Понятие, состав и структура основных средств.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ

Развитие принципов физико-геологического моделирования неиз­бежно ведет к увеличению числа типов моделей, которыми мож­но оперировать для количественного обоснования методики ком­плекскых геофизических исследований и разработки новых лрие-i моа интерпретации геофизических данных [18, 47, 48].

По степени учета характеристик ФГМ, включая размеры, фор-
му и петрофизическне свойства, моделирование может быть пол-
ным, неполным и приближенным. В зависимости от характера
геологических задач, предъявленных к решению геофизическими'
методами, ФГМ логично классифицировать на много- и двуаль-'
тернативные. J

Многоальтернативную ФГМ создают и используют!
на стадиях средне- и крупномасштабных геолого-геофизических
съемок широкого поискового спектра действия для параллельного
решения нескольких геологических задач одного ранга (структур-
но-тектоническое районирование, геологическое картирование,
прогнозирование и многоцелевые поиски разных видов минераль-
ного сырья и т. п.). Такие модели применяют также на стадиях
прогнозирования, общих поисков и разведки месторождений.
В последнем случае роль комплекса геофизических методов ши-
рокого спектра действия играют методы ГИС и подземной гео-_;
физики, позволяющие одновременно решать довольно широкий
круг задач: выделение и корреляция рудных подсечений, выявле-
ние водонефтяного контакта, литологическое расчленение геоло-
гического разреза, определение гидрогеологических и инженерно-
геологических свойств пород, экспрессное опробование продуктив-]
ных интервалов и др. j

Двуальтернативная ФГМ обобщает информацию для! решения одной конкретной геологической задачи в рамках поис-] ковой системы узконаправленного спектра действия. При этом! сигналы от аномалнеобразующих объектов любой другой приро-| ды условно рассматриваются как помехи. Двуальтернативные ФГМ предназначены для решения задач типа «руда—неруда»| «нефтегазоперспективная — пустая структура», их используют преимущественно на подстадиях детальных специализированных поисков минерального сырья определенного вида и поисковое оценочных геофизических работ.

Степень влияния много- и двуальтернативных ФГМ на совер-
шенствование методики геофизических работ различна. Возмож;
ности многоальтернативных ФГМ для оптимизации комплекса
методов более ограничены, чем возможности альтернативны?
ФГМ, i сводятся в основном к уточнению частных методически?
вопросов (расчету оптимальных размеров сети наблюдений, точ
ности измерений поля и т. п.). Многоальтернативные ФГМ широ'
ко используются при обосновании методики комплексной интер
претации геолого-геофизических данных (при комплексном ана
лизе с использованием программ распознавания, кластер-анализ;
и т. д.). Двуальтернативные ФГМ, наоборот, помогают существен
но влиять как на состав комплекса методов, так и на методик;
полевых работ и комплексной интерпретации геофизически;
материалов. \

По отношению к полевому геофизическому эксперименту вы

деляют априорные ФГМ стадии проектирования, используе­мые для выбора и обоснования рационального комплекса и техни­ческих условий производства геофизических работ, и апостери­орные ФГМ стадии интерпретации, обобщающие итог ком­плексной интерпретации, выраженный в конкретных геолого-геофи­зических характеристиках изученного объема геологического пространства. При формировании апостериорной ФГМ опираются на априорную данного этапа исследований, а каждая апостериор­ная модель используется для уточнения, коррективов и развития представлений об априорной ФГМ последующего этапа работ и,т. д. Из характеристики априорных и апостериорных ФГМ (табл.

1) следует, что априорная модель является основой планирования геофизического эксперимента, включающего обоснование методи­ки не только полевых работ, но и комплексной интерпретации их результатов. Характерной чертой такой модели должна быть высокая степень обобщения геологических, геометрических, петро-физических параметров, допускающая возможность расчета ожи­даемых аномальных эффектов, охватывающих все основные классы их вероятных реализаций.

В отличие от априорной апостериорная ФГМ ставит в соот­ветствие каждому выделенному объекту конкретные значения его параметров, рассчитанных в результате решения обратных задач геофизики. Иными словами, апостериорная ФГМ — это резуль­тат комплексной интерпретации, выраженный в числовых геолого-геофизических характеристиках изученной части геологического пространства.

В зависимости от способов формирования и описания парамет­ров ФГМ подразделяют на детерминированные и вероятностно-статистические.

Детерминированные ФГМ получают путем расчета ожидаемых аномальных эффектов с помощью уравнений матема­тической физики при жестко ограниченных, наперед заданных значениях исходных петрофизическйх и морфологических пара­метров моделей. Этот подход традиционен. К сожалению, при всей фундаментальности и строгости он требует точного знания граничных условий и однородного распределения петрофизическйх свойств в пределах каждого СВК.

