CC BY
46
УДК 550.83.016
С.Г.АЛЕКСЕЕВ, канд. геол. -минерал. наук, зав. лабораторией, sga49@mail. ru
С.А.КОЗЛОВ, научный сотрудник, [email protected]
М.Б.ШТОКАЛЕНКО, канд. техн. наук, старший научный сотрудник,
mihkelshtokalenko@rambler. ru
ФГУ НПП «Геологоразведка», Санкт-Петербург
В.Е.СМИРНОВ, студент, [email protected]
Санкт-Петербургский государственный горный университет
S.G.ALEKSEEV, PhD in geol. & min. sc., laboratory head, sgaА[email protected] S.A.KOZLOV, research assistant, [email protected]
M.B.STOKALENKO, PhD in eng. sc., senior research assistant, [email protected] FGUNPP «Geologorazvedka», Saint Petersburg V.E.SMIRNOV, student, vladislavsmirnov@hotmail. com Saint Petersburg State Mining University
ОСОБЕННОСТИ 2D- И 3D-ИНТЕРПРЕТАЦИИ АНОМАЛИЙ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ
Рассмотрены способы обработки данных грави- и магниторазведки с вычислением эффективных плотности и намагниченности горных пород. При создании пространственных моделей распределения этих характеристик предпочтение отдается вариантам 3D-обработки, в которых проводится учет гравитационного или магнитного поля по кругу в районе точки вычисления. Применение этого способа достаточно эффективно при наличии на исследуемой площади изометричных объектов. Применение этого алгоритма к обработке результатов наблюдений над горизонтально или наклонно залегающими двумерными телами (горизонтальный круговой цилиндр и т.п.) приводят к искажению получаемой при вычислениях формы этих объектов и значительному увеличению расчетной глубины их залегания, что может привести к ошибкам при интерпретации полученных данных.
Ключевые слова: эффективная плотность, эффективная намагниченность, ошибки 3D-интерпретации.
CHARACTERISTICS OF 2D- AND 3D-POTENTIAL FIELD ANOMALY INTERPRETATION
This paper contains methods of gravity and magnetic data processing with evaluation of effective density and magnetic intensity of rocks. The most preferred method of 3D-processing so as to create three dimensional models of gravity and magnetic distribution is that one which count gravity and magnetic fields around a circle near the calculation point. It is highly effectively to use this method if there are some isometric objects. This algorithm leads to a geometry distortion of the resulting objects and a marked increase in predicted depth if examined bodies are two-dimensional and overlie horizontal or aslope. This might cause errors in data interpretation.
Key words: effective density, effective magnetism, 3D-interpretation errors.
При построении геолого-геофизических разрезов по результатам наблюдений потенциальных полей используют различные алгоритмы преобразования полей в простран-
ственные распределения эффективных характеристик горных пород. Это фильтрация поля с использованием преобразования Фурье [3], реализованная в программном
128 _
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.194
комплексе КОСКАД, методы особых точек [1], вейвлет-преобразования с физическим смыслом [4] и пр. При этом в первом приближении можно отметить, что глубина залегания центра объекта определяется шириной наблюдаемой аномалии, а значения получаемых эффективных плотности и намагниченности пород - ее интенсивностью. Во всех случаях, как правило, расчетные поля от получаемых пространственных распределений эффективных характеристик близки к исходному полю.
Расчеты проводят в 2D- или 3D-гео-метриях. В первом случае используют результаты наблюдений по отдельным профилям. Направление интерпретационных профилей выбирается вкрест простирания основных структур на исследуемой площади. В качестве элементарного источника поля рассматривается бесконечный горизонтальный круговой цилиндр. Фильтрацию данных проводят в скользящем окне, перемещаемом по линии профиля. При обработке данных в 3D-геометрии расчеты проводят в скользящем окне круглой или квадратной формы.
В последнее время предпочтение отдается обработке данных в 3D-геометрии. И действительно, для объектов изометричной формы получаемые распределения эффективных плотности и намагниченности хорошо согласуются с результатами интерпретации сейсморазведки [2].
Однако при использовании 3D-алго-ритмов для обработки полей двумерных тел наблюдаются искажения. В качестве примера можно рассмотреть гравитационное или магнитное поле горизонтального кругового цилиндра. При интерпретационном направлении вкрест длинной оси цилиндра поле имеет вид аномалии горизонтального кругового цилиндра. В качестве источника поля рассматривается шар. Принимается во внимание, что для гравитационного и магнитного полей разница в определяемых глубинах для горизонтального кругового цилиндра и шара не очень велика. При обработке гравитационного поля цилиндра по линии 1-1 (рис.1) получаемая глубина залегания цилиндра близка к истинной глубине его залегания.
У, км
25
-25
-50
-50
0,02
-25 0
Поле dg, усл.ед.
25
х, км
0,12 0,22 0,32 0,42
Рис.1. Гравитационное поле горизонтального кругового цилиндра и направления интерпретационных профилей, выделенных штриховой линией, в окне круглой формы
dg, мГ 0,4 0,2 0
-10
-20
-30
-30 -20
-10
10
20
х, м
Рис.2. График изменения поля dg горизонтального кругового бесконечного цилиндра (глубина залегания 15 м) по профилю вкрест его оси и распределение значений эффективной плотности в нижнем полупространстве по этому профилю, рассчитанное в скользящем круговом окне. Точкой отмечено истинное положение центра цилиндра
Однако при интерпретационных направлениях, близких к длинной оси цилиндра, ширина наблюдаемой аномалии, а следовательно и расчетная глубина залегания, значительно увеличивается, а вдоль длинной оси цилиндра (2-2 на рис.1) становится
0
_ 129
Санкт-Петербург. 2011
а H, м
-30
б
-60.
