Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Моделирование магнитного и электрического полей объемно-неоднородных сред и применение его результатов на магнетитовых месторождениях Западного Тургая

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Моделирование магнитного и электрического полей объемно-неоднородных сред и применение его результатов на магнетитовых месторождениях Западного Тургая"

Г Б ОД

г; г ?.< г> I) (Ни)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН' > КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СОЛОГУБ ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПОЛЕЙ ОБЬЕМНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО РЕЗУЛЬТАТОВ НА МАГНЕТИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЗАПАДНОГО ТУРГАЯ

Специальность: 04.00.12 — геофизика, геофизические методы поисков и разпедки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученри степени кандидата геолого — минералогических наук

АЛМАТЫ, 1094 г.

Работа выполнена на кафедре рудной геофизики геологоразпедочного факультета Каз, <ского национального технического университета.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

кандидат геолого —минерало- меских наук доцент Нусипов E.H.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Казахстанская Опытно — Методическая экспедиция

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор геолога —минералогических наук, член — корреспондент HAH PK, Курскееп А.К.,

кандидат геолого —минералогических паук Рахимбаев М.М. "

Защита состоится 25 января 1995 г, и 14 час. на заседании специализированного совета Д i4.13.01. при Казахском национальном техническом университете но адресу: 480013, Алматы, Сатпаева, 22, ауд.301 НК.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ка^ачского национального технического университета

Автореферат разослан " " декабря 1994 г.

Ученый секретарь . ,

Специализированного Сопата. /Л.В. Соколов

Ii

- 3 -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Моделирование магнитных поле л состоит в построении по комплексу геологоразводичюй данных объемных моделей месторождений, наделении их физическими свойствами, вьнислении магнитных полей на основе решения прямой задачи магниторазво-тея, определении остаточных аномалий,уточнении моделей до удовлетворительного соответствия ка^лмдеильи ( наземных, скважюаша, возданных) и вьммслекньк магнитных полей.

Методика математического моделирования физических полеЯ основана на построении с помощью ЭВМ или ПК объемных моделей железорудных месторождений по иметься геологической информации об исследуемых объектах и наСлиденньм магнитны* и электрическим полям.

Для решения проблемы подбора объемных,неоднородно намагниченных моделей железорудных объектов но материалам различных магнитных съемок предлагаются:

1)проста« способы аппроксимации возмувамцих объе тов проиэ- . вольной формы элементарным телами простой фор»«, при соблвде-кии удовлетворительной степени описания форм и неоднородной намагниченности осЧектов, при относительно простом способе подготовки вводных данных и минимальных объемах исходной информации;

2) алгоритмы и программа расчета маптхных полей с учетом взаимного влияния элементарных объемов алпроксимацнонной конструкции и остаточного намагничения.

Подбор объемных мо^.^й месторождения производится по со-

Еокупности магнитных полей (1газеш1ь«,аэ]х)магют1ых,сквашнных измерений) при условии,что исходная модель исследуемого объекта задается. Эта модель может быть гадана весьма приближенно, однако отдельные части могут быть описаны более детально, в зависимости от наличия геологических датшх и маггоггньн свойств.

Решение вопросов о надежности подбора неоднородно 1амаг-ниченньк моделей обоснование оптимальных объемов информации о магнитных полгх и рациональных системах их измерения .обоснование оптимальных объемов информации о мапситных свойствах рассматривается в зависимости от задач поисково-разведочных стадий.

Очевидно, что степень детальности аппроксимации объемно-неоднородных сред,надежности подбираемых моделей объектов,а следовательно, и объемы иепотьзуемого «материала по шгнитлш съемкам и физическим свойствам,зависят от стадии работ и характера реь^емых задач.

В последнее время возросла актуальность проблем,связанных с быстродействием, простотой и системностью, то есть возможность ¡и считать большой набор элементов внешних и внутренних полей для яроизйо яышх распределений источников. В этих условиях большое значение приобретают вопросы оптимизации вьнисле-ний магнит.,_>го поля от "элементарных" тел. В рамках этого подхода рассматриваются объекты произвольной 4»рмы и неоднородно-намагниченные. Решается щюблема получения оптимальные в вычислительном аспект" (*орм для элементов магнитного поля от совокупности "точечных" и 'линейных" источников.

Предлагаемая методика не требует значительных п^трат вре-

мени как на подготовку числовых датой ло разрезам, так и ил расчет элементов магнитного поля.

Для повышения эффективности комплексного геофизического исследования иесторозденш и мгоговариатного прогнозироьашш типов руд предлагается методика математического моделирования эле1сгричес!01х полей, измерешгих методшп срединного гра-да:е!гга и заряда, кот^риэ ycrteuato используются ira. поисковых и разводочьых стадапх работ.

Методика чоделироваюм элекхр.пеашх полой заклсмастся в поэтапном решении задач:

1) создание исходных нодэлей локальный объектов по имоюинися геолого геофизическим даннш с учетом обеспечения необходишй детальности и точности моделирования;

2)расчет элеютрмческж полей методов заряда и срединного градиента от модельных источников с произвольной дроводимосты;).

Основой для решишя задач моделмроваш« электривдсюк полей от локальных неодкородпосгей.прл 1ша<чкя постоягаък иеточ-лкков тока, является использэваюга интегральных уравнений Фред-голыла. Эти уравне:шя позволяют в принципе учотывать произвольные по фэрме границы раздела. Но применение этих изггегралыагх уравнений сопряжено со значительнши трурюстями, в основном, из-за кеобходиыости проведения боль кого числа приближений, количество которых растет при расчетах с увеличением соотноке-иия полуосей локального о&ьекта.

