CC BY
82
УДК 550.311
ДАНИЛОВ Константин Борисович, младший научный сотрудник лаборатории экологической сейсмологии и геохимии Института экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук (г. Архангельск). Автор 8 научных публикаций
АДАПТАЦИЯ МЕТОДА
МИКРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК ВЗРЫВА
НА ТЕРРИТОРИИ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ*
В статье рассмотрен вопрос о применимости метода микросейсмического зондирования для поиска кимбер-литовых трубок взрыва в Архангельской области. Используемый метод основан на статистическом подходе к анализу микросейсмического поля и на свойствах волн Релея. В предложенной работе показаны основные параметры выделения трубок взрыва.
Микросейсмические колебания, волны Релея, зондирование, кимберлитовые трубки взрыва
Введение. На территории Архангельской области расположена и разрабатывается Архангельская алмазоносная провинция (ААП). ААП состоит из пяти кимберлитовых полей: Зо-лотицкое, Кепинское, Верхотинское, Ижмозерс-кое, Нёнокское [1]. Данные трубки взрыва изучены широко применяемыми геофизическими методами, такими как магнито- и электроразведка. Несмотря на широкое применение перечисленных методов, трубки взрыва не всегда могут быть однозначно выделены традиционными методами. Последнее обуславливает необходимость развития альтернативных методов выделения трубок взрыва. Одним из таких методов является метод микросейсмического
зондирования [2]. В данной работе рассматривается возможность использования указанного метода на примере трубки взрыва имени М.В. Ломоносова Золотицкого поля. Данная трубка взрыва представлена кимберлитами глиноземестой серии и приурочена к зоне глубинного разлома субмеридиального направления [1].
Метод микросейсмического зондирования. Данный метод предложен сотрудником Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта кандидатом физико-математических наук А.В. Горбатиковым и основан на способности волн Релея увеличивать свою интенсивность при прохождении низкоскоростных неоднород-
© Данилов К.Б., 2010
* Работа выполнена при частичной поддержке программы Президиума Российской академии наук, руководитель -чл.-корр. РАН Ф.И. Юдахин.
ностей и уменьшать - при прохождении высокоскоростных [2]. При этом сама неоднородность может находиться на определенной глубине, а соответствующие изменения интенсивности ощущаться на поверхности. О глубине залегания неоднородности можно судить из того, что волна наиболее ярко «реагирует» на неоднородность при ее залегании на глубине, равной половине длины волны [2].
Основными затруднениями, которые встают перед данным методом, являются неоднозначный состав микросейсмического поля и его временные вариации. Поскольку микросейсмы в основном состоят из поверхностных волн, можно ожидать, что запись на вертикальном канале в основном будет состоять из волн Релея. Для устранения влияния временных вариаций микро-сейсм используется опорная станция, также ее записи могут использоваться как «эталонные» при отбраковке данных передвижной станции.
Источниками поверхностных волн в низкочастотном диапазоне являются акватории морей и океанов [3], их влияние ощущается на удалении сотен километров. Данный факт делает предлагаемый метод весьма привлекательным в связи с постоянным практически повсеместным присутствием необходимого зондирующего сигнала. Сама спецификация метода позволяет говорить о его применимости для выделения трубок взрыва, т.к. метод нацелен на выделения субвертикальных неоднородностей в силу того, что волны Релея распространяются параллельно поверхности.
В процессе обработки изначально строятся спектры мощности. При обработке рассматривался диапазон частот от 0,2 до 5 Гц, разбитый более чем на 500 частот. После построения обобщенных спектров рассматривается каждая частота в отдельности. Для простоты ниже приведен пример обработки какой-либо одной частоты.
Для каждой частоты рассчитывается относительная интенсивность микросейсм ( I), которая и должна реагировать на скоростные неоднородности:
А
I = 20*1е-^
- А,
Аір - спектральная амплитуда по записи в і-м пункте передвижной станции на рассматриваемой частоте;
Аіо - спектральная амплитуда по записи в і-м пункте опорной станции на рассматриваемой частоте.
