Гравиметрический способ моделирования геологического пространства

Изобретение относится к геофизике, в частности к гравиразведке. Технический результат: повышение геологической эффективности гравиразведки. Сущность: Способ включает измерение силы тяжести на земной поверхности, построение карты аномалий силы тяжести, осреднение аномалий силы тяжести на плоскости XY в скользящем окне радиуса R, локализацию в геологическом пространстве XYZ гравитирующих неоднородностей. Осреднение на плоскости XY выполняют с серией последовательно увеличивающихся на постоянную величину ΔR радиусов осреднения. На основании зависимости между глубиной залегания Z гравитирующей неоднородности и радиусом осреднения R в границах исследуемой площади в заданном диапазоне глубин обособляют серию из N субпараллельных слоев мощностью ΔZ, содержащих внутри себя информацию о фрагментах гравитирующих неоднородностей. Формируют соответствующую серию из N томографических срезов Zi. Путем последовательного анализа срезов осуществляют послойное исследование внутренней структуры геологического пространства. На плоскости XZ задают сеть профилей, по которым строят соответствующую сеть гравиметрических разрезов путем проецирования информации о фрагментах гравитирующих неоднородностей с томографических срезов Zi на плоскости XZ разрезов в точки, принадлежащие линиям пересечения плоскостей разрезов с плоскостями томографических срезов. Путем интерполяции в плоскостях разрезов получают распределение гравитирующих неоднородностей. Осуществляют их вещественно-структурную идентификацию. На основе непрерывной межпрофильной корреляции идентифицированных в смежных разрезах одноименных вещественно-структурных элементов формируют гравиметрическую объемную модель геологического пространства. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к геофизике, в частности к способу гравиразведки, в котором используется метод осреднения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является гравиметрический способ квазиособых точек (КВОТ) [Патент РФ №2094830 на изобретение “Гравиметрический способ квазиособых точек”. Автор Елисеева И.С.], предназначенный для построения гравиметрического разреза земной коры на основе использования функции полного нормированного градиента силы тяжести. Способ КВОТ включает измерения силы тяжести по линии профиля, трансформацию полей полного нормированного градиента вдоль профиля и получение координат (X, Z) источников аномалий в разрезе. Результатом применения способа является схема размещения в разрезе гравитирующих неоднородностей (латеральные границы раздела, субвертикальные контакты) без использования априорной геолого-геофизической информации.

Способу КВОТ присущи следующие недостатки.

1. Измерения силы тяжести выполняются по профилю, что приводит к искажениям в расчетах вследствие того, что на всем протяжении профиля невозможна его ориентированность по направлению максимального изменения значений горизонтального градиента поля силы тяжести.

2. Способ не обеспечивает возможность послойного исследования внутренней структуры геологического пространства.

3. Способ не предусматривает построение гравиметрической объемной модели геологического пространства.

4. Отсутствие в разрезе информации о его вещественной дифференцированности.

В предлагаемом гравиметрическом способе задача повышения геологической эффективности гравиразведки решается посредством выполнения равнопредставительных по площади измерений силы тяжести и построения схемы распределения гравитирующих неоднородностей в пределах заданного объема геологического пространства на базе реализации математически доказанных классических критериев и представлений, в частности, - использования трансформации осреднения аномалий силы тяжести, основанной на известном соответствии порядка геологических структур и отвечающих им аномалий и на подобии геологические структур и гравитационных аномалий, то есть на статистическом различии между аномалиями разной геологической природы [B.C.Миронов “Курс гравиразведки”, Лен. отд. “Недра”, 1980, с.421], что позволяет локализовать и изучить каждую гравитирующую неоднородность в заданном диапазоне амплитудно-частотного спектра аномалий без привлечения априорной геолого-геофизической информации.