Поэтому на данном этапе развития методики расчета продла таятся способ спг-еделения шля объемные тел, обладала»« iujco . кой проводимостью *4отод гжвиютенци^льиьк поверхностей. Раз раггатамы алгоритмы вычислен::^ методами м практически* i гну.гн^

расчетов для одного локального объекта с идеальной проводимостью. Эгот метод усовершенствован для случая, когда локальная неоднородность обладает конечном праве ,то,юстыа

Разработанная методика пока не в полной мере учитывает морфологию локальнш неоднородностей, в особенности, когда на моделировавшие поля 1 кладываюгся поля других обьектов -noi.se к и.

Предлагаемый способ расчета позволяет учитывать, конкретный полевой ел'-шс морфологию геологического объекта, соотношение сопротивлений вмещающих пород " локальной неоднородности, размеры, тип и положение измерительной установки, что значительно расширяет возможности юперлрг -ации и повывает достоверность полег.ш материалов.

Целью работы является разработка методики интерпретации мапоггнш и электрических полей в сложны* геологических уело-чияк м применение этой методики для изучения глубюшого геологического строения с определением з. лономерностей распространения магнетитовых руд Ломоносовского и Талкудьского масторокде-

1ШЙ.

Осковныа зтдами исследований.

1.Разработка эй$ективньк алгоритмов въиис.гний,прграмйшого обеспечения и иэтодических рекомендаций расчета элементов магнитного поля для обгемно-неодногодной среды с учетом взаимного влияния объектов с высокими значениями намагничен ности м вектора остаточного намагнмчеимя.

2. Анализ геолого-геофизических материалов, моделирование пс магнитному .юлы морфологии рудньк тел Jfoмoнocoвeкo-Taлкyльc-кого рудного пиля.

3. Выявлении морфологии корневой системы рудных тел,подт-вередегага закономерного пространственного размещения юто'тер-ковых рудных тел над г^олее глубоко залегающими стратиформнши магнетитовьми рудами.

4. Создание числеша« алгоритмов и методики вычислений электрических полей для методов зарякенного тела и срединного градиента над телами произвольной (;юр:,ы с произвольной проводикюстыо и качестве альтернативного способа исследования геологического строения железорудных местороадений.

5. Расчет электрических полей от локальных, произволыплс по форме тел с заданной проводимостью.

Научая швизна^

Рассчитана модель продольного разреза Локюносопско-Тал-курского рудного поли,описывающая гл/бишое строение и размещение руд по вертикали,выячлявдая прогнозные тела габброидного массива, которые являются источником образования ..етасоматических пород и руд; рудашх г'уьектов в верхних и шаясих горизонтах, просле.чяыакгдая коп;юную часть, рудных зон ДО глубин 2000 -2200м.

Впервые разработана метода-«а расчета магнитного поля для обгемно-неоднородных сред с учетом размагниченна и остаточного намагничения. Эта методика обеспечивает решение прямой задачи магниторазведки для сильномагнитных, неоднородно намагниченных, произвольных по форме трехмерных тел. Выполнены расчеты магнитного Пиля Т от неоднородно намагниченной модели учетом взаимного ьлияиия.

Ра^ работала альтернативная методика расчета электрическ;« полей методами заряженного тела (ЗТ) и срединного градиента (СГ) над трехмерны« телами произвольной формы с идеальной или

конечной проводимостью. Произведены расчеты модельных электрических полей ЗТ и СГ над телами определенных форм - сферы, цилиндры,пласта Теоретические расчеты были сопоставлены с результатами физического моделирования.

Практическая цешюсть проведанных исследований состоит в том, что:

- выявлены особенности глубинного строения Ломс^ носовско-Талку, ьского рудного поля,построены прогнозные объекты, связанные "как с массивом гаС'роидного состава .таи и магне-

'•'хитовьаш рудами .определены интервалы глубин залэгашя рудных тел, оконтурены до глубин 2000м-2200м корневые системы магнети-товых руд,построена модель Западного участка Талкульского месторождения;

- созданы алгоритмы и разработали методические рекомендации, позволяющие производить моделирование магнитного поля на железорудных месторождениях с учетом взаимного влияния магнитоактивных сред и вектора остаточного намагничения;

- созданы алгоритмы и разработана методика ,позволяющие моделировать электрическое толе постоянного тока методами заряженного тела и срединного градиента для произвольные по форме трехмерных тел с идеальной или конечной проводимостью.

Апробация работа. Материалы диссертационной таботы докладывались и обсуждались на: ' .

-XVI научно-техничеосой конференции профессорско-преподавательского состава КааПТИ (Алма-Ата,. 1922);

- IV Всесоюзном школе-семинаре "Теория и праютика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Алма-Ата, 1984);

- ХУП научно-технической копфэранции профессорско-преподавательского состава, посвященной 50-лотию КазПТИ им. В. И. Ленина (Алма-Ата, 1ЯВ4);

- Всесоюзном согвщаими "Моделирование геологлческнх структур на основе геоло^о-геофизических данных с целью ускорения поисков и разводни ручных полезных чекопаачж'Ч Днепропетровск, 1Э30);

- Реег:уЬлл..,<и,<:к,ой гасоле горедового опыта "Основные направления развитля грсф::зи"1;с)с> : работ в рудньсс районах Казахстана" (А-.ма-Ата, 1089);

-Всесоюзной научно-тэхшческой нокфореицт/'Гоологин, поиски и разведка местороедений полеаньк ископаеь'ых Восточной Сибири"(Иркутск,1989);

-XI . Всесоюзном семинара мм. 1.1. Успенского "Теория и практика геологической интерпретации, граяитоциот-ьк и магюгг-ных аномалий" (Альп-Ата, 1")0).

