Виды геофизических исследовании, возможности и место гравимагниторазведки в комплексе геофизических методов при ОГК сложных неоднородны

Со времени установления Кулоном закона взаимодействия магнитных  масс (1785 г.) начинает развиваться теория земного магнетизма. Первыми магниторазведочными работами в России были съемки Курской магнитной аномалии (КМА) профессора МГУ Э.Е. Лейста в 1894 г., а в конце IX века - работы на Урале Д.И. Менделеева и в районе Кривого Рога И.Т. Пассальского. Теоретические работы Э. Вихерта (Германия) и Б.Б. Голицына в начале XX века в области сейсмологии имели самое непосредственное отношение к созданию сейсморазведки. В 1919 г. были начаты магнитные исследования на КМА. Эти работы можно считать началом развития не только отечественной, но мировой разведочной геофизики. Среди отечественных ученых, заложивших основы геофизических методов исследования, следует назвать Л.М. Альпина, В.И. Баранова, В.И. Баумана, В.Р. Бурсиана, В.Н. Дахнова, Г.А. Гамбурцева, А.И. Заборовского, А.Н. Краева, П.П. Лазарева, А.А. Логачева, А.А. Михайлова, Л.Я. Нестерова, П.П. Никифорова, А.А. Петровского, М.К. Полшкова, Е.Ф. Саваренского, А.С. Семенова, Л.В. Сорокина, Ю.В. Ризниченко, Л.А. Рябинкина, А.Г. Тархова, В.В. Федынского, О.Ю. Шмидта, Б.М. Яновского.

2. Особенности использования геофизических методов при объемном геологическом картировании

Основным резервом обеспечения  растущей потребности страны в минеральном  сырье все в большей степени  становятся выявленные, но еще не достаточно полно оцененные месторождения  и месторождения слабо проявленные на поверхности. Актуальной стала разработка новых видов и методик проведения поисково-съемочных работ, в задачи которых входит изучение геологического строения территорий на глубине с целью обнаружения структур, благоприятных для локализации скрытого или слабо проявленного оруденения. Одним из таких видов является объемное геологическое картирование (ОГК).

Под ОГК подразумеваются  комплексные геолого-геофизические  исследования, обеспечивающие объемную реконструкцию геологического строения в интервале глубин рентабельных поисков (для Казахстана обычно 300-500 м) выполненную с соблюдением определенных кондиций в отношении точности и детальности построений, обеспечивающих возможность представления результатов в виде картографических материалов (например карт-срезов) заданного масштаба.

Первые опытно-методические работы по ОГК были начаты в 1968 году, тем не менее, методика и содержание объемного геологического картирования до сих пор четко не определены. В настоящее время проведены  или проводятся под именем ОГК  три вида работ (Завражнов и др. 1983 г.):

1. Крупномасштабное ОГК хорошо изученных рудоносных площадей с составлением геологических разрезов до глубин 1000 м и более и карт-срезов на глубинах 500, 750 и 1000 м. Необходимая точность и детальность объемных построений обеспечивается включением в комплекс данных значительных объемов картировоч-ного и структурно-поискового бурения, тяжелых горных выработок. К таким работам могут быть отнесены завершенное и проводимое в настоящее время детальное (масштаба 1:5000, 1:10 ООО) изучение геологического строения глубоковскрытых рудных полей Казахстана, Рудного Алтая, Северного Кавказа, Урала и др.

2. Мелко- и среднемасштабное  изучение объемного строения  перспективных в поисковом отношении  интрузивных массивов до глубин 10-15 км. Это, прежде всего, работы  по геологическому моделированию  глубинных контуров интрузий лейкогранитов в редкометальных грейзеновых полях Забайкалья и Нейтрального Казахстана, выполненные ВСЕГЕИ (Объемное геологическое. 1978) и гранодиоритовых интрузивов с молибден-медно-порфировым ору-денением, проводимое силами Балхашской ГРЭ ИГО "Пентрказгеоло-гия".

3. Среднемасштабные работы  по изучению объемного геологического  строения территорий в заданном  интервале глубин, основанные, главным  образом, на данных геофизических  методов при явно недостаточном  (малом) объеме горных выработок:  скважин, подземных выработок  и др. Именно к этим работам,  в последние годы иногда выделяемым  в отдельный вид - объемное  геологическое изучение, относятся  наши исследования.

