А. С. Шумилов г. Ярославль, фгуп нпц «Недра» Предлагаемая статья

Вид материала

Статья

Содержание Основные принципы ГМТ Полнота модели. Последовательные приближения. Комплексирование данных. Основные элементы технологии ГМТ Формирование и модификация модели сплошных сред Формирование и модификация модели изолированных и секущих структур Контроль и оценка ошибок ГМТ Оценка ошибок Линейные переменные Нелинейные переменные

Подобный материал:

• Публичный отчет Общеобразовательного учреждения Степноозерская муниципальная средняя, 1306.54kb.
• «Фармзащита», 573.27kb.
• Образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки, 711.14kb.
• Оработе Ассоциации «Недра», 270.92kb.
• «Ярославль красоты неописанной, всюду Волга и всюду история, 210.61kb.
• Нормативных документов в строительстве, 752.78kb.
• Конкурсная документация по проведению открытого конкурса № 2010/01-ит на выполнение, 948.61kb.
• Автор программы: к и. н., профессор Вологдин А. А. Рецензент программы: д ю. н., профессор, 982.83kb.
• Программа тура: 08: 00 отправление с площади перед ж/д вокзалом «Ярославль Главный», 40.59kb.
• Подольская александра сергеевна, 291.11kb.

ГРАВИТАЦИОННАЯ И МАГНИТНАЯ ТОМОГРАФИЯ

СПЛОШНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД

В. И. Сегалович, О. А. Васильев, А. С. Шумилов - г. Ярославль, ФГУП НПЦ «Недра»

Предлагаемая статья посвящена новой технологии гравитационных и магнитных исследований в геологии, определяемой как гравитационная и магнитная томография (ГМТ) сплошных геологических сред. Под этим термином, по аналогии с сейсмической томографией [1], подразумевается методика восстановления структуры геологической среды, исходя из наблюдаемых значений геофизических полей. Подобно волновому сейсмическому полю в сейсмотомографии, в ГМТ задействуются поля g и Та, а также другие производные гравитационного и (или) магнитного потенциала.Они могут быть измерены на или выше поверхности Земли и в скважинах. Необходимый эффект просвечивания, который в сейсмической томографии осуществляется пронизывающими среду сейсмическими лучами, в ГМТ обеспечивается пронизывающими среду силовыми линиями гравитационного и магнитного полей. При этом свойства, воздействующие на силовые поля, выражены в плотности масс, в магнитной восприимчивости и в собственной (естественной остаточной) намагниченности аномальных источников, а через эти характеристики – в размерах, форме и положении гравитирующих масс, или в магнитных моментах, форме и положении источников магнитных аномалий.

Технология ГМТ наследует методику [2] тотального трехмерного подбора или трехмерного моделирования сложных геологических сред, основанную на двух положениях: 1) задание геологических структур – источников аномальных полей g и Та – произвольными несамопересекающимися замкнутыми многогранниками с переменной (полиномиальной) плотностью и свободно ориентированной намагниченностью; 2) сведение обратной задачи грави- и магнитометрии к решению больших (порядка 10⁵) систем линейных алгебраических уравнений, связывающих сумму действия многих (порядка 10² – 10³) структур с измеренными значениями полей g и Та в пунктах и на профилях съемочных геофизических сетей. Соответственно этим положениям в рамках ГМТ сочетается поочередное и последовательное решение задач двух типов: линейной – в отношении плотностных и магнитных параметров геологических структур, и нелинейной – в отношении формы и положения геологических структур и их границ.

ГМТ представляется нами как возможная реализация всеобъемлющей и универсальной технологии количественной интерпретации гравимагнитных данных, основные требования к которой были выдвинуты акад. В.Н. Страховым [3].

Технология опробована на объектах сверхглубокого и глубокого параметрического бурения (Уральская, Кольская, Воротиловская, Колвинская, Тюменская и др. скважины), а также на примерах региональных (м-ба 1:1 000 000 и мельче) и крупномасштабных поисковых работ в различных районах России в общих объемах порядка 10⁷ гравитационных и 10⁸ магнитных наблюдений на суммарной площади до 3,5 млн. км².


