Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Наземная и наземно-подземная гравиметрия в процессе разработки месторождений пластового типа

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

Автореферат диссертации по теме "Наземная и наземно-подземная гравиметрия в процессе разработки месторождений пластового типа"

Р(6 О»

^ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПОГАДАЕВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

НАЗЕМНАЯ И НАЗЕМНО-ПОДЗЕМНАЯ ГРАВИМЕТРИЯ В ПРОЦЕССЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПЛАСТОВОГО ТИПА

(на примере Верхнекамского месторождения солей)

Специальность 04.00.12. — Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых :

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 1996

Работа выполнена в Горном институте Уральского отделения Российской Академии наук.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, доктор геояого-минералогических наук, профессор Новоселицкий В.М.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Шихов С.А.

доктор технических наук Колесников В.П.

Ведущее предприятие: Пермское государственное геофизическое предприятие "Пермрудгеофи-оика"

Защита состоится Мъар^ 1997 г. в 14 часов на оаседа-нии диссертационного совета Д 063.59.02 при Пермском государственном университете по адресу:

614600, Пермь, ГСП, уд. Букирева, 15, оал заседаний Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.

Автореферат раоослан £ ШйЪ^ Я 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолога-минералогических наук, доцент ,.--"" л ________ Гершанок В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Общий прогресс в теории и практике гравиметрических исследований позволяет использовать указанный метод для решения многих геологических, горно-технических и экологических задач, которые возникают при разработке месторождений. От качества их решения ео многом зависит и безопасность проведения горных работ.

Так, недостаточное внимание к проблеме геофизического обеспечения не позволило своевременно обнаружить и предотвратить возникшую на одном из рудников Верхнекамского месторождения (ЕКРУ-2) опасность затопления.

Для предупреждения подобных аварий рядом научных организаций России проводятся исследования по разработке рационального комплекса геофизических методов, направленного на изучение строения водозащитной и надсоляной толщи Берхнекамского месторождения солей (ЕКМС). В рамках этой программы в Горном институте УрО РАН разработаны и прошли проверку на практике методы нагемно-подземной гравиметрической съемки (НПГС) и "векторной геофизики".

Основная цель диссертации: разработка оптимального алгоритма обработки результатов нагемно-подземной гравиметрической съемки, усовершенствование метода векторной обработки; определение возможностей НПГС и векторного сканирования при проведении специальных геофизических исследований.

Основные задачи:

1. Изучение влияния рельефа земной поверхности и выработанного пространства на результаты высокоточных гравиметрических исследований.

2. Совершенствование процедуры обработки результатов назем-но-подземной гравиметрической съемки и разработка способа вычисления поправки за влияние пород промежуточного слоя с переменным значением плотности (при подземной съемке);

3. Создание программы комплексной обработки результатов НПГС.

4. Совершенствование метода векторной обработки геофизических данных.

Защищаемые положения диссертационной работы:

1. Алгоритм построения оптимальной сети дискретизации для вычисления поправки за рельеф, позволяющий создавать наиболее эффективную конструкцию сети расчета поправок при проведении НПГС.

2. Оптимальный алгоритм определения поправки за влияние выработанного пространства, который предусматривает учет гравитационно-

го влияния каждой горной выработки, находящейся в радиусе до 60-80 м от точки наблюдения. Гравитационный эффект, создаваемый удаленными горными выработками (в радиусе до 150-180 м), определяется как влияние прямоугольного параллелепипеда, которым аппроксимируется группа этих выработок,

3. Способ вычисления поправки за негоризонтальность подземного профиля с переменным значением плотности пород промежуточного слоя. Данный способ дает возможность устранять искажающие эффекты, возникающие при проведении стандартной обработки, и обеспечивает высокую точность определения аномалий.

4. Векторное сканирование - метод обработки результатов площадной гравиметрической съемки, позволяющий решать задачи обнаружения и локализации плотноотных неоднородностей в геологическом пространстве.

Научная новизна:

1. Оценено влияние рельефа земной паверхкс-сти на результаты наблюдения в горнык выработках и на земной поверхности; разработан алгоритм построения оптимальной сети дискретизации и составлена схема введения соответствующих поправок, применительно к условиям Верхнекамского месторождения солей (ВКМС).

Е. Предложена процедура учета влияния рельефа земной поверхности в центральной зоне (при наземной съемке) путем аппроксимации рельефа поверхностями неправильной формы.