Последние отличаются повышенными  требованиями к эффективности использования  геофизических методов, к точности и детальности их результативных построений, даже в сравнении с  первыми двумя типами объемного  картирования, а не только по отношению  к работам, решающим задачи картирования поверхности. Более того, надежность результативных построений при изучении структур на глубине целиком зависит  от эффективности сопутствующего комплекса  геофизических работ, его информативности и возможностей в конкретных геологических условиях, что и определяет ведущую роль геофизических методов в комплексе работ по ОГК.

Актуальным вопросам исследования возможностей и специфики применения геофизических методов и, главным  образом, гравии магниторазведки при  изучении объемного геологического строения территории и посвящена  данная работа. В исследованиях использованы материалы ОГК, проведенного в 1970-1976 гг. Центрально-Казахстанской экспедицией  МГУ совместно с Нентрально-Казахстанским Территориальным Геологическим Управлением по заданию Министерства Геологии Казахской ССР.

Основными критериями выбора площади для проведения этих работ  были: выразительность участка по набору литологических и возрастных комплексов, разнообразие морфологии структур, типичность изучаемых объектов по рудным характеристикам -факторы, позволяющие использовать полученные материалы с большей полнотой. Наиболее подходящим во всех этих отношениях оказался участок "Сортуз", расположенный на южном погружении Актау-Моинтинского антиклинория в 30-40 км к востоку от пос.

Тас-Арал. Границы района работ установлены таким образом, что площадь исследований включает области развития разнообразных структурно-фациальных комплексов от самых древних (кембрийских) до наиболее молодых (пермских).

Конкретным геологическим  заданием было предусмотрено проведение геологического картирования поверхности  в масштабе 1:25 ООО на территории пяти планшетов этого масштаба и  изучение объемного строения в интервале  глубин от 0 до 250 м, представляющем первостепенный поисковый интерес. Объемное строение территории решено было представлять в веде карт-срезов на глубинах 125 и 250 м подкрепленных комплектом геологических разрезов по серии широтных и меридиональных профилей и по линиям интерпретационных геофизических наблюдений.

Согласно поставленной геологической  задаче, основные особенности проведения геофизических работ и интерпретации  их результатов при ОГК сводятся к необходимости изучения небольших  глубин, при условии обеспечения  высокой точности и детальности  определения количественных параметров разреза, позволяющей представить  результативные геолого-геофизические  построения в виде карт-срезов на заданных уровнях.

Главным физико-геологическим  фактором, определившим как методику проведения и интерпретации, так  и возможности геофизических  методов в целом, явилась НЕОДНОРОДНОСТЬ изучаемых сред.

Объектом ОГК являются толщи коренных пород, залегающие вблизи поверхности и занимающие весь интервал изучения. Во многих рудных районах  и, в тем числе, на большей части территории Нейтрального Казахстана этот интервал характеризуется сложным мелкоблоковым строением, сопровождающимся изобилием разрывов различного простирания, глубины заложения, геологической значимости с резкими изменениями мощностей и фаций в соседних блоках. Физической моделью такой среды является совокупность залегающих вблизи поверхности сближенных источников, аномальные значения физических свойств, которые часто характеризуются высокой дисперсией даже в пределах единых в геологическом восприятии толщ. Такие среды в дальнейшем называются сложными, неоднородными.

Физические поля, возникающие  над неоднородными средами, характеризуются  присутствием высокочастотной компоненты значительной амплитуды, сопоставимой, а часто и превышающей амплитуды  изучаемых аномалий, связанных с  едиными геологическими структурами.

Именно неоднородность петрофизических  свойств горных пород и сложный  спектральный состав аномальных физических полей определили основную проблематику исследований. Особое внимание, уделяемое в процессе объемного картирования вопросам использования геофизических методов для изучения неоднородных сред не случайно, оно обусловлено малыми глубинами объекта ОГК (изучение элементов геологического разреза, расположенных вблизи поверхности наблюдений не позволяет пренебречь дисперсией свойств источника, что было бы естественно при залегании тех же комплексов достаточно глубоко), высокими требованиями к детальности расчленения разреза.