С целью решения поставленной задачи на исследуемой площади земной поверхности в пунктах равномерной съемочной сети, выполняют площадные измерения силы тяжести заданного масштаба, строят карту аномалий силы тяжести того же масштаба, значения напряженности аномалий интерполируют в узлы квадратной матрицы с шагом ΔL, обусловленным масштабом карты. В каждом узле матрицы осуществляют осреднение гравитационных аномалий Δg_an в скользящем окне с последовательно увеличивающимися на постоянную величину ΔR радиусами осреднения R₀=0, R₁=R₀+ΔR, R₂=R₁+ΔR, ..., R_n=R_n-1+ΔR. Исходят из физической сущности операции осреднения, в соответствии с которой осреднение гравитационных аномалий, обусловленных неоднородностями, залегающими на разных глубинах, равносильно их раскатыванию в материальные пластины, залегающие на тех же глубинах, и на основании известной зависимости Z=kR, где Z - глубина залегания гравитирующей неоднородности, а k - коэффициент, устанавливающий численное соотношение между параметрами Z и R [B.C.Миронов “Курс гравиразведки”, Лен.отд. “Недра”, 1980, с.422-424], определяют Z₁=kR₁, Z₂=k(R₁+ΔR)=Z₁+ΔZ, ..., Z_n=k(R_n-1+ΔR)=Z_n-1+ΔZ, из чего заключают, что неоднородности, соответствующие смежным радиусам осреднения R_i и (R_i+ΔR), залегают на смежных глубинах Z_i и (Z_i+ΔZ) в плоскостях, обособляющих в геологическом пространстве субгоризонтальные плоскопараллельные слои мощностью ΔZ=kΔR. Гравитационное влияние фрагментов гравитирующих неоднородностей, содержащихся в этих слоях, квалифицируют как разности гравитационных влияний неоднородностей, соответствующих смежным радиусам осреднения, то есть как разностные аномалии Δ(Δg)_i=(Δg_an)^Ri-(Δg_an)^Ri+ΔR, которые представляют в виде карт изоаномал и считают, что центры масс неоднородностей, обусловивших разностные аномалии, равноудалены от ограничивающих их смежных плоскостей Z_i и (Z_i+ΔZ), то есть сконцентрированы на осевых плоскостях плоскопараллельных слоев мощностью ΔZ и расположены на глубинах (Z_ц.м)_i=Z_i+0.5ΔZ, на основании чего в интервале глубин от Z₁ до Z_n получают серию из N томографических срезов, для формирования которой предварительно в соответствии с геологическим заданием выбирают величину исходного параметра ΔR=mΔL, где m=1, 2, 3 ..., для удобства расчетов R₁ принимают равным ΔR и вычисляют величину параметра ΔZ=Z₁=kΔR, на основании которого при заданной глубинности исследования определяют количество N томографических срезов. В результате ранжирования по размерам и глубине всех аномалий исследуемой части амплитудно-частотного спектра в томографических срезах локализуют соответствующие аномалиям гравитирующие неоднородности, в том числе аномалии и аномальные зоны противоположных знаков и разграничивающие их градиентные зоны, определяют координаты X_i Y_i Z_i экстремумов аномалий и аномальных зон, осуществляют вещественно-структурную идентификацию локализованных гравитирующих неоднородностей и получают распределение фрагментов, формирующих геологическое пространство, последовательно сопоставляют смежные томографические срезы и в пределах исследуемой площади осуществляют послойное исследование внутренней структуры геологического пространства.

Задают специальную сеть профилей, густоту и ориентированность которой определяют исходя из геологического задания. По каждому из профилей в плоскостях XZ разрезов в результате их пересечения с серией из N томографических срезов образуют соответствующую серию из N субгоризонтальных линий, на каждую из которых с томографических срезов проецируют значения напряженности разностных аномалий Δ(Δg)_i и в интервале глубин от (Z_ц.м)₁ до (Z_ц.м)_n из фрагментов, рассредоточенных в N томографических срезах, строят гравиметрические разрезы в изолиниях глубинных аномалий Δ(Δg)_z, характеризующихся тем, что независимо от количества и направления профилей, пересекающихся в произвольной точке XY площади, распределение значений глубинных аномалий в каждом из разрезов совпадает по линии их пересечения в заданном интервале глубин, что является следствием реализуемой вычислительной схемы, обеспечивающей равноточность и равнопредставительность разрезов, построенных по любому произвольно выбранному на плоскости XY профилю. Уподобляют глубинные аномалии гравитирующим неоднородностям и по каждому разрезу осуществляют их идентификацию, локализуют вещественно-структурные элементы и формируют гравиметрическую модель геологического разреза.