Основные аадищсемые полоаеш'Я.

1. Методика математического моделироваяия магнитного поля объемно-неоднородных срод, отличающаяся от традиционной отосо-бон еьздрлил слпроксикациокной конструкции из системы "эле ментаркых" гоамагричегнъу <£сгрм с учетом взаимного влияния заполняющих их магнигоа'и^вн:-':? масс и вектора остаточного на магиу.чцимя, позисляэт бьлоз точно создать модели трчхмзрпш геологических объектов.

2. АюрскиЯ варжшг локального прогноза описывает глубииног строение рудного поля, закономерности гтлмевдшя могнотнто.ку руд, интерналм чалэгаи»»я прогнозных тел Ломоносовского и Гл.™ чуя*снот'о м'?ст1.!радд^н»-'<1.

3. Методика математического моделирования г лектрических по лей, разработанная с целью повииекия эффективности комплексных геофизических исследований, отымающаяся от имеющихся способов методом решения прямой задачи, позволяет осуществлять построешш объемных геологических тел с произвольной проводимостью.

Л^лтащм. По теме "иссергации опубликовано 17 статей, подготовлены 6 отчетов по Ш1Р.

Объем и струга работы. Диссертационная работа содержит

195 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 3 таб лицы, список литературы из 256 наименований и состоит из введения, четырех глав и заключения.

КРАТКИЕ СОДЕРШШЕ РАШГ& Во введешш излагался актуальность работы, ее цель и практическая цешость, формулируется занимаемые положения и научная новизна работы.

В первой главе рассматриваются особенности геологического строения, анализируются потрофизичесшю модели сред района Западного Тургая,Ломоносовского и Талкульского местороадегав!

Ломоносовское к Талкульское месторождения расположены в северной части Валерьяновной зоны и приурочены к северо-западному |фылу Ломоносовско-Сарбайской синклинали, на другом крыле которой расположено одно из крупнейших в Тургае Сарбайское месторождение. Еквецаюцие породы в районе Ломоносовского и Тал-кульского месторовдетм представлены тзше - камепоуголылыми и верхнопаяеозойсшош вулкг-о^еиго осадочщ*« Уродованиями, не-

- и -

большим интрузивом средне^ернистых диоритов и мелкими дайками кислого,среднего и основного состава.

На Ломоносовском и Тзлкульском местородденигх наделяются дв; типа метасоматических скарново кл-нетитовьи руд: 1)страти-формиые первично- реакцис чыь, 2) регенерированные сггокверковья руды Образование двух выделенных типов минерализации заверим-лось в два этапа - первично-реакционней и регенерац-онньй.

Скарны и метасоматические магнетитовые руды образуют мощные зале>"ч , согласно залегающие с вмещающими толщами и приурочен« к контактам карбонатных и алимосиликатных пород.

Методика моделирования ма_нитных и электрических полей основана на построении с помощью ЭВМ и ПК сбъемньи моделей месторождений.

Адекватность физико-геологических моделей (ФГМ) изучаемой объемно-неоднородной среды достигается в результате создания трехмерных,многопараметровых (в физическом отновении)моделей, аппроксимирующих неоднородные по физическим свойствам геологические объекты Конструктивность ФГМ определяется целевым назначением и уровнем обобщения априорной информацик

ФГ),! Ломоносовско-Ожоловско-Сарбайского .разреза характеризуется диф^ренциацией горных пород по магнитньм и электрическим ]. ¿раметрам. Приводятся конкретные данные по физическим свойствам пород Ломоносовского и Талкульского месторождений.

Во второй главе рассматриваются численные алгоритмы и методика i делирования магнитного поля скльномагнитньн тел. Ана- ■ лизируется совреме!шое состояние методов решения прямой задачи магниторазведки.

В настоящее время рази'тие теории интерпретации охаракте-

ризовано В. Н. Страховые в рамках второй пародагкы как формализованный, систекошй подход , оптюсюированный и автоматизи-ровашшм процесс извлечения информации об изучаемой среде из аномальных полей. Разработана теория численного ре'чения прямых тремерных задач гравиметрии и магштгометрии при произвольных законах распределения плотности и намагниченности (СтраховВ. Н., Филатов В. А., Цирульский А. В.) - Особого внимание заслуживает предлагаемый Ьюхом Ю. М. алгоритм вычисления магнитных аномалии от трехмерных анизотропных 'еологических объектов с учетом вектора размагничения. Этот метод базируется на численном решении интегрального уравнения,описывающего распределение нама'-ниченности по объему источника 1 но аналитические выражения элементов потенциальных полей от многогранников при их реализации на ЭВМ не обеспечитают необходимой точности вычислений.