3. Изучено влияние горных выработок, находящихся на различном удалении от точки наблюдения; предложена оптимальная схема определения соответствующей поправка при проведении НПГС.

4. Составлена программа комплексной обработки результатов

НПГС.

5. Разработана методика обработки результатов подземной гравиметрической съемки с использованием переменной плотности пород промежуточного слоя.

6. Предложена схема количественной интерпретации результатов наземно-подземной гравиметрической съемка!.

7. Усовершенствована методика векторной обработки геофизических данных - векторное сканирование.

Практическая ценность. Применение усовершенствованных способов обработки данных наземно-подземной съемки значительно повышает надежность этого метода. НПГС может использоваться на стадии деталь-

них исследований самостоятельно и в комплексе -с другими геолого-геофизическими методами. В результате повышения детальности съемки и точности обработки появляется возможность выделения небольших, низкоамплитудных аномалий. Метод использовался на ряде участков Верхнекамского месторождения солей для уточнения строения верхней части осадочного чехла.

Применение метода векторного сканирования, обладающего отчет-диво выраженными разделительными свойствами, позволяет более эффективно проводить содержательный анализ при определении морфологии пдотностной неоднородности геологического разреза и разделении эффектов близко расположенных аномальных масс га счет селекции по направлению. Проведение векторного сканирования позволяет решить чве важные задачи гравиразведки: обнаружить и локализовать в пространстве плотностные неоднородности. Векторное сканирование использовалось при выявлении потенциально опасных для разработки зон на рудниках СКРУ-2, СКРУ-3 и ЕКЗ-4 Верхнекамского месторождения солей.

Реализация работы. Указанные, методики использованы при обра-5отке результатов гравиметрической и магнитометрической съемок. Результаты еошли в научные отчеты Горного института УрО РАН. Разработанная автором программа комплексной обработки результатов НПГС '(ЖДУ 1С" передана в АО "Урапкалий".

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсудщались на семинаре "Экологическая безопасность гон градопромыпленных агломераций Западного Урала" (Пермь, 1993). шучной конференции "Геология и минеральные ресурсы Западного Ура-га" (Пермь, 1993), VI Международном семинаре "Горнач геофизика" [Пермь, 1993), Научно-технической конференции "Построение физи-га-геологической модели и системный подход при истолковании результатов геофизических исследований" (Пермь, 1993) и на Международном ;импозиуме ЗРМ-95 "Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленннх агломераций" [Москва-Пермь, 1995).

Публикации. По теме диссертации имеется 10 публикаций.

Объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключе-!ия (142 с, 73 рисунка, 13 таблиц) и списка литературы из 96 наименований.

При написании диссертационной работы автором использовались результаты собственных полевых исследований, материалы гравиметри-

ческих съемок, проводимых специалистами Горного института УрО РАН, а также написанные ка их основе статьи и отчеты. Автор выражав1] глубокую признательность своему научному руководителю В.М.Новосе-лицкому и сотрудникам лаборатории горной геофизики В.П.Юзваку, Г.П.Щербининой, М.С.Чад зеву, Н.¡0.Плотниковой и О.Х.Вольфсону за оказанную помощь и. содействие в подготовке и написании работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована цель и актуальность исследований, поставлены задачи и сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе приведены сведения о геологическом строении Соликамской впадины и Верхнекамского месторождения солей, представлено краткое описание комплексов и толщ горных пород подсоляной, соляной и надсоляной частей разреза, а также указаны предпосылки применения гравиразведки. При описании геологического строении территории использованы материалы Новоселицкого В.М., Проворова В.М.. Шиловой A.A., Серова В.К., Юзвака В.IL. Щербининой Г.П., Кудряшов; А.И., Мзкаловского В.В., Дулепова Ю.А., Белоликова А.И. и др.

В пределах Верхнекамского месторождения в иренско-верхнеперм-ском.интервале разреза выделяется два структурных комплекса: соляная толща с сильным проявлением соляной тектоники; и надс-оляна (уфимский, казанский ярусы) - с пологими структурами, облегающим] соляные поднятия.

В соляном структурном комплексе выделяются три структурны; этажа: подстилающая каменная соль, продуктивная толшд и покровназ каменная саль с переходной толщей. Структурные формы покровной каменной соли подобны структурным формам кровли подстилающей соли Между ними залегает продуктивная толща с меняющейся мощностью и сугубо индивидуальной мелкой дисгармоничной складчатостью разны; масштабов (п-1 см + п-10 м).

