Гравиразведка (гравиметрия и вариометрия)

Гравиразведка (гравиметрия и вариометрия)

Многолетняя практика показала, что наиболее информативный  метод исследований

- гравиразведка.  Основными вопросами количественной  интерпретации гравиразведочных данных являлись проблема снятия регионального фона и выделение локальных аномалий, решение задачи о контактной гравитирующей поверхности, прогнозная оценка запасов руд, различные пересчеты и трансформации потенциальных полей  и определение параметров рудных тел.

Снятие  регионального фона - это ответственный  и наиболее важный этап в подготовке исходных данных для расчетов. Ошибки в снятии регионального фона ведут к недокомпенсации или перекомпенсации локальных аномалий, а недоучет величины локальных аномалий – к ошибкам при определении параметров рудных тел, оценке прогнозных запасов руд, определении вертикальной мощности рудовмещающей толщи и формы контактной поверхности. В процессе интерпретации региональный фон может быть исправлен и уточнен при подборе разрезов по расчетным профилям вручную по точечным палеткам или при моделировании месторождений на ЭВМ.  Региональный фон II и III порядков, чаще всего, бывает наклонным из-за влияния более плотных пород или рудных объектов, расположенных вблизи изучаемого объекта.

Реализация  этой задачи оказалась наиболее трудной, она решалась неоднократно и ранее но так и не решена. В процесс работ применяется несколько способов снятия фона, но чаще других используется визуально-графическаий. В зависимости от размеров изучаемых объектов выделялся региональный фон I, II и III порядков. Фон I порядка, создаваемый гранитоидами, вмещающими рудный узел, снимался с гравиметрической карты масштаба 1:200000. Фон II порядка от пород рудовмещающей толщи, слагающей рудный узел, снимался с планов графиков и изоанамал ∆g, масштабов1:5000 и 1:10000. Наибольшие трудности возникли при снятии регионального фона III порядка и выделении локальных аномалий, которые связаны с железорудными, колчеданно-полиметаллическими, золотополиметаллическими, медно-баритовыми и другими месторождениями и рудопроявлениями.

 В  процессе работ было опробовано  несколько способов:

1. Способ осреднения, «модный» в 60-х гг. XX в., не решает задачу однозначно, так как не учитывает конкретную геологическую ситуацию. Например, из-за взаимного влияния близко расположенных рудных объектов Озерного узла фон, снятый этим способом по графикам ∆g, был завышен, а запасы железных руд на всех месторождениях были занижены в 3-10 раз и объекты оценены как мелкие, не представляющие интереса.
2. По квадратной палетке с применением формулы М.У. Сагитова.
3. Вычислением вертикального градиента силы тяжести по палетке К.Е. Веселова.
4. Способом вариаций Б.А. Андреева и аналитическим способом Г.Ф. Кузнецова.
5. Расчетами на ЭВМ по отдельным профилям и площади.

В процессе работ оказалось, что все перечисленные способы не решают удовлетворительно задачу снятия регионального фона. При больших радиусах осреднения сказывается искажающее влияние соседних аномалий, при малых - региональный фон имеет параболическую форму и приближается к наблюденной кривой. Во всех случаях на флангах положительных аномалий появляются отрицательные, которые данным геологическим разрезом не объясняются. То есть метод осреднения является формальным, не учитывает конкретную геологическую ситуацию и условия и дает большой недоучет величины локальных аномалий. Единственным его преимуществом является исключение из расчетов элемента субъективизма.

Так, величины локальных аномалий силы тяжести, полученные способом осреднения по программам ЭВМ  с шагом осреднения 100 м и радиус осреднения 1100 м, составили 1,2 на Озерном и 0,8-1 мГл на Магнетитовом месторождениях. Величины аномалий на тех же месторождениях, снятые визуально-графическим способом, соответственно 3,8 и 2 мГл, т.е. в 2-3 раза больше. В результате по аномалиям, вычисленным способом осреднения, были получены в 2-3 раза цифры прогнозных запасов руд на основных месторождениях рудного узла. Так, на месторождении Магнетитовом прогнозные запасы железных руд, по расчетам Н.И. Борисовой в 1964г., оценены в 72,5 млн.т, против 150млн.т, вычисленных нами в 1967г. По тому же плану изоанамал ∆g, после снятия регионального фона визуально-графическим способом. И все железорудные месторождения (Аришкинское, Туркул, Гундуй, Гурвунур, Северный Гурнувур) считались мелкими, не представляющими практического интереса. Это привело к тому, что объемы поисковых работ в рудном узле резко сократились и были перенесены на другие площади. В 1974-1976гг. при прогнозной оценке Озернинскогои сопредельных рудных узлов Центральной Бурятии на железо и сопутствующие металлы нами выполнена переоценка перспектив Озернинского рудного узла  по данным гравиметрии и магниторазведки. Региональный фон был снят визуально-графическим способом, составлена карта локальных аномалий ∆g и выполнена прогнозная оценка запасов руд. В результате прогнозные запасы железных руд увеличились в 10 раз. Наши прогнозы полностью подтвердились последующими поисково-оценочными горно-буровыми работами.