Разработки Г. Н. Константинова и Л. С. Константиноьой, посвяы'эшше методике математического моделирования железорудных местороаде?"«, предаагают моделировать неоднородно-намагниченные объемы совокупностью "тонких" однородно-намагниченных пластов или призм без учета взаимного влияния и размагничения. Совокупность такиу анпроксимационньк моделей характ< шзует различную нама! ниченногть и морфологию объекта

Разработанная методика предусматриваем реке че прямой задачи магниторазведки от изучаемой петромалыхной модели объемно-неоднородной среду с произвольном законом распределения магнитной восприимч>иЮсти и векторе, остаточного намапш чения. Теоретик ос. ле основы этого метода разоаботаны Е. Нуси-повш.

Численный алгоритм для расчета лоля в дау-мерном

вариант« в кусочно-однородной среде с учетом размагшпения сгодится к расчету поля в однородной среде. Для чего вводятся линейные магнитные массы, раст'ределеюалэ по границам сред с различным мапвпчплгк свойствами, апгроксимирующир ся системой линейных отрезюя, в пределах которых плотность магнитных пасс считается постоя шюй. Методом последовательных приближений определяется плотность магнитных масс и магнитно поло 01 каждого отвг ~ка

г(1л)-г0(ст) + г4 (т) + гг(га) + ... I г„(л)

где ^(и) - линейная плотность мап&~ных масс, возникши под действием вне''него намагничивающего поля Но,

г, (. гг(ш) ... г„(т) - л1лей1».^л плотность ютгаггнш масс взаимного влияния.

Расчет поля в кусочно-: •рюродно: и объемно-неоднородной трехмерных средах сводится к расчету поля и однородной среде. Для чего вьодятся доиол)1Ительные вторичные скалярюи поверх ностные магнитные массы, лбразовшшыэ на поверхностях однородно иамагничеюых областей.

Заданная область .чередования разбивается на отдельные блоки, являющиеся изотропны« и однородно намагнкчешпжш.

Олредолоюю плотности магнитных пасс осудес ^вляетоя путем решения интегрального уравнения Фгедгольма XI рода методом носледопательн> г< приближений и представляется в виде ряда Неймана. Рлачения членов ряда определяют > кт взаимного влияния магнитного поля элементарных тел, аппроксимирующих про'-зволь ним объем

6 (m) = 60(m) +d(m) + 6Jm) + ... + <4,(m),

где б4(м) - поверхностная плотность кии-нитньи масс, возникших под действием внешнего магнитного поля.

м), ¿>J. м)... d>n( м) - ловерхностнь» плотности farHOTHbK масс,возникшие в процессе взаимного влияния мпмтньас полей элементарных тел.

Предлагав^"« следующая методика чхстешюго решения прямой задачи Объемно-неоднородная среда представляется путем разбиения ее на элементарные призмы '.кубики) системой плоскостей, параллелыгых координатным плоскостям XOY.XOZ,YOZ, в пределах которых ма. нитные свойства мозаю считать постоянными.

fJi - const или в видё зависимости - f (Xj.ij.Zj), - магнитная проницаемость в j ой точке.

Поверхность S объемно-неоднородной среды автокатичесю! аппроксимируется системой двог1етвеш1ых симплекс-элементов (тригышльньк ляощадок). Такой способ аппроюзимациошой конструкции позволяет моделировать лмбое по фор.«? геологическое тело.

С целью ускорешю с 'ста, уменьшения затрат машинного времени и повьиения точности вычислении плотности объемные массы заменяются плотностью лш'^шшх и точечных масс. При расчете поля в центре очередной грани рассчитывается поле влияния от соседних гран X как по*"» от системы отрезков и точечных масс.

Вектор остаточного намм ничекия учит ива, гея путем расчет?

для каждой грани дополнительной плотности магнитных масс, создаваемых этим сектором.

Предлагается методика учета влияиия магнитного рельефа для больших участков .

Обосновывается выбор центральной, ближней, средней и дальней зон учета влияния магнитного рельефа и размер апл-роксммиругацих элементов.

Рассматривается пример расчета магнитного поля рельефа для участка маеиггаба 1: ?'* Л00 с довольно сложньм геологическим строением,объем которого неоднородно намагничен. Сконструированная ФГМ сохраняет основные ''«зрты геологического строения заданного трехмерного объема.

Вьмислекное магнитное поле 4Г определяется формой рельефа и неоднородно наматдоной средой.

Рассматривается методика формирования физико-геологической модели объемно-неоднородной среды, -которая представляется совокупностью призм (кубов), Наделенных определенны« магнитными свойствами. Детальность в посгроеюм модели сло> ни I элегических объектов определяется качеством геолот-геофг-зических и петрофизичесчсих иг.териаяов, масштабом и точностью магнитной съемки.

Предлагаемая методика расчета магнитного поля от объемно неоднородной среды опробована на модели, представленной совокупностью двух неоднородно-намагниченные кубов. Расчет магнитного поля взи.много влияния показывгет на довольно сложное распределение этого поля в пространстве со значчтельньми амплитудами локальных аномалий. Недоучет этого поля ы.пыпает значительные искажения в моделируемом магнитном поле.

В гретой главе рассматриваются резуль .аты моделирова-шш магнитны/ полей Ломоносовско Талкульского рудного поля

и одноименных место^ждений. Уточняете особен-

ности геологического строетш и анализ5Груклч.-ч результаты ранее

выполненных модельт>к расчетов на этих месторождениях. По геологичееюо.1 разрезам с привлечением данных иссл.-'дования маг-тггных свойств составлены петроьагнитеые >юд"ли Северо Западного, Центрального и ! ?о-Восточного блоков Ломоносовского месторождения Величины магнитной воспр: мчивости магштитовой руды установлены на основе ранее тыявлешюй корреляционной связи магкипалх свойств руды и содержания . ,'леза в них.

