Физико-геологическая модель

Основой комплексирования геофизических методов являются физико-геологические модели (ФГМ) геологической среды. Проектирование геофизических работ начинается с постановки целевого задания (в зависимости от стадии геологоразведочного процесса) и выбора объекта исследований. Выбор объекта и определение его основных параметров основано на априорной информации. При выборе комплекса методов, анализе возможностей каждого метода для решения поставленной задачи исследователь абстрагируется от конкретных свойств объекта, используя модель со статистическими усредненными физическими свойствами, формой и геометрией. Г.С. Вахромеевым введено понятие ФГМ. Согласно его определению под ФГМ понимается абстрактное возмущающее тело, обобщенные размеры, форма и контрастность физических свойств которого с той или иной степенью приближения аппроксимируют реальные объекты, подлежащие обнаружению. В качестве ФГМ при геокартировании нередко используют типизированные и формализованные геолого-геофизические разрезы, дополненные сведениями о физических свойствах объектов, слагающих разрез. Такая ФГМ сопровождается расчетными аномалиями физических полей от каждого из элементов разреза. Графически физико-геологические модели изображаются на плоскости в виде разрезов, планов или объемно, блок-диаграммами. ФГМ должна удовлетворять следующим требованиям;

- соответствовать целям и задачам исследований,

- отражать состояние геолого-геофизической изученности данного класса объектов и развития (пример: слоистая модель разреза с постоянными физическими слоями для каждого слоя; слоисто-градиентная модель с градиентными свойствами по глубине; слоисто-градиентная модель с латеральными изменениями физических свойств);

- характеризоваться оптимальной усложненностью. Оптимальной следует считать модель, у которой вклады отдельных элементов превышают возможные погрешности выявления соответствующих аномалий и соизмеримы между собой. То есть элементы модели должны быть генерализованы, причем степень генерализации зависит от стадии геологоразведочных работ на объектах.

К основным свойствам ФГМ относятся:

- вероятностный характер, обусловленный стохастичностью используемых геологических и геофизических данных,

- полиморфность в отношении геометрии объекта и физических свойств;

- относительная простота расчета физических полейпутем математического моделирования;

- схематизированный и обобщенный характер физических полей.

ФГМ подразделяются на простые и сложные. Простые (частные) модели - это одпопараметровые модели, отображающие объект по данным какого-либо одного одпопараметрового метода. Комплексные (сложные) модели характеризуют объект по данным комплекса геофизических методов (физических параметров) (рис.2.1).

Назначение ФГМ: комплексная ФГМ является основой для выбора комплекса геофизических методов, служит базовым материалом для математического моделирования,на основе которого рассчитывается оптимальная сеть съемочных профилей и точек, планируется необходимая и достаточная точность съемки, выбираются модели аномалий и помех с целью фильтрации полей, решаются вопросы сравнительной эффективности отдельных методов, разрабатывается методика комплексной интерпретация со взаимным учетом результатов съёмок, выполненных другими .методами.

Формирование ФГМ базируется на трёх основных принципах:

- принцип аналогии, заключающийся в выборе модели объекта на основе данных об объектах со сходными геолого-геофизическими условиями;

- принцип корреляции, предусматривающий для оценки модели регрессионных зависимостей параметров и физических полей объекта от наблюденных физических полей и от других физических свойств того же объекта . Пример - расчет псевдомаг- нитной аномалии по наблюденной гравитационной аномалии. Другой пример - неизвестные значения плотностей отдельных комплексов пород определяются по скоростям упругих волн, измеренным для этих комплексов, с использованием, численных корреляционных связей между ними;

- принцип обратной связи, который реализуется в использовании результатов обработки и интерпретации материалов экспериментальных исследований с целью совершенствования модели. В связи с этим модели подразделяют на априорные ФГМ и апостериорные ФГМ. Первые создаются по принципу аналогий на основе геологической и петрофизической информации обычно на этапе проектирования исследований. Апостериорные ФГМ формируются после проведения экспериментальных работ как результат комплексной интерпретации полученных материалов.

рис.2.

Создание комплексной ФГМ выполняется методом последовательных приближений по мере накопления информации об объектах данного класса. При малом объеме информации модель груба и соответственно степень неопределенности в выборе комплекса геофизических методов и интерпретации результатов относительно велика. С увеличением объема информации увеличивается сходство модели и оригинала, что позволяет совершенствовать комплекс методов, методику работ и повышать надеж­ность интерпретации геофизических данных.

Формирование ФГМ изучаемых объектов условно можно разделитьна3 фазы.

Первая фаза - построение априорной ФГМ путем изучения фондовой, и опубликованной литературы. Эта фаза характерна для проектирования работ в новом районе или для изучения новых типов месторождений или структур, ранее не изучавшихся на данной территории.

Вторая фаза учитывает результаты натурного моделирования на эталонных объектах данного класса на изучаемой или на смежной территориях. Натурное моделирование представляет постановку опытно-методических иди специальных работ на сравнительно хорошо геологически изученном участке с использованием разных методов модификаций с целью отработки наиболее эффективной и оптимальной методики геофизических исследований при решении поставленной геологической задачи. В результате уточняется априорная ФГМ, корректируется комплекс геофизических методов и повышается качество интерпретации полученных данных:

Третья фаза формирования ФГМ относится к этапу окончательной интерпретации геолого-геофизической информации, полученной в результате выполнения полевых работ. Строится апостериорная модель среды, которая в большей степени соответствует обобщенной модели данного класса объектов. Соответственно уточняется комплекс геофизических методов, оценивается эффективность проведенных исследова­ний. При построении ФГМ в тех случаях, когда испытывается дефицит информации о физических свойствах горных пород, используются статистические связи между различными физическими параметрами этих пород. Наиболее исследованы следующие взаимосвязи: между скоростью распространения продольных волн Vp и плотностью s, между скоростью Vpи удельным электрическим сопротивлением r, между плотностью s и магнитной восприимчивостью c. Именно эти зависимости наиболее актуальны для комплексирования геофизических методов при решении геоло­гических задач.