Продуктивная толща характеризуется наличием большого количества пластов небольшой мощности (от 0.1 м до п-1 м), которые имею' различную плотность. Гравиактивные границы здесь отличаются значительными скачками плотности (6). Так, плотность карналлитов равн; 1.77-И..89 г/см3, 6 сильвинитов - 2.D8 г/см3, а плотность галито: составляет 2.2 г/см3. Горные выработки в продуктивной толще проведены на глубине порядка 350-400 м.

2. НАЗЕМНО-ПРДЗЕМНАЯ ГРАВИМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА (НПГС) Раздельно наземные и подземные гравиметрические исследования давно и успешно применяются на многих месторождениях. Опыт их проведения и алгоритмы разделения источников гравитационных аномалий (В.М.Новоселицкий. А.С.Маргулис) легли в основу нового метода гравиметрических исследований - наземно-подземной гравиметрической съемки (НПГС). Ее суть и основное отличие от проводимых ранее на-гетик и подземных наблюдений состоит в том, что при НПГС наземные и подземные исследования объединены и являются частями единой целостной системы.

НПГС проводится по совмещенным в плане прямолинейным профилям, проходящим на земной поверхности и в шахте (на 1-3 уровнях).

Методика обработки подземных наблюдений предусматривает расчет и введение следующих поправок: за нормальное поле (г); за негоризонтальность профиля (суша поправок за высоту точки наблюдения и влияние пород промежуточного слоя - 8%пс); за наземный рельеф (3£рф); за влияние выработанного пространства СЗ^вб+б^вб!)■

Аномальное значение силы тяжести, таким образом, определяется по формуле

ДГа^наб-Г+0.3085 - Ь-0.08-38 - 6 ■Ь+бгрф+Зе'йй+бе'вб!,

где б - средняя плотность пород промежуточного слоя, п - высота точки наблюдения.

Способ вычисления поправки за негоризонтальность профиля с переменным значением плотности пород промежуточного слоя. Поскольку плотность пород даже в пределах небольшого участка съемки изменяется довольно сильно как по вертикали, так и по горизонтали, то практически невозможно добиться полного отсутствия корреляции графиков ¿5а о рельефом выработки по всему профилю наблюдений, Для устранения указанного эффекта часто используют не один, а несколько графиков Дйа, рассчитанных при различном значением 6. Другими словами, при интерпретации приходится использовать набор образов реальной аномалии. Саму аномалия при проведении стандартной процедуры обработки в этом случае выделить невозможно.

Поэтому при расчете поправки предлагается использовать не усредненную плотность пород промежуточного слоя, а средневзвешенное значение 6, рассчитанное для каждой точки профиля.

Геологическое отроение участка, вблизи штрека, как правило, деталь но изучено. Если плотность пород вдоль профиля сильно меняется, то необходимо разбить вмещающие гравиметрический профиль породы н< рад пластов с фиксированной в каждом из них плотностью 6j.

Для исключения притяжения масс промежуточного слоя нужно выбрать два уровня - выше и ниже профиля (ввести дополнительный плас П). Тогда поправка принимает вид

вВпс(х) = Ejí-f.f Е б1-ДЬа(хД) + Ебз-ДЬ2(х,3)),

где Ahi(x,i), Ah2(x,.1) - мощности пластов между точкой наблюдения i уровнями относимости (верхним и нижним); n, к - количество промежуточных пластов выше и ниже точки наблюдения; i, з - номера пластов расположенных выше и ниже точки наблюдения; при этом

n к

Е ДЬа(к,1) = h(x)-zi; а Е ДЬг(х,3) = h(x)-zz , i=l Í=1

где si - высота верхней плоскости относшости, t.<¿ - высота нюгае: плоскости относшости.

Поправка аа рельеф. Существенное влияние на результаты грави метрических наблюдений в горных выработках оказывает рельеф земно: поверхности. Создаваемый им эффект может достигать величины в нес колько МГал и значительно превышать эффекты, обусловленные влияние строения горного массива. Для компенсации влияния масс верхней чао ти разреза вводится поправка за рельеф.

При вычислении поправки объем породы между поверхностью рель ефа и уровнем относимости целесообразно представлять набором прямо угольных параллелепипедов (блоков), ширина основания которых зави сит от расстояния до профиля.