6. Способ О.Л. Таруниной применим на объектах с простым разрезом, где отсутствуют блоки пород с резким изменением плотности и вертикальной мощности.
7. Способ подбора по палетке Д.С. Микова наиболее точен, но трудоемкий и менее производительный. Поэтому он применяетя для снятия фона по расчетным профилям при сложном разрезе, как на месторождениях Магнетитовом, Назаровском и др.
8. Визуально-графический способ в последние годы нашел широкое применение не только в Еравнинском, но и во всех рудных районах Бурятии. В зависимости от сложности разреза региональный фон может быть выпуклым, вогнутым, а при простом разрезе – прямолинейным. Этот способ простой, высокопроизводительный и точный.

Однако  в сложных геологических условиях визуально-графический способ также  дает ошибку при выделении регионального  фона на границе резкой смены плотности  и вертикальной мощности пород. Этот способ решает проблему снятия регионального фона частично. Но даст положительные результатына большей части площади работ. Он точнее в хорошо изученных районах при наличии детальных гравиметрических карт.

В 1999г. был внедрен в практику способ полиномов методом наименьших квадратов по уравнению регрессии с помощью полинома третьей степени при моделировании Байкальской рифтовой зоны и поисках золотоносных структур в Хилокской впадине. Вкрест Байкальской впадины по 40 поперечным профилям через 20-25 км и по одному продольному снимался фон визуально-графически и способом полиномов. Идентичность снятия фона проверялась совпадением его уровня на пересечениях поперечных профилей с продольными. Анализ результатов показал, что способ полиномов точнее и не зависит от воли интерпретатора. Но большим его недостатком является сильное искажения уровня и наклона фона на флангах изучаемых участков ограниченных размеров, когда расчетные профили не выходят в нормальное поле. В таких случаях более точен визуально-графический способ.

В заключение следует сказать, что поиски оптимального решения снятия регионального фона продолжаются.

  Решению  задачи о контактной гравитирующей  поверхности, определению вертикальной  мощности рудовмещающей толщи  и изучению формы рельефа фундамента уделялось большое внимание. При сложном блоковом строении рудного узла с резким ступенчатым изменением вертикальной мощности блоков и стратинформном залегании рудных залежей вопрос об увеличении запасов руд, поисках новых рудных объектов, особенно глубокозалегающих,  находится в прямой зависимости от мощности блоков, вмещающих месторождения и литологического состава пород в блоках, тем выше их перспективы на рудоносность и наоборот.

В процессе работ было апробировано три метода:

1. Мктод последовательных приближений по А.К. Маловичко опробирован на месторождении Магнетитовом. Возможности метода ограничены, так как для его реализации нужно иметь либо две скважины, вскрывшие граниты, либо выходы гранитов на поверхность на расстоянии друг от друга, превышающем глубину залегания контактной поверхности. Первая скважина является исходной, вторая – контрольной. На практике это почти неосуществимо, особенно на подстадии поисково-оценочных работ.
2. Способ итераций с использованием ЭВМ применяется чаще, но возникают трудности в определении средней плотности пород, так как доля пород с различной плотностью в разрезе обычно неравноценна.
3. Способ подбора по палетке Д.С. Миова самый точный, но малопроизводительный. Однако он основной при построении контактной поверхности.

Разрезы перед подбором контактной поверхности подготавливаются к интерпретации. Снимается региональный фон I порядка от рудовмещающей толщи, затем фон II и III порядка, создаваемый месторождениями или рудными телами. Остаточные аномалии от рудных объектов и зон разуплотнения, снятые при фоне II и III порядка, из дальнейших расчетов исключаются, так как при расчетах они только осложняют интерпретацию.

После этого на разрезы выносятся значения плотности, соответствующие каждой разновидности пород и руд, зонам  разломов и рудоконтролирующим зонам, намечаются предполагаемые границы структурных блоков и контактов останца с вмещающими его гранитами. Некоторые структурные блоки отличаются частой перемежаемостью пород с различной плотностью. Для упрощения расчетов плотность пород таких блоков бралась средневзвешенная, полученная делением суммы плотностей всех разновидностей пород, слагающих блок, на сумму их мощностей. Избыточная плотность известных предполагаемых рудных тел и недостаточная – зон разуплотнения в расчет не брались, так как локальные аномалии, создаваемые ими, как было сказано выше, из расчета исключались фоном II и III порядка. Плотность их условно принималась равной плотности пород, которыми они вмещаются. Однако в некоторых случаях приходилось включать в расчет и предполагаемые рудные тела, когда невозможно было подобрать разрез. Обычно это случается, когда «породная аномалия» накладывается на рудную и их разделить почти невозможно, что характерно для глубокозалегающих рудных объектов.

Подбор  разреза удобнее начинать с какого-либо фланга, где граниты выходят на дневную поверхность или близко к ней и наблюденная кривая почти касается регионального фона. Для рудного узла удобнее начинать подбор с северо-западного фланга. Намечается несколько редких, более характерных точек в зависимости от формы наблюденной кривой: на перегибах, резких перепадах, минимумах, максимумах, градиентах. На этих точках разрез подбирается до близкого совмещения теоретической кривой с наблюденной. После удовлетворительного совпадения обеих кривых точки сгущаются и разрез подбирается более детально. Правильность и точность подбора проверены скважинами, вскрывшими фундамент и рудные тела во многих местах.

Обычно  контактная поверхность подбирается  с помощью ЭВМ способом интераций  и затем уточняется и исправляется методом подбора в тех участках разреза, где плотность пород отличается от средневзвешенной плотности разреза. Контактная поверхность, вычисленная при средней плотности разреза, бывает обычно очень сильно искажена в зонах мощных разломов и может выйти на дневную поверхность и повиснуть в воздухе, так как она всегда находится в противофазе с графиком аномалии силы тяжести. Эти участки разреза подбираются с истинной плотностью по точечной палетке Д.С. Микова

Таким образом, задача построения контактной поверхности и определения вертикальной мощности рудовмещающих пород, можно считать, решена успешно.

Прогнозная  оценка запасов руд и определение  количества аномальной массы являются одним из главнейших задач количественной интерпретации. Основные трудности при расчетах интегральным методом заключаются в правильном учете остаточного интеграла. Более простой- это интегральный метод Д.С. Микова, позволяющий определять количество аномальной массы от тел любой формы. Особенно удобен графический способ учета остаточного интеграла. По средним параметрам рудных тел определены прогнозные запасы железных руд прямым расчетом. При этом интенсивность намагничения определялась несколькими способами. Наделив рудные тела плотностью, можно уточнить прогнозные запасы руд по данным гравиметрии. Прогнозные запасы немагнитных руд определяются по данным гравиразведке, в основном интегральными методами Д.С. Микова. По данным детальной гравиметрии и интегрированных значений Vxz в 1966г. подсчитаны запасы руд по Озерному и другим месторождениям Еравнинского рудного района.

 Общий  объем рудных масс, вычисленный  нами в 1966г.   подсчитаны запасы руд по Озерному и другим месторождениям Еравнинского рудного района.

Общий объем рудных масс, вычисленный нами в 1966г., за эти три года до окончательной детальной разведки по данным вариометрии, по Озерному месторождению составил 166,547 у.е. при среднем содержании цинка+свинца 7%, прогнозные запасы металла в сумме составляют 11658 у.е. прогнозные запасы руд Звездного месторождения, по данным гравиметрии, 60 у.е. при среднем содержании свинца+цинка 6% составит 3,6 у.е.

Определение параметров рудных тел выполнялось по графикам ∆g, ∆Z, Vxz,КС, ВП и U полуколичественно и количественно известными способами.

Наблюденные вариометрические и гравиметрические аномалии отличаются большой сложностью. Они обычно осложнены несколькими максимумами и имеют сложную форму, сильно изрезаны и в большинстве случаев непригодны для определения параметров рудных тел по аналитическим формулам.

Наиболее простые аномалии ∆g, Vxz и Vzz интерпретировались по формулам для шара, цилиндра, тонкого и мощного пласта. При оценке мощности пород продуктивной толщи часто применяется формула Б.В. Нумерова для плоскопараллельного слоя. В первом приближении точность получается вполне удовлетворительная. При ассиметрии графиков Vxz определялось направление падения, а по положению эктремумов – мощность аномалиеобразующих объектов. Ассиметричные аномалии интерпретировались способом П.М. никифорова для наклонного пласта разложением наблюдений кривой на две по полусумме и полуразности ординат кривой, симметрично расположенных относительно начала координат. Определив мощность 2в и глубину h до верхней кромки пласта, угол падения и избыточную плотность и зная размеры пласта по простиранию и падению, можно определить прогнозные запасы руд по формуле P=2вαН∆σ, где 2в - мощность пласта, σ и Н – размеры пласта по простиранию и падению, ∆σ – избыточная плотность пласта.