Прогнозирование структурного плана глубокозалегающих горизонтов на акваториях по магнитным и гравитационным аномалиям

Глинская Надежда Викторовна; Мищенко Оксана Николаевна; Бурдакова Елена Владиславовна; Паламарчук Василий Климентьевич; Шарков Дмитрий Витальевич; Морозов Владимир Николаевич

УДК 550.8.05

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОГО ПЛАНА ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ НА АКВАТОРИЯХ ПО МАГНИТНЫМ И ГРАВИТАЦИОННЫМ АНОМАЛИЯМ

Глинская Надежда Викторовна - старший научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail:palvas@mail.ru.

Glinskaya Nadezda Viktorovna - Senior Scientific Researcher, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: palvas@mail.ru.

Мищенко Оксана Николаевна - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121,e-mail: yami13@mail.ru.

Mischenko Oksana Nikolaevna - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: yami13@mail. ru.

Бурдакова Елена Владиславовна - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121,e-mail: palvas@mail.ru.

Burdakova Elena Vladislavovna - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: pal-vas@mail.ru.

Паламарчук Василий Климентьевич - заведующий лабораторией, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail:palvas@mail.ru.

Шарков Дмитрий Витальевич - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail: palvas@mail. ru.

Морозов Владимир Николаевич - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121,e-mail: palvas@mail.ru.

Palamarchuk Vasily Kliment 'evich - Head of the Laboratory, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: palvas@mail.ru.

Sharkov Dmitry Vital'evich - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: pal-vas@mail.ru.

Morozov Vladimir Nikolaevich - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: pal-vas@mail.ru.

Рассматриваются принципы применения тренд-анализа при сопоставлении аномалий потенциальных полей и результатов сейсмической разведки с целью прогнозирования структурного плана глубокозалегающих горизонтов на акваториях по магнитным и гравитационным аномалиям. На примере комплексных гравимагнитных съемок на акватории и сейсмического разреза в центре площади выполнена корреляция тренда разных (с 1-го по 9-й) порядков и выбраны для каждого из горизонтов наиболее коррелирующиеся, по которым выполнен прогноз составляющих горизонтов за пределами сейсмического профиля. Рассмотрены основные критерии подбора параметров тренд-анализа. Приведены результаты применения тренд-анализа на примере реальных данных съемки «Арктика-2007».

Ключевые слова: тренд-анализ, сопоставление сейсмических и потенциальных полей, новый подход к прогнозированию структурных планов глубокозалегающих горизонтов по аномалиям магнитного и гравитационного полей.

The article is dedicated to description of principles of trend-analysis implementation for potential fields and seismic prospecting results comparison at the deep bedded horizons structural plans prognosis by magnetic and gravity anomalies on aquatories. Different levels (from 1st up to the 9h) trends correlation result for comparison of complex gravimagnetic surveys on aquatory with seismic section on the center of observed area is presented. The most correlative trend level defined for each seismotectonic horizon. These results are used for horizon's components prognosis overseas of seismic profile. Main criteria of trend-analysis parameters choosing are examined. The results of trend-analysis implementation for real surveys «Arctic-2007» are presented.

Keywords: trend-analysis, seismic and potential fields comparison, new method of deep bedded horizons structural plans prognosis by magnetic and gravity anomalies on aquatories.

В практике работ на акваториях широко использовался способ построения геофизических разрезов, основанный на объединении результатов интерпретации данных магниторазведки в виде локальных объектов на нескольких соседних параллельных маршрутах [1]. Магнитоактивные горизонты в этом способе выделяются по преобладающему (наиболее вероятно-

му) положению магнитоактивных объектов (верхних кромок, центров масс и т.п.).

Однако для набора статистики в этом способе требуется рассматривать большое число маршрутов. При изменении глубины исследуемого горизонта это приводит к выбору границ, не всегда отвечающих среднему маршруту. Если число суммируемых раз-

резов уменьшать, то число магнитоактивных объектов тоже уменьшается. Это не позволяет выделять закономерности в их распределении как вдоль профиля, так и по глубине. Для акваторий, где нет глубокого бурения и редкая сеть сейсмических профилей, а сейсмические границы к тому же не всегда отвечают магнитным, иногда этот способ являлся приемлемым.

В настоящее время, когда аэромагнитная съемка стала по-настоящему высокоточной и навигация также точной, и в комплексе аэро- и надводной магнитных съемок используется гравиметрическая съемка, можно пересмотреть способы интерпретации, в первую очередь построение структурных планов глубо-козалегающих горизонтов. При высоких точностях съемок можно по-иному подойти к вопросу разделения аномалий. В этом может помочь метод вычитания известных аномалий [2]. Тогда остаток после вычитания локальных аномалий в аномалиях магнитного поля Земли может оказаться эффектом от слоев (границ), который обычно относился к фону. Эти аномалии (тренд) могут быть использованы для построения структурных горизонтов.