При вычислениях влияние каждого прямоугольного, параллелепипед заменяется гравитационным эффектом от вертикальной вещественной ли нии. Вся масса блока концентрируется на его центральную ось.

Автором проведен сравнительный анализ расчета поправок, вводи мых в наблюдения на профиле по пласту АБ второй северо-восточно панели БКЗ-4 (глубина порядка 240 метров от поверхности), с исполь

вованием 'формул для определения гравитационного эффекта прямоугольного параллелепипеда и вертикальной вещественной линии. Результаты анализа показали, что разница между величинами поправок не превышает точности гравиметрической съемки, в го время как скорость вычисления увеличивается примерно в 5-6 раз.

Существенным моментом является выбор оптимального шага дискретизации (и и максимального радиуса учета масс (!?}. Для определения указанных величин автором разработан алгоритм построения оптимальной сети дискретизации, который включает в себя следующие моменты.

1. Определение величины максимального перепада высот (удвоенной высота блока) в радиусе 15-20 км от профиля; плотности пород в верхней части разреза; среднего расстояния от точек наблюдения до плоскости относимости; длины профиля. Выбор точности определения гравитационного эффекта - го.

2. Определение максимальных радиусов учета влияния вертикальных вещественных линий, которые соответствуют параллелепипедам о различной шириной основания (Ь). Для этого определяется гравитационный эффект, создаваем! вертикальной вещественной линией в двух точках, разнесенных на расстояние длины профиля. Вертикальная вещественная линия при этом должна находиться над одной из точек. В том случае, когда разница гравитационного эффекта в указанных точках превышает заданную величину егь вертикальная вещественная линия должна удаляться по линии профиля на некоторое расстояние. В противном случае фиксируется максимальный радиус учета для прямоугольного параллелепипеда с заданной шириной основания I.

3. Определение минимальных радиусов для каждой зоны. Необходимо найти такое расстояние X, при котором гравитационный эффект вертикальной вещественной линии, соответствующей прямоугольному парал-нелепипеду о шириной основания 21, отличается от суммарного эффекта 1етырех вертикальных вещественных линий, эквивалентных параллелепи-1едам с шириной основания С, не более чем на заданную величину ео. Алгоритм расчета аналогичен вышеописанному.

4. Построение схемы дискретизации поверхности рельефа для вы-шслении поправки. При этом -учитывается, что внутренний радиус зоны рлжен быть больше минимального расстояния для блока данного размена; а внешний радиус может не превышать того расстояния, при котором влияние блока на первый и последний пикеты отличается менее чем ¡а заданную величину точности определения эффекта во-

5. Определение максимального радиуса учета рельефа - R. Данная величина определяется о учетом того, чтобы разница гравитационных эффектов на концах профиля от более удаленного тела с любой шириной основания не превышала величины so-

Поправка за выработки. Существует возможность моделировать штреки в калийных шахтах составными телами, элементами которых являются материальные отрезки, имеющие постоянную линейную плотность (О.Х.Вольфоон). При вычислениях используется формула В.Н.Страхова для материальных отрезков, произвольно ориентированных в пространстве. Расчет этой поправки является наиболее трудоемкой операцией обработки. Для уменьшения объемов вычислительных работ автором проведены исследования, направленные на локализацию зоны, в пределах которой необходимо учитывать все имеющиеся там выработки.

Известно, что если выбрать величину эффективной аномалии е и потребовать, чтобы некоторое возмущающее тело произвольно перемещалось в пространстве, но чтобы при этом его гравитационный эффект в некоторой точке 0 оставался равным £, то опишется вполне определенная поверхность. Эта поверхность ограничивает область пространства, на границе и внутри которой все заданные возмущающие тела будут создавать эффект в точке наблюдения больший или равный е. Такую область принято называть предельно изученной.

При определении предельно изученной области для материальногс отрезка длиной 20 м, аппроксимирующего участок выработки с площадыс поперечного сечения 10 м2 при значении плотности вмещающих пород 2.15 г/см3, было установлено, что при s = 0.001 мГал необходима учитывать вое выработки, расположенные в радиусе 70 м от точки наблюдения.