По данньм геологических разрезов и изучения магнитных свойств построены г.огоризо.ганые геолого-гэтромагпитг.' в схе -м1\ хараитеризукщие физико геологическую модель объемно неоднородной среды Западног о блока Талкульского месторождения. Отдельно постпоеиа петромагтггная модель Восточного блока Талкульского месторсждет(я.

По результатам моделировать магшггного ноля Ломоносо-веко-Талкульского рудного поля построены две альтернативные обобмлшшэ мо.гели продольного разреза этого рудного поля, показывающие глубинное строение и выявлявшие размещение рудсютло-жения с глубиной. Вторая рассчитанная модель является более предпочтительной с точ: I зреют распределения магнитных свойств вмещающих пород и рудных зон.

В результате модели- звания магшггного поля Ломоносовского месторождения выявлено крупное прогнозное тело, расположенное ■ .Центральной Юго-Восточной частях месторождения, которое по условиям залога!шя .морфологии и магнитным свойствам автором

увязывается с массивом гаоброидного состава,с которым мгогие исследователи связывают источник образование кэтасоматичссих пород и руд. На Центральном и 10" ■> Восточном участках прогнозируются рудные тела в к^ггервалах глубин 000-2200м и 725-1 КзОм соотьетл^онно, с магнитно I восприимчивостью 1,26 СИ, что подтверждает пространствешюе размене ".не под «> 'огазерковьмп рудами (юляо глубоко залегающих сплоиных магнетитовьи руд. На Семеро Задад эм участка удалось котаурить рудапю тела основной корневой зоны до глубины 2200м.

На Талкульскоы месторовдеюш по результатам математического моделирования магнит н* а полей -кочтурено рпс: .ростра) ю-1ше нагнетитовьи руд до глубины 2°00м (про<Ыл:> 12) и 1800м(про<$иль а Западном блоке. Построена трехмерная модель геологического строения Западного блок- Талкульского месторождения.

По результатам математического модслировшшя магнитных полей Восточного блока этого месторожденмл прогнозируется рудные объемы в веухнмх горизонтах 100-5(30м(про';21ль 5) ¡1 100-740м(профиль 7) при б_>диом и среднем содерисанни иелеза.ио мнешпо аатора ли оуды относится к ыто1шерковому типу. Также рассчитана глубшю, морфология и условия залегашм руд1£ых тел на более глубоких горизонтах - 1200м( прсфигь

5),12001800|,1(пра{иль 7),которые являются катнет товиы рудами при среднем содержании железа. По мгэшяо автора дашшя руда должна относигся к сплошшм( массивным) рудам. Достоверное^ такта расчетсв увеличивается за счет проведет« моделирования как 1а поверхности,так и по линиям сквашн.где быта» поставлето ; агни-томотричеошо исследопания

- 18 -

Исследование закономерностей изменения магнитного поля как от отдельных объектов, так и от леей объемно- неоднородной среды по каждому месторождению доказало необходимость учета ззаи:вюго влияния магнитоактивных масс с Bucorw магнитной восприимчивостью. Величина, поля взаимного влияния зависит от формы объектов и от их магнитных свойств. Если объекты представлены в сечениях правильны.« выпуклыми многоугольнике чи ,то поле ,вычисле}Шо< с учетом взаимного влияния, превышает по интенсивности поле .определенное г->з учета взаимного влияния.При ¿■чете поля взаимного влияния изменяется не только интенсивность, но и структура поля.

Таким образом, взаимное влияние объо;ггов с большими значениями магнитной восприимчивости в зависимости от их формы может вызвать как "размагничивамщий",так и "подмапичикающий" эффекты, моделируя в периферийных участках локальные аномалии, как положительного,так и отрицательного знака Учет поля взаимного влияния необходимо вводить в расчет,если линейные размеры ч объектов превьшают тройной интервал дискретизации среды и их магнитная восприимчивость больше 0. 5 СИ. Если объект имеет небо-тыаие размеры и обладает магнитной восприимчутостью.укаанной выше,но глубина залегания превьшает в 4-5 раз линейные размеры, то поле взаимного влияния незначительно и е превышает несколько десятков нТл.

Из вышеизложенного следует,что необходимость учета поля взаимного влияния определяется тремя факторами-

1)высокими значен». ¡.л магнитной восприимчивости(более 0.5 СИ);

2)превшеиием линейных размеров объекта более чем в три раза по сравнению с шагом дискретизации объемно неодногедной среды;

3)соотношением глубины залегания к лннейньм размерам объекта, которое нз должно бьпь более 4-5.

С целью полного выявлена закономерностей распределент источников и их полей в трехмерном объеме, ускорения процесса итерационного подбора прогнозных источников предлагается следующая оптюлальная технология позтглного матеь лтического (моделирования магнипал полей:

-моделирор-ние !.1.1Г1птгаго поля < г отдельных объектов и 1« суммарного поля по отдельнш раз:;едоч.^м разрезам; -уточне1ше геологического строения, опро деле нив иропгсшшк объектов, уточнение их простирать на глу^югу, возмоыегт) вменения их ь>агнитных свойств гга результатам моде тированкя по отдельна*« скваюзгам, где еег" наб.моденкя скважшшой магнитометрии, велшшы и направления вектора остаточного нама. лечения.

В четвертой глане пред -авлены алгоритмы иоделирооаиуя электрических полей методами заряженного тела (ЗТ) и с ре данного градиента (СГ) над трехмерны,т телами произвольна (Кормы с идеальной или конечной ггрлюдимсстыа.

Анализируется совремгчшое состояние методов решения ггря-мой задачи электроразведю! на постоягагсм токе (ЗТ и СГ).

Традиционные способы теоретического вычисления стационарных нолей (метод Фурье, электрически; изображений, метод Грина и Неймана, ксш(£ор/чг;ых огчбракшш) применимы для условий, когда границы раздела могут быть представлены псьерх-ностями второго порядка и, в основном, дои двухмерного распределения источ1гикоя/ Одним га наиболее лерспэктмиадс спс ;о6от> определения шля постгягаюго тока является метод сведения за-

дачи Пуассона- Лапласа к численному реоенио «шЭДермпрюльных и интегральных уравнений, которые, в принципе, даиот строгие ре-иення для произвольной трехмерной границы раздел. и произвольной электропроводности Однако для реиегзш этмм методом требуется проведение болыиэго числа итерации, каждая из которых определяется погрешностью с эло 22, что в конечном итоге приводит к большой суммарной погрешности.

Предлагаются алгоритмы и методика расчета электрических полей методом оешекия интегральных ураг тений способом эквипотенциальных поверхностей. Теоретические основы этого способа разработаны Р. Д. Умьшевы!.

Поверхность заряженного тела , провода ">сть которого намного превьшает проводимость Емещамаей среда, с достаточной для практики точностью является поверхностью эквипотенциального проводюоса. }1а поверхности идеально пшводяшего заря&енлого, тела потенциал определяется выражением

где - плотность электрических зарлдов, распределенных на поверхности локальього тела,

Цр - лотенггчал в точке Р поверхности расстояние от

элемента йз до точки Р.

Для численного расчета поверхность Б разбивается на г>-элементарных площадок с<заряды которых определяются методом приближенных решений. Для достижения точности совпадишя значений потенцж. а в 21 необходимо проведение 10 итераций леза висимо от формы тела и соотношения его полуосей. Влияние днев

1

ной поверхности учитывается методом зеркальных отображений.

Рассматривается методика расчета р к, потенциала у его производных для любог~ метода электроразведки на постоянном токе, в котором используется точечный «.сточник постоянного тока в присутствии эквипотенциального или кеидеального по проводимости проводника. В центрах элементарных площадок S, аппроксимирующих поверхность проводника, методом последовательных 1тоибли«ений рассчитываются заряды q.

Для расчета поля чеэквиштенциалыюго тела предлагается метод замены его эквивалентны.! идеально проводящим объектом несколько иной конфигурации. Эквивалентное тело сплюснуто вдоль луча, исходящего от источника тока, для чего необходимо в формулах вычислений потенциала U и зарядов q ввести степенную функцию вида ,где г радиус вектор, соединяющий центр элементарной площадки d S с точкой исследования, Ки-коэффициент отражения, F - коэффициент для яеидеальных проводников, обоснование • выбор значения которого был осуществлен путем сравнений с расчетом потенциала на поверхности неидеальной сферы по известной теоретической формуле. Получена графическая зависимость F от Ки, лозволягацаг r—лучать наилучшую сходимость потеннлалоа и оптимальное количество итераций. Пятая итерация уже обеспечивает требуемую сходимость потенциала до 12.

Рассматривается методгл« нормирования физико-геологической модели тюизволыпд трехмерных сред. Решается задача дискретизации среды на элементарные объемы (призмы, кубы, сферы) } формирования четырехмерной матрицы координат X,Y,Z центров масс этих объемов и удельного сопротивления для произвольных

/

реальных объектов, описанных с помощью петрофизкческких разрезов, для изометрических тел в виде сферы и для наклонных и эллиптических цилиндров.

Приводятся расчеты модельных электрически по-ей методами заряженно: о тела и срединного градиента над телами в форме сферы, тлуеферы, усеченного цилиндра и плэетамк разной мощн кости с различной проводимостью.

Произведе о сопоставление теоретических расчетов по предлагаемой методике с результатами физического моделирования для проводящего тела в виде цилиндра.

Совпадение рассчитанных теоретических значений с измерен нъии зпаче}(ия!1>( достигает 21, что подтверждает правильность предлагаемой методики моделирования электрических полей.

В заключении приведены основные результаты проведенных исследований,которые С1 эдятся к следующему: .

1) разработаны алгоритмы вьыислений и методика математического моделирования магнитного поля объемно-неоднородных сред с учетом взаимного влияния элементарных моделей, агагрокси-мационной конструкции среды и вектора остаточного намапшченмя;

2) обоснованы и выбраны петромагнхтные модели истор иков магнитного поля Ломоносовского и Тажульского месторождений;

3) по результатам моделирования магнитного пг-я построены модели глубинного строения Ломоносовско-Талкульсксго рудного поля;

4) выявлена морфологъ корневой системы руцных тел,подтверждена закономеу '^сть пространственного размещения шлжвер новых руд над болэе глубоко залегающими стратиформньми магнит • тми рудами, определены глубины залегания прэгнознь" ру.гга-и тел;

5) разработав у годические рекомендации матеыати1 .еского моделирования магнитных полей железорудных месторождений, о:гре-деляющие формирование моделей трехмерных оОъентов,уточнот их морфологии м магнитные сврйетт;; методом итераций;

8) созданы алгоритмы и метод)-0'а >мтемат>1ческого моделировании зле!гтрическнх полей(постоянного тока) методов заряженного тела и срединного градиента от произвольных ло (¡о;«« геологических тел с произвольной проводимостью. Данная методага предлагает я как аль тернатчаныч способ системной интерпретации геофизических полей с целью повмэття эффективности комплексных исследовании;

7) рассчитаны электрические поля от локальных трехмерных тел с произвольной проводимостью.

