2. Сучасні методи інтерпретації гравітаційних даних
Кількісна інтерпретація гравіметричних даних.
Інтерпретація отриманих в результаті гравіметричних робіт даних завершує дослідження відповідної території. Розгляду підлягають карти ізоаномал і профілі значень Δg, наявні геологічні дані, матеріали вивчення густини зразків гірських порід, результати інших геофізичних досліджень.
При інтерпретації повинні бути виділені гравітаційні аномалії, виявлена форма, об’єм, глибина й елементи залягання геологічних тіл, що збурюють поле, установлені зв'язки гравітаційного поля з особливостями геологічної будови досліджуваної території.
Інтерпретація даних гравірозвідки неоднозначна. Це пояснюється двома основними особливостями гравітаційного поля. Перша полягає в тому, що вимірюване значення сили тяжіння в будь-якому пункті відбиває вплив «накладених» один на одного багатьох неоднорідностей у розподілі мас. Успішно інтерпретувати гравітаційні аномалії можна тільки після поділу впливу окремих геологічних об'єктів, що особливо важливо при пошуках локальних структур. Друга особливість складається в принциповій невизначеності рішення зворотної задачі по полю сили тяжіння (як і для будь-якого іншого потенційного поля).
Геологічна інтерпретація гравірозвідувальних даних підрозділяється на два основних підетапи: якісна інтерпретація і кількісна інтерпретація.
Кількісно інтерпретуються параметри збурюючи поле тіл, їх маси і густини. Результатом інтерпретації є геолого-геофізичні розрізи визначених напрямків (інтерпретаційні профілі), структурні карти поверхонь розділу середовищ різної густини. Найбільше застосовується при кількісній інтерпретації аналітичний спосіб і спосіб підбору.
Аналітичний спосіб інтерпретації заснований на використанні формул для тіл правильної геометричної форми, якими апроксимуються реальні геологічні тіла. При цьому виконується оцінка параметрів тіл (глибини залягання, надлишкової маси й ін.) за характерними точками аномалій (максимуми, мінімуми, їхньої частки й ін.).
Інтерпретація зводиться до вирішення прямої і зворотної задач гравірозвідки. Пряма задача полягає в знаходженні елементів гравітаційного поля за заданим розподілом параметрів (формі, глибині залягання збурюючого тіла, його густині тощо). Вона має єдиний розв’язок. Для вирішення прямої задачі в теорії гравірозвідки розроблений спеціальний математичний апарат інтегральні формули, що виражають похідні гравітаційного потенціалу як функції розподілу аномалієутворюючих мас. Практично це зводиться до підстановки меж інтегрування для заданого тіла. Найбільш проста для рішення при цьому двовимірна задача. В цьому випадку обчислюється розподіл похідних гравітаційного потенціалу по лінії, що перетинає проекцію аномалієутворюючого джерела на поверхню спостереження, що проходить через його центр і перпендикулярна простяганню тіла, об'єктам.
Зворотна задача полягає у визначенні параметрів збурюючого тіла за відомим значенням поля аномалій сили тяжіння. Вона вирішується неоднозначно, тому що однакові аномалії сили тяжіння можуть бути зв'язані з геологічними об'єктами різної форми, розмірів, густини. Тому для підвищення вірогідності інтерпретації необхідні дані про густину порід, що складають даний район, а також ймовірній формі тіл, які досліджуються. Природно, що результати інтерпретації будуть тим достовірнішими, чим більш обґрунтовано вибрана модель досліджуваного поля. Методи вирішення зворотної задачі застосовують як для інтерпретації щодо простих аномалій, які можна апроксимувати тілами простої геометричної форми за допомогою аналітичних методів, зокрема методом характерних точок, так і при інтерпретації складних аномалій за допомогою палеток, методом послідовних наближень з використанням ЕОМ.
У методі характерних точок використовуються формули розрахунку аномалій Δg і других похідних гравітаційного потенціалу для тіл простої форми, отримані при рішенні прямих задач. Досліджуючи ці аналітичні вирази, визначають координати характерних точок відповідних похідних (звідси назва методу). Звичайно це точки максимуму і мінімуму, напівмаксимуму, нульових значень. Знаходять також значення аномалії в точках максимуму і мінімуму. Цей аналіз дозволяє для кожного тіла одержати систему рівнянь. З неї і визначають невідомі елементи залягання аномалієутворюючого тіла, тобто вирішують зворотну задачу. Так, для тіл сферичної форми значення сили тяжіння і її горизонтального градієнта по будь-якому профілю, що проходить через епіцентр тіла, визначають по формулах: , де М — надлишкова маса тіла; h - глибина залягання центра сфери; f — гравітаційна постійна; ; х — абсциса довільної точки на осі х (рис. 1.3).