Влияние удаленных групп выработок. Большое количество штреков, пройденных на различных горизонтах и удаленных от профиля наблюдений на расстояние превышающее 100 м, все же оказывают некоторое влияние на результаты наблюдений. Поэтому в ряде случаях необходим: учитывать влияние и этой "дальней зоны". Для этого каждую группу удаленных выработок можно представить в виде единого блока мощностью, равной высоте выработки (Н), и с плотностью, учитывающей визуальный объем выработанного пространства в пределах охватывающего выработки прямоугольника.

Возникающие при подобной замене искажающие эффекты невелики. Так, при точности определения эффекта sq = 0.005 мГал, радиус зонъ

искажения не превышает 25 м на высоте 50 м от точки наблюдения, а при £о = 0.001 мГал ее радиус порядка 160 м на высоте 140 - 250 м. В то же время на высоте 50 и 360 м радиус гоны равен 100 м.

При определении размеров предельно изученной области для группы выработок величина г принималась равной 0.01 и 0.005 мГал. Установлено, что при е = 0.01 мГал необходимо учитывать влияние группы удаленных выработок, описанных прямоугольником 0.6x0.2 км, если ближайшая из выработок находится на удалении 70 м от точки наблюдения на высоте 50 метров (например, влияние выработок на горизонтах ДБ и КР-2 при наблюдениях в штреке, пройденном в подстилающей каменной соли). Задавшись г = 0.005 мГал следует учесть влияние данного блока и на высоте 350 м (например, при наблюдениях на земной поверхности).

Обработка наземных наблюдений. При обработке результатов детальной гравиметрической съемки, проводимой на земной поверхности, важное значение тлеет процедура учета влияния рельефа местности в центральной зоне. Как известно, вычисление такой поправки осуществляется либо приближенно, либо требует проведения дополнительных топографических работ.

Приближенные приемы предполагают аппроксимацию действительной поверхности рельефа поверхностью имеющей аналитическое выражение. Так, А.К.Маловичко предлагает аппроксимировать поверхность ближней зоны одной или двумя наклонными поверхностями: Л.Д.Немцов - параболоидом четвертой степени и т.п.

Определение поправки аа рельеф в центральной зоне. Разработанный автором алгоритм также является приближенным и базируется на механизме линейной интерполяции по четырем направлениям с последующим осреднением результатов. Это позволяет избежать чрезмерной математической конкретизации.

Топографическая карта в окрестности точки наблюдения покрывается квадратной сетью. В ее узлах определяются абсолютные отметки рельефа. Точка наблюдения (точка А) также располагается в узле сети и являетоя общей для четырех квадратов. Рассмотрим один из квадратов (АКЮ). Высотные отметки в трех его углах (В, С и 0) определены по топографической карте.

На первом этапе вычислений путем линейной интерполяции определяются значение высот в девяти равноудаленных тачках на отрезках АБ, ВС, СО и ОА.

На втором этапе поверхность, ограниченная контуром АВСБ, покрывается более плотной квадратной сетью с шагом А=0.1х|АЕ|. Такую сеть назовем сетью вггюрого порядка. Каждая из 81-й точки, находящейся внутри указанной области (матрица 9x9 точек), расположена на пересечении двух отрезков. Концы отрезков опираются на те точки контура АВСП, где значения высот уже определены. Значения высот в узлах сети второго порядка определяются в процессе линейной интерполяции указанных величин вдоль двух отрезков, параллельных сторонам квадрата АВСП, и двух отрезков, расположенных к ним под углом 45°. Четыре значения для каждой точки затем осредняются.

Полученная поверхность будет иметь неправильную форму. В том случае, когда поверхность рельефа представляет собой наклонную плоскость, данный алгоритм восстанавливает ее с абсолютной точностью. При сложном характере рельефа точность определения поправки зависит от его формы.

Интерпретация результатов НДГС осуществляется в дез этапа. На предварительном этапе, при качественной интерпретации проводится квази-разделение гравитационного поля и построение его псевдоразрезов.

Второй этап (количественная интерпретация) заключается в решении обратной задачи гравиметрии методом последовательных приближений. При этом используется программа ШОКПА (Геологическое моделирование разреза), в основу шторой положен контактный принцип решения прямых задач гравиметрии (А.С.Мзргулис).

Для учета влияния аномального вертикального градиента силы тяжести плотность ба в слое пород между верхней и нижней точками рельефа на геолого-плотностной модели необходимо принять равной нулю, а расчет поля У2 проводить на кривой рельефа.