Основные принципы ГМТ


Многослойность. По определению, томография – это описание сложной пространственной структуры какой-либо среды изображением многих срезов или слоев (по-гречески срез или слой - tomos). Основополагающим принципом ГМТ, соответственно, принимается восстановление по гравитационным и магнитным полям сколь угодно сложной структуры геологической среды по ее многим тонким и произвольно расположенным срезам. На практике этот принцип реализуется за счет: а) предварительного формирования модели среды из сколь угодно произвольных по форме и размерам многогранников; б) совмещения многогранников с геологическими структурами; в) назначения системы срезов для изображения геологических тел и их границ.

Этот принцип определяет основное отличие ГМТ от всех других технологий моделирования, прежде всего - основанных на 1-, 2-, 2,5-мерных представлениях геологических сред, а также на примитивных (изолированных) трехмерных моделях. В отличие от этих методов, рассматриваемый принцип открывает возможность реалистического описания геологических сред, а также вычисления характеристик векторных (например, намагниченность) физических параметров.


Полнота модели. Для обеспечения необходимой достоверности результатов ГМТ исходная (априорная) модель задается с максимально возможной полнотой, то есть так, чтобы в ее рамках наблюдаемые на изучаемой площади гравитационные и магнитные аномалии могли быть объяснены исчерпывающим образом. Принимаются следующие условия полноты модели:

а) нижняя граница аномальных гравитирующих масс - на уровне мантии (например, у раздела Мохо);

б) нижняя граница возможных источников аномального магнитного поля – у порога Кюри (например, соответственно геотермическому градиенту на глубинах от 30 до 60 км);

в) боковые границы учитываемых аномальных источников - удалены от границ исследуемого участка на расстояние, в 5-10 раз большее их глубины;

г) приведение аномальных и расчетных полей - к нормальным полям Земли и параметров структур – к принятым для плотности и намагниченности литосферы нормам[2] - единым для всех моделей, вплоть до глобальной.

Соответственно принципу полноты, модель задается сплошной – многогранные элементы должны примыкать один к другому, так чтобы среда заполнялась ими без перекрытия или пустых промежутков.

Поскольку каждый из элементов модели ограничивается сложной поверхностью, то при сплошном заполнении среды многогранники не обязательно выпуклы. Аналитическое, через элементарные функции, выражение потенциала и производных потенциала произвольного (невыпуклого) многогранника с полиномиально (по X, Y, XZ,YZ, Z²) распределенной плотностью и произвольно ориентированной намагниченностью J(x, y, z) полученное Г.Г. Кравцовым, запрограммировано в [2].

Полнота моделей, используемых в ГМТ для представления геологических сред, позволяет изучать строение осадочных бассейнов, складчатых поясов, кристаллических массивов, рудных зон, нефтегазовых полей и отдельных месторождений в рамках единых совместных систем. Этот принцип также позволяет вводить в рассмотрение и изучать структуры, отличающиеся очень малыми значениями намагниченности или аномальной плотности, а также использовать информационные ресурсы детальных и высокоточных гравимагнитных съемок и другие данные современных методов.


Просвечивание. Согласно принципу просвечивания решается линейная задача ГМТ. Обеспечивается множественность лучей, по которым производится освещение многогранных элементов гравитационной или магнитной моделей (рис. 1). Точки наблюдений Р с текущими координатами (, , ) размещаются так, чтобы структуры рассматривались под многими возможно более различными углами _i, представляющими собой геометрическую интерпретацию гравитационного или магнитного эффектов отдельных граней многогранников в формулах Г.Г. Кравцова [4, 5]. Для обеспечения максимально больших различий эффектов просвечиваемых структур и, соответственно, телесных углов , исследуемый участок расширяется до возможно больших, согласно


предыдущему принципу, пределов. Просвечивание сводится к вычислению линейных переменных, характеризующих коэффициенты полиномиального распределения плотности и компоненты Jx, Jy, Jz вектора намагниченности произвольных многогранников. В свою очередь вычисления реализуются, как и во всех других видах компьютерной томографии, на основе решения больших систем линейных алгебраических уравнений, сильно переопределенных (отношение к числу искомых линейных переменных 10³-10⁴ и т.п.). Тем самым обеспечивается устойчивость решения линейной задачи в отношении плотностных и магнитных параметров среды.


Последовательные приближения. Принцип последовательных приближений задействуется при решении задач нелинейного типа, т. е. для подбора формы и положения геологических структур. Принцип реализуется с помощью специальной интерактивной технологии, основанной на изучении реакции функции отклика (ошибка аппроксимации поля g или Та) на изменение, при фиксированных значениях линейных переменных, нелинейных факторов. К последним относятся: положение отдельных вершин многогранников, групп вершин (ребер и граней), многогранников в целом, границ между смежными структурами, взятых либо в отдельных фрагментах, либо в целом, элементы залегания границ и т д. Функции отклика, согласно принципу последовательных приближений, принимаются за основной показатель точности аппроксимации наблюденных полей g и Та. Реакция поля ошибок на включение структур, имитирующих отдельные силлы долеритов (всего выделено около 10 отдельных силлов), показана на примере одного из районов Тимано-Печорского бассейна (рис. 2). Можно видеть, что уровень ошибок при добавлении всего трёх отдельных силлов, меняется радикально.


Комплексирование данных. Принцип комплексирования данных относится к общим для линейной и нелинейных задач положениям ГМТ. В условиях известной многозначности тех и других обратных задач теории потенциала возможность нахождения приемлемых решений и оценки их надежности открывается только на пути соединения гравитационных и (или) магнитных данных с другой информацией.


Комплексирование обеспечивается путем ввода различных ограничений на нелинейные и линейные переменные.

К числу ограничений на нелинейные переменные относятся данные о структурах среды: их геологическом содержании, числе, форме, положении в плане и разрезе. Задание этих ограничений начинается с формирования исходной модели среды и продолжается при ее модификации в процессе подбора. Задание нелинейных ограничений сводится к указаниям пространственного положения структур и их границ.. Используются самые разные материалы. Обязательными принимаются данные топографии, геологического картирования, стратиграфических, литофациальных, петрологических и формационных исследований. Вспомогательными принимаются материалы сейсморазведки (КМПВ, МОВ ОГТ, ГСЗ и т. д.), электроразведки, различных видов бурения, а также металлогенических, петрогеохимических, радиогеохронологических, палеомагнитных, плитотектонических и других исследований. В определенных условиях такие вспомогательные данные могут, однако, быть обязательными.

Нелинейные ограничения в гравитационной и магнитной томографии задаются по-разному. В гравитационной задаче, соответственно установленным природным закономерностям, границы геологических структур и плотностные границы, как правило, отождествляются. (Плотность принимается соответствующей фациальному составу структур). Ограничения на форму и положение структурных единиц задаются на основании стратиграфической, формационной и комплексной геолого-геофизической информации, например, с использованием структурных карт поверхностей раздела по данным МОВ ОГТ.

В магнитной задаче с границами геологических структур совмещаются, как правило, только границы самых слабых магнитных источников, характеризующихся значениями |J| на уровне 0,005-0,05 А/м. Магнитные источники с умеренной (0,1-1,0 А/м), высокой (1-10 А/м) и очень высокой (10-20 и более А/м) намагниченностью, как правило, с основными границами стратиграфического, тектонического или формационного типа все менее совместимы. Принимается, что сильные магнитные источники (это могут быть пласты железистых кварцитов, отдельные фрагменты скарнов, горизонты расслоенных интрузий габбро, экзо- и эндоконтактовые части магматических массивов, отдельные фрагменты метаморфичеких поясов, отдельные покровы, силлы и дайки в вулканических комплексах, зоны серпентинизации ультрабазитов в офиолитовых формациях и т. п.) – это создающие интенсивные магнитные аномалии вкрапления в модель сплошной слабомагнитной среды.

Ограничения на форму и положение структурных единиц магнитной модели, вытекающие из структурно-геологической и т.п. информации, используются, прежде всего, в отношении слабых магнитных источников. Допускается, в частности, воспроизведение тех ограничений на нелинейные параметры слабых магнитных источников, которые находятся по результатам гравитационной томографии.

Иначе задаются нелинейные ограничения для сильных источников модели. Учитываются примерное равноправие положительных и отрицательных полей в распределениях главных магнитных аномалий, петрофизические данные, однотипность магнитных полей южного и северного полушарий Земли. Отсюда принимается, что направление вектора намагниченности сильных источников в общем случае заметно (до 180^о) отличается от направления современного магнитного поля Земли. Соответственно, оно больше зависит не от индуцированной, а от естественной остаточной намагниченности пород.

На основании опыта петрофизических исследований, показавших чрезвычайно широкий (логнормальный) разброс модуля и направления вектора намагниченности в одних и тех же породах одного и того же «сильного источника», неопределенность этого параметра для обратной задачи ГМТ, как правило, видится гораздо более широкой, чем неопределенность в его форме и положении. Отсюда следует, что для магнитной томографии «сильных источников» линейная часть обратной задачи должна рассматриваться приоритетной. Задаются нелинейные ограничения в основном с учетом геологической концепции (природы источника), формы и интенсивности магнитных аномалий, а там, где имеются надежные разведочные данные, с учетом результатов бурения и геологического картирования магнитных тел.

Ограничения на линейные переменные задаются двумя пределами (ограничениями на нижнее и верхнее значения параметра) возможного изменения: а) плотности масс, высекаемых многогранными элементами модели (гравитационная томография), и б) компонент Jx, Jy, Jz вектора намагниченности J i-ых элементов (магнитная томография); в) уровня отсчета поля g (Та) от нормального поля Земли (региональный фон). Область допустимого изменения линейных переменных, характеризующих плотность масс, определяется с учетом состава соответствующих структурных единиц модели, а число ограничений и размещение точек, в которых они задаются, учитывает положение структуры в пространстве и степень полинома, используемого для описания принятого закона изменения плотности внутри структуры и регионального фона. Число пар ограничений для каждой структурной единицы определяется степенью задаваемого полинома (X, Y, Z,...) и может, например, меняться от 1 до 6. В случае отсутствия каких-либо данных или предположений о составе структур, ограничения могут вообще не задаваться, так что поиск параметров ведется в свободных пределах.

Область допустимого изменения переменных, характеризующих намагниченность, задается по-разному для слабых и сильных источников. Для первых учитывается возможный главный вклад индуцированной компоненты J. Это позволяет задавать пределы с учетом данных о нормальном поле Земли и магнитной восприимчивости источников, исходя из их состава. Для вторых учитывается влияние возможной формы тела (эффект размагничивания), его элементы залегания и возможный вклад естественной остаточной намагниченности (фактор Q).

Комплексирование данных путем задания ограничений на положение геологических границ в плане и на плотность масс, заключенных между этими границами, позволяет средствами ГМТ решать самые сложные, например, поисковые задачи. На рис. 3 приводится пример выделения эффекта рудной залежи в условиях превалирующих помех. Никаких шансов на обнаружение полезного сигнала (рудной аномалии), скрытого за аномалиями от морены и вмещающего ультрабазитового массива, не существует. С учетом заданных ограничений выделяется полезный сигнал – аномалия от структуры 56, представляющей собой выявленную ранее (до моделирования) и уже разведанную до 300 м стратиформную залежь хромовых руд (месторождение Сопчеозерское). Его амплитуда более чем в 3 раза превосходит уровень ошибок воспроизведения слабо коррелированных



помех, обусловленных мореной (структура 32), и ошибок воспроизведения аномалий, обусловленных рудовмещающими породами (структуры 1 и 28).

Основные элементы технологии ГМТ

Технология ГМТ базируется на алгоритмах решения следующих задач:

• прямой [4, 5]
  
• линейной и нелинейной обратной [6
  
• трехмерного моделирования 2
  
• автоматического преобразования модели
  

Далее приводится краткая характеристика новых процедур, выполняемых в интерактивном режиме и обеспечивающих переход от ранее разработанной технологии трехмерного моделирования прерывистых геологических сред к технологии ГМТ сплошных (непрерывных) сред.


Формирование и модификация модели сплошных сред. В основу формирования модели сплошных сред положены специальные процедуры:

• последовательного разбиения изучаемого пространства на ряд прилегающих один к другому многогранников, разделяемых общими поверхностями.
  