Вероятностно-статистические ФГМ в свою очередь подразделяются на статистические и стохастические (вероятност­ные).

Статистические ФГМ носят ярко выраженный эмпири­ческий характер. При их построении широко используют приемы анализа экспериментальных данных: статистическое оценивание и проверку гипотез, регрессионный и факторный анализы, способы фильтрации и распознавания и др. Статистические модели осо-. бен'но эффективны для характеристики слабоконтрастных геоло­гических объектов, незначительно отличающихся по средним зна­чениям, дисперсиям или другим статистикам физических полей от вмещающих их пород.

Стохастические ФГМ формируют путем вероятностного описания моделируемых объектов. Решение прямых задач геофи­зики при этом также имеет вероятностную трактовку и заключа­ется в расчете математических ожиданий, дисперсий или корреля­ционных функций аномальных эффектов. Это позволяет охаракте­ризовать весь возможный диапазон изменения физических полей для бесконечного в общем случае, множества состояний модели объекта. В частности, такими моделями удобно аппроксимировать геологические тела сложного строения с неравномерным распре­делением физических свойств: жильные зоны, пачки рудных тел разного качества и т. п.

С точки зрения решаемых задач, используемых моделей и спо­собов анализа данных в вероятностно-статистическом подходе на­метилось два направления.

Первое направление базируется на модели экспериментально­го материала, учитывающей случайный характер помех, обуслов­ленных неконтролируемыми флуктуациями параметров реальных источников и приемников физических полей. Неоднородности зоны малых скоростей, неглубоко залегающие источники гравитацион­ных и магнитных полей, гетерогенность излучающих и экранирую­щих радиоактивное излучение сред и другие неоднородности, не учитываемые моделью изучаемого объекта, также формируют случайное поле помех. В статистической теории интерпретации при выделении слабых аномалий на фоне помех и в количественных способах интерпретации помеху аппроксимируют некоторыми мо­делями случайных процессов. Характеристики последних (матема­тические ожидания, дисперсии, автокорреляционные функции или спектральные плотности) могут быть заданы на основе теорети­ческих соображений с учетом имеющейся априорной информации, определяться на эталонах или оцениваться совместно с парамет­рами модели изучаемого объекта f 15, 17, 31, 44].

Второе направление основывается на стохастических моделях объектов, характерная особенность которых —использование ве­роятностного описания случайных параметров самих моделей. Это направление предполагает установление, исследование и исполь­зование количественных зависимостей между вероятностным описанием источников и характеристиками генерируемых ими случайных физических полей Г14, 18, 23, 37, 48]. Способы стоха­стического моделирования являются эффективным инструментом для исследования влияния тех или иных параметров ФГМ на ожи­даемые аномальные эффекты и помогают устанавливать особен­ности проявления структуры сложных неоднородных объектов в физических полях.

Вероятностный подход к построению ФГМ природных геологи­ческих систем — достаточно общий, хотя и не всегда самый про­стой. В частности, стохастические модели на уровне математичес­ких ожиданий включают в себя детерминированные.

Учитывая широкое проявление принципа историзма в геологии, различают статические и динамические ФГМ. Статические ФГМ месторождений полезных ископаемых, рудных тел и других геологических объектов фиксируют их состояние в определенный момент времени. Динамические ФГМ отражают специфику сочетания геофизических полей и их числовых характеристик на разных стадиях геологических процессов в зависимости от глуби­ны и полноты развития рудогенеза, зон окисления и вторичного сульфидного обогащения, тектогенеза и др. Успехи в области палеомагнетизма, изучения движения лнтосферных плит, геофи­зических предвестников землетрясений, широкое внедрение гео­физического мониторинга окружающей среды, режимных наблю­дений за многолетней мерзлотой,¹ естественными фильтраиионно­диффузионными и другими нестационарными электрическими по­лями, гидрогеохимическимн параметрами подземных вод опреде­ляют насущную необходимость в развитии идеи, разработке методики формирования и использовании динамических ФГМ.

А. С. Барышевым (1985 г.) предложен следующий вариант системных соотношений стадий геологоразведочных работ, отве­чающих им ФГМ объектов поисков и стандартизованных комплек­сов геофизических методов- На стадиях регионального геологичес­кого изучения и геологосъемочных работ масштаба 1:50 000 при­меняют типовые комплексы методов, создают обобщенные ФГМ, формируемые по структурно-формационным признакам и интегрально отражающие особенности геологической обстановки ■вне зависимости от ранга моделируемого объекта (рудный район, зона, узел, поле). На стадиях поисков и поисково-оценочных ра­бот используют рациональный комплекс геофизических методов, в основе разработки которого лежат типовые ФГМ, являющие­ся общими для формационного типа или генетического класса месторождений. На стадиях предварительной и детальной развед­ки разрабатывают рациональный оптимизированный комплекс и частные ФГМ, создаваемые на основе типовой модели в ка­честве ее элементов для отдельных рудных тел либо группы тел.