Режим интерпретации можно описать с помощью следующего алгоритма: 1) построение начальной физико-геологической модели (ФГМ) среды; 2) расчет поля У2 на модели рельефа местности,'с исключением влияния верхней части разреза; 3) сравнение расчетного графика с наблюденным; 4) внесение корректировок в ФГМ среды и возвращение к п.2; либо окончание процесса подбора и построение окончательной физико-геологической модели.

. Критерием правильности подбора является совпадение наблюденных и рассчитанных графиков аномалии силы тяжести на каждом уровне, с наперед заданной точностью.

Пример проведения интерпретации результатов НПГС. Примером детального подбора физико-геологической модели являются результаты интерпретации гравиметрической съемки на второй северо-восточной панели ЕКЗ-4, выполненной на земной поверхности и в штреке, проведенном в верхней части подстилающей каленной соли. Линия профиля имеет меридиональное простирание, поперечное к Дуринскому прогибу. Она проходит через оолеразведочные скважины 1025, 671, 195.

Результатом итеративного подбора является установление наличия латеральной изменчивости плотности в пластах надсоляной толщи аа пределами соляного поднятия. Модельный подбор показал, что к югу от Дуринского прогиба наблюдается уменьшение зтого параметра. Дефект плотности составляет 0.02-0.06 г/см3. Плотность толщи подстилающей соли также меняется по простиранию.

В результате моделирования установлено, что под терригенными породами Дуринского прогиба среди соляных пород залегает тело с повышенной плотностью 2.33 г/см3, которое является, вероятно, остатком от растворенной в этом месте соляной толщи, состоящее из нерастворимых компонентов.

3. ВЕКТОРНАЯ ГЕОФИЗИКА

Векторная обработка результатов гравиметрической съемки применяется для извлечения дополнительной информации об объекте исследования, которая неявно присутствует з наблюденном поле Кроме того, процедура векторного сканирования может использоваться для представления результатов съемки в наиболее наглядной форме - в виде трехмерных диаграмм распределения восстановленного из градиентов трансформированного поля ¿¡¡вст (трехмерной диаграммы аномального поля). Указанные диаграммы могут рассматриваться как диаграммы квазираспределения плотности пород в геологической среде.

При проведении векторной обработки территория съемки на карте покрывается сетью треугольников. Вершинами указанных треугольников являются точки наблюдения. В каждом треугольнике по трем приращениям поля определяется полный вектор горизонтального градиента аномалии силы тяжести 0у.з.ел ■

Определяя величину и направление среднего в пределах участка съемки вектора полного горизонтального градиента Вср и вычитая его из каждого вектора (Знабл> получим поле векторов Ца со снятым трек-дом,- такое поле, из которого исключено влияние наиболее удаленных

эквивалентных источников аномалий. Б результате интегрирования из аномальных градиентов восстанавливается поле Д^вст-

Если определять величину и направление среднего вектора 6СР не на всей территории съемки, а в скользящем окне определенных размеров, то можно снимать и криволинейный фон различной формы и степени "гладкости". Данную процедуру нельзя рассматривать как простое осреднение исходного шля с различной шириной окна, поскольку с переходом к градиентам поле получает еще одну характеристику, и на этот раз векторную - направление изменения поля Д^е. А поскольку при трансформации происходит изменение именно векторной характеристики поля (а не только модуля вектора (Знабл). то имеет место принципиально новая процедура обработки и трансформации, названная векторным сканированием.

В этом случае появляется возможность построения серии карт восстановленного из градиентов поля Дквст> отражающих влияние пачки пород различной мощности. Такие карты могут быть совмещены в плане (В.М.Новоселицкий) и представлены в виде трехмерной интегральной диаграммы'аномального поля.

При построении трехмерных диаграмм поля (квазиплотностей) по оси 02 откладывались значения коэффициента трансформации - к, указывающим относительные размеры окна осреднения. Максимальное значение коэффициента к=1 соответствует полным размерам площади съемки. Значение к=0.5 означает, что величина окна осреднения равна половине площади съемки и т.д.

При расчете диаграммы задается параметр изменения трансформации (глубинности) - к1. Величина данного параметра может выбираться от 0.01 до 0.99, а значение текущего коэффициента трансформации в этом случае определяется из соотношения к^к!-^-!, где 1 меняется от 1 до 10, а ко=1.