Выбирается некоторый исходный, соответствующий общим размерам модели, объем, близкий к параллелепипеду. Верхняя (дневная) поверхность этого объема совмещается с топографией и замещается, посредством автоматической триангуляции, системой треугольников. Нижняя граница совмещается с поверхностью Мохо. Далее заданный объем полной модели подвергается последовательному делению на отдельные многогранники. Каждый из них привязывается к тем или иным выступающим на поверхность или к глубинным, не выступающим на поверхность, целым структурным (формационным, литологическим, петрографическим, тектоническим) единицам.

• разбиения многогранников:
  

Разбиение многогранника предназначается для локализации геологических структур в соответствии с фактическими данными и включает:

1. обозначение ряда вершин, соединённых рёбрами по замкнутой траектории (рис 4);
   
2. деление исходной структуры на два новых многогранника, прилегающих один к другому вдоль выделенной поверхности.
   
3. выбор одного из двух вариантов деления: с разобщением или без разобщения новых многогранников.
   

а) б) Рис. 4 Деление многогранника а) на два с общей границей раздела (б). Показан источник центральной магнитной аномалии в районе Пучеж-Катунгской астроблемы, восстановленный по результатам ГМТ [8]. Верхняя часть – расплавные импактиты, нижняя – зона динамометаморфизма, сформированная при модификации кратера. Красная линия на рисунке а) – траектория обхода разделяющей поверхности.

Рис. 5 Деление многогранника а) с разобщением частей (б). Показана структура, приведённая на рис. 4. Применены процедуры «освещения» и «заполнения».

• последовательного преобразования многогранников и ограничивающих их поверхностей.
  

Предусмотрены следующие виды преобразований:

1. деление ребер или граней («детализация») (рис. 6а,b).
   
2. смена общего ребра в двух смежных треугольниках (необходима для устранения самопересечений и «улучшения» формы границы) (рис. 6c).
   

a) b) c) Рис. 6 Деление a) грани (1,2,4), b) ребра (2,4) вершиной 5 и смена c) ребра (2,4) на (1,3).

3. отделение части одного многогранника и присоединение этой части к смежному.
   
4. слияние отдельных многогранников и их частей («обобщение» линейных переменных) (рис. 4а).
   
5. разбиение и раздвижение частей многогранника («освобождение» линейных переменных) (рис. 5б).
   

Формирование и модификация модели изолированных и секущих структур

Модель изолированных и секущих структур формируется на основе технологии [2]. В рамках ГМТ элементы этой технологии модифицированы с использованием средств автоматизации и операционных систем ПК. Используются следующие основные процедуры:

• включение секущих и изолированных структур.
  

Отдельные секущие или изолированные структуры и их системы широко используются в магнитной томографии (сильные источники) и в гравитационной томографии - для представления различного типа интрузий, пересекающих стратиграфические, литофациальные и тектонические границы сплошной модели. Используются операции:

1. ввода и преобразования шаблонов (характерные формы - дайка, силл, лополит, лакколит, пласт, и др.) (рис. 6);
   
2. копирование однотипных элементов (например, для задания серии даек или пластов).
   
   
   

• модификация многогранников - применительно к интерактивному подбору нелинейных параметров.
  

Соответствующие модификации выполняются с помощью следующих операций:

1. вращение структурных единиц или их обозначенных фрагментов в различных плоскостях (горизонтальной XOY и вертикальных XOZ и YOZ);
   
2. поступательное перемещение тех же единиц, их фрагментов и отдельных граней в трех направлениях (по X, Y, Z);
   
3. расширение или сжатие той или иной структурной единицы или ее обозначенного фрагмента в тех же направлениях.
   

Интерактивные процедуры и операции запрограммированы в рамках операционных систем DOS и Windows.

Windows-версия является расширенным и переработанным вариантом Dos-версии. Кроме интерфейса Win32 она использует возможности известной программной библиотеки OpenGL, что значительно ускоряет время отображения графических данных и придаёт им большую реалистичность. Вот основные новые возможности Windows-версии:

• более гибкий и удобный интерфейс пользователя
  
• возможность закраски модели с использованием плоского или вершинного освещения (рис 5б).
  
• режим прозрачности (для отображения скрытых внутренних структур)
  
• задание произвольной проекции и сечения, возможность вращения вида модели вокруг произвольного центра (для удобства редактирования)
  
• использование в качестве подложки геологических карт в заданной для них стандартной раскраске (легенде).
  