На следующем этапе производится пересчет частоты в глубину: h = б/2, где h - глубина, б - длина волны: б = а/н, где а - скорость, н - частота.
Схема эксперимента. Во время проведения работ по выделению трубки взрыва производились замеры микросейсмических колебаний вдоль профилей, расположенных поперек трубки, с шагом между пунктами замеров 100 м, дистанция между профилями 50 м. Профиля с нечетными номерами проходились акселерометром, а с четными - велосиметром. В качестве опорной станции была выбрана станция КБС (Россия) с велосиметрами СМ3-КВ (Россия), в качестве передвижных использовались станции GSR-24 (Швейцария) с велосиметром и акселерометром фирмы Guralp (Великобритания). Профиля 1 и 2 были выбраны севернее исследуемой трубки, центр профилей совпадал с ориентировочным центром трубки. Длина профилей 1 и 2 - 800 м, с 3 по 10 - 1200 м. В каждом пункте запись проводилась в течение 1 ч.
Обсуждение результатов. Данные, полученные в результате экспедиции на трубку взрыва имени М.В. Ломоносова, были обработаны совместно с автором методики микросей-смического зондирования А.В. Горбатиковым (рис. 1). На рис. 1 по оси абсцисс отложены номера пунктов замеров микросейсм, по оси ординат - глубин в метрах. Согласно используемой методики, к обработке привлекались записи велосиметров.
На всех профилях четко выделяются согласующиеся друг с другом две низкоскоростные области (рис. 1). Первая низкоскоростная зона выделяется на втором профиле в п. 6, на четвертом - в п. 5-8, на восьмом - 2-8, на десятом - 5-9, вторая зона выделяется на всех профилях кроме 2 и ограничивается п. 11-13. Данные области разделены высокоскоростной
34567891011 56 78 910111213 1 2345678910111213 345678910111213
Рис. 1. Вертикальные разрезы вдоль профилей, отражающие распределение интенсивности микросейсм: а - профиль 2, б - профиль 4, в - профиль 8, г - профиль 10
зоной (темная область), расширяющейся с глубиной. Выделенные низкоскоростные зоны имеет глубину до 1500 км и воронкообразную форму (рис. 1в). Внутри первой зоны выделяется область с наименьшими скоростными свойствами (наиболее светлая), имеющая также воронкообразную форму и выходящую на поверхность через горловину, расположенную на глубине 100-300 м.
Из рис. 1а видно, что с запада от первой зоны среда обладает более высокими скоростными свойствами, чем с востока. Учитывая то, что первая зона на втором профиле аналогична второй зоне на профиле 10, а также по внешним признакам данных зон (глубокие узкие с вертикальными границами, низкоскоростные), можно предположить, что это разрывные нарушения северо-восточного направления. Возможно, что область с наибольшей интенсивностью микросейсм на восьмом профиле вызвана пересечением разломов.
Согласно [4] поверхность трубки лежит на глубинах 50-70 м, и в горизонтальном сечении форма трубки до глубин 200 м практически не меняется. В связи с этим, пункты регистрации микросейсм, относящиеся к первой низкоскоростной зоне на глубинах до 200 м, были вы-
несены на карту с контурами трубки взрыва (рис. 2). При этом область с наибольшей интенсивностью микросейсм ограничена линиями (рис. 2).
Из рис. 2 видно, что области наибольшей и наименьшей интенсивности внутри первой зоны, действительно, относятся к разным объектам. Так, область наименьших скоростей (белая область) не является трубкой взрыва и прилегает непосредственно к северо-западному борту трубки взрыва, что говорит о возможной связи данной зоны с образованием исследуемой трубки взрыва. А сама трубка характеризуется зоной меньшей интенсификацией микро-сейсм (серая область) и неоднородным строением.
