Научная статья на тему 'Использование методов гравиразведки для исследования распределения плотности серы на серных картах'

Использование методов гравиразведки для исследования распределения плотности серы на серных картах Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
792
149
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
гравиразведка / серная карта / аномалия силы тяжести / комовая сера / lump sulfur. / gravity measurements / sulfur storage places / anomaly of gravity

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Кузнецов Дмитрий Александрович, Бобров Дмитрий Сергеевич, Кузнецов Игорь Евгеньевич, Боруздина Марина Дмитриевна

В статье рассмотрена возможность использования методов гравиразведки для изучения плотности серы при хранении на серных картах. Используемые в настоящее время методики определения количества серы на картах сводятся к определению объема серного склада. Необходимая для расчета массы серы плотность берется как средняя плотность нескольких проб, отобранных в разных местах серной карты. Неоднородность распределения плотности серы в объеме склада, обусловленная процессами заполнения и разработки серной карты, может приводить к существенным ошибкам определения средней плотности данным методом. В настоящей работе для исследования распределения плотности серы в объеме серной карты использовался метод гравиразведки. Изменение гравитационного поля в зависимости от плотности носит линейный характер, что позволяет доказать единственность решения поставленной задачи. Определение координат рядовых пунктов наблюдения гравиметрами выполнено с помощью GPS-приемника Trimble R8. Гравиметрические измерения на пунктах наблюдения выполнялись тремя автоматическими термостатированными гравиметрами CG-5 канадской фирмы Scintrex. Использованы четыре модели интерпретации данных: точечный метод определения плотности, метод Неттлетона, метод вычисления плотности для тел правильной формы и метод трехмерного геологогеофизического моделирования. На основе этих моделей рассчитана эффективная средняя плотность серы на серной карте. Сопоставление моделей интерпретации гравиметрических данных показало, что расчеты по методике трехмерного моделирования – наиболее трудоемкий способ, который, однако, позволяет получать реалистичный закон распределения плотности, так как учитывается реальная форма серного тела и используется весь массив гравиметрических и геодезических данных. Точечный способ и способ Неттлетона можно успешно использовать для склоновой части (отвала) серной карты. Если вычисленные плотности брать для всего тела, то они будут значительно занижены. В этом случае нужно отдельно определять плотности для центральной части террикона.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Кузнецов Дмитрий Александрович, Бобров Дмитрий Сергеевич, Кузнецов Игорь Евгеньевич, Боруздина Марина Дмитриевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Using the gravity measurements for research of the sulfur density distribution on the storage facility

The article examines the possibility to use gravity measurements for investigation of Sulphur density in a store. The methods of Sulphur amount determination used nowadays add up to the determination of a Sulphur store volume. The Sulphur density needed for the Sulphur mass estimation is calculated as an average density of several samples, taken in different points of the Sulphur pad. Heterogeneity of the Sulphur density partition within the store volume determined by the processes of the Sulphur pad development and filling can result in considerable mistakes of the average density determination according to the mentioned method. The article tells about the investigation of Sulphur density volumetric partition in the amount of Sulphur pad using gravity measurements. Changing of a gravity field depending on the density values proceeds linearly and it testifies that the task in view has unique solution. Современные технологии переработки и использования газа 147 № 1 (21) / 2015 Determination of the map reference for the ordinary points of gravimeter observation is done by means of the Trimble R8 GPS receiver. Gravity data at the points of observation have been measured by three automatic temperature-controlled Canadian gravimeters CG-5 of Scintrex production. Four patterns of data interpretation have been used such as punctual method of density determination, the Nettleton’s method, method of density calculation for regular solids and method of three-dimensional geological and geophysical modeling. On the basis of these models the efficient average Sulphur density at the Sulphur pad has been calculated. Comparison of the gravimetric data interpretation models has shown that calculation according to 3D-modeling methodic is the most laborious way, but it gives an opportunity to get a realistic law of density partition as it accounts a real form of a sulfuric body and uses the whole array of gravimetric and geodesic data. The punctual and Nettleton’s methods could be profitably employed for measuring of a slope part (a dump) of Sulphur pad. If one uses the calculated densities for the whole body they will be understated. In this case one must estimate densities for a central part of a heap.