Предлагаемые технологии математического моделировазвга магнитныл и электрических полей позволлкт провести полный цгасл операций по извлечению информации кз суммарных физических полей, рассчитать параметры исг. )Ч1мшв нолей, характеонзуккие их морфологию, условия залегания, магнитные и электрические свойства.

Анализ полученных результатов попазал,что применение разработанной методики моделирования магнитных и электркчесгак полей при интерпретации геофизичеегао( данных позволяет поделить новую информацию из изморен)ал дашак и полнить геологи-ческуы информации о глубинном строении корневой системы руд 10« зон.

Реализация работы^Разработшпою алгоритмы , программное обеспечение и методические рекомендации применяются г учебной и научно-исследовательской работе Казахского Иационадчного

Технического унивсрсигэта при чтении курсов "Математические модели и расчеты на ЭВМ","Основы научных исследований","Магниторазведка" для специальчостей 0802 и при вьагчнении работ по договорам с крокзводственнши организация!®.

Методические рекомендации по методике математического ко-делированмя переданы и шедрены в ПГО "1ШГЕ0ФШ1КЛ" и Каз1ШС.

В дальнейшем развитие технологии и четодики матемага-чоского моделирования .физических полей Судет направлено на со-вершенствова»—е алгоритмических я лро~раимних средств моделировали электрических полей,применение их на комфетных железорудных и полиметаллических местороадени..х с целью локальных прогнозов,определения типов руд,глубины иг залегания н морфологии. Развитие и совершенствование альтернативного ьктода моделирования электрических полей позволит решить актуальную проблему Комплексной интерпретации геоЛизичесюа нолей.

Основные положения диссерс щии содержатся в следуших публмидиях:

1. Ресэние прямой задачи мапмгоразведки и обратной задачи для пара m наклонной плоскости измерения. // Вопроси прикладной геофизики: Мажвуз. сб. научн. тр. - Алма-Ата: КазПТИ, 1979. с. 53-61. (Соавтор Л. 3. Злавдинов).

2. Учет влияния р.;лъефа в аэромагниторазведке. // Материалы XYI науч.-тех. конференции проф. -прегс. состава: Тезисы до1Сладов. - Ллма-Лта, ЧазПТИ, 1982. с. 73-74 (Соавторы Нусштов Е. Н., Ибраев А. А. , Ахметов Е. М. ).

3. Прямая задач? магниторазведаад для кусочно-однородной и объемно-неоднородной сред. /7 Материалы XV i науч. тех. конфе

ре!щии проф. -прел, состава- Тезисы докладов. - Алма-Ата, КазПТИ, 1982. с. 14-15 (Соавторы Нусипов Е. II. , Ибравв Л. А. . Аьметов Е.М.).

4. Учет влияния рельефа в азромапояоазведке. // Теория и практика геол. интерпретации гравитационных и магнитных аномалий -. Тезисы докладов и сообщ. 1У Всесоюзной школы- семмнара. г. Алма-Ата. 1984 г. с. 23-25. Алма-Ата: ПГ0"Казгео<Г1Изика"1984. г 1,(Соавторы Нусипов Е.51 ,Ибрев А. А. }.

5. Решение прямой гтдачи для эквипотенциального заряжен-юго тела. // Интерпретация геофизическких полей и автоматиза-Р1Я процессов обработки ннфориэ'уос Межвуз. сб. науч. тр. - Ал-й-Ата; КазПТИ, 1986. с. 74-79 (Соавтор Р. Д. Умыиев).

6. Решение прямых задач электроразведки для произвольных ел (метод заряда). // Метод, указания к выполнение лаб. работ о курсу "Электроразведка" - Алма-Ата: КазПТИ, 1986.25 с. Соавторы: Альмуханбетов Д. А., Умышев Р. Д..).

7. Решение прямой задачи магниторазведки произвольных ?ехмерных тел. // Метод указашет к выполнении лаб. работ по ,рсу "Специальные главы магниторазведки" - Алма-Ата, КазПТИ, 386 г. 18 с. (Соавтор Лускпоз Е. Н. ).

8. Математическое моделиров.шие трехмерных тел и решение ямой и обратной задачи электроразведки на постоянном токе.

' Моделирование ^еол. струстур на основе геолого-геофиз. дан-« с целью ускорения поисков и разведем рудньи полезных иско-емых: Тезисы д: кладов Всесоюзного. еогчщ. Мингео СССР. - Днеп-петровск: ДОИМР, 1986. с. 18-19. (Соавторы Альмуханбетов Д. А., ьиев Р. Д.).

9. Определение поля точечного источника постоянного тока

в присутствии эквипотенциального локального объекта. Решение прямой задачи для методов КС и ЕШ. // Совершенствовать методов геологической интерпретации геофизических полей: Межвуз. сб. науч. тр. - Алма-Ата; КазПТИ,1986. с. Б1-68. (Соавтор >мы-шев Р. Д. ).

