Введение к работе
Актуальность проблем и. Исследования проводились в рамках комплексной научно-производственной программы "Норильск-95", направленной на расширение и укрепление минерально-сырьевой базы Норильского горно-металлургического комбината. Программой предусмотрено выполнение геологосъемочных и поисковых работ в пределах Северо-Сибирскои никеленоснои провинции, главной задачей которых является выявление месторождений сульфидных мед-но-никелевых руд. Основные перспективы рассматриваемой территории связаны с глубинами залегания рудоносных объектов, достигающими 1.5-2.0 километров, что предопределяет особую роль геофизических методов в применяющемся комплексе геологоразведочных работ.
Геологическая эффективность гравиметрических и магнитных съемок, выполняющихся, преимущественно, на этапе опережающих геофизических работ, с целью подготовки основы для геологической съемки и поисков, в значительной мере определяется процессом извлечения информации из данных полевых наблюдений. Интерпретация геопотенциальных полей при создании высококачественной геофизической основы включает в себя решение задачи детального описания изучаемого объема геологической среды и задачи обнаружения и локализации рудоперспективных объектов. Совместное решение этих задач целесообразно проводить в рамках единой технологической цепочки автоматизированной обработки геофизической информации, от ввода походных данных и до получения модели геологического строения исследуемой площади, согласованной с наблюденными полями и различными априорными характеристиками.
Кельн работы является создание технологии автоматизированной интерпретации гравитационного и магнитного полей при подготовке геофизической основы для геологической съемки и поисков медно-никелевого оруденения в условиях региона, обеспечивающей наиболее полное извлечение информации из имеющихся геолого-геофизических материалов, при высоких технико-экономических показателях процесса.
Защищаемые положення:
1.Разработана технология автоматизированной интерпретации данных гравимагниторазведки при подготовке геофизической основы для геологической съемки и поисков медно-никелевого оруденения, обеспечивающая последовательнЬе построение петрофиэической, фиаи-ко-геологической,физико-математической моделей исследуемой территории.
2.Предлагается новый способ оценки точности учета влияния рельефа местности при гравиметрической и магнитной съемках, основанный на методе Монте-Карло.
3.Расширена область применения монтажного метода решения нелинейной обратной задачи гравиметрии на новые классы источников поля, использовано комплексирование сеточных методов для моделирования геологических разрезов рудоперспективных площадей.
4.Представленная технология интерпретации геопотенциальных полей повышает геологическую информативность геофизических исследований в условиях Северо-Сибирской кикеленоснои провинции, что подтверждается практическими примерами.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Сформирована концепция оптимальной технологии интерпретации геопотенциальных полей при создании геофизической основы для геологической съемки и поисков, базирующаяся на системном подходе и инвариантная относительно детальности (масштаба) исследований и физико-геологических условий. При этом геофизическая основа рассматривается как совокупность взаимодополняющих апостериорных интерпретационных моделей изучаемой геологической среды, включающая в себя петрофизическую (ЩМ), физико-геологическую (ФГМ), физико-математическую (ФШ) модели; используются обвдеметододогические идеи извлечения информации из данных геофизических наблюдений, сформулированные В.Н.Страховым: системная оптимизация, исключение известного, выявление, устойчивого; процесс интерпретации сводится к последовательному построению ПФМ, ФГМ, ФММ исследуемой территории. Интерпретационная технология (система) включает в себя следующие этапы (подсистемы): формирование целевой базы данных; обработку петрофиэической информации; вычисление аномальных зффек-
тов от известных источников; трансформации полей; прогнозное районирование площади с помощью различных алгоритмов распознавания образов; решение обратных задач, вывод результирующей информации.
2.Исследованы вопросы, касающиеся влияния резкорасчлененного рельефа дневной поверхности на результаты измерений гравитационного и магнитного полей. Перечислены основные факторы, сказывающие влияние на значения топопоправки в реальных условиях измерения геофизических полей и не учитываемые при формальной оценке точности ее вычисления. Для определения погрешностей учета влияния рельефа, обусловленных этими факторами - латеральной изменчивостью физических свойств горных пород, отклонениями в планово-высотной привязке точек наблюдения, ошибками аппроксимации физической поверхности набором тел правильной геометрической формы, использован метод Монте-Карло. Разработаны алгоритмы и вычислительные схемы для определения влияния отдельных возмущающих факторов на величину вычисляемых топопоправок и для исследования пространственного распределения погрешностей расчета топопоправок. Создано программное обеспечение для решения этих задач; выполнены модельные эксперименты, результаты которых позволяют оценить уровень помех "топографического" происхождения при выполнении гравиразведки и магниторазведки в условиях развития пород трапповой формации; сформулированы конкретные предложения по повышению точности учета влияния рельефа. Предлагается способ определения топопоправок при аэромагнитной съемке для рельефа, сложенного породами с переменной по латерали субвертикальной намагниченностью , основанный на построении нелинейных регрессионных зависимостей между наблюденным полем и высотными отметками.
3. Разработаны алгоритмы решения нелинейных обратных задач гравиметрии монтажным методом для новых классов источников поля, представленных горизонтальными многоугольными призмами, ограниченными с торцов вертикальными плоскостями Y=const (пространственная задача); финитной контактной поверхностью и произвольно расположенными относительно нее локальными объектами (структурно-рудная задача).
Создана методика моделирования геологических разрезов по гравитационному полю, основанная на комплексировании сеточных методов решения обратной задачи. Последовательно выполняются: вычисление и исключение аномальных эффектов от известных аномаяи-еобразующих тел; построение геоплотностного разреза методом последовательного накопления и разрастания масс; подбор конфигурации источников монтажным методом. В процессе расчетов осуществляется частичное восполнение дефицита априорной информации о плотностной среде и разделение наблюденного поля на составляющие. Применение монтажного метода на заключительном этапе интерпретации позволяет провести формализованный учет разнообразных, как количественных, так и качественных, сведений об источниках аномального поля и получить геологически-содержательный вариант распределения масс ухе после первого цикла подбора. Предлагается использование смешанных физико-математических моделей при интерпретации автолокалиэован-ных аномалий поля силы тяхести, отмечающихся над дифференцированными рудоносными интрузиями, что повышает устойчивость решения задачи и упрощает ее в техническом плане.
Практическая ценность. Представленная ъ работе технология автоматизированной интерпретации геопотенциальных полей,базирующаяся на применении программных средств, разработанных в различных организациях СВИРГ, ИГ АН Украины, КазИРГ) и сооственными склами,внедрена в производственную эксплуатацию на вычислительном центре Норильской экспедиции. Итоговый продукт интерпретации используется при проведении геологосъемочных и поисковых (в том числе и буровых) работ на различных объектах, в той числе : в пределах Хараелахской трапповой мульды - первоочередной территории для поисков богатого медно-никелевого оруденения в Норильском районе; на территории Таднахского рудного узла; на Боо-танкагском участке, располагающемся в пределах гор Бырранга на Центральном Таймыре.
При этом получены следующие основные геологические результаты:
-изучено структурно-тектоническое Строение Хараелахской мульды; локализованы участки, перспективные на обнаружение сульфидных медно-никелевых руд; даны рекомендации для бурения глубо-
ких, до 2.5 км, поисковых скважин (в частности - протоколом заседания геолого-геофизической секции научно-технического совета Норильского комбината N 123/13 от 30.03.1993 г. отмечена рекомендация по бурению поисковой скважины на сейсмическом профиле К-1, между скважинами ТК-17 и ТК-5, с целью подсечения предполагаемого интрузивного тела основного состава);
-на северных флангах Талнахского рудного узла выявлена Верх-нетангаралахская аномалия разностного гравитационного поля, предположительно связанная с глубокозалегающими интрузивными телами;
-в 4-х рекомендованных по геофизическим данным скважинах вскрыто вкрапленное сульфидное медно-никелевое оруденение, приуроченное к Боотанкагскому интрузивному массиву.
Достаточно широкое практическое применение могут найти также алгоритмические разработки, предназначенные для оценки погрешностей учета влияния рельефа; для определения топопоправок'при аэромагнитной съемке статистическим способом; для решения пространственных и структурно-рудных обратных задач гравиметрии монтажным методом.
Реализация работы. Основные положения диссертации изложены в двух производственных отчетах по опытно-методическим работам (гос. регистрационные номера 16-88-5/23 и 16-S0-14/11); полученные геологические результаты приведены в сводном отчете Комплексной геофизической партии за 1988-1991 годы и в ряде других геологических отчетов Норильской КГРЭ (государственные регистрационные номера 16-88-5/27, 16-88-28/13, 16-89-57/1).
Апробация работ н. Основные результаты работы докладывались на семинаре "Геологическая интерпретация гравитационных и магнитных аномалий" (Москва,1992 г.); на семинаре "Компьютерные технологии прогнозирования при геологосъемочных работах масштабов 1:200 000 - 1:50 000" (Красноярск, 1992 ; г.); на научных чтениях, посвященных 100-летию со дня рождения Н.Н.Урванцев'а (Норильск,1993 г.); на заседаниях геолого-геофизических секций научно-технических советов Норильской КГРЭ, Центрально-Арктической ГРЗ, ПГО "Красноярскгеология", Норильского горно-металлургического комбината.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 5 печатных работах.
Структура* к объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, общим объемом 151 страница, содержит 16 таблиц, 41 рисунок и список литературы, включающий 118 наименований.
Автор выражает благодарность всем, оказавшим помощь в процессе внедрения и эксплуатации представленного в работе программного обеспечения: сотрудникам НКГРЭ Кострубову В.Ф., Заике А.Н., Рябчиковой Л.В.; сотрудникам ВИРГ Мерсадыковой Т.Е., Штоколенко М.Б.; сотрудникам КГ АН Украины Марковой М.Н., Цок Н.А., Цымбал Т.И., Михеевой Т.Л.;сотруднику КазИРГ Балк Т.В., сотруднику ИПК Якимчуку Н.А. Постоянное внимание и поддержку при работе оказывали Наумов А.Г., Люлько В.А., Салов В.М., Амосов Ю.Н.
Особую признательность и благодарность автор выражает своим научным руководителям - д.ф.-м.н. Булаху Е.Г. и д.ф.-м.н. Балку П.И.