а б |
Рисунок 1.3 Криві g і W над сферою (а) та вертикальним уступом (б)
Максимум кривої Δg знаходиться над центром кулі (х = 0) і дорівнює: Для точки відстороненої від максимуму на відстань х0,5, де чи . Звідси можна знайти глибину залягання центра сфери. Надлишкова маса буде дорівнювати: . Параметри h і М визначають по кривій, . Наведений приклад є дуже важливим в практиці геологічної інтерпретації гравірозвідувальних даних. Геологічні тіла, які можуть бути уподібнені сфері, дуже різноманітні: поклади гніздоподібної і штокоподібної форми, карстові форми, соляні купола і таке ін.
Сучасна кількісна інтерпретація трудомісткий процес, як правило, вона виконується на основі використання обчислювальної техніки.
Якісна інтерпретація гравіметричних даних є основним етапом інтерпретації. Вона полягає у вивченні гравітаційного поля, виділенні аномалій, їхньому описі, класифікації, установленні зв’язку гравітаційного поля з геологічною будовою району. Дуже важливим прийомом при виконанні якісної інтерпретації гравірозвідувальних даних є використання методу аналогій. Цей метод широко використовується при інтерпретації матеріалів гравірозвідки на стадії рекогносцирувальних зйомок мало вивчених районів і особливо при вивченні поля сили тяжіння для районів, геологічна будова яких дуже подібно вивченим раніше. Це дозволяє за спостереженими аномаліями сили тяжіння провести паралелі між відповідними ділянками територій, що зіставляються. Наприклад, якщо в досліджуваному районі широко виявлена соляно-купольна тектоніка, і соляні штоки проявляються мінімумами Δg, то виявлення нових мінімумів сили тяжіння досить надійно може вказувати на існування інших соляних куполів. Подібна ситуація характерна, наприклад, для прикаспійських районів, де, користуючись методом аналогій, за гравірозвідувальними матеріалами був виявлений ряд соляних штоків, перспективних для пошуків нафтогазових родовищ. При цьому залучаються всі наявні в розпорядженні дослідника дані. Здійснюють аналіз поведінки гравітаційного поля, зіставлення даних вивчення цього поля з результатами інших геофізичних і геологічних досліджень, установлюють причини аномалій, положення окремих структурних елементів, намічають ділянки для постановки детальних робіт, виділяють аномалії для кількісної інтерпретації тощо.
При якісній інтерпретації установлюють форму, простягання, розміри аномалії. За формою аномалії підрозділяються на ізометричні, витягнуті й аномалії контакту, а за знаком — на позитивні і негативні. Форма аномалій безпосередньо зв'язана з формою збурюючих геологічних тіл. Так, ізометричні аномалії можуть бути пов'язані із соляними куполами, кімберлітовими трубками, лінзоподібними і гніздоподібними рудними покладами, штоками, інтрузивними тілами. Витягнуті аномалії можуть бути обумовлені антиклінальними і синклінальними складками, кулеподібними тілами. Контакти порід, що різняться за густиною, характеризуються зонами різких градієнтів поля.
Гравітаційні аномалії, в залежності від розмірів і інших особливостей, поділяють на регіональні, локальні, гравітаційні ступіні та ін. Походження і характер гравітаційних аномалій визначаються такими факторами, як будова товщі осадових порід; рельєф поверхні кристалічного фундаменту; внутрішня будова і склад кристалічного фундаменту; глибинна будова земної кори. З них перші три, в основному, утворюють локальні аномалії сили тяжіння. Причиною ж регіональних аномалій найчастіше є неоднорідності земної кори, що відбивають особливості її глибинної будови. Найбільш яскраво виявляються неоднорідності глибинної будови земної кори в тектонічно активних областях. Для типових платформ цей вплив виявлений слабкіше, а для докембрійських щитів практично відсутній.