Текст научной работы на тему «Использование методов гравиразведки для исследования распределения плотности серы на серных картах»

Современные технологии переработки и использования газа

67

УДК 550.831.23

И.Е. Кузнецов, Д.А. Кузнецов, М.Д. Боруздина, Д.С. Бобров

Использование методов гравиразведки

для исследования распределения плотности серы

на серных картах

Сера является одним из основных видов химического сырья наряду с нефтью, углем, поваренной солью, известняком. Уровень производства и потребления серы может служить показателем уровня развития государства, в том числе уровня развития химической промышленности.

Потребление серы в 2012 г. в Российской Федерации составило около 2,7 млн т.

Повышение точности определения количества серы, хранящейся на складах, является актуальной задачей, решение которой позволит повысить эффективность учета и логистики поставок серы потребителям.

Используемые в настоящее время методики определения количества серы сводятся в основном к определению объема серного склада. Необходимое при расчете массы серы значение плотности вычисляется на основе усреднения плотностей нескольких проб серы, отобранных в разных местах серного склада (серной карты). Так как склады имеют правильную геометрическую форму, то определение их объема геодезическими методами не представляет особой сложности и может быть выполнено с высокой точностью. Соответственно, считается, что масса серы на складе, получаемая умножением вычисленного объема склада на среднюю плотность серы на складе, позволяет достаточно точно рассчитать количество серы на серной карте. При этом вопрос, насколько найденная на основе единичных замеров средняя плотность серы отражает реальное распределение плотности по объему серной карты, до сих пор оставался за рамками производимых определений количества серы на складах.

В связи с актуализацией вопросов точности и достоверности определения количества серы при инвентаризации складов в настоящей статье впервые была предпринята попытка изучения распределения плотности серы по объему серной карты. Предварительный анализ используемых в настоящее время геофизических методик показал, что единственным методом, позволяющим непосредственно определить объемное распределение плотности серы на серных картах, является высокоточная гравиметрическая съемка (гравиразведка) - один из основных геофизических методов, обычно применяемых при геологоразведочных работах для изучения геологического строения территории.

Предпосылкой для использования гравиметрического метода служит тот факт, что любой объект, любое тело, имеющие массу, обладают гравитационными свойствами (так называемым гравиметрическим эффектом). Величина гравиметрического эффекта зависит от размеров тела и его плотности. Применительно к текущей задаче для определения распределения плотности серы необходимо измерить объем серного тела и установить плотность серы путем решения обратной задачи гравиразведки. Согласно установленным данным зависимость изменения гравитационного поля от изменения плотности носит линейный характер. Это позволяет утверждать, что поставленная задача имеет единственное решение [1].

Результаты предварительного моделирования показали, что для тела в форме усеченной пирамиды со стороной основания 100 м и высотой 7 м (средний оценочный размер для используемых в настоящее время в Российской Федерации серных карт) и при плотности 2 г/см3 (средняя плотность комовой серы на складах)

Ключевые слова:

гравиразведка, серная карта, аномалия силы тяжести, комовая сера.

Keywords:

gravity

measurements, sulfur storage places, anomaly of gravity, lump sulfur.

№ 1 (21) / 2015

68

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

ООП COW от №012 0№to 0СС2 ох» ООО ООМ ОХОТ О042 00X7 од»

IMS ............................. ' I I

Рис. 1. Гравиметрический эффект, образуемый серным отвалом

Рис. 2. Изменение плотности серы по линии 1Е (см. рис. 1)

гравиметрический эффект составляет 60 мкГал (рис. 1, 2). Это дает возможность зафиксировать его с помощью современного оборудования.

Начиная с 1990-х гг. все гравиметрические организации проводят съемку гравиметрами CG-3 и CG-5 канадской фирмы Scintrex, полностью вытеснившими кварцевые аста-зированные гравиметры ГРК-2 отечествен-

ного производства. Сравнительные технические характеристики гравиметров даны в табл. 1. Наиболее подходящими для проведения натурных гравиметрических измерений на серных картах, где гравиметрический эффект относительно мал, являются гравиметры CG-5, обладающие необходимой для проведения измерений гравитационного поля серных карт чувствительностью и стабильностью.

Таблица 1

Основные характеристики гравиметров

Тип гравиметра Аппаратурная погрешность (мГал) Сползание нуль-пункта

ГРК-2 0,02-0,03 Линейное (2 ч)

CG-3 0,006-0,009 Линейное (5-7 ч)

CG-5 0,005 Линейное (6-7 ч)

№ 1 (21) / 2015

Современные технологии переработки и использования газа

69

Таблица 2

Основные технические параметры гравиметров CG-5

Параметр Значение

Разрешение прибора 0,001 мГал

Погрешность измерений 0,005 мГал

Диапазон измерений Около 8000 мГал

Температурная компенсация (термостатирование) Есть

Дискретность накопления и усреднения данных Одно измерение в секунду

Фильтрация «выбросов» Есть

Непрерывная коррекция наклона Есть

Поправки за лунно-солнечные вариации Есть

Внутренняя память До 12 Мб

Основные характеристики этих гравиметров приведены в табл. 2.

Опытные работы по гравиметрической съемке серных карт проводились на базе складов Астраханского газоперерабатывающего завода (ГПЗ).

Гравиметрические измерения выполнялись тремя автоматическими термостатированными гравиметрами CG-5, предварительно отобранными по результатам предполевых испытаний.

Для проведения гравиметрических измерений на поверхности, бортах и подошве серной карты была разбита сеть пунктов наблюдения (гравиметрических замеров) с размером ячейки 5 х 5 м, разреженная до сети 10 х 10 м за ее пределами (рис. 3). Общее число пунктов наблюдения составляло 172. Густота сети задавалась исходя из размеров тела и величины ожидаемой аномалии. На 172 пунктах рядовой съемки было выполнено 312 наблюдений,

каждое из которых состояло из 5 гравиметрических замеров. При этом 103 пункта рядовой съемки, на которых было выполнено 243 наблюдения, находились на кровле серного тела. Контрольные измерения выполнены в объеме 32 %. Точность рядовой сети (точность определения среднего значения на пункте наблюдения) составила 1,5 мкГал.

Учитывая особенности рельефа местности (сильные перепады высот в непосредственной близости от пунктов наблюдения), в каждое наблюденное значение силы тяжести была введена поправка за рельеф.

Для приведения результатов наблюдений к единому уровню создавалась сеть рядовых опорных пунктов наблюдений. Точность определения силы тяжести на опорных пунктах была в полтора-два раза выше, чем точность замеров на рядовых пунктах, что достигалось увеличением числа повторных замеров в этих пунктах.

Рис. 3. Разбивка пунктов наблюдения на поверхности серной карты

№ 1 (21) / 2015

70

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

Рядовые последовательности замеров (рейсы) начинались и заканчивались на опорных пунктах. Наблюдения проводились преимущественно по прямолинейным профилям, ориентированным в крест простирания исследуемых объектов. Количество контрольных измерений по рядовой сети устанавливалось в объеме 3-5 %. На отдельных участках, связанных с особенностями рельефа серной карты, сеть рядовых наблюдений сгущалась с целью сохранения выбранной точности замеров.

Данные, характеризующие качество собранного полевого гравиметрического материала, приведены в табл. 3.

Так как точность определения координат (и особенно высот пунктов наблюдений) существенно влияет на точность гравиметрической съемки, то для планово-высотной привязки пунктов наблюдений использовались высокоточные спутниковые геодезические измерения на основе спутниковых систем глобального позиционирования (GPS).

Определение координат рядовых пунктов наблюдения гравиметрами было выполнено с помощью GPS-приемника Trimble R8. Точность определения планового и высотного положений составляла 7 и 11 мм соответственно. Контрольные измерения были выполнены в объеме 7 % (табл. 4).

При анализе геодезических данных, полученных по результатам обработки спутниковых наблюдений, определялись плановые координаты и высоты гравиметрических пунктов. По мере накопления измеренных данных составлялся отчетный каталог высот гравиметрических пунктов. По окончании полевых работ была составлена предварительная ведомость основных и контрольных спутниковых измерений с оценкой точности.

После проведения полевых работ производилась камеральная обработка собранных геодезических данных, включающая:

• анализ предварительно обработанных материалов спутниковых измерений с оценкой точности;

• проверку соответствия данных полевых журналов значениям, введенным в программу обработки, и исправление последних в случае обнаружения ошибки;

• составление окончательных каталогов координат и высот гравиметрических пунктов.

Обработка спутниковых измерений производилась в режимах « Статика» и «Кинематика».

Всего с помощью GPS-приемника Trimble R8 было измерено 274 пункта (в том числе 172 рядовых), тахеометром Trimble TS635 в безотражательном режиме - 233 пункта. По результатам измерений была получена планововысотная схема серной карты (рис. 4).

Серная карта представляла собой усеченную пирамиду высотой 8,5 м с размерами по нижнему основанию - 77 х 66 м, верхнему -54 х 36 м.

При обработке геофизических данных определялись аномальные значения силы тяжести (Aga), которые получаются при вычитании из наблюденных величин (gn) нормальных значений силы тяжести (у0), приведенных к физической поверхности Земли.

Нормальное значение силы тяжести учитывалось по формуле Гельмерта, мГал [2]:

у0 = 978030(1 + 0,005302sirity -- 0,000007sin229) - 14, (1)

где ф - широта точки определения тяжести.

Корректируя у0 редукцией в свободном воздухе, получали нормальное значение силы

Таблица 3

Среднеквадратические погрешности гравиметрической съемки

Наименование объекта работ Среднеквадратическая погрешность единичного измерения, еед, мГал Результативная среднеквадратическая погрешность, е„е„ мГал

Опорная сеть ±0,0021 ±0,0007

Рядовая сеть ±0,0015 ±0,0015

Таблица 4

Оценка точности определения высот и координат

Показатель X У Н

Среднеквадратическая ошибка по контрольным измерениям (СКО), м ±0,007 ±0,007 ±0,011

Гравиметрический эквивалент СКО по площади, мГал ±0,001 ±0,001 ±0,0025

№ 1 (21) / 2015

Современные технологии переработки и использования газа

71

о пункт гравиметрических наблюдений

14.015 номер профиля, номер пикета

-7.79 высота пункта

Рис. 4. Схема серной карты

тяжести в точке наблюдения на высоте h (аномалия Фая):

Y = у0 - 0,3086h. (2)

Для исключения влияния промежуточного слоя пород и выделения эффекта аномальных масс вводилась поправка 0,0419ch, где с -плотность промежуточного слоя.

Сумму поправок за свободный воздух и промежуточный слой учитывали с помощью редукции Буге. Аномалия силы тяжести в редукции Буге имеет вид:

А& = & - Y0 + (0,3086 - 0,0419c)h. (3)

На показания гравиметра оказывает влияние форма рельефа местности, которая уменьшает наблюденные значения силы тяжести. Поэтому в аномалии Буге дополнительно вводили поправку за влияние рельефа местности. Окончательная формула аномалий в редукции Буге имела вид:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

А& = & - Y0 + (0,3086 - 0,0419c)h + 8„ (4)

где 5Г - поправка за влияние рельефа.

Обработка гравиметрических данных производилась с использованием специализированных программ GRAMAS, GRAMAT и GEOSOFT.

№ 1 (21) / 2015

72

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

Одним из искажающих факторов, не связанных с геологическим строением, является форма рельефа, приводящая к уменьшению наблюденного значения силы тяжести. При резком изменении рельефа дневной поверхности (серы) нужно учитывать топографическую поправку. Для этой цели были использованы высоты гравиметрических пунктов съемки, проведенной по сети 5 х 5 м в пределах исследуемого объекта и 10 х 10 м за его пределами, и сформирована цифровая модель поверхности террикона по сети 5 х 5 м. Оптимальный радиус (R), выбранный на основе анализа устойчивости расчета топопопра-вок при различных радиусах учитываемой области, принят равным 50 м.

Расчет топографических поправок в пунктах наблюдений проводился с использованием программной системы ЕвЯЛ. Способ учета влияния рельефа основан на аппроксимации земной поверхности горизонтальными пластинами, контуры которых представляют собой изогипсы с выбранным шагом изменения значений высот AZ, и расчете значений топопо-правок как разности между прямым эффектом от рельефа в заданной кольцевой зоне с внутренним R1 = 0 и внешним R2 = 50 м радиусами и эффектом от цилиндра с теми же радиусами. В качестве подошвы принятой модели расчета используется горизонтальная плоскость на уровне ниже, чем минимальная отметка цифровой модели рельефа. Выбор оптимального значения шага AZ производится на основе анализа устойчивости расчета топопоправок при разных значениях AZ в точках, расположенных

Рис. 5. Карта поправок за влияние рельефа местности

в наиболее сложных условиях. Для исследуемого участка шаг по высоте AZ составил 0,1 м. В результате проведенных расчетов была получена карта поправок за влияние рельефа местности (рис. 5).

Для вычисления погрешности определения поправок за влияние рельефа была повторно создана модель рельефа с шагом 1 х 1 м, в которой на 10 точках были повторно рассчитаны топопоправки. Среднеквадратическая погрешность определения топопоправки была оценена величиной +0,02 мГал.

Диапазон изменений топопоправок находится в пределах 0,02-0,140 мГал, максимальные их значения приходятся на склоны пирамиды. Полученные данные были использованы при расчете аномалий силы тяжести.

Анализ полученного материала позволяет сделать вывод, что в полевых условиях необходимо отнивелировать поверхность по нескольким направлениям в радиусе до 50 м в точках перегиба поверхности террикона и на его склонах. Для однородного тела почти правильной геометрической формы полученные поправки можно экстраполировать на всю склоновую часть пирамиды.

Достигнутая точность съемки позволила построить гравиметрическую карту в редукции Буге со среднеквадратической погрешностью ±0,022 мГал.

Гравиметрическая карта (в редукции Буге) с учтенным влиянием поверхности серы, использованная для решения поставленных задач при трехмерном моделировании, представлена на рис. 6.

Рис. 6. Поле силы тяжести над серным телом (редукция Буге о = 1,87 г/см3)

№ 1 (21) / 2015

Современные технологии переработки и использования газа

73

Основная задача проведения обработки данных гравиметрических измерений состояла в получении распределения плотности серы по всему объему серного склада. Для этого использовалось несколько методов интерпретации и расчета плотностных характеристик.

разность высот этих точек; (5g' -5g') - разность поправок за рельеф для этих точек.

Точность вычисления плотности рассчитывалась по формуле (6):

е5

к е

gn

0,0419Д N -V

(6)

1. Точечный метод определения плотности

Относится к аналитическим видам определения плотности и основывается на предположении, что погрешность определения значения силы тяжести на пункте наблюдения равна 0 (в рассматриваемом авторами случае погрешность составляла 1,5 мкГал, поэтому этой величиной можно пренебречь в виду ее малого значения).

Задачей точечного метода является определение плотности промежуточного слоя, заключенного между пунктами наблюдения и поверхностью относимости, в рассматриваемом авторами случае этой поверхностью была подошва серного тела.

Формула для определения плотности точечным способом имеет следующий вид:

5 =

g* -g„2 + 0,3086(h1 -h2) 0,0419(h - h2) - (5g' - 5g'rz) ’

(5)

где (gn^ -gnz) - разность наблюденных значений силы тяжести в точках 1 и 2; (h1 - h2) -

где еg - среднеквадратическая погрешность определения наблюденных значений силы тяжести; к = 1,41 (для вычислений по парам точек); AN-1h - разность высот первого порядка, в рассматриваемом случае равна 5 м.

Для вычисления плотности по данному методу использовались точки с максимальными разностями высот пунктов наблюдения, а также краевые точки на кровле серного тела. Схема пунктов наблюдения представлена на рис. 7.

По результатам компьютерных расчетов данным методом средняя плотность серного тела составила 1,76 ± 0,01 г/см3.

2. Метод Неттлетона

Для расчета использовался метод Неттлетона в аналитическом выражении способом максимального правдоподобия (метод наименьших квадратов). Его суть заключается в том, что в точках профиля вычисляются аномалии силы тяжести в редукции Буге с различными

№ 1 (21) / 2015

74

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

значениями плотности промежуточного слоя. Искомое значение плотности определяется из условия наименьшей корреляции соответствующей кривой аномалии силы тяжести с рельефом. Метод является графическим. Одной из его аналитических разновидностей является метод наименьших квадратов, основанный на формуле

X (Agб, - 8бср ) [0,0419(hi - КР)- (Sg - g)]

§ = §0 - ---S-----------------------------------, (7)

X[0,04i9(h,. - нср) - (Sg;-sg; )]2

i=1

где 50 - некоторая постоянная плотность (в рассматриваемом случае использовалась

N

плотность 2,0 г/см3); ^ (AgE - gБ ) - сумма отклонений аномалии Буге в г-й точке от

i=i ' ср

среднего значения аномалии на профиле; (hj - hcp) - отклонение высоты г-й точки от средней высоты точек по профилю; (Sg; - 8g'r ) - отклонение поправки за влияние на рельеф г-й точки от средней поправки за влияние на рельеф по профилю.

Среднеквадратическая погрешность определения плотности вычисляется по формуле

£s =-

£ [0,0419(й( - hcp) - (Sgr -Sgrc )]2

E

a

i=1

(8)

где sa - среднеквадратическая погрешность определения аномалии силы тяжести в редукции Буге.