Рассмотренные классификации касаются методики и техноло­гия собственно геофизических исследований. В то же время поня­тие о ФГМ может быть положено в основу разработки поисковой геофизической классификации месторождений полезных ископае­мых, объективно регламентирующей разрешающую способность геофизических методов при поисках минерального сырья различ­ных генетических типов.

По характеру и степени контрастности отражения в физиче­ских полях все месторождения твердых полезных ископаемых можно подразделить на две группы. В первую группу можно включить минеральные скопления полезных ископаемых, состав и массы которых непосредственно проявляются в аномальных физических полях. Это месторождения урана, тория, калия, желе­за, титана, хрома, меди, свинца, цинка, алюминия, никеля. Объек­том геофизических поисков в этом случае является собственно месторождение. Ко второй группе относятся месторождения, ру­ды которых вследствие малых количеств полезного компонента в рудной массе или слабых отличий их физических параметров от вмещающей среды прямо не фиксируются геофизическими мето­дами. Это месторождения золота, серебра, ртути, олова, вольфра­ма, молибдена, тантала, ниобия, бериллия, слюды и т. д. Объек­том геофизических поисков при этом может служить рудовмещаю-щий структурно-вещественный комплекс.

Принятые генетические классификации минеральных место­рождений В. И. Смирнова (1976 г.), С. А. Вахромеева (1979 г.), В. М. Григорьева и А. И. Кривцова (1981 г.) построены на неод­нородных признаках. Серии месторождений в них соответствуют трем процессам породообразования (эндогенные, экзогенные, ме-

Таблица. 2

таморфогенные). Группы месторождений формируются как по процессам рудообразования (например, гидротермальные), так и ho составу руд но-петрографических сообществ (карбонат итовые, скарнавые, грейзеновые). Классы месторождений в одних случаях : учитывают механизм рудонакопления (ликвационные, иифильтра- ) ционные), в других — состав рудонесущей среды (известковистые j скарны, магнезиальные скарны), в третьих — общие генетические связи {вулканогенные, вулканогеино-осадочные).

Исходя из положения, что геологические, геохимические и гео- \ физические признаки существования месторождений должны быть 1 наблюдаемы и измеряемы, на основе типологического анализа ] разработана классификация ФГМ месторождений твердых полез- 1 ных ископаемых*. В основу этой классификации положены главные ] характеристики месторождений: форма, структура и минеральный | состав. Особенностью этой классификации является выделение геофизических классов месторождений, число которых существен­но меньше, чем геологических, вследствие того, что последние частично объединены из-за сходства их проявления в физических полях (табл. 2). Каждому геофизическому классу месторождений соответствует типовая ФГМ. Например, магматические месторож- ! дения железа по геологической классификации относятся к, фор- ' мациям магкетитовой малотитанистой в интрузивах габбро-пирок- ■ сенит-дунитового состава и титаномагнетит-ильменитовой в габ-, бро; месторождения титана — к ильменит-магнетитовой в габбро-анортозитах, а ванадия — к титаномагнетитовой в пироксенитах, перидотитах, оливинитах, горнблендитах и габбро, ильменит-магнетитовой и ильмёнит-титаномагнетитовой в габбро, титано­магнетитовой в анортозитах, пироксёнитах и норйтах. Согласно геофизической классификации все они объединяются в один класс — магнетитовые, титаномагнет итовые, титаномагнетитоиль-меннтовые месторождения в баэитовых интрузиях (см. табл. 2).

Д 2. ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

Изучение физических свойств пород и руд всегда относилось к числу фундаментальных проблем прикладной геофизики. При решении задач планирования геофизического эксперимента и комплексной интерпретации данных на основе физико-геологиче-ских моделей способы получения и анализа петрофизической ин­формации приобретают особое значение.

2.1. НАПРАВЛЕНИЯ ПЕТРОФИЗИЧЕСКЙХ ИССЛЕДОВАНИИ

Классическим направлением петрофизическйх иследований яв­ляется изучение зависимостей физических свойств пород и руд от их минерального состава, структурно-текстурных особенностей, степени метаморфизма, термодинамических условий их формиро­илния и ряда других факторов физической и геологической при­роды. По существу это направление дополняет применяемые в геологии методы исследования вещества, а выполняемые петро-фнзические обобщения носят фактографический характер, т. е. отображают информацию в виде различных таблиц, петрофизи­ческйх карт, разрезов, блок-диаграмм [39]. На основе этих мате­риалов получают выводы, содержательные как в геологическом отношении, так и в отношении физико-геологических предпосылок Применения тех или иных геофизических методов. Кроме того, пстрофизические данные используют для расшифровки природы геофизических аномалий, изучения петрофизической зональности месторождений полезных ископаемых [33].