Модель ГМТ представляется на экране дисплея в различных проекциях и масштабах, модифицируемых с помощью клавиатуры ПК. В сочетании с моделью ГМТ в качестве пассивной (не модифицируемой) для задания нелинейных ограничений и модификации параметров используется следующие виды подложки (Back Model):

• геологическая карта
  
• разрез (геологический, сейсмический и др.)
  
• структурная карта того или иного горизонта
  
• наблюденное гравитационное или магнитное поля
  
• поле ошибок аппроксимации (G, Ta)
  
• гравитационная томограмма как фон для магнитной и наоборот
  
• модель предыдущего приближения для последующего
  

В плоскость вертикального или горизонтального сечения на экран дисплея выводятся контуры многогранников в их пересечении соответствующей плоскостью, вершины, попадающие в плоскость сечения, или их проекция на соответствующую плоскость (для обозначения метками и оперирования моделью). Над линией профиля в плоскость разреза выводятся:

1. графики наблюденного и расчетного полей, в том числе, с учетом наблюденных значений поля в назначаемом коридоре (случай неравномерной произвольной сетки наблюдений);
   
2. профиль топографического рельефа и профиль высот аэромагнитной съемки.
   

Все необходимые для ГМТ процедурные параметры в программе интерактивно настраиваются и сохраняются. Предусмотрено использование следующих сохраняемых процедурных параметров: расстояние между смежными сечениями (например, 0,1 или 0,2 км., в зависимости от масштаба изображения); положение плоскостей срезов (вертикальные, горизонтальные, косые, ломаные); ширина коридора значений геофизических полей, выводимых в плоскость профиля (необходимо при неравномерной сетке данных); размер области определения экстремальных значений функции отклика, используемых при поиске локального минимума (нелинейная задача) и т.д.

Контроль и оценка ошибок ГМТ

Автоматические проверки

В процедуре ГМТ предусмотрен ряд автоматических проверок, обеспечивающих выполнение обязательных условий: 1) несамопересекаемость; 2) замкнутость; 3) сплошность.

• Первое условие выполняется соответствием знака плотности или намагниченности выбранной для многогранника функции распределения параметра (пересечением его граней высекается объем с параметром обратного знака). Проверка заключается в поиске пересечений одних граней другими и в выводе пересечений на изображаемый разрез (план) для последующей поправки. Отсутствие пересечений означает соответствие проверяемой структуры указанному критерию. Частным случаем самопересечения может быть слипание граней. На (рис. 6с) во избежание ошибки была введена вершина 8 на задней поверхности и ребро (4,8) вместо (1,3).
  
• Выполнение второго условия сводится к определению числа обходов ребер в каждом многограннике. Принимается во внимание, что ребро замкнутого многогранника обязательно обходится только дважды: в прямом и обратном направлениях (рис. 1), а каждая грань имеет ненулевую нормаль. Один обход (вместо двух) означает, что в многограннике присутствует открытое «окно». Ошибка указывается в текстовом файле и в графических (дисплей) изображениях - в проекциях на вертикальную или горизонтальную плоскость и устраняется записью необходимой поправки - описания недостающей грани.
  
• Третье условие, как и предыдущее, может нарушаться в процессе модификации типа «смена ребра». Проверка сводится к определению принадлежности ребер. Если смежные грани одного из многогранников в прилегающем к нему не повторяются, новое соединение вершин (рис.6с). приводит к образованию полости и, следовательно, нарушает сплошность среды
  

Оценка ошибок

В технологии ГМТ предусмотрен ряд процедур по оценке ошибок. Главный показатель точности – значение целевой функции к() – минимума максимальной ошибки аппроксимации гравитационного или магнитного полей действием модели во всем множестве точек наблюдений ( – линейные переменные).