Для расчета плотности методом наименьших квадратов были выбраны четыре профиля в широтном и пять в меридиональном направлениях (рис. 8).

Средняя плотность серного тела, определенная аналитическим способом метода Неттлетона, составила 1,71 ± 0,02 г/см3.

Рис. 8. Схема расположения профилей для определения плотности способом Неттлетона

№ 1 (21) / 2015

Современные технологии переработки и использования газа

75

3. Метод вычисления плотности для тел правильной формы

Метод вычисления эффективной плотности серного тела с помощью решения прямой задачи гравиразведки тел правильной формы заключается в том, что форма серного тела аппроксимируется простой геометрической фигурой. В данном случае проще всего взять за основу параллелепипед, так как форма серного отвала близка к правильной усеченной пирамиде. При этом высота его будет равна высоте серного тела, а стороны - половине суммы соответствующих сторон оснований и кровли.

Формула расчета гравитационного эффекта прямоугольного параллелепипеда имеет вид:

Ag = -Ос

(£ - x) ln(n + R) + П ln[(£ - x) + R] + Zarctg П - qarctg(^ ^ *)П 112

(9)

где R = J (£-x)2 +n2 + Z2 •

Единственная переменная в этой формуле - это плотность с, значение G определяется табличными данными. Величина х принимается равной нулю, так как рассматриваются только точки, расположенные на вертикальной оси параллелепипеда.

Чтобы измерить гравиметрический эффект серного тела (Ag) необходимо выполнить следующее:

• измерить наблюденное значение силы тяжести Ag в центре пустой площадки серного склада;

• после формирования серного тела (заполнения склада) измерить наблюденное значение силы тяжести Ag2 в центре кровли серного тела (в идеале обе точки должны располагаться на одной вертикальной оси);

• вычесть из наблюденного значения силы тяжести Ag2 поправку на свободный воздух, рассчитанную по формуле:

Ag/ = 0,3086h, (10)

где h - разность высот точек на кровле и пустой площадке;

• получить скорректированное значение силы тяжести:

Ag2 = Ag - A?i'.

(11)

• рассчитать гравиметрический эффект:

Ag = Ag/ - Agi. (12)

Геометрические параметры серного тела определяются маркшейдерской службой на момент проведения гравиметрических работ на кровле серного тела.

Данный метод определения плотности серного тела не был опробован на практике, в виду того что на момент проведения работ все серные склады были заполнены и возможность измерить наблюденное значение силы тяжести на пустом складе отсутствовала.

4. Метод трехмерного геолого-геофизического моделирования

Геолого-геофизическое моделирование проводилось в трехмерном варианте в программе GMSYS-3D (GEOSOFT) методом подбора, являющимся косвенным способом решения обратной задачи гравиразведки.

Сущность этого метода состоит в том, что после определения геологической модели рассматриваемой площади подбирают физические и структурные параметры среды таким образом, чтобы рассчитанный гравитационный эффект был одинаков с наблюденным полем. Метод подбора получил широкое распространение при количественной интерпретации гравитационного поля, отличается

№ 1 (21) / 2015

76

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

универсальностью и применяется для изучения различных в физико-геологическом отношении сред с вертикально- и горизонтальнослоистым строением.

Существуют различные подходы в реализации метода. Наиболее удобным является решение обратной задачи посредством создания геолого-геофизической модели.

При создании модели использовались две поверхности - террикона серы и основания площадки. Расчет матриц поверхностей выполнялся по сети 5 х 5 м, согласуясь с матрицей поля гравиметрической съемки.

Необходимо отметить, что для более точного расчета должна проводиться дополнительная съемка по бетонному основанию. Но поскольку такая возможность отсутствовала, были проведены измерения за пределами террикона. Эти данные были проинтерполиро-ваны на всю площадь работ, что позволило получить гравиметрический эффект от бетонного основания.

На начальном этапе моделирования был проведен расчет прямого эффекта от исходной модели, при этом плотность в слоях определялась как постоянная величина: для серы -1,87 г/см3, для бетонного основания - 2,3 г/см3.

На следующем этапе решалась обратная задача по распределению плотности в слое серы,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

интервал изменения плотности изначально задавался в пределах 1,74-2,06 г/см3.