10. Расчеты на ЭВМ параметтров конкретны* геологических объектов по данным электроразЕедам. // Геология, почеки, разведка месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири; Тезисы докладов науч. -тех. - конфсг^нц>и. Иркутск, 1989. с. 95-96. (соавторы Альмуханбетов Д. А. , Укьшев Р. К.).

11. Прямая и обратныэ задачи,методы моделирования магнитного поля в автоматизированноой системе №. //Оновные направления развития геофизически® работ в рудных районах Казахстана; Трзисы докладов сколы передового опыта. Алма-Ата, 198Э г. с. 49-50.

12. Решетае прямой задачи электроразведки на постоянном то.—-. //Основные направления развития геофизических работ в рудных районах Казахстана: Тезисы докладов школы передовогоо опыта. Алма-Ата, 1989 г. с. 62.

13. Учет влияния рельефа в магниторазведке. // Рапигие методов обработки и иентерпретации геофгзчческои информации: Межвуз. сб. науч. тр. - Ад-а-Ата: КазПТИД991. с. 6Г 70. (Соавторы Альму..онбетов Д. А. , Умьшев Р. Д. ).

14. Задачи о контактной поверхности магнито- активной среды //Теория и практика геолс ической интерпртации гравитационных и магнитных аномал;-\ Тезисы докладов Всесоюзного семинараимени Д. Г. Успенского. Алма-Ата, 1Ь90 г. с. 10Я-109.

15. Природа магнитного поля Прикаспийской впадал и мето-

дика иго моделирования. //Теория и практика геологической интерпретации гравитационны* и магнитны» аномалий: Тезисе докла • дав Всесоюзного семинара име н Д. Г. Успенского. Алма-Ата, 1Р90. с. 105-155.

1С. Построение контактной поверхности магниташстивных пород с применением Быстрого Дискретного Преобразования Фурье. //Геология и разведка месторождений полеанш ископаемых

г

Восточной Сибири: Тезисы док. адов к научно-технической конфе ренции. Иркутск, 1990 г. с, 134.

17. Объемно-неоднородная среда: модели,объекты, поля. //Учеб ное пособие.-Алматы, 1994. 76 стр. (Со-втор Е. Нусипол)

РЕЗЮМЕ

Б1ркелк1 емес квлемд! ор1аньщ магнит нзне эдектр ор1С1Н моделдеу каке оны Еатьи Тс эгай ма!Нетитт1к кенесиерНде к,олда-ну.

Сологуб Т. В. Геология-ыиноралогия гылымдарьп:ыц кандидаты^ гильзы дерекес1н иелвну дхссертациясы. АлнатьЕ Казак, улттш техникалыц университету 1994 и; (З^ бот.

Магниаг»к жане электрл!к ар^стердгц мат эиатикалиц моде льдеу методикасыныц нег131 мына иг;мыстардан Нурастырыладьк геологияльщ деректер к,еиек! аркдхпы кен орныныц Кия«мд1К модел1к цурастыру жане оран физикалыц касиеттер тагайындап ар1с\к такелей есеп выгару арццлн табу <с!,сол арцыли к,а л.кия. ща аномалияларды тауып соган сайкес модельд! кет5лд1ру

-

жже осы »етЗлдаруд! бакдааяган и&''ч саналган opic"ep;Uu cofiKociTiri калагаттапдырарлик, болганша жалгастыра беру.

Бтрлелкх емес келемд! ортадагы магнитбг<г>лаудыц Tiколей есеб!н иья-аргак кезде магнитзчк вектор мен ауыгцулин;тарД1Щ озара ясерлесу1 ecKepiflin отирады.

Турацты электор opicinseri заряд кзне орталыц градиент тосЬ1дер1Н1ц eceniepiH санаганда ортада толые, GTKi3riia зеле oxKiarlUTiri шектеул! кез келген формалы денелер С Ар екеид1П ескер!лед1.

Уеынга.. тэс1лдерд1 цолданганда кеск1нд1 керсегетан сандар деректер!н дайындауга неиесе epicii санауга KereTin уакдл1 коп

Болмайда-

о

SUHMAKY

Modrlering of magnetic and electrical fields voluninous heterogeneous spheres and application on magnetic deposits in the Vest Turgai. Sologub Tatyana Victorovna dissertation for the candidate of geolgy and rainerology science degree. Alraaty: Kasakh national Technical Univercity, 1994, 195p.

The substance of the method Batheiaatical node] of Bagnetic and electric fieldr was consist of construction by the coBplex geological data of voliminous deposits models. This

- го -

¡act hod is include -ha calculation of riffle! on the basis'' rlescussion of the main task of thi3 rcetlvd and the definition local anoirtalys, tl • specification of models to the satisfactory accordance observantinR and calculating fields.

The main problem c" the siaf.netic reconnaissance for the voluiainations heterogeneous sphere is accide vith calculation of mutual influence heterocrineity and vector of residual "lactnetisn. The calculation of electrical fields of constant current 'fas cade fr it arbitrary body with ideal ore fin; '. conductivity.

This netodics doss "ot йеяапг! or the considerable expenditure times as on the preparations of the r.'jneral date for the cut and doesn't on the calculation of the element magnetic field.

Подписало и печах» . 12. '.?■!. Формат 60д84 1/16

Печати, лист 1.5. Уч. чад. л. Тира* 100 экз. Зака; !У2 .

Отпечатало ла ротчприит!-' ¡:?щ;гУ. г. Алмати, ул. Сатпаепа, 22.