-40
0 40 0
Эффективная плотность, усл.ед.
20 х, м
0
0,02 0,03
Рис.3. Распределение эффективной плотности в разрезе модели горизонтального ограниченного кругового цилиндра (глубина залегания цилиндра 15 м, длина по простиранию 40 м): а - вдоль длинной оси цилиндра; б - поперек длинной оси цилиндра в его центральной части. Жирной линией и точкой показано положение цилиндра
равной бесконечности. В среднем наблюдается увеличение расчетной глубины залегания объекта (рис.2). Как правило, получае-
мая глубина залегания объекта - глубина локального экстремума эффективной плотности - оказывается почти в 2 раза больше истинной глубины залегания цилиндра.
Кроме увеличения глубины залегания объектов, наблюдается также и искажение их формы. Это можно проследить, например, для модельного тела, представляющего собой ограниченный горизонтальный круговой цилиндр.
Как следует из рис.3, поле ограниченного горизонтального цилиндра при обработке данных в круглом скользящем окне преобразуется в тело в форме сумки, т.е. наблюдается искажение формы этого объекта (рис.3, а). В центральной части глубина залегания увеличивается более чем в 2 раза по сравнению с положением исходной модели.
Рассмотренные для гравитационного поля результаты полностью справедливы и для магнитного поля. Проведение вычислений в окнах круглой или квадратной формы приводит также к увеличению практически
H, км
-10 -
-20
-10 -
-20
7210
7230 7250 7270
Эффективная намагниченность, усл.ед.
7290 х, м
-0,125 0
0,05
Рис.4. Расчетное распределение эффективной намагниченности пород в разрезе по меридиональному профилю в районе Золотицкого и Верхотинского кимберлитовых полей, усл.ед.: а и б - в 2Б- и 3Б-геометрии
соответственно
б
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.194
в 2 раза расчетной глубины залегания горизонтально расположенных магнитных объектов и искажению формы этих объектов.
Кроме того, при интерпретации в окне круглой или квадратной формы аномалии малой интенсивности от двумерных объектов могут исчезать на фоне изменения поля в этих окнах. Так, при обработке магнитометрических данных района Золотицкого и Верхотинского кимберлитовых полей (Архангельская область) в 2D-геометрии по меридиональным профилям в получаемом разрезе четко вырисовываются две штокооб-разные зоны повышенной намагниченности на глубине около 5 и 7 км в районе пикетов 7245 и 7270 (рис.4, а).
Распределение эффективной намагниченности пород в разрезе, если рассматривать по нулевой изолинии, близки между собой (рис.4), однако, два штокообразных тела в районе пикетов 7245 и 7270 при расчетах в окнах круглой формы в 3D-геометрии практически не отмечаются (рис.4, б).
Выводы
Расчет эффективных характеристик горных пород по аномалиям потенциальных полей с использованием алгоритмов учета этих полей в скользящих окнах круглой или квадратной формы приводит к увеличению получаемой глубины залегания двумерных горизонтально расположенных объектов практически в 2 раза. В ходе проведения расчетов наблюдается также искажение формы этих объектов.
При обработке результатов наблюдений в окне круглой или квадратной формы необходимо контролировать полученные результаты проведением расчетов по одиночным профилям, заданным вкрест простирания основных объектов на изучаемой площади и учитывающих в скользящих окнах
результаты наблюдений только по этим профилям или направлениям, близким к ним.
ЛИТЕРАТУРА
1. Блох Ю.И. Возможности интерпретации потенциальных полей методами особых точек в интегрированной системе «Сингуляр» / Ю.И.Блох, Д.В.Каплун, О.Н.Коняев // Изв. вузов. Геология и разведка. 1993. № 6. С.123-127.
2. Козлов С.А. Сопоставление сейсмических разрезов по региональным профилям с распределением сингулярных источников потенциальных полей, эффективных плотности и намагниченности пород / С.А.Козлов,
C.Г.Алексеев, П.А.Лебедкин, А.П.Савицкий, М.БШтока-ленко // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Мат. 36-й сессии Междунар. науч. семинара им. Д.Г.Успенского. Казань, 2009. С.164-166.
3. Приезжев И.И. Построение распределений физических параметров среды по данным гравиразведки, магниторазведки и сейсморазведки // Геофизика. 2005. № 3. С.46-51.
4. Штокаленко М.Б. Вейвлет-преобразования с физическим смыслом / М.Б.Штокаленко, С.Г.Алексеев // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Мат. 34-й сессии Международного науч. семинара им. Д.Г.Успенского. М., 2007. С.293-297.
REFERENCES
1. Bloch Y.I., Kaplun D.V., Konyaev O.N. Opportunities to potential field interpretation with singular point method in integrated system «Singular» // University news. Geology and prospecting. 1993. N 6. P.123-127.
2. Kozlov S.A., Alekseev S.G., Lebedkin P.A, Saviz-kiy A.P., Shtokalenko M.B. Seismic cross section lateral comparison with potential field singular sources structures, effective density and rock magnetism // Theory and practics of the geological interpretation of gravimetric, magnetic and electromagnetic data: Materials of the 36 session of
D.G.Uspenskiy international scientific seminar. Kazan, 2009. P.164-166.
3. Priezev I.I. Conversion of physical parameters structure according to the data from gravity prospecting, magnetic prospecting and seismic prospecting // Geophysics. 2005. N 3. P.46-51.
4. Shtokalenko M.B., Alekseev S.G. Wavelet-transformations with physical meaning // Theory and practics of the geological interpretation of gravimetric, magnetic and electromagnetic data: Materials of the 34 session of D.G.Uspenskiy international scientific seminar. Moscow, 2007. P.293-297.
Санкт-Петербург. 2011