В результате проведения многоуровневого итерационного процесса диапазон изменения плотности серы в пределах серной карты составил 1,74-2,0 г/см3. Оптимальная величина среднеквадратического отклонения между наблюденным и модельным полями определяется интервалом (±0,006 мГал)

По карте распределения плотности (рис. 9) можно отметить, что повышенные значения плотности относятся к центральной части террикона (1,8-2,0 г/см3), тогда как склоновая часть повсеместно характеризуется понижением плотности (1,74-1,76 г/см3). Для более наглядного отражения распределения плотности в слое серы на рис. 10 представлены геологогеофизические разрезы террикона.

Сопоставить результаты по определению средней плотности серы можно только для склоновой части террикона. Данные табл. 5 показывают, что результаты точечного метода и метода трехмерного моделирования фактически совпадают. Также необходимо отметить, что по расчетным данным, полученным по всем методикам, склоновая часть характеризуется пониженными плотностями по сравнению со средним принятым значением плотности (1,87 г/см3), что объясняется использу-

Рис. 9. Карта распределения плотности по террикону серы

№ 1 (21) / 2015

Современные технологии переработки и использования газа

77

Расстояние, м

а

О 20 40 60 SO 100 120 140

Расстояние, м

б

Плотность, г/см3 84 1.88 1 92 1 96 2.00 2 04

Рис. 10. Геоплотностной разрез по линиям 1N (а) и 2Е (б) (см. рис. 9)

Таблица 5

Результаты определения средней плотности для склоновой части террикона

Метод расчета Среднее значение плотности, г/см3

Точечный метод 1,76

Метод Неттлетона 1,71

Метод вычисления плотности для тел правильной формы -

Метод трехмерного моделирования 1,75

емыми способами заполнения и разработки серных карт.

Сопоставление методик интерпретации гравиметрических данных показывает, что расчеты по методу трехмерного моделирования представляют собой более трудоемкий вид работ, позволяющий при этом получить реалистичный закон распределения плотности серного тела. В данном методе при расчетах учитывается реальная форма серного тела и используется весь массив гравиметрических и геодезических данных.

Точечный метод и метод Неттлетона можно успешно использовать для склоновой части (отвала) серной карты. Если вычисленные с помощью этих методов значения плотности использовать для расчета массы всего серного тела, то полученные величины будут зна-

чительно занижены. Поэтому нужно отдельно определять плотности для центральной части террикона.

Преимуществом метода вычисления плотности для тел правильной формы является быстрота выполнения полевых измерений (менее 30 мин на каждое тело), но для последующих расчетов необходимо иметь исходное значение силы тяжести для пустого (без серы) склада, полученное от единого опорного пункта. К недостаткам метода стоит отнести завышение рассчитанной плотности, так как основное влияние оказывает центральная часть серного склада, характеризующаяся плотностью серы 2 г/см3.

Результаты обработки экспериментальных данных с использованием метода 3Б-мо-делирования показали, что карта плотностного

№ 1 (21) / 2015

78

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

распределения серы имеет зональный характер. Центральная часть распределения характеризуется повышенными значениями плотности серы (1,8-2,0 г/см3), тогда как склоновая имеет пониженные значения (1,74-1,76 г/см3).

Таким образом, проведенное исследование позволяет утверждать, что гравиметрические измерения с использованием современ-

Список литературы

1. Гравиразведка: справочник геофизика / под ред. д.т.н. Е.А. Мудрецовой, К.Е. Веселова. - М.: Недра, 1990. - 232 с.

2. Миронов В. С. Курс гравиразведки /

B. С. Миронов. - Л.: Недра, 1980. - 543 с.

3. Серкеров С.А. Гравиразведка и магниторазведка в нефтегазовом деле /

C. А. Серкеров. - М.: Нефть и газ, 2006. - 496 с.

ного оборудования дают возможность с необходимой точностью установить распределение плотности серы по объему серной карты.

Сравнение различных методик гравиметрического анализа распределения плотности на серных картах показывает, что наиболее точным является метод трехмерного моделирования.

References

1. Gravity exploration: Reference book of a geophysicist / edited by doc. of engin.

Е.А. Mudretsova, K.Ye. Veselova. - Moscow: Nedra, 1990. - 232 p.

2. Mironov V.S. Gravity exploration course /

VS. Mironov. - Leningrad: Nedra, 1980. - 543 p.

3. Serkerov S.A. Gravity and magnetic exploration in the oil & gas industry / S.A. Serkerov. - Moscow: Neft’ i gaz, 2006. - 496 p.

№ 1 (21) / 2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.