Полученные результаты согласуются с имеющимися данными в том плане, что трубки взрыва по скоростным свойствам незначительно отличаются от вмещающих пород [5], но при этом наблюдается смена структуры строения среды от горизонтально-слоистой во вмещающих породах к гетерогенной со сложным распределением локальных скоростных неоднородностей [6]. Также трубки взрыва сопровождаются параллельными и радиальными разрывными нарушениями [5].
Рис. 2. Карта местности с нанесенными контуром трубки взрыва и точками замеров, соответствующих выделенной зоне: а - зона максимальной интенсивности микросейсм, б - зона промежуточной интенсивности микросейсм
Выводы. Предложенный метод показывает возможность выделения трубок взрыва и их структуру на территории Архангельской области. При этом основными параметрами являются отличия скоростных свойств пород трубки взрыва от вмещающих пород и изменения структуры строения среды, т.е. наличие случайных локальных изменений скоростных свойств. В качестве дополнительных факторов, указывающих на соответствие выделенной скоростной неоднородности именно трубке взрыва, может служить ее приуроченность к разрывным нарушениям, который проявляются в виде областей со значительно большей интенсивностью, чем трубки взрыва.
Для повышения качества материала предлагается увеличить время регистрации микро-сейсм в одной точке до 90 мин., данный шаг позволит увеличить качество накопленного сигнала и избежать влияния медленного тренда микросейсмических колебаний. Также для получения более детальной информации о трубке взрыва и вмещающих породах желательно произвести дополнительные полевые работы как по расширению замеренных профилей, так и по уплотнению сетки наблюдения.
Кроме того, желательно усовершенствовать методику с целью включения в обработку данных акселерометра, что облегчит полевые работы.
Список литературы
1. Ерёменко А.В., Ненахов В.М. Геология и геодинамическая модель формирования трубок взрыва Архангельской алмазоносной провинции // Вестн. Воронеж. ун-та. Сер.: Геология. 2002. N° 1. С. 36-42.
2. Горбатиков А.В., Степанова М.Ю., Кораблев Г.Е. Закономерности формирования микросейсмического поля под влиянием локальных геологических неоднородностей и зондирование микросейсм с помощью микро-сейсм // Физика Земли. 2008. № 7. С. 66-84.
3. Некоторые характеристики микросейсмического поля платформенной литосферы (на примере Воронежского кристаллического массива) / Л.И. Надежка, И.Н. Сафронич, С.П. Пивоваров и др. // Волновые процессы в неоднородных и нелинейных средах: материалы семинаров науч.-образоват. центра. Воронеж, 2004. С. 173-175.
4. Отчет о результатах разведки кимберлитовых трубок месторождения имени Ломоносова в 1963-1987 гг. // ПГО «Архангельскгеология» Беломорская геологоразведочная экспедиция.
5. Губайдулин М.Г. Физико-геологические модели поисковых объектов // Литосфера и гидросфера европейского Севера России. Геоэкологические проблемы. Екатеринбург, 2001. С. 57-63.
6. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и внедрение методики сейсмических исследований при поисках кимберлитовых трубок в Юго-Восточном Беломорье» НПО «Рудгеофизика». Л., 1989.
Danilov Konstantin
MICROSEISMIC SOUNDING METHOD ADAPTATION FOR KIMBERLITE PIPES POSITIONING ON THE TERRITORY OF THE ARKHANGELSK REGION
The paper considers the issue of microseismic sounding method applicability for kimberlite pipe positioning in the Arkhangelsk region. The method employed is based on the statistical approach to the microseismic field analysis and on the characteristics of Rayleigh waves. The main kimberlite pipe parameters are specified in the paper.
Контактная информация: e-mail: danilov_kostea@mail.ru
Рецензент - Кутинов Ю.Г., доктор геолого-минералогических наук Института экологических проблем Севера Уральского отделения Российской академии наук
