Інтерпретація даних магніторозвідки

Розрізняють якісну, кількісну та геологічну інтерпретацію магніторозвідувальних даних. Під якісною інтерпретацією розуміють аналіз магнітометричних даних з метою їхнього опису, класифікацію аномалій, районування та приблизну оцінку аномалій. Кількісна інтерпретація – це сукупність прийомів визначення форм, глибини залягання та магнітних властивостей тіл, які викликають магнітозбурення. Геологічна інтерпретація має на меті пов’язати магнітні аномалії та виділені тіла, які викликають магнітозбурення, з геологічною будовою району. Головними методами якісної інтерпретації є: візуальний аналіз; перерахунки полів за допомогою ЕОМ або вручну на інший рівень спостережень (уверх або донизу).

Якісну інтерпретацію починають з оцінки вірогідності виділення магнітних аномалій на картах та графіках. Як звичайно виділяють, як менш ймовірні, одноточкові та однопрофільні аномалії. Маловірогідними є також аномалії, оконтурені однією ізолінією, а також малої інтенсивності, що не корелюються між профілями. На етапі якісної інтерпретації рекомендується будувати “рози” простягання ізоліній, оцінювати контрастність та диференціацію поля. Слід також перевірити правильність виконання магнітної зйомки. Зокрема, чи була витримана вимога перпендикулярність профілів панівного простягання геологічних об’єктів, розташованих на території, яка вивчається. Якщо профілі розташовані під гострим кутом до простягання, неможливими стає спотворення плану ізодинам. Особливо це буде мати значення за наявності у районі робіт витягнутих тіл невеликої потужності. Графіки DZ та DT при цьому будуть витягнутими по осі. Для побудови карт ізодинам необхідним є облік відомостей про простягання геологічних об’єктів, формі та умовах їхнього розміщення, геометрії та розташуванні у просторі сітки спостережень та інших.

Одним з результатів якісної інтерпретації магнітометричних матеріалів є побудова інтерпретаційних профілів. Якщо виявляється, що наявні профілі не можуть використовуватись у якості інтерпретаційних (невдалий напрямок, недостатня густина сітки або точність зйомки), виконуються спостереження за спеціально розбитими профілями:

Контрастність поля оцінюється за формулою:

,

де - найбільше і найменше значення поля у межах ділянки площадки S, l – відстань між точками .

Диференціація поля визначається з формули , де D - середній переріз ізоліній; L – загальна довжина ізоліній у межах площі S.

Ці параметри оцінюються для невеликих ділянок площею у декілька квадратних сантиметрів карти. Результати підрахунків відносять до середини ділянки. Відповідно до них виконують побудови ізоліній К та D і районування магнітного поля. Магніторозвідки виконуючи якісну інтерпретацію багато уваги повинен вивченню форми аномалій та характеру їхніх комбінацій. За характером розподілу магнітні поля можуть бути мозаїчними, лінійно-витягнутими та змішаними. Перші є характерні для платформенних, другі – для складчастих областей, треті – для районів з складною історією розвитку та будовою.

Природу магнітних аномалій визначають методом анології, зокрема шляхом порівняння карт ізодинам з геологічною картою району. При цьому вивчають форму, розміри, простягання, інтенсивність та знак аномалій, через те, що характеристики відображають форму, магнітні властивості та місце геологічних тіл у просторі.

Враховуючи, що будь-яке намагнічене тіло має два полюси, принципово не існують тільки додатні або тільки від’ємні магнітні аномалії. Кожна з них містить як додатні так і від’ємні компоненти. Однак у ряді випадків інтенсивність відповідної компоненти може за величиною бути схільнопірною з похибкою зйомки і тому не реєструється.

Як правило, серед локальних аномалій DZ, DT, зареєстрованих на території країни, переважають додатні. Однак у цілому ряді випадків зустрічаються також інтенсивні від’ємні магнітні аномалії. Аналіз багатьох з них показує, що вони викликані зворотньо намагніченими геологічними об’єктами, коли природна залишкова намагніченість цих утворень за напрямком протилежним нормальному магнітному полю Землі. Від’ємна аномалія може бути викликана тим, що зворотня (або від’ємна) залишкова намагніченість об’єкта, який створює аномалію, суттєво перевищує за модулем індуковану намагніченість.

Отже, знак та інтенсивність магнітних аномалій визначаються не тільки величиною магнітних властивостей їхніх джерел. Більш стійким признаком є форма магнітних аномалій.