На наш взгляд, ^петрофизическое направление в разведочной геофизике имеет существенные резервы перспективного развития. "Актуальным, в частности, является расширение числа исследуемых физических свойств, включая упругие, ядерно-физические, электро­магнитные, теплофизические, частотные, пьезоэлектрические, рео­логические свойства, термоЭДС и др. Соответствующее метроло­гическое обеспечение возможно лишь при выпуске современной Серийной аппаратуры для измерения физических свойств горных Пород.

При решении методических и интерпретационных задач разве­дочной геофизики первичные сведения о физических свойствах, Представленные фактографическими моделями, как правило, Нуждаются в дополнительном анализе и обобщении с целью по-Строения петрофизической модели, являющейся основой ФГМ Изучаемого объекта. По существу петрофизические модели слу­жит связующим звеном между собственно петрофизическими и Геофизическими исследованиями. Формирование петрофизическйх Поделен предусматривает последовательное решени^е^,ряда_изадач:

К, расчеты их обобщенных физических характеристик; 3) по­лучение массовой петрофизической информации по данным ГИС И выделение СВК в геологическом разрезе; 4) построение объем­ной петрофизической модели по результатам корреляции выде-деыных СВК между скважинами.

Как правило, в результате анализа петрофизической информа-М устанавливают доминантное физическое свойство, наиболее нтрастно выделяющее заданный класс геологических объектов, бычнр это количественная характеристика (магнитная воспри­имчивость магнетитовых, радиоактивность урановых, плотность Лошных колчеданных руд и т. п.), но не исключена и качествен­на природа доминанты. Например, природа радиоактивного ■Чйла рудных зон в карбонатнтах позволяет прогнозировать тип кометалькой минерализации: для танталового оруденения ти-чна урановая, для ниобиевого — торневая, а для редкоземель-о — смешанная радиоактивность. Роль доминантного может рить и комплексный петрофизический параметр.

Построение петрофизическйх моделей открывает возможност решения многих сложных геологических задач прииципиальног характера. Вот некоторые из них: формирование ФГМ изучаемы геологических объектов; объемное геологическое картировани рудных полей, поиски скрытого оруденения на основе выявлени осевой, продольной и поперечной зональности в распределенй петрофизическйх характеристик; установление статистическог сходства либр различия горных пород, руд и других геологически образований, петрофизическйх портретов и ад руд ной и подрудно зон месторождений полезных ископаемых; увязка геологически разрезов в межвыработочном пространстве на основе формирова ния корреляционных петрофизическйх моделей типа «рудны прослой», «безрудный маркер», «чередование интербалов промыш ленных и забалансовых руд»; выявление благоприятных и запр щенных диагностических петрофизическйх ассоциаций разны типов месторождений, рудных тел и несущих оруденение сред.

На принципиальную возможность практического решен и перечисленных задач средствами петрофизики до сих пор обра щается слишком мало внимания.

Как правило, обобщение и интерпретация результатов петро физических измерений проводятся для выяснения физико-геологи ческих особенностей строения того или иного объема земной кор на данный момент, т. е. для изучения статических закономерностей Во многих случаях с помощью петрофизическйх данных можн расшифровывать и динамику формирования любого геологическо го объекта, включая месторождения полезных ископаемых. Вслед¹ ствие казуального характера тренда любого петрофизическог параметра последний всегда несет "информацию о временны изменениях л.итологических, структурно-текстурных, тектониче ских особенностей геологической среды, степени ее подготовлен ности к рудоотложенйю и процентном содержании полезных ком по нентов. Некоторые иллюстрации использования петрофизнческо информации для изучения динамики геологических процессо рассмотрены в разд. 6.

Обсуждаемые аспекты анализа и использования летрофнзнче ской информации достаточно обширны и составляют предме специальных исследований. Поэтому в следующих разделах рас смотрены только методические вопросы, непосредственно связан ные с формированием собственно петрофизическйх моделей ка основы ФГМ.

2± ВЫДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-ВЕЩЕСТВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ

При изучении физических свойств основой объединения образцов¹ в группы являются существующие геологические классификации: по петрографическим (антологическим) признакам, стратиграфи­ческой принадлежности, степени метаморфизма и другим призна­кам. Естественная эквивалентность различных групп пород по; одному или нескольким физическим свойствам приводит к иеоб­

2. Оценка основных фондов (самостоятельно).