Чтобы получить конкретные численные оценки локальных и плавно изменяющихся остаточных региональных аномалий, выполняется подбор магнитных масс, наилучшим образом описывающий магнитные аномалии. В качестве магнитоактивных тел могут рассматриваться шары, цилиндры и др. Выбор конкретного тела и, соответственно, вычитание созданной этим телом аномалии осуществляются по критерию максимального правдоподобия.

Вдоль каждого профиля в скользящем окне проводится сравнение аномального поля и поля заданного тела. Вычислялся коэффициент подобия, к примеру, отношение максимального правдоподобия. В результате в разрезе строятся матрицы значений коэффициентов максимального правдоподобия, позволяющие локализовать магнитную массу по местоположению и глубине, и определяется величина намагниченности. Это позволяет выделить первоначально наиболее крупные и глубоко залегающие объекты, а затем, после вычитания этих объектов, локализовать магнитные массы следующего порядка по величине намагниченности и глубине залегания. Строится итеративный процесс, позволяющий постепенно уточнять местоположение и намагниченность объектов всех уровней. Действительно, вклад более мелких объектов представляет собой шум при локализации крупных и глубинных тел, исключение этого вклада улучшает соотношение сигнал-шум и позволяет уточнять параметры наиболее мощных объектов. Особую трудность представляет разделение вкладов близко лежащих крупных объектов, что также выполняется итеративно [2].

Полученные после вычитания локальных аномалий

остаточные аномалии содержат помехи вычитания и могут быть отфильтрованы [2]. Фильтрация может быть выполнена путем выделения тренда. Такие аномалии содержат информацию о плавных поверхностях, слоях и т.п. и могут быть использованы для соответствующей интерпретации корреляционными методами.

Значимость (веса) полученных остаточных плавных аномалий и их трансформаций (например, тренд) оценивается по их корреляции с глубинами по данным сейсморазведки, электроразведки и других методов на опорном маршруте.

По информативным признакам (остаточные магнитные и гравитационные аномалии - тренд и рельеф морского дна) и глубине до границ раздела строим уравнения регрессии.

Полученные зависимости распространяют на 3-5 межмаршрутных расстояний по обе стороны от центрального (эталонного) профиля. Если структурные горизонты изменяются плавно, то полученные зависимости могут быть распространены на большие расстояния.

Для описания пластовых аномалий были выбраны признаки, с помощью которых, используя весовые коэффициенты, оцененные на параметрических разрезах, строились магнитоактивные горизонты. В качестве признаков были выбраны глубины моря, аномалии Фая, аномалии Буге с плотностью промежуточного слоя 2,3, 2,67 и переменной плотностью (рр), оцененной методом Неттлтона, собственно плотность рр, аномалии остаточного магнитного поля Земли и их разности.

Тренд оценивается по исходным полям путем исключения локальных аномалий. Выбор оптимального тренда производился по корреляции тренда исследуемого признака и значениями глубин до конкретных горизонтов, полученных по данным сейсморазведки (табл. 1).

Как следует из табл. 1, аномалии Фая практически не информативны, а рельеф, аномалии Буге с переменной плотностью, остаточные магнитные аномалии информативны.

В табл. 2 собраны только те коэффициенты корреляции, которые по абсолютному уровню больше 0,5.

Используем таблицу коррелирующихся признаков весового тренда и глубин (табл. 2) для выбора наиболее

Таблица 1

Корреляция тренда исследуемого признака и значения глубин

Коэффициенты корреляции

PH АФ K, K, M h F B pp T

PH(H0 1,00 0,88 0,95 -0,30 0,85 -0,94 0,32 0,91 0,38 0,84

АФ(Н2) 0,88 1,00 0,89 -0,06 0,64 -0,88 0,35 0,92 0,52 0,81

Ki(H3) 0,95 0,89 1,00 -0,33 0,85 -0,96 0,28 0,89 0,37 0,84

K2(H4) -0,30 -0,06 -0,33 1,00 -0,64 0,24 0,39 -0,03 0,16 -0,04

M(H5) 0,85 0,64 0,85 -0,64 1,00 -0,82 0,27 0,66 0,00 0,75

Примечание. РН - поверхность, отождествляемая с границей регионального несогласия, определенного по данным скоростного разреза; АФ - граница, отождествляемая с границей акустического фундамента по данным скоростного разреза; К1 и К2 - границы кровли верхней и нижней коры соответственно, отождествляемые с аналогичными границами по данным скоростного разреза; М -граница, отождествляемая с границей Мохо по данным скоростного разреза; Ь - глубина моря; Б -аномалии поля силы тяжести в свободном воздухе (редукция Фая); В - аномалии силы тяжести в редукции Буге с переменной плотностью; рр - значения плотности; Т - значения аномального магнитного поля Земли.