За формою магнітні аномалії DZ поділяються на ізометричні та витягнуті. Ізометричні аномалії утворюються над стовпоподібними, кулеподібними та іншими тілами, проекція яких на земну поверхню має у першому наближенні форму кола. Якщо аномалія не окреслена від’ємним полем, то вони викликані тілами, нижній край яких у 5-6 разів і більше перевищує глибину верхнього краю. Якщо ж вони оточені від’ємним полем, то глибина розповсюдження тіла, як правило, є невелика. Такі аномалії характерні для сферичних (гніздоподібних) покладів і штокоподібних, обмежених по глибині тіл.

У групу витягнутих відносять аномалії DZ_n довжиною більшою за їхню ширину. Вони можуть бути як з мінімумами так і без них, симетричними та несиметричними. У першому випадку тіла мають вертикальне падіння, у другому – нахильне. При цьому найменша за крутизною вітка кривої відповідає падінню тіла (за умови вертикального намагнічення).

Об’єкти, які викликають збурення, для аномалій витягнутої форми є пласти різного розповсюдження на глибину, горизонтальні циліндри. Геологічно це жили, контакти, скиди та інші. Витягнуті аномалії з двохсторонніми мінімумами Z_а створюються горизонтальними, різної форми поперечного перетину (пластоподібні, лінзоподібні, жилоподібні) тілами, обмеженого розповсюдження на глибину. Симетричні відносно вертикальної вісі, вертикально намагнічені тіла (пласт, циліндр круговий) створюють симетричні графіки Z_а. Відповідно асиметричні аномалії необхідно пов’язувати з пластами під нахил, а також тілами, поперечний перетин яких неправильну форму. Слід пам’ятати, що косо намагнічені об’єкти нерідко створюють асиметричні аномалії. А оскільки нахилення по території країни змінюється, то поле, яке намагнічує, ніколи не є вертикальним. Особливо сильно це відбивається на гірських породах, які мають великі значення магнітної сприйнятливості. Для витягнутих тіл, які мають періодичне простягання, у першому наближенні можна говорити, що завжди вертикальний тому що його проекція на площину поперечного перетину вертикальна. Тіла ж з широтним простяганням характеризуються найбільшим відхиленням та , відповідно, таким об’єктам притаманне найбільш ймовірне скісне намагнічування.

Тіла на невеликих глибинах мають більш чіткі аномалії з великими градієнтами по горизонталі та вертикалі. Об’єкти, які розміщені глибоко, створюють на поверхні Землі широкі плавні аномалії з невеликими градієнтами, зауваживши, що ширина аномалії з збільшенням глибини залягання збільшиться пропорційно глибині центра тіла.

На практиці рідко приходиться мати справи з так званими “чистими аномаліями”. У більшості випадків ми отримуємо сумарний ефект від тіл, які взаємодіють, на глибині. Розділення їхнього впливу в певній мірі може бути здійснене шляхом перерахунку аномалії (трансформації) вверх або донизу різними методами диференціація даних, осереднення і тому подібне.

Коли перерахунок униз, тоді ми вивчаємо поле у наближенні до джерела, акцентуючи увагу на локальних аномаліях. Коли ж перерахунок доверху, відбувається згладжування, локальні аномалії нівелюються та акцентується увага на регіональних аномаліях.

Методика кількісної інтерпретації в собі має розв’язок прямої та зворотньої задачі. Під прямою задачею магніторозвідки розуміють визначення аномалії від обраного (заданого) тіла з певними формами, розмірами, розташуванням у просторі, магнітними властивостями. Пряма задача розв’язується однозначно:

Зворотна задача полягає у визначення розмірів форми, положення у просторі магнітних тіл за експериментально отриманими даними вивчення магнітного поля.

Пряму ж задачу у магніторозвідці вирішують або ж аналітично, або ж графічно.

Аналітичний спосіб застосовують, якщо задане джерело поля можна замінити (підібрати) геометрично правильним тілом, яке обмежити плоскими границями (пластина, куб, паралелепіпед і т.д.) або однією поверхнею другого порядку (циліндр, куля та інші).

Графічний спосіб застосовують у двох випадках: коли аналітичний розрахунок за рівняннями Z_a та Н_а дуже великий; коли задане тіло має неправильну форму і не може бути апроксимована простим тілом. У цьому випадку розрахунок проводять за допомогою за допомогою номограм (палетки, Мікова, Юнькова, Талкина та ін.). Розв’язок зворотної задачі може бути здійснений різними способами: способом характерних точок, способом дотичних, способом порівняння польових кривих з теоретичними, способом підбору і т.д.

У способі характерних точок використовуються зв’язки координат деяких характерних точок кривої (точка переходу через 0, абсциса напівмаксимуму кривої, точки max або min кривої) з параметрами тіла – глибиною його залягання, розмірами і т.д.