Существует возможность представления результатов обработки и в более содержательной форме. Вычитая из величин Д^ЕСТ (при к=к!), значения Девст» полученные при обработке поля с коэффициентом к!-1 (где к1=к1-к!_1), может быть определена некоторая разностная функция. На основе данной функции строится трехмерная разностная диаграмма аномального поля, на которой четко фиксируется местоположение эквивалентного источника аномалии (шара или цилиндра) в пространстве. Поскольку плотность может рассматриваться в качестве линейной трансформанты гравитационного поля, то эти диаграммы (в нулевом

приближении) могут интерпретироваться в качестве диаграмм квазиплотностей.

Для изучения разделяющих возможностей алгоритма была составлена трехмерная плотностная модель среды, с тремя точечными источниками гравитационных аномалий. На модели по точным математическим формулам был проведен расчет прямого гравитационного эффекта.

Б результате проведения векторного сканирования были построены трехмерные интегральные и разностные диаграммы аномального поля й^вст, яо которым можно выделить аномалии как от поверхностных не-однородностей, так и от наиболее глубинных источников.

Пример проведения векторного сканирования. В результате проведения векторной обработки материалов детальной гравиметрической съемки на участке обрушения СКРУ-2 было выявлено наличие зоны разуплотнения пород в надсоляной части разреза. При сопоставлении результатов векторного сканирования с данными ВЗЗ установлено, что указанная область минимальных значений квазиплотностей совпадает с областью изменения электрических свойств в разрезе профиля ЕЭЗ. Эти изменения физических свойств совмещаются в плане с зоной обрушения в шахте и участком оседания земной поверхности. Результаты работ переданы а виде отчета в АО "Сильвинит".

О вычислении полного градиента аномалии силы тяжести. Е настоящее время при векторной обработке результатов используется полный горизонтальный градиент аномалии силы тяжести. Однако, поскольку наблюдения проводятся не на горизонтальной плоскости, а на реальной поверхности Земли, то существует принципиальная возможность определения и аномального вертикального градиента силы тяжести. Автором получены обобщенные формулы для вычисления значений У2Х, и У2г е треугольнике.

Если на треугольнике (треугольном полигоне) с вершинами М1(х1,у1,21), м2(х2,у2,22), Мз(хз,уз,2з), заданы значения 1, У22, У'гз, то

М21 Мг3 Ду1 йуз

- Ъ

У2Х=

Дез ДУ1 Дуз

Дх1 Дхз ДУ1 Дуз

Лх1 Дхз &У21 йУ2з

Дх1 Дхз Д21 Д23

Дха Дхз Дуг Дуз

С1)

Дх1 Ду.2 Дхз Ду1 Дуг Дуз ДУ21 ДУ32 ДУ2з

ДХ1 Дх2 Дхз ДУ1 Дуг Дуз

йг% Дгг Д23

где ДУ2г=(У2з-У21)» Дх1=(хз-х1), Ду1=(Уа"У1).. 1=1,2,3;

При г=сопз1 (на горизонтальной плоскости) величина Угг стано витоя неопределенной (знаменатель в выражении (£) равен нулю), а второе слагаемое в числителе формул (1) исчезает (матрица обращается в нуль) и указанные выражения переходят в формулы, используемые в настоящее время при проведении векторного сканирования.

Результаты векторной обработки данных магниторазведки. На Чаньвинском карьере известняка цель исследований состояла в поиске и локализации в плане зон трещиноватости и карстовых образований, заполненных глинистым материалом. Наличие таких зон создает трудности технологического характера в процессе разработки месторождения.

Векторная обработка данных магниторазведки позволила провести районирование территории и выделить участки, характеризующиеся высокими значениями градиентов, что может свидетельствовать о наличии там большого количества глинистых тел. Кроме того, удалось выявить общее направление простирания зон повышенной глинистости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертации»

1. Предложен алгоритм построения оптимальной сети дискретизации, позволяющий создавать наиболее подходящую для конкретны?; условий схему расчета поправки за рельеф. Установлено, что в зависимости от длины профиля радиус учета рельефа земной поверхности должен составлять величину порядка 10-15 км.

3

v

1+1, при КЗ; 1, при 1=3.

2. Установлено, что влияние отдельных горных выработок должно вчитываться в радиусе до 60-80 м от точки наблюдения. При наличии галыюго числа удаленных выработок создаваемый юли гравитационный )ффект должен быть также учтен по специальной схеме.