информативных признаков с целью построения множественных уравнений регрессии линейного типа (первого порядка) для каждого из сейсмических горизонтов (с Н1 до Н5), и рассмотрим результаты прогнозирования

Коэффициенты корреляции сейсмических гориз

структурных горизонтов только по магнитному полю (табл. 2). Результаты анализа показывают, что весовой тренд дает более высокую корреляцию отдельных порядков с некоторыми из сейсмических границ.

Таблица 2

гов Н^ Н2 и весовой тренд геофизических полей

Весовой тренд \r\ >0,5 коэффициенты корреляции

Поверхность тренда / коэф. корреляции Рассчитанные коэффициенты корреляции

H1 Я2 H3 H4 Hs

Аномалии силы тяжести в редукции Буге с переменной плотностью Тренд N / г (Н ф) 3 / 0,66 4 / 0,84 5 / 0,97 8 / -0,57 6 / 0,92

Остаток N / г (Н;; 1-ф) - 5 / -0,7 6 / -0,86 8 / 0,64 7 / -0,81

Аномалии силы тяжести в редукции Буге (2,67) Тренд N / г (Н ф) 6 / 0,6 5 / 0,91 7 / 0,96 - 9 / 0,86

Остаток N / г (Н;; 1-ф) 1 / 0,58 1 / 0,79 1 / 0,92 3 / -0,51 1 / 0,87

Аномалии силы тяжести в редукции Фая Тренд N / г (Н ф) 2 / -0,6 1 / -0,84 1 / -0,82 9 / 0,66 2 / -0,83

Остаток N / г (Н;; 1-ф) - - - - -

Аномалии МПЗ Тренд N / г (Н ф) 2 / 0,57 4 / 0,87 5 / 0,96 - 4 / 0,82

Остаток N / г (Н;; 1-ф) - 2 / 0,82 1 / 0,73 6 / 0,61 -

Глубина моря Тренд N / г (Н;; ф) 5 / -0,63 4 / -0,91 6 / -0,98 - 8 / -0,88

Остаток N / г (Н;; 1-ф) 1 / -0,52 1 / -0,84 1 / -0,95 - 1 / -0,83

На рисунке приведены глубинные горизонты от Н1 до Н5, полученные по данным сейсморазведки, и тренд глубин, полученный для каждого из горизонтов по трендам МПЗ.

О 100 200 300 400 500 800 700

О 100 200 300 «О 600 600 700

Сравнение сейсмических горизонтов, полученных на профиле ГСЗ, с прогнозными горизонтами по данным тренд-анализа магнитного поля: 1 - сейсмические горизонты; 2 - прогнозные горизонты по тренду МПЗ

Построенные по информативным, т.е. коррели-рующимся, трендам зависимости позволяют строить по ним те горизонты, которые с ними коррелируются за пределами опорных (эталонных) маршрутов. Если по найденным зависимостям между трендом (Т,) и глубинами (Н) построить «новые» магнитные горизонты и сравнить их с сейсмическими, то получим оценку надежности такого прогноза, а значит, и оценку надежности тренда (см. рисунок).

Для повышения надежности прогноза, и в первую очередь для неглубоких горизонтов (например, Н1 и Н2), следует использовать локальные аномалии, с помощью которых могут быть оценены изменения глубин неглубоких горизонтов.

Выводы

Как показали расчеты, прогноз структурных горизонтов на опорном маршруте по геофизическим полям позволяет исправить ошибки нулевого приближения на опорном сейсмическом маршруте, когда, к примеру, в сейсморазведке из-за ошибок в скорости происходят смещения особых точек отражающих и преломляющих границ по горизонтали. Потенциальные поля таких смещений не имеют. Поэтому это положение может позволить производить уточнение скорости сейсмических волн на опорном сейсмическом профиле.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Литература

1. Волк В.Э. Геофизические методы исследований Мирового океана. Л., 1979. С. 82.

2. Паламарчук В.К. Разделение магнитных аномалий путем исключения теоретических эффектов тел-помех // Геология и геофизика. 1986. № 2.

Поступила в редакцию_6 ноября 2012 г.

Method of Deep Bedded Horizons Structural Plans Prognosis by Magnetic and Gravity Anomalies on Aquatories

Текст научной работы на тему «Прогнозирование структурного плана глубокозалегающих горизонтов на акваториях по магнитным и гравитационным аномалиям»