На основе гравиметрических разрезов выполняют непрерывную корреляцию идентифицированных в смежных разрезах одноименных вещественно-структурных элементов, строят рельеф поверхностей латеральных границ раздела геологического пространства, коррелируют субвертикальные контакты, локализуют в пространстве замкнутые формы, осуществляют их вещественную идентификацию и в границах исследуемой площади земной поверхности в заданном интервале глубин строят гравиметрическую объемную модель геологического пространства.

Далее изобретение поясняется примером конкретного выполнения гравиметрического способа моделирования геологического пространства.

В соответствии с геологическим заданием в границах исследуемой площади земной поверхности (фиг.1) необходимо построить гравиметрическую модель геологического пространства в интервале глубин от 2-5 до 55-60 км с целью локализации и изучения в заданном объеме геологического пространства региональных геоструктур, для чего на площади исследований выполняют измерения силы тяжести масштаба 1:2 500 000, строят карту аномалий силы тяжести того же масштаба (1), на основе которой составляют квадратную интерполяционную матрицу с шагом ΔL=12,5 км, состоящую из узлов пересечения 42-х столбцов (2) и 34-х строк (3).

В соответствии с масштабом исследования и требованиями геологического задания выбирают величину исходного параметра ΔR=2ΔL=R₁=25 км и на основании эмпирически полученного значения коэффициента К=0.2857 [Б.А.Андреев, И.Г.Клушин/ “Геологическое истолкование гравитационных аномалий”, Гостоптехиздат, Ленинград, 1962, с.169] вычисляют параметр ΔZ=kΔR=7,14 км, на основании которого при заданной глубинности исследования 55-60 км и при R₀=0 получают серию из 10-и последовательно увеличивающихся радиусов осреднения 0, 25, 50, ..., 225 км и путем последовательного осреднения аномалий силы тяжести с каждым из этих радиусов формируют серию карт разностных аномалий Δ(Δg)_i=(Δg_an)°-(Δg_an)²⁵; Δ(Δg)₂=(Δg_an)²⁵-(Δg_an)⁵⁰; ...; Δ(Δg)₉=(Δg_an)²⁰⁰-(Δg_an)²²⁵, вычисляют соответствующие радиусам осреднения глубины залегания Z_i гравитирующих неоднородностей 0; -7,14; -14,29; ..., -64,29 км и на основании формулы (Z_ц.м.)_i=Z_i+0,5ΔZ центры масс неоднородностей, обусловивших разностные аномалии, приводят к осевым плоскостям субгоризонтальных плоскопараллельных слоев мощностью ΔZ=7,14 км, то есть к глубинам -3,57; -10,71; ..., -60,71 км и получают серию из 9-и томографических срезов, по которым осуществляют послойное исследование внутренней структуры заданного объема геологического пространства. На фиг.2 и 3 представлено 2 таких среза из 9-и на глубинах соответственно -17,86 и -25,00 км. Их сопоставительный анализ позволяет выявить различия в смежных срезах среднего этажа земной коры, разнесенных по глубине на величину ΔZ=7,14 км, и оценить направления и интенсивность тангенциальных смещений одноименных вещественно-структурных элементов, проявленных в виде градиентных зон, резких разворотов и срывов латеральной сплошности градиентных зон, изомерных и полосовых аномалий противоположных знаков и их экстремумов и т.п.