3. Предложен новый способ определения поправки за рельеф зем-юй поверхности в центральной зоне (при проведении наземных иссле-(ований), основанный на представлении его четырьмя поверхностями геправильной формы. Форма таких поверхностей определяется путем ли-[ейной интерполяции значений высот, снятых с топографической карты.

4. Разработана программная система комплексной обработки ре-¡ультатов наземно-подземной гравиметрической съемки ОКАУЮ. В отли-[ие от разработанных ранее отдельных программ, она использует еди-[ую файловую систему и оснащена удобным сервисом.

5. Разработан способ вычисления поправки за влияние пород про-гежуточного слоя с переменным значением плотности. Его использование способствует повышению точности определения аномалий при проверили подземной гравиметрической съемки.

6. Установлены особенности геологического строения верхней 1асти осадочного чехла на ряде участков Верхнекамского месторожде-[ия (первая и вторая северо-восточные панели Березниковского калий-¡ого завода N 4, район скв.1033-1087 и др.)- Использование новых ¡етодик при обработке результатов НПГС дало возможность установить [аличие латеральной изменчивости плотностных свойств толщ осадочно-■0 чехла в пределах Верхнекамского месторождения солей.

7. Усовершенствован метод обработки геофизических данных -¡екторное сканирование. Продемонстрированы возможности метода на [сдельном примере и на практике (ВКМС, Чаньвинский карьер известня-а). Этот метод позволяет эффективно решать сложные задачи по обнажению и локализации в пространстве плотностных неоднородкостей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Возможности высокоточной гразираазедки для решения экологи-:еских задач// Экологическая безопасность гон градопромыпшенных аг-омераций Западного Урала.- Тег. докл. семинара. - Пермь, 1993. -

57-58. (Соавторы - Новоселицкий В.М., Береснев В.Д.).

2. Вопросы обработки результатов наземно-подземной гравиметри-:еской съемки. - Пермь: Горный институт УрО РАН, 1996.- 20 с. -

Деп. в ВИНИТИ SO.11.96, N 3381-Б96.

3. Использование переменной плотности промежуточного слоя при обработке материалов подземной гравиметрической съемки// Геологические и минеральные ресурсы Западного Урала.- Тез. докл. науч. конф. 13-15 апреля 19S3 г.- Пермь, 1993.- 0. 87.

4. Использование фиаико-геологических моделей среды на этапе обработки результатов НПГС// Построение физико-геологической модели и системный подход при истолковании результатов геофизических исследований.- Тез. докл. науч.-техн. конф. 28-30 сентября 1993 г.Пермь, 1993.- С. 22-24. (Соавтор - Новоселицкий В.М.).

5. Наземно-подземнзя гравиметрическая съемка// Геологические и минеральные ресурсы Западного Урала.- Тез. докл. науч. конф. 13-15 апреля 1993 г.- Пермь, 1993.- С. 85. (Соавторы - Новоселицкий В.М., Юзвак В.П.).

6. Обработка результатов наземно-подземной гравиметрической съемки// Геологические и минеральные ресурсы Западного Урала.- Тез. докл. науч. конф.13-15 апреля 1993 г.- Пермь, 1993.- С. 88.

7. Об учете рельефа земной поверхности при проведении НПГС на Верхнекамском месторождении калийных солей// Горная геофизика, VI международный семинар 7-9 июля 1993 г.- Тез. докл.- Пермь, 1993.-С. 19-21. (Соавторы - Вольфсон О.Х., Юзвак В.П.).

8. О латеральной неоднородности плотностных свойств толш, осадочного чехла на территории ВКМКС// Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышлен-ных агломераций.- Тез. докл. Международного симпозиума SFM-95 Москва-Пермь 15-21 сентября 1995. - Перш, 1995.- С. 112-113. (Соавторы - Новоселицкий В.М., Щербинина Г.П., Плотникова Н.Ю.).

9. Принцип сканирования в векторной обработке геолого-геофизических полей// Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромыпшенных агломераций. - Тез. докл. Международного симпозиума SPM-95 Москва-Пермь 15-21 сентября 1995.- Пермь, 1995.- С. 113-114. (Соавторы - Новоселицкий В.М., Ча-даев М.С., Кутин В.А.).

10. Технология интерпретацш результатов наземно-подземной гравиметрической съемки (НПГС)// Геологические и минеральные ресурсы Западного Урала.- Тез. докл. науч. конф. 13-15 апреля 1993 г.Пермь, 1993.- С. 86. (Соавтор - Юзвак В.П.).