Линейные переменные

Этот показатель используется при многократном, в процессе модификации модели, решении линейной задачи. Значения к() уменьшаются последовательно, вплоть до исчерпания информационных ресурсов интерпретируемых данных g (Та). Процесс приближений сводится к варьированию переменных, к детализации и модификации модели, к изменению формы и положения границ. Он продолжается, пока значение целевой функции не сравняется с оценкой предельной ошибки измерений, а среднеквадратическая ошибка аппроксимации – со средними значениями погрешности исходных данных. При этом:

• уровень отсчета аппроксимирующего поля ставится в соответствие нормальному полю Земли с той же или с заведомо более высокой (к примеру, 0,5-1,0 мГл при гравиметрических исследованиях м-ба 1:200 000) точностью;
  
• границы элементов модели совмещаются с границами геологических структур (и с топографией) с точностью, согласующейся с ошибками измерений g (Та), при характерных для этих структур аномальной плотности (намагниченности);
  
• ограничения на аномальные плотностные (магнитные) параметры единиц модели сжимаются вплоть до интервала, занимающего 0,5-1% значения параметров и составляющего для плотности 0,01-0,02 г/см³ , для компонент вектора намагниченности Jx, Jy, Jz сильных источников 0,1-0,2 А/м, слабых источников – 0,001-0,003 А/м.
  

С учетом указанных ограничений по результатам ГМТ при обработке данных Государственной гравиметрической съемки м-ба 1:200 000 распределение плотности масс в земной коре для объемов мощностью 0,3-0,6 км обычно вычисляется с точностью 0,02-0,03 г/см³. Это позволяет строить плотностные разрезы и планы с изоденсами через 0,05 г/см³. Для повышения точности плотностных томограмм до уровня 0,01-0,02 г/см³ используются данные съемок повышенной детальности. С их помощью структура геологических сред восстанавливается вплоть до выделения не только главных, но и промежуточных литофациальных или структурных подразделений. Внутри осадочных бассейнов это могут быть карбонатные, терригенно-карбонатные, терригенные и эвапоритовые комплексы, рифовые массивы, зоны высокой газо- и флюидонасыщенности или низкой степени литификации. Внутри складчатых поясов и кристаллических массивов в их глубоких (до 20-30 км) горизонтах выделяются офиолиты, интрузии пород основного – ультраосновного состава, граниты, вулканические комплексы, крупные тектонические блоки (тектонические покровы и структуры, ограниченные сдвигами, надвигами и сбросами).

Нелинейные переменные

В основу оценки точности нелинейных переменных положено изучение функций отклика – зависимости ошибок аппроксимации гравитационного и магнитного полей от изменения геометрических параметров исследуемых структурных единиц [7]. Общие принципы оценивания локальных погрешностей нелинейных переменных обнаруживаются на практических примерах. На рис. 7. показано влияние перемещения одного из предполагаемых долеритовых силлов на ошибку аппроксимации магнитного поля в районе Харьягинского месторождения (Тимано-Печорский бассейн). На этом примере было показано, что долериты, характеризующиеся намагниченностью на уровне 10-16 А/м (магнитная восприимчивость 4610^-2 ед. СИ, фактор Q=35) и залегающие в виде протяженных на многие десятки километров и относительно маломощных (до 20-40 м) пластовых тел (силлов), согласных вмещающим девонским отложениям, создают главные (90-95 %) магнитные аномалии Тимано-Печорского бассейна. Точность определения положения соответствующих источников по магнитному полю оценивается от первых процентов (глубина или боковая кромка) до 5-10 % (наклон, мощность). Это позволяет использовать магнитную томографию для сравнимого по точности с сейсмическими методами изучения структуры кровли верхнедевонских отложений, под которыми локализованы долеритовые силлы, а также выявлять тектонические смещения и деформации, с которыми могут быть связаны нефтегазоносные структуры района.


Совокупность процедур трехмерного моделирования геологических сред [2] решения прямых и обратных задач теории потенциала [4-6] и рассмотренных операций по формированию, преобразованию, исследованию и оцениванию параметров источников аномалий, заполняющих пространство без разрывов его сплошности, составляет в целом новую единую технологию интерпретации гравитационных и магнитных данных. Эта технология реализована в операционных системах DOS и Windows для ПК третьего-четвертого поколений. Быстродействие, на примере изучения Урала, характеризуется следующими показателями (на 1 лист гравиметрической съемки м-ба 1:200000):

прямая задача – полная модель из 100 многогранников, число вершин 10⁴ – 10 мин.,

частичная модель (в отдельных приближениях) – 5-10 с.