Наприклад, для кулі (рис. 7):

; ,

де: М – надлишковий магнітний момент кулі; R – глибина до його центру; Х – поточна координата.

Коли Х=0 : ; ,

де

Х_0,5 – абсциса напівмаксимуму кривої Z_a.

Знаючи .

Коли на підставі вивчення фізичних властивостей відома намагніченість об’єкта І, то можна знайти об’єм . Радіус сфери та глибина до верхнього кута . Способом дотичних визначається глибина розташування джерела аномалії. Для цього до кривої (у точці перегину) приводять дотичні та визначають абсциси точок перетину дотичних:

.

У випадку, коли ж форма об’єкту, який магнітозбурює, не є відома, то глибина до верхнього краю тіла (h) можна оцінити, користуючись виразами загальновживаними М. Смітом.

Якщо (DZ^/)max та (DZ^//)mах – абсолютні максимуми першої та другої похідних вертикальної складової по профілю, тоді для паралельно намагнічених тіл довільного напрямку

, або

Спосіб порівняння з палетковими кривими використовується при інтерпретації аномалій від тіл правильної форми.

Спосіб підбору зводиться до підбору такого тіла, розрахована аномалія від якого співпадала б з спостережною кривою. У зв’язку з використанням ЕОМ спосіб отримав широке застосування, тому що це полегшує вибір моделі. Ефективність способу зростає, якщо намагніченість тіла раніше не була відомою.

Увесь хід кількісної інтерпретації зводиться до декількох операцій. За даними якісної інтерпретації попередньо вибирають модель: а) вибирається спосіб інтерпретації; б) обчислюють параметри; в) обрану модель уточнюють; г) перевіряють правильність розв’язку; д) здійснюють розв’язок прямої задачі по отриманій моделі та співставляють експериментальні та обчислені криві. Якщо очікуване співпадіння не отримано, необхідно модель уточнювати.

Сучасний рівень інтерпретації магніторозвідувальних даних грунтується на використанні цілих автоматизованих систем. Вони дозволяють виконувати обробку, контром початкової інформації, ввід даних на ЕОМ та їх обробку, а також накопичення даних у зовнішній пам’яті ЕОМ та видачу результатів у вигляді таблиць, графіків, карт.

Швидкий прогрес у галузі розробки магніторозвідувальної апаратури, обробки та використання отриманих результатів збільшує можливість метода, коли розв’язуються різноманітні геологічні задачі.

Магніторозвідувальні роботи у наш час з успіхом використовуються у всіх видах геологічних досліджень – від регіональних робіт та геологічного картування мілкого масштабу до експлуатаційного розвідування родовища.

На стадії регіональних зйомок магнітної карти широко використовуються з з метою тектонічного районування, геологічного картування мілкого та середнього масштабу. Коли вивчають кристалічний фундамент, та магніторозвідка допомагає здійснювати геологічне картування платформенних областей. З отриманих даних вираховують його глибину залягання, виявляють основні риси рельєфу поверхні захороненого фундаменту, виділяють глибинні розломи. Магніторозвідка дозволяє виявити інтрузивні та ефузивні утворення осадовго чохла платформи.

У складчатих областях за допомогою магніторозвідки окреслюють та простежують магнітні породи, її використовують для вивчення факторів, які контролюють розміщення корисних копалин.

На етапі магнітних зйомок середнього масштабу виявляють великі залізорудні родовища.

У пошуках нафти та газу окрім розв’язку геологозйомочних задач магніторозвідка у декількох випадках дозволяє виділити зони дислокації платформенного чохла, знайти соляні куполи. У ряді випадків вдається знайти грязьові вулкани. Було помічено, що величезні родовища нафти відносяться до від’ємної частини локальних магнітних аномалій у платформенних областях. У ряді випадків, навпаки, збагачені магнетитом.

Коли ж здійснюють геологічні роботи виключає масшатабування у рудних районах, тоді за допомогою магнітної зйомки можна здійснити картування основних та ультраосновних порід, а також утворення, що збагачені магнітними мінералами, виявити та оконтурити зони навколорудних змін порід. У ряді випадків вдається розділити та скорелювати осадові породи. Для деяких рудних та нерудних родовищ (нікелю, хрому, титану, бокситів та ін.), кольорових, рідких та благородних металів (свинець, олово, золото у розсипах, платина ті інші).

Магніторозвідка може у сприятливих випадках також розглядатись у якості пошукового методу.

Цим переліком не обмежується область використання магнітного методу розвідки. Великі можливості має магніторозвідка для геологічного картування, розв’язку задач інженерної геології, гідрогеології, археології.