Файл: Богданов, В. И. Вычисление гравитационных аномалий от трехмерных тел (графические способы).pdf

вытянутости тел в вертикальном направлении. В этом случае тело заменяется системой вертикальных прямых цилиндров произволь­ ного поперечного сечения с постоянными глубинами верхней и ниж­ ней кромок и постоянными избыточными плотностями. Вычисления ведутся с помощью универсальной палетки С12 или набора палеток К. Ф. Тяпкина [1] с учетом формул (39в) и (39г). На рис. 31 при-

Рпс. 31. Пример снятия гравитационных влиянии плотных масс в рапопе Оленегорской железорудной структуры.

1 — контуры плотных масс соседних территории, аппроксимированных вертикальными цилиндрическими телами со сложными горизонтальными сечениями (zj—0, г2 — глубина залегания нижней кромки, км, а — избы­ точная плотность, г/см3); 2 — отрицательные остаточные аномалии; 3 — положительные остаточные аномалии; 4 — железорудные структуры.

водится пример снятия региональных влияний по этому способу в районе Оленегорской железорудной структуры. Применение этого способа позволило установить, что железорудная структура приурочена к зоне линейно вытянутых градиентов поля силы тя­ жести, тогда как по карте исходного поля такой вывод сделать за­ труднительно.

Универсальные палетки позволяют учитывать гравитационные влияния масс соседних территорий и при интерпретации высших производных потенциала. С этой целью, аналогично вышеизло­ женному, используются палетки C21t 22, С23 и C31j 32. Как и в слу­ чае интерпретации аномалий над основными объектами, погреш­ ность учета гравитационных влияний масс соседних территорий обусловлена в основном схематичностью имеющихся представле-

72

иий о реальной форме массивов и распределении плотности гор­ ных пород.

Пути повышения эффективности интерпретации гравиметри­ ческих материалов заключаются в комплексной и совместной ме­ тодике вычисления аномалий над основными и соседними объек­ тами. Отметим также, что применение способа учета гравитацион­ ных влияний не нарушает эквивалентного распределения масс, не вызывает их «размазывания», характерного для других спосо­ бов разделения аномалий [110]. При этом появляется возможность непосредственного контроля результатов вычислений.

При детальной всесторонней изученности опорных районов задача разделения аномалий и определения регионального фона может быть решена в тех случаях, когда удается исключить влия­ ние верхних нескольких километров земной коры. Для этого, как правило, необходимо проводить учет влияний соседних масс, рельефа дневной поверхности (поправка Байка), рыхлых отложе­ ний, неоднородностей плотности пород и т. д. Локальная остаточ­ ная аномалия должна иаилучшим способом сопоставляться с плот­ ностной моделью, построенной при интерпретации методом под­ бора с привлечением максимума информации о строении района и физических свойствах горных пород. Эффективность разделения аномалий проверяется также сопоставлением выделенного регио­ нального фона с региональным полем, определенным другими спо­ собами, и соответствием характера и амплитуды поля физическим, геологическим и геотектоническим представлениям о строении зем­ ной коры. К опорным районам на Кольском полуострове могут быть отнесены Ковдорский, Кандалакшский, Мончегорский, Оленегорский, Печенгский, а также районы проведения работ по методу ГСЗ и распространения интрузий ультраосновных-щелоч- ных пород [103]. Последние являются особо благоприятными объектами вследствие своей простой формы, большого распростра­ нения на глубину и аномальных физических свойств. Это позво­ ляет использовать интрузии в качестве своеобразных «зондов», с помощью которых возможно изучение не только морфологии мас­ сивов, но и уточнение строения земной коры.

Среди других способов разделения аномалий наибольшее при­ менение в условиях Кольского полуострова нашел метод осред­ нения поля круговой или квадратной палеткой. Однако практи­ ческая его ценность полностью зависит от распределения поверх­ ностных и глубинных масс. В одних районах, где общий характер изменений поля — линейный, он дает хорошие результаты, прак­ тически одинаковые при радиусе осреднения 20 км и более. В дру­ гих районах при малых радиусах наблюдаются значительные ис­ кажения, исчезающие только при Л =40-^80 км. Использование большого радиуса также приводит к искажениям вследствие вклю­ чения в область осреднения гравитационных эффектов масс, со­ седних территорий.