обратная линейная задача – полное решение (начальное приближение) – 2-3 мин.,

частное решение (последующее приближение) – 1-2 с.

обратная нелинейная задача (локальный минимум функции отклика) – 3-5 с.


Для районов, отличающихся более простым строением, где для воспроизведения структуры среды требуется меньшее число и более простая форма многогранников, эти показатели существенно снижаются. Так, в условиях Тимано-Печорского осадочного бассейна, затраты времени на воспроизведение структуры Хорейверской впадины, согласно полученному опыту [7], составляют в сумме не более 2-х часов на 1 лист съемки м-ба 1:200000. При этом подготовка исходных данных сводится к заданию геофизических полей и топографических данных в стандартных цифровых форматах, иногда – к пересчету полей (Та) на единую высоту (если наземные данные сочетаются с аэроданными и перед ГМТ предпочтительно их сглаживание) и заданию геологических карт и разрезов, а также структурных карт, в электронном виде.

Развитие технологии ГМТ далее предполагается по следующим направлениям:

• стандартизация форматов данных для связи с другими системами обработки геолого-геофизической и картографической информации;

• расширение дополнительных данных (материалы сейсморазведки, включая 3D системы, скважинная геофизика и др.);

• разработка дополнительных средств оперирования трехмерными системами (соединение томограмм смежных регионов, вплоть до воссоздания единой глобальной модели Земли с учётом её сферичности, фильтрация высокочастотных помех в поисковых задачах и др.).

Представляется, что предлагаемая технология, впервые обеспечившая универсальный подход к решению задач грави- и магнитометрии, причем в форме, максимально приближенной к требованиям геологии, может стать важным элементом современного комплекса геолого-геофизических исследований. Она рекомендуется, в первую очередь, при геологическом изучении различных территорий в связи с подготовкой к изданию новой серии Государственной геологической карты России. Технология ГМТ может быть особенно актуальной при решении задач прогноза и поиска дефицитных (хромиты, марганец, руды цветных металлов, бокситы, металлы платиновой группы) и экономически важных (углеводороды, алмазы) видов минерального сырья, а также при решении задач геомониторинга и инженерной геологии.


Список литературы:

1. Сейсмическая томография. С приложениями в глобальной сейсмологии и разведочной геофизике: Пер. с англ./Под ред. Г Нолета. – М., Мир, 1990. – 416 с., ил.
   
2. Сегалович В.И. Трехмерное геофизическое моделирование районов сверхглубокого бурения. /Сегалович В.И., Васильев О.А. //Разведка и охрана недр. - 2000. №№-7-8. - С. 20 – 28.
   
3. Страхов В.Н. Что делать? О развитии гравиметрии и магнитометрии в России в начале XXI века. //Геофизика. - 1999. - № 1. - С. 3-10.
   
4. Кравцов Г.Г. Аналитическое представление внутреннего и внешнего полей притяжения тел с переменной плотностью, ограниченных поверхностями первого порядка. //Геофизические исследования земной коры Украины - Киев: Наукова думка, 1981. - С. 105-112.
   
5. Кравцов Г.Г. Вычисление теоретических аномалий Т при аппроксимации слабомагнитных геологических объектов косоусеченными призмами и многогранниками произвольного вида.//Методика геофизических исследований Балтийского щита и его склонов: Записки ЛГИ.-Л., 1982. - Т.XX, Вып.2. - С. 70-79.
   
6. Кравцов Г.Г. Модифицированный двойственный симплекс-метод в задачах приближения аномалий потенциальных полей.// Геофизические методы разведки при решении геологических и экологических задач: Записки ЛГИ. - С.-Пб., 1992. - Т.130. - С. 94-107.
   
7. В.И. Сегалович, О.А. Васильев Источники магнитных аномалий в осадочных бассейнах и определение их параметров по данным региональных съемок и сверхглубокого бурения // Разведка и охрана недр. – 1996. - №7. – С. 23-28.
   
8. Глубокое бурение в Пучеж-Катункской импактной структуре / Сегалович В.И., Певзнер Л.А. //Геофизическая характеристика. – С.-Пб ВСЕГЕИ, 1999., С. 290-315.