В соответствии с геологическим заданием на исследуемой площади задают сеть из 11-и профилей (4) и формируют соответствующую сеть разрезов путем проецирования значений напряженности разностных аномалий с 9-и томографических срезов (-3,57; -10,71; ..., -60,71 км) в точки, принадлежащие линиям их пересечения с плоскостями XZ разрезов и путем интерполяции содержащихся на этих линиях значений напряженности глубинных аномалий Δ(Δg)_z строят гравиметрические разрезы в изолиниях этих аномалий, уподобляют глубинные аномалии гравитирующим неоднородностям, осуществляют их идентификацию, локализуют вещественно- структурные элементы (в том числе латеральные границы раздела и субвертикальные контакты) и формируют гравиметрические модели геологических разрезов.

Гравиметрические разрезы представлены лишь по трем из заданных 11-и профилей (4), два из которых - субпараллельные профили а-b (фиг.4) и c-d (фиг.5), а на фиг.6 представлен секущий их профиль e-f. В субпараллельных разрезах локализованы одноименные вещественно-структурные элементы, основными из которых являются представленные градиентными зонами латеральные границы раздела, наиболее яркая из которых прослеживается в интервале глубин 30-40 км (5 на фиг.4, 5 и 6), зоны срывов латеральной сплошности границ раздела, то есть субвертикальные контакты (например, 6 и 7 на фиг.4 и 5), изомерные структурные формы, которым отвечают отрицательно и положительно гравитирующие неоднородности (например, 8 и 9 на фиг.4 и 5).

Сопоставляют распределение глубинных аномалий в точках пересечения субпараллельных разрезов а-b и c-d с секущим разрезом e-f и констатируют идентичность значений глубинных аномалий по линиям пересечения плоскостей сопоставляемых разрезов, на основании чего выносят суждение о равноточности и равнопредставительности формируемых в пределах заданного объема геологического пространства гравиметрических моделей геологических разрезов.

На основе непрерывной корреляции одноименных вещественно-структурных элементов, локализованных в смежных разрезах (например, в разрезах а-b и c-d), в границах исследуемой площади формируют объемную модель геологического пространства, в том числе строят рельеф поверхностей латеральных границ раздела.

При крупномасштабных построениях величины параметра ΔR колеблются от десятков метров до первых километров, а глубинность - от сотен метров до первых десятков километров, тогда как при среднемелкомасштабных построениях величина ΔR может варьировать от километров до десятков километров (как в рассмотренном примере), а глубинность - от десятков до ста и более километров. Соответственно, представленный способ моделирования геологического пространства одинаково эффективно используют при решении самого широкого круга разнообразных задач геологии (в том числе инженерной геологии), геофизики, геодинамики во всем диапазоне возможных масштабов исследований.

1. Гравиметрический способ моделирования геологического пространства, включающий измерение силы тяжести на земной поверхности, построение карты аномалий силы тяжести, осреднение аномалий силы тяжести на плоскости XY в скользящем окне радиуса R, локализацию в геологическом пространстве XYZ гравитирующих неоднородностей, отличающийся тем, что осреднение на плоскости XY выполняют с серией последовательно увеличивающихся на постоянную величину ΔR радиусов осреднения и на основании зависимости между глубиной залегания Z гравитирующей неоднородности и радиусом осреднения R в границах исследуемой площади в заданном диапазоне глубин обособляют серию из N субпараллельных слоев мощностью ΔZ, содержащих внутри себя информацию о фрагментах гравитирующих неоднородностей, формируют соответствующую серию из N томографических срезов Z_i и путем их последовательного анализа осуществляют послойное исследование внутренней структуры геологического пространства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на плоскости XZ задают сеть профилей, по которым строят соответствующую сеть гравиметрических разрезов путем проецирования информации о фрагментах гравитирующих неоднородностей с томографических срезов Z_i на плоскости XZ разрезов в точки, принадлежащие линиям пересечения плоскостей разрезов с плоскостями томографических срезов, и путем интерполяции в плоскостях разрезов получают распределение гравитирующих неоднородностей, осуществляют их вещественно-структурную идентификацию и на основе непрерывной межпрофильной корреляции идентифицированных в смежных разрезах одноимённых вещественно-структурных элементов формируют гравиметрическую объемную модель геологического пространства.