73

На рис. 32 представлены графики корреляционных зависимо­ стей амплитуды средних значений исходного и осредненного поля силы тяжести Кольского полуострова (редукция Буге, плотность промежуточного слоя 2.67 г/см3), определенных по сетке 20x20 км. Осреднение исходного поля проведено квадратными палетками различных размеров. Сторона квадрата приведена к радиусу ос­ реднения соответствующей круговой палетки. Из рисунка сле­ дует, что с увеличением радиуса осреднения корреляционные гра­ фики значительно отклоняются от биссектрисы координатного угла, при этом увеличивается разброс точек и осредняющая ли­ ния отклоняется от прямой.

Построенные на основании этих данных кривые зависимости амплитуды осредненного поля и разности значений исходного и осредненного поля от радиуса осреднения ие имеют асимптоти­ ческой части даже при больших радиусах, соизмеримых с раз­ мерами всей территории. Если еще учесть, что из анализа регио­ нального поля исключена значительная часть прибрежной части полуострова, то можно сделать заключение, что изотропное осред­ нение дает лишь схематическое представление о характере регио­ нальной составляющей гравитационного поля, в полном соответ­ ствии с теоретическими выводами [8]. Поэтому анализ изотропно осредненного поля должен проводиться в комплексе с другими ма­ териалами и результатами других способов. Причина малой эф­ фективности способа заключается в резкой анизотропии гравита­ ционного поля Кольского полуострова, обусловленной протяжен­ ными структурами Имандра-Варзугского грабеи-сииклииория, Монче- и Чунатундры и других комплексов пород. Аналогичная картина наблюдается и на территории всей Феппоскандии, где полосовые гравитационные аномалии во всех редукциях связаны ■с глыбовым строением земной коры [107].

Мозаичная, анизотропная структура земной коры, определяю­ щая морфологию аномальных физических полей региона, хорошо коррелирующихся на значительные расстояния, позволяет утвер­ ждать, что более эффективными в этих условиях могут оказаться различные анизотропные преобразования поля, в комплексе с де­ тальным анализом строения коры и интерпретацией физических полей. Способ анизотропной трансформации гравитационного поля [8, 108] может быть применен в двух модификациях. В случае резкой зависимости результатов осреднения круговой палеткой от геологического строения района вследствие анизотропии ра­ диуса автокорреляции аномалий над линейно вытянутыми струк­ турами можно уменьшить искажения, если применить вместо кру­ говых или квадратных палеток прямоугольные, ориентируя их длинную сторону ортогонально к простиранию структур. Ранее [101] были предложены также эллиптические палетки для осред­ нения вытянутых аномалий. На рис. 33 приведен пример изотроп­ ного и анизотропного осреднения поля. Характер осредненного

74

поля значительно упростился при использовании анизотропного способа.

Кроме того, использование преобразования, имеющего харак­ тер дифференцирования (трансформация с целью выделения ано­ малий типа «ступень» [108]) позволяет определить характер из­ менения регионального поля. Выбрав оптимальные размеры па­ летки по сопоставлению с результатами других способов, можно проводить экстраполяцию значений фона, уверенно определенных на одном участке, в соседние районы, с учетом выделенных при

анизотропной трансфор­ мации горизонтальных градиентов регионального поля (рис. 34). Азимут положения длинной сто­ роны палеток и их раз­ меры должны выбираться опытным путем в зави-

Рис. 33. Сопоставление ре­ зультатов осреднения поля круговой палеткой (радиусы, осреднения: 1 — 37.5 км, 2 — 75 км) с осредиеиием поля

соб может быть широко применен для оконтуривания блоков и глыб земной коры по линиям максимальных горизонтальных градиентов поля в условиях сложного наложения аиомалий раз­ личной природы [107, 109].

Для локализации аиомалий от близко расположенных объек­ тов и для исключения постоянной или линейной составляющей регионального фона широко применяются также различные пре­ образования аномалий силы тяжести в другие производные гра­ витационного потенциала [1, 4, 8, 20, 49 и др.]. Целесообразность таких операций не может вызывать сомнений, однако различного рода искажения, образование фиктивных аномалий, обусловлен­ ных несовершенством применяемых вычислительных схем и ошиб­ ками исходного поля, в значительной степени тормозят примене­ ние вычислительных методов интерпретации. Накопление опыта

76

интерпретации с использованием универсальных палеток должно стимулировать прогресс в этой области.

Таким образом, из изложенного в предыдущих параграфах следует, что результаты интерпретации гравиметрических ма­ териалов методом подбора плотностных моделей геологического строения земной коры могут быть в значительной мере искажены влиянием различных факторов, связанных с погрешностями реду-

Рис. 34. Пример экстраполяции регионального поля из точки А , где опо надежно определено, в точку В с помощью градиентов поля.

Модуль векторов дана в ответах, направление векторов указывает па ориентировку

цирования и локализации аномалий и выбором избыточных зна­ чений плотности, практически не определяемой в настоящее время для больших объемов горных пород. Как свидетельствует опыт работ на Кольском полуострове, недооценка влияния этих факто­ ров приводит в ряде случаев к резкому снижению эффективности метода. Вместе с тем па эффективность метода подбора существен­ ное влияние оказывают также геолого-геофизические представле­ ния о строении данного района и постулирование физической мо­ дели земной коры. Без критического рассмотрения имеющейся в распоряжении интерпретатора геолого-геофизической информа­ ции невозможно оценить достоверность проведенных построений.

Метод подбора плотностных разрезов на примере использования аномалий силы тяжести

Остановимся на нескольких примерах интерпретации анома­ лий силы тяжести методом подбора плотностных разрезов.

Имандра-Варзугская зона расположена в юго-восточной части Кольского полуострова и протягивается в широтном и северовосточном направлении на сотни километров. Морфологически вона подразделяется на западную, центральную (наиболее широ­

77

кую ее часть с наибольшей мощностью осадков и эффузивных толщ) и восточную. В состав пород зоны обычно включают обра­ зования тундровой серии (гнейсы, сланцы, амфиболиты и др.) н эффузивно-осадочный комплекс пород имандра-варзугской се­ рии (диабазы, мандельштейны, туфы с прослоями кварцитов, кар­ бонатов и др.). В структурном отношении большинство геологов полагает, что имандра-варзугская серия, залегающая несогласно на метаморфических образованиях тундровой серии, слагает асим­ метричный синклинорий или грабен-синклинорий, с крутым се­ верным бортом и пологим падением отдельных эффузивных толщ, к югу. Южное крыло синклинория срезано в результате пологого надвига пород тундровой серии. Существует и другая точка зре­ ния о покровном залегании эффузивов и их незначительной мощ­ ности [95].

Методика интерпретации гравиметрического пересечения зоны заключалась в построении плотностных разрезов на основании имеющихся сведений о геологическом строении, физических по­ лях и свойствах горных пород района. В наблюденную кривую вводились поправки за влияние регионального фона, определен­ ного несколькими способами, а также за влияние плотных масс Терского побережья Кандалакшского залива и части ИмандраВарзугской структурной зоны. Возможная погрешность локали­ зации аномалии за счет недоучета этих влияний, а также за счет аномального вертикального градиента и фактической средней плотности промежуточного слоя оценена для района в +5 мгл. Построение плотностных разрезов выполнено универсальной па­ леткой при постоянных значениях избыточных плотностей. Всего построено четыре варианта разреза, один из которых приведен на рис. 35, а. В результате критического анализа методики ин­ терпретации, имеющихся геологических и геофизических материа­ лов, положенных в основу при построении разрезов, там же при­ водится схема (рис. 35, б), на которой условно показаны досто­ верные и предполагаемые границы. Как видно, достоверными,, т. е. уверенно определяемыми в широком интервале изменений фи­ зических и геологических параметров разреза, являются северный контакт зоны, субгоризонтальная граница плотных пород в рай­ оне предполагаемого надвига в центральной части профиля и часть границы амфиболитов витегубской свиты. Общая мощность зоны может только предполагаться; на разрезе приведена суммар­ ная эффективная мощность эффузивных толщ. Взаимоотношение эффузивных толщ внутри зоны также не может быть установлено вследствие слабой дифференциации пород по плотности и соглас­ ного положения их в разрезе. На схеме не приводится юго-запад­ ная часть разреза, поскольку геологические сведения о строении этого района противоречат характеру поля силы тяжести. Под­ робное описание результатов интерпретации комплексных материа­ лов изложено в работе [95].

78