Для обеспечения геологических  построений на глубине количественными  характеристиками, на всей территории объемного изучения были проведены  площадные геофизические работы масштаба 1:25 ООО. Эти работы, выполненные  силами Балхашской комплексной геолого-геофизической экспедиции, включали наземную магниторазведку по сети 250x50 м с точностью - 13нТл (нач. партии Гуменюк В.И.), гравиразведку по сети 250x250 м с точс р ностью + 0,08.10~° м/сек (Мурашкин В.В., Борщевский А.Ф.) и эдектроразведку методом ВП по сети 500x250 м (Хильченко Н.М.). V

На основе результатов  этих работ и текущих сведений о геологическом строении территории на перспективных в поисковом  отношении площадях были выбраны  участки детальных грави-магнитных наблюдений (30 кв.км); для решения ключевых геологических проблем намечено положение детальных интерпретационных профилей, общей протяженностью около 150 пог.км. На детальных участках выполнены высокоточные геофизические съемки масштаба 1:10 ООО - гравиразведка по сети 100x100 м, точность

Г о 0,02* 10"" м/сек , магниторазведка по сети 100x25 м с точностью + 4-5 нТл» Вдоль интерпретационных профилей измерения магнитного поля проведены с шагом 10 м, £= + 7 нТл; гравитационного - с шагом 40 м, £= + 0,03.10" м/сек . Кроме того, эти профили частично обеспечены электроразведочными работали методом частотного электрического зондирования (ЧЭМЗ) и вертикального зондирования (ВЭЗ). Работы сопровождались большим объемом петрофизических анализов. Отбор образцов проводился в пределах выходов отдельных стратиграфических комплексов, на всех пикетах детальных гравимагнитных наблюдений (и на детальных участках и по профилям), а также из крена скважин. Автор в полевых работах принимал участие в качестве начальника гравимагнитного отряда.

Геолого-съемочные работы, детализация гравимагнитных наблюдений на перспективных площадях, высокоточные интерпретационные профили, петрофизические измерения и вся интерпретационная часть работы проведена большим коллективом геологов и геофизиков Центрально-Казахстанской экспедиции МГУ. Геологическое картирование и сопутствующие ему работы выполнены группой ведущих геологов экспедиции: А.Б.Веймарном, И.А.Кошелевой, Д.Н.Архангельским, И.Д.Дороховым, возглавляемой кандидатом геолого-минералогических наук В.С.Милеевым. Научный руководитель и идейный вдохновитель всех проведенных геофизических исследований кандидат геолого-минералогических наук Ю.В.Юнаковская.

При интерпретации результатов  геофизических исследований для  изучения объемного геологического строения возникло много частных  проблем, характерных для конкретных геофизических методов, решением которых  преимущественно занимались отдельные  исполнители. Так, оценка разрешающей  способности гравиметрии для  изучения геологического строения структур в интервале картирования и обоснование  -оптимальных съемочных гравиметрических сетей проведены Ю.И.Прозоровым (Прозоров, 1975). Вопросы метоN дики петрофизических измерений и отбора образцов и использования данных о физических свойствах пород в процессе интерпретации изучались Г.В.Генераловой (Генералова, 1975, Генералова, Юнаковская, 1976). Опробованием современных автоматизированных методов решения обратной задачи и внедрением их в практику интерпретации типичных для региона гравитационных и магнитных аномалий занималась Т.ИДанда (Ланда, Прозоров, Соколова, 1974, Ланда, Соколова, 1978). Эффективности электроразведочных работ методами ЧЭМЗ и ВЭЗ, специфике постановки частотных зондирований при решении структурных задач в условиях Северо-Западного Прибалхашья посвящена серия статей и кандидатская диссертация В.А.Шевнина.

Одной из таких частных  проблем - проблемой интерпретации  сложных гравитационных ж магнитных полей в условиях неоднородных сред занимался в ходе выполнения работ автор. На заключительной стадии, при обобщении всех результатов оказалось, что эта проблема, обязанная своим существованием специфике геологического строения территории, является наиболее общей характерной, в той или иной мере, для всех использованных методов, для всех геофизических полей. В связи с этим, в данной работе при анализе специфики интерпретации и оценке возможностей различных геофизических методов в условиях сложных неоднородных сред и физических полей используются и результаты предыдущих исследований.

Изучение особенностей применения гравимагниторазведки при объемном геологическом картировании сложных неоднородных сред потребовало решения ряда конкретных задач, среди которых главными, определившими направление данной работы являются: