Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива

Леляев, Петр Алексеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива"

На правах рукописи -

005046188

Леляев Петр Алексеевич

Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива

Специальность 25.00.10- Геофизика, геофизические методы поисков полезных

ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 О ИЮНШ

Москва — 2012

005046188

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН)

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

главный научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН)

Салтыковскнн Артур Яковлевич

Официальные оппоненты: Николаев Алексей Всеволодович,

доктор физико-математических наук, член.-корр. РАН, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН), зав. лаб. 310

Бочаров Виктор Львович,

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Воронежский государственный университет, геологический факультет, г. Воронеж, зав.каф. гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии

Ведущая организация: Геологический факультет Московского

государственного университета, г. Москва

Защита состоится 20сентября 2012 г. в 'И часов на заседании диссертационного совета Д002.001.01, созданного при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН) по адресу: 123995, ГСП-5, г. Москва Д-242, Б. Грузинская ул., 10, строение 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ РАН.

Автореферат разослан июня 2012 г.

Ученый секретарь л/

кандидат физико-математических наук ^уГСили^ Пилипенко О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Построение вещественных моделей земной коры и верхов мантии различных геологических структур является основным, завершающим этапом изучения глубинного строения. Они существенно расширяют знания о папео- и современных геологических процессах и явлениях, происходящих на больших глубинах исследуемых территорий и вносят значительный вклад в решение фундаментальных проблем эволюции этих регионов.

Определяющими параметрами при создании петрофизической модели, в первую очередь, являются скоростные и плотностные характеристики образцов пород из определенных комплексов, отобранных в верхних горизонтах земной коры, а затем экспериментально изученных при высоких РТ-условиях, а также информация о строении земной коры по данным ГСЗ и гравиметрии. При этом предполагается, что глубинные горизонты земной коры могут быть представлены ассоциациями тех же пород, которые выходят на поверхность кристаллического фундамента, но находящихся в высоких РТ-условиях. Это предположение базируется на данных, полученных при бурении сверхглубоких скважин. Построенные в настоящее время вещественные (петрофизические) модели, в основном, являются вероятностными моделями. Однако оценка вероятности вещественного состава на разных глубинах, как правило, не проводится, по сути, это качественный прогноз.

Исключительная важность петрофизических моделей земной коры и верхов мантии при разработке как фундаментальных, так и прикладных проблем требует оценки степени их достоверности, т.е. вероятности прогноза. Для их получения необходим алгоритм, основанный на вероятностно-статистическом подходе.

Большой объем базы петрофизических данных пород Воронежского кристаллического массива (ВКМ), данные о глубинном строении являются хорошей основой для статистического анализа и создания основанной на нем вероятностной петрофизической модели литосферы региона.

Цель работы

Целью работы является построение вероятностно-статистической петрофизической (вещественной) модели земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива. Реализация поставленной цели предусматривает решение следующих задач:

- сбор и систематизация геологических и геофизических данных о строении литосферы ВКМ, выделение основных типов пород, представляющих поверхность докембрийского фундамента ВКМ;

- анализ базы петрофизических данных образцов пород ВКМ (в том числе при высоких РТ-условиях), реализация их классификации по совокупности физических характеристик на основании алгоритма Байеса;

построение вероятностной вещественной модели литосферы Воронежского кристаллического массива.

Научная новизна

- на основе анализа большого объема информации о петрофизических характеристиках основных типов пород докембрия ВКМ, как при нормальных, так и высоких РТ-условиях, показано, что их свойства (плотность и скорость) варьируют в широком диапазоне значений. Это связано не только с некоторым изменением вещественного состава в пределах одного типа пород, но и, в первую очередь, со степенью «уплотнения-разуплотнения»;

- определены диапазоны изменения скорости продольных волн и плотности для различных глубинных уровней в кристаллической коре ВКМ на основе обобщения и анализа данных ГСЗ и одномерных плотностных моделей;

- впервые обоснован вероятностно-статистический подход к оценке вещественного состава глубоких горизонтов кристаллической коры ВКМ; л

- впервые была создана количественная вероятностная вещественная модель литосферы ВКМ, позволяющая оценить вероятность нахождения определенных типов пород в каждом из слоев с известными физическими параметрами.

Защищаемые положения:

1. Петрофизические характеристики при нормальных и высоких РТ-условиях различных типов горных пород ВКМ и данные о глубинном строении региона являются необходимой и достаточной информацией для построения вещественной модели земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива.

2. Применение критерия Байеса с целью классификации горных пород позволило построить вероятностную вещественную модель литосферы ВКМ на основе петрофизических характеристик и данных о глубинном строении региона.

3. Создана вероятностная вещественная модель земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива, позволяющая оценить вероятность содержания определенного типа пород на конкретном глубинном уровне.

Фактические материалы и методы исследования

Результаты исследования базировались на опубликованных многочисленными авторами работах по геологическому строению ВКМ, базе петрофизических данных, полученной Н.С. Афанасьевым (ВГУ), и на обобщенной петроскоростной модели литосферы ВКМ, разработанной Л.И. Надежка и А.И. Дубянским (ВГУ). Обработка петрофизической информации осуществлялась при помощи комплекса программ: BORLAND С++ BUILDER, STATSOFT STATISTIC A, MATHWORKS MATLAB, MICROSOFT EXCEL.

Личный вклад автора

Автор участвовал в обработке и интерпретации петрофизических данных (более 2000 образцов), отобранных из глубоких скважин, локализованных на территории ВКМ. Автор подготовил данные к исследованию на ЭВМ. Программы классификации и вычисления вероятности нахождения пород в слое были реализованы автором на языке программирования программной среды MATLAB, визуализация полученных результатов представлена автором с помощью табличных и графических редакторов.

Практическая ценность работы

Результаты работы представляются важными при исследовании глубинного строения и вещественного состава литосферы ВКМ. Предложенный метод построения вероятностной вещественной модели литосферы может быть использован в других закрытых в геологическом отношении регионах (Балтийский щит, Сибирская платформа и пр.).

Апробация

Результаты работы докладывались на X, XI, XII конференциях "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о земле" ИФЗ РАН (г. Москва, 2009, 2010, 2011 гг.); XVI международной конференции «Свойства, структура, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы» (г. Воронеж, 2010 г.); на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (г. Москва). Основные результаты работы были доложены и обсуждались на объединенных семинарах Лаборатории экспериментальных исследований физических процессов в литосфере ИФЗ РАН.

РАН A.B. Пономареву, доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 205 ИФЗ РАН С.А. Тихоцкому и доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 309 ИФЗ РАН Ю.О. Кузьмину за ценные замечания и рекомендации в процессе подготовки работы, кандидату геогр. наук В.В. Мацковскому за участие в реализации математических алгоритмов на ЭВМ, ст. редактору журнала «Геофизические исследования» Н.И. Тимофеевой и И.Н. Сафроничу за поддержку и помощь в оформлении графических материалов, М.А. Ефременко, Э.И. Золототрубовой, Ю.И. Борисовой и Д.Ю. Нескоромному за внимание и обсуждение отдельных разделов работы. Автор искренне благодарит коллег И.Е. Бушмину, Ю.Ф. Соколову, Г.С. Кушнира, Ф.Н. Яковлева за отзывчивость и поддержку в ходе подготовки работы.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав основной части, заключения и приложения. Объем работы 137 страниц, 28 рисунков, 8 таблиц. Список использованных источников включает 143 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе: «Состояние проблемы и постановка задачи» представлен краткий обзор алгоритмов прогнозирования вещественного состава глубоких недр земной коры в различных регионах, а также основные этапы алгоритма, который использовался в данной работе.

В последнее время исследователи все чаще обращаются к построению региональных глубинных петрофизических моделей литосферы с использованием результатов экспериментального изучения физических свойств горных пород при высоких РТ-условиях и геолого-геофизических наблюдений [Лебедев, 1997]. Петрофизические модели позволяют более однозначно прогнозировать особенности глубинного строения и состава недр. Очень важным вопросом при построении петрофизических моделей являются результаты изучения физических свойств (Vp, Vs и р) различных комплексов пород при высоком давлении и температуре. Этим вопросам посвящено значительное число работ [Лебедев, Корчин и др., 1972, 1986, 1987, 1988; Воларович а др., 1974]. Полученные данные однозначно свидетельствуют, о том, что закономерности изменения физических свойств (Vp, Vs и р) при увеличении давления и температуры для разных комплексов пород имеют специфические черты.

Так, Н.С. Афанасьев, опираясь на данные ГСЗ и результаты измерения скорости продольных волн и плотности при высоких РТ-условиях для основных типов пород поверхности фундамента Воронежского кристаллического массива, прогнозировал вещественный состав земной коры на качественном уровне [Афанасьев, Тарков, 1985; Афанасьев, 2000]. Наиболее хорошо разработана методика построения вещественных моделей земной коры в Институте геофизики HAH Украины. Т.С. Лебедев с соавторами провел глубинное петроскоростное моделирование земной коры ряда районов Украинского щита [Лебедев, Буртный, Корчин и др., 1976, 1988, 1999, 2000]. Определяющими параметрами при создании петроскоростных моделей, в первую очередь, явились скоростные и плотностные характеристики образцов пород из определенных комплексов, отобранных в верхних горизонтах земной коры, а затем изученных при высоких РТ-условиях, а также информация о строении земной коры по данным ГСЗ и гравиметрии. На сейсмических разрезах в пределах Украинского щита отмечается блоково-слоистое строение земной коры, при этом каждый из блоков характеризуется своей скоростной колонкой [Лебедев, Буртный, Корчин и др., 1976, 1988, 1999, 2000], т.е. каждому слою в пределах блока присуще свое среднее значение Vp и характер его изменения с глубиной. С другой стороны, для конкретных пород на кривых экспериментальных зависимостей Vp=f(P(H),T(H)) для определенных интервалов Р и Т

выделяются участки с различными градиентами скорости, которые сопоставляются с данными ГСЗ для отдельных слоев на соответствующих глубинах. При этом предполагалось, что глубинные горизонты земной коры могут быть представлены ассоциациями тех же пород, которые выходят на поверхность фундамента, но находящихся в высоких РТ-условиях. Это предположение базировалось на данных, полученных при бурении сверхглубоких скважин.

В работах Т.С. Лебедева с соавторами изложен алгоритм прогнозирования вещественного состава глубоких недр земной коры, который реализуется при оценке вещественного состава и в других регионах [Лебедев, Половинкин, Корчин и др., 1983; Афанасьев, Тарное, 2000]. Полученные при таком подходе вещественные модели являются качественными вероятностными моделями. Однако количественная оценка вероятности нахождения определенных типов пород на разных глубинах при описанном алгоритме не приводилась, по сути, это качественный прогноз. Вместе с тем, исключительная важность петрофизических (вещественных) моделей земной коры и верхов мантии при разработке как фундаментальных, так и прикладных проблем требует количественной оценки степени их достоверности, т.е. вероятности прогноза.

Вывод к первой главе: для получения вероятности нахождения определенных типов пород в тех или иных глубоких горизонтах с известными физическими свойствами необходим алгоритм, основанный на вероятностно-статистическом подходе. Один из таких алгоритмов на примере геолого-геофизических характеристик Воронежского кристаллического массива изложен в настоящей работе. Основные этапы алгоритма: 1) изучение геолого-структурных особенностей региона; выделение основных групп пород, формирующих геологическую среду; изучение их свойств при нормальных и высоких РТ-условиях; анализ их статистических характеристик; 2) анализ геофизической информации о глубинном строении Воронежского кристаллического массива; определение свойств обобщенного разреза земной коры и верхов мантии региона; 3) разработка вероятностно-статистического метода классификации горных пород; 4) создание вероятностно-статистической петрофизической (вещественной) модели земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива.

Во второй главе: «Изученность и основные черты геологии Воронежского кристаллического массива» изложены и проанализированы современные представления о геологическом строении региона. Воронежский кристаллический массив является фундаментом одноименной антеклизы. Ось антеклизы ориентирована в направлении Богучар-Павловск-Курск-Брянск. Внешней структурной рамой антеклизы является на севере Московская синеклиза, на востоке - Прикаспийская синеклиза, на юге - Припятско-Донецкий авлакоген (рис. 1). По мере проведения исследований появлялись обобщающие работы по геологии региона. Разными группами исследователей были составлены общая схема структурно-тектонического строения КМА, находящейся в западной части ВКМ [Шмидт, 1957], схема петрографического расчленения поверхности кристаллического фундамента [Копаев, Красовицкая, 1964], схема строения кристаллического фундамента КМА и сопредельных территорий [Полищук В.Д., Полшцук В.И., 1967], новые варианты геологической и тектонической схем ВКМ [Гаврюшова и др., 1977].

Воронежский кристаллический массив представляет собой погребенный выступ метаморфических и магматических пород архейского и протерозойского возраста. В геологическом строении изучаемой территории отчетливо выделяются два структурных мегакомплекса. Верхний мегакомплекс (платформенный чехол) представлен отложениями венд-рифея позднего протерозоя, девонской и каменноугольной системами палеозоя, юрской и меловой системами мезозоя, палеоген-неогеновой и четвертичной системами кайнозоя [Раскатов, 1967; Раскатов и др., 1970, 1976; Трегуб, 2002]. Нижний - кристаллический фундамент антеклизы - образован метаморфическими и магматическими породами протерозойского и архейского времени [Красовицкая, Павловский, 1976; Крестин, 1980; Молотков и др., 2001; Черныиюв, Ненахов, 2001].

Породы осадочного чехла залегают на поверхности

кристаллического фундамента с резким угловым несогласием. Основание разреза на

рассматриваемой территории

представлено палеозойским

комплексом, включающим девонские и каменноугольные отложения. Девонские образования пользуются широким распространением в пределах так называемого "центрального девонского поля", где они перекрывают породы докембрийского фундамента. Их мощность колеблется от десятков метров в сводовой части антеклизы до сотен метров на ее склонах. Мезозойский комплекс на исследуемой территории представлен юрскими и меловыми отложениями, которые трансгрессивно перекрывают палеозойские образования, а местами, в центральной части Воронежской антеклизы, залегают непосредственно на поверхности фундамента. Мезозойские образования

характеризуются значительной изменчивостью состава и мощностей отдельных толщ. Кайнозойские отложения распространены повсеместно и отделены от подстилающих более древних комплексов хорошо выраженным эрозионным несогласием. Интервал значений плотности пород осадочного чехла довольно широкий: от 2.00 г/см3 до 2.70 г/см3, что обусловлено в первую очередь литологическим составом и условиями осадконакопления [Афанасьев, ¡985].

В соответствии с историей развития Восточно-Европейской платформы для докембрия Воронежского кристаллического массива, как ее части, можно наметить четыре крупных этапа развития [Копаев, Красовицкая, 1964: Полищук, 1964; Леоненко и др., 1967; Афанасьев и др., 1971; Плаксенко и др., 1976; Благонадеждин, 1977] и соответствующие им 4 структурно-формационных комплекса.

Первый этап связан с древнейшей эпохой начального развития земной коры в раннем архее. К этому этапу относится развитие метабазит-гранито-гнейсовой формации. На ВКМ ей соответствует обоянская (АЯ|оЬ) серия пород, достаточно широко распространенная в центральной и западных частях массива и представленная, в основном, гнейсами. На породах обоянской серии в гранитоидах салтыковского комплекса устанавливается древняя кора выветривания. Это свидетельствует, что к концу раннего архея на территории Курской магнитной аномалии появилась протоплатформа со сложным тектоническим планом, предопределившим все дальнейшее развитие региона [Полищук, 1964; Плаксенко и др., 1976].

Второй этап связан с позднеархейской эпохой накопления достаточно мощных вулканогенно-осадочных толщ в прогибах. С началом этапа связано формирование в позднем архее вулканогенно-осадочных образований Михайловской серии (АИлтЬ), наиболее распространенных на поверхности кристаллического фундамента центральной части массива. Формирование таких структур происходит в областях, примыкающих к зонам сочленения нижнеархейских блоков [Египко. 1966; Египко и др.. 1976].

---' ' -— ----- Е23 ' ЕЭ 1

Рис.Т. Схема тектонического районирования Русской платформы (по В.Д. Наливкину, В.П. Кирикову). 1 -

граница Русской платформы; 2 - граница основных структур; 3 - южная граница Скифской плиты; 4 -докембрийские авлакогены; 5 - палеозойские авлакогены.

С раннепротерозойским этапом развития ВКМ связано формирование курской серии (РЯ|к): терригенных, сланцево-песчанниковых и террнгенно-хемогенных-железисто-кремнистых формаций. Последние широко развиты на КМА и практически отсутствуют в других частях ВКМ. Минеральный и химический состав нижней свиты курской серии указывает на то, что источником их накопления в основном служили коры выветривания, реже неизмененные подстилающие породы.

С формированием комплекса нижне- и верхнепротерозойских пород практически завершается консолидация коры ВКМ, а последующие геотектонические процессы приобретают типично платформенный характер. Проявление магматизма в позднем протерозое и раннем фанерозое фиксируется в глубоких авлакогенах [Красовицкая, Павловский, /976], их прибортовых флангах и в несколько удаленных от них "отраженно" активизированных глубинных разломах (девонский магматизм ВКМ).

Поверхность фундамента Воронежского кристаллического массива разделяется на три крупных сегмента [Копаев, 1967; Муратов, 1973; Тарное, 1974; Леоненко и др., 1976; Тарков, Надежна, 1989] - мегаблок Курской магнитной аномалии (КМА) и восточную часть -Хоперский мегаблок, разделенные Лосевской шовной зоной (ЛШЗ).

Мегаблок КМА представлен сочетанием архейских зеленокаменных поясов и гранито-гнейсовых куполов. Мегаблок строго автономен и по своим петрофизическим характеристикам относится к категории «легких» и «высокомагнитных» структур со значительной мощностью земной коры [Полищук В.Д., Полищук В.И., 1971; Чернышов, 1972]. В эрозионном срезе куполов и срединных массивов древнейшими являются нижнеархейские образования, относимые к обоянской серии [Жаворонкин и др., 1974]. Мегаблок характеризуется широким развитием раннекарельских рифтогенных структур (Михайловская, Тим-Ястребовская, Белгородская, Волотовская и т.д.) с четко выраженными положительными аномалиями силы тяжести и высокоинтенсивными полосовидными положительными магнитными аномалиями. Рифтогенные структуры сложены глубокопреобразованными вулканогенными и вулканогенно-осадочными породами. Отложения яковлевской, белгородской, тимской свиты нижнего протерозоя в различных структурах представлены метапесчаниками, сланцами различного состава, в том числе углеродистыми, сульфидсодержащими, с прослоями магнетитовых кварцитов. В основании их залегают мощные слои железистых кварцитов курской серии [Плаксенко, 1966].

Крупномасштабная структура первого ранга в составе ВКМ - Лосевская шовная зона (ЛШЗ) простирается с юга на север на 600 км от Днепрово-Донецкого до Пачелмского авлакогена. Зона отделяет мегаблок КМА от Хоперского мегаблока. Она уверенно фиксируется в магнитных полях и характеризуется специфическим набором пород осадочно-метаморфических и вулканогенно-интрузивных формаций. Здесь получили широкое развитие протогеосинклинальные вулканогенные толщи лосевской серии, среди которой преобладают метаэффузивы основного и среднего состава. К настоящему времени установлен преимущественно базальт-риолитовый состав этой серии с резко подчиненным развитием средних эффузивов (андезитов, андезито-базальтов), низкая (не выше зеленосланцевой фации) степень метаморфизма, ограниченный объем в ней мигматизированных пород. Благоприятное сочетание этих факторов позволило ее структурировать. Путем интерпретации гравитационных аномалий локализованы низы разреза (преимущественно метаэффузивы среднего и основного состава), а магнитными полосовидными аномалиями отражены верхи разреза (в основном кислые метаэффузивы). В отличии от аналогов Михайловской серии средние и кислые породы лосевской серии характеризуются повышенной магнитностью [Афанасьев, 1996].

Хоперский мегаблок по сравнению с мегаблоком КМА является менее магнитным и сложен ритмично-слоистыми метаморфизированными флишоидными образованиями раннекарельского структурно-вещественного комплекса. Эти образования представлены песчанико-сланцевыми породами воронцовской серии, метаморфизированными до зеленых сланцев, а в некоторых блоках биотит-силлиманитовых гнейсов [Леоненко и др., 1976].

Структуры докембрийского фундамента осложнены многочисленными тектоническими нарушениями разного ранга.

Вывод ко второй главе: структура поверхности фундамента ВКМ неоднородна, вследствие чего он может быть рассмотрен как совокупность различных геологических структур. Количество выделяемых структур в массиве зависит от учета ранга разъединяющих их разломов. Породы, выходящие на поверхность фундамента различных блоков, также различаются, что дает основание предполагать наличие латеральных неоднородностей и в обобщенном глубинном вещественном разрезе литосферы ВКМ.

В третьей главе: «Основные петрофизические характеристики горных пород земной коры ВКМ» приведены результаты обобщения литературных и фондовых данных о петрофизических характеристиках основных корообразующих пород ВКМ. Образцы были отобраны из скважин по всему региону. Выполнялись исследования при нормальных и высоких РТ-параметрах.

Первые петрофизические исследования пород ВКМ относятся к 1923 г. [Дубянский, Хакман, 1949], когда была вскрыта Щигровская магнитная аномалия. К концу 50-х гг. XX в. сформировались основные задачи петрофизики: получение физических, химических и минеральных свойств горных пород на одних и тех же образцах с учетом условий их образования и генезиса для установления связи между их различными параметрами. К концу 60-х гг. изученные петрофизические параметры были представлены плотностью, скоростью продольных и поперечных волн, остаточной намагниченностью, магнитной восприимчивостью, кажущимся сопротивлением, минеральным парагенезисом и химическим составом [Афанасьев, Павловский, 1966, 1970; Копаев, 1967; Афанасьев, 1970, 1972, 1976, 1982; Жаворонкин и др., 1974]. Проведены измерения упругих свойств при высоких РТ-параметрах, что позволило получить значения физических свойств пород, соответствующие реальным условиям их залегания [Афанасьев, 1974; Вавакин, 1978].

К настоящему времени произведено более 50000 измерений физических свойств (плотности, скорости распространения упругих волн, магнитной восприимчивости и др.) при нормальных РТ-условиях. При высоких РТ-условиях (давление до 20 кбар, температура до 500 'С) выполнены измерения плотности, скорости продольных и поперечных волн и других упругих параметров более чем на 100 образцах основных комплексов горных пород, слагающих поверхность фундамента ВКМ.

Путем обобщения результатов измерения физических свойств при нормальных РТ-условиях получено петрофизическое описание пород ВКМ [Афанасьев, 1982, 1985]. Описание включало физические и химические свойства пород, а также сведения об условиях породообразования [Воларович и др., 1974; Афанасьев, 1982, 1984, 1985, 2000; Тарков и др., 1984; Геншафт, 1996 и пр.]. Основными петрологическими ассоциациями в пределах ВКМ являются: гнейсовая ассоциация, метабазитовая ассоциация, железисто-кремнисто-сланцевая, мигматит-гранитоидная ассоциация, ультрабазитовая, диорит-габброидная [Афанасьев, 1996, 1997, 1998, 1999, 2001]. Каждая ассоциация включает различные разновидности соответствующих пород, отличающихся вещественным составом, характером и степенью метаморфизма. На рисунке 2 представлена классификация горных пород докембрия ВКМ. Из рисунка видно, что физические свойства горных пород значительно варьируют.

Согласно исследованиям Н.С. Афанасьева, более чем на 70% территории ВКМ развиты гранит-мигматит-гнейсовые образования. Среди гранито-гнейсов преобладают биотитовые представители плагиоряда (мигматит-плагиогранитная формация). Вместе с тем широко развиты плагио-микроклиновые разновидности (мигматит-гранитоидная формация). В целом для ВКМ биотитовых пород среди гнейсов около 76%, среди мигматитов более 85% и среди гранитоидов - 75% [Афанасьев, 1996].

Рис. 2. Петрофизические и петрохимические характеристики горных пород докембрия ВКМ (автор Н.С. Афанасьев): а) р. г/см3 - плотность пород; б) Vp, Vs, км/с - скорость распространения продольных и поперечных волн, в) х. Ю'5 СИ -магнитная восприимчивость; г) In, 10"3 А/м - остаточная намагниченность; д) г], % -вызванная поляризуемость; е) Fm - содержание фемических минералов и SiO? — содержание кремнекислоты, (весовые %); ж) XFe (FeiOs+FeO) — содержание суммы окислов железа (весовые %); з) ZA (NaiO+KiO)-сумма А (весовые %). /гнейсовая ассоциация, II - метабазитовая ассоциация, III - железисто-кремнисто-сланцевая ассоциация, IV—мигматит-гранитоидная ассоциация, V—улыпрабазитовая ассоциация, VI-

диорит-габброидная ассоциация.

Гранитоиды ВКМ относятся к различным формационным типам. Петрофизическая характеристика конкретных петротипов гранитоидов рассмотрена во многих работах [Афанасьев, Павловский, 1966; Афанасьев, 1970, 1982, 1984, 1997]. Для них установлено, что при изменении р в пределах 0.10 г/см3, дисперсия Vp может составлять более 1.00 км/с. Это связано не только с содержанием фемических минералов, но и со структурно-тектоническими факторами их формирования и последующей степенью метаморфизма. В гранитоидах прослеживается значительная роль структурно-петрофизического состояния тел, т.е. режимов «сжатия-растяжения», который проявляется в значениях Vp/p.

Метабазитовые образования развиты во всем диапазоне дорифейских формаций. Они характеризуются варьирующими петрофизическими параметрами в каждом из геоблоков ВКМ [.Афанасьев, Павловский. 1966, 1970; Афанасьев, 1984]. Физические свойства метабазитов региона тесно связаны с особенностями метаморфизма и составов: минерального и химического, а также со структурно-текстурными признаками пород.

Петрофизический анализ базит-гипербазитов рассматривался во многих публикациях [Афанасьев, Павловский, 1966; Афанасьев, Чернышов, 1969; Афанасьев, 1972, 1982; Афанасьев и др., 1974]. Изучение петрофизических свойств базит-гипербазитов показывает, что даже для идентичных по минеральному, химическому составу и плотности образцов пород вариации скорости продольных волн достигают более 1.0 км/с. Это обстоятельство приводит к предположению о различии структурно-петрофизического состояния объектов.

Железисто-кремнистые породы относятся к трем самостоятельным формациям [Щеголев. 1985]. Они занимают около 1-1.5% площади поверхности кристаллического фундамента массива, но их экстремальные физические характеристики, в том числе р - более 3.3 г/см3 - позволяют выделять их в геофизических полях, и подчеркивают элементы внутреннего строения геологических структур в зонах их развития. В строении ВКМ железисто-кремнисто-сланцевые формации представлены протяженными структурами, приуроченными к блокам с повышенной мощностью земной коры [Афанасьев, 1984].

Изучение зависимостей физических свойств друг от друга и от вещественного состава горных пород показывает, что они могут сильно варьировать в однотипных связях. К примеру, в обобщенных выборках для разных ассоциаций горных пород зависимость Ур-р практически отсутствует и дисперсия значений Ур в лЬбом интервале р составляет более 1.0 км/с [Афанасьев, 1970, 1972, 1984] (рис. 3).

V* ---

КМ/С | + I ]

Ш2

Рис. 3. Корреляция плотности и скорости распространения продольных волн в горных породах гранито-гнейсового и базит-метабазитового комплексов: 1 -....... . . - ' + породы гранито-гнейсовой группы; 2 -

+ метабазитовый комплекс пород (автор -

• •, ■ ; • метаоазитовыи

•'• Н.С.Афанасьев)

р,г/см

Вместе с тем детальный анализ связи скорости упругих волн и плотности для различных комплексов пород показал, что в пределах каждого комплекса пород эти связи имеют специфические черты: от существенно положительных (серпентиниты, пироксениты, перидотиты, диориты, габбро, мигматиты, гранитоиды) до отсутствия связи или даже слабоотрицательной (гнейсы, сланцы, амфиболиты). Эти особенности взаимоотношений Ур-р объясняются особенностями как состава, так и состояния вещества.

Результаты анализа большого объема данных показали, что изменение петрофизических величин может быть связано не только с количественным соотношением породообразующих минералов, но и с другими факторами, такими как характер проявления петроструктурной ориентировки, процессов перекристаллизации и т.д. Н.С. Афанасьевым показано, что физические свойства геологических объектов определяются не только вещественным и минеральным составом, но и не в меньшей степени структурно-петрофизическим (геодинамическим) их состоянием, в частности «уплотнением-разуплотнением» объектов [Афанасьев, 1972, 1984, 1998]. По этой причине в обобщенных выборках, в составе которых находятся образцы из «уплотненных и разуплотненных» тел, связь Ур-р практически отсутствует. Основным параметром, позволяющим оценить «уплотнение или разуплотнение» среды, является отношение "Ур/р. Из экспериментальных данных и уравнений состояния, достаточно полно приведенных в работах [Афанасьев, 1972, 1984], для усредненных условий Ур/р составляет порядка 2.17-2.20. Низкие его значения (менее 2.10-2.15) наблюдаются в «структурно разуплотненных», а высокие (2.22 и более) в «уплотненных» телах [Афанасьев,

1984]. По степени корреляции физических свойств со структурно-минералогическими изменениями можно делать выводы об особенностях физико-химических условий формирования пород [Афанасьев, 2000, 2001].

Поведение скорости продольной волны (Ур) и плотности (р) при высоких давлении и температуре было исследовано для нескольких групп изверженных и метаморфических горных пород. В обобщенном виде зависимость скорости и плотности от давления для основных типов корообразующих пород ВКМ представлены на рисунках 4а и 46 соответственно.

УР .И*

ело

Рис. 4а. Зависимость скорости продольных волн Рис. 46. Зависимость плотности от давления для

от давления для горных пород ВКМ: горных пород ВКМ: 1 -пироксениты,

1 -пироксениты, перидотиты; 2 -габброиды; перидотиты; 2 - амфиболиты; 3 -габброиды; 3 -гранитоиды; 4 - серпентиниты (Афанасьев и 4 -серпентиниты; 5 -гранитоиды ДР-> 1975) (Афанасьев и др., 1975)

Из рисунка видно, что в интервале давлений до 1 кбар для всех групп пород наблюдается высокий градиент Ур (до 10%), а плотность при этом изменяется мало. При больших давлениях (до 19 кбар) увеличение Ур составляет не более 5%, а р 3% от исходных значений (рис. 4а и 46). В целом для всех групп пород изменение физико-механических параметров, измеренных при различных давлениях, определяется их структурно-минералогическими особенностями, химическим составом минералов и плотностью их упаковки.

Как видно из рисунков 4а и 46, максимальные значения плотности и Ур отмечаются у пироксенитов и перидотитов. При давлении 19 кбар они равны: р=3.35 г/см3, Ур=8.30 км/с. Диапазон колебаний признаков практически постоянный и изменение физических параметров находится в прямой зависимости от содержания пироксенов (магнезиальное™ и замещения их вторичными минералами).

Породы группы габбро представлены несколькими петрографическими разновидностями. Из рис. 4а и 46 видно, что в этой группе колебания скорости и плотности охватывают широкий интервал значений, перекрывая вверху частично область пироксенитов, а снизу - часть поля гранитоидов. Высокими значениями обладают меланократовые габбро и габбро-нориты, а наиболее низкими - амфиболизированные габбро с высоким содержанием слюд. Максимальные значения Ур для габбро (7.80 - 8.00 км/с) получены при давлении 19 кбар. При атмосферном давлении Ур для этих пород изменяется от 6.5 до 7.0 км/с. В габброидах величина физико-механических параметров, так же как и в пироксенитах, определяется количественным соотношением первичных минералов, содержанием в них петрогенных элементов, наложенными вторичными минералами, структурой и деформацией [Баюк, Тедеев, 1974; Афанасьев и др., 1977; Вавакин, 1978].

Гранитоиды не имеют перекрытия дисперсий значений Ур с пироксенитами и амфиболитами. При высоком давлении Ур некоторых разновидностей превышает их величины для измененных и лейкократовых габбро.

Таким образом, поверхность фундамента ВКМ представлена широким спектром геологических образований, характеризующихся специфическим набором петрофизических характеристик, отражающих особенности вещественного состава, физических параметров и геодинамического состояния различных участков докембрия ВКМ.

Вывод к третьей главе: на основе обобщения по литературным и фондовым данным петрофизических характеристик горных пород ВКМ показано, что поверхность кристаллического фундамента представлена шестью основными ассоциациями горных пород. В каждой из ассоциаций наблюдается значительная вариация физических свойств, минерального и химического составов, входящих в ассоциацию горных пород. Отмечается специфический характер связи Ур-р и значительная дисперсия значений этих параметров. Это может быть объяснено не только различиями в вещественном составе, но и в структурно-геодинамическом состоянии. Выполненные в предшествующие годы исследования физических свойств (Ур и р) при высоких РТ-условиях показали, что диапазон изменения Ур и р в пределах одного и того же комплекса пород сохраняется и при высоких РТ-условиях. Однако абсолютные значения этих параметров увеличиваются в пределах 10% в интервале давления до 1 кбар. При больших давлениях вплоть до 19 кбар общее увеличение Ур составляет не более 5%, р не более 3%.

В четвертой главе «Глубинное строение литосферы Воронежского кристаллического массива по геофизическим данным» изложены современные представления о строении земной коры и верхов мантии ВКМ.

На территории ВКМ выполнен значительный объем глубинных сейсмических исследований комплексом методов: глубинное сейсмическое зондирование, гравиметрические и электромагнитные исследования [Чсшо и др., 1971; Тарков и др., 1971; Тарков, Чсшо, 1972; Тарков, 1974; Базула и др., 1974; Дубянский, 1984; Надежка и др., 1989; Дубянский, Надежка, Тарков, 1993; Павленкова, ¡996; Кашубин, 2002} (рис. 5). В настоящее время путем обобщения и анализа получены данные о строении земной коры и верхов мантии, построены скоростные и плотностные модели {Дубянский, 1984; Надежка и др., 1989; Дубянский и др., 1993; Надежка, Дубянский, 1994; Кашубин, 2002]. По этим данным мощность земной коры в пределах ВКМ изменяется от 38.0 до 47.5 км. Наибольшей мощностью земной коры характеризуется Хоперский мегаблок, минимальная мощность отмечается в архейских срединных массивах |Дубянский, 1984; Дубянский и др., 1993].

Рис. 5. Схема Воронежского кристаллического массива с профилями ГСЗ исследуемой территории (авторы - Надежка

1 - тектонические нарушения;

2 - профили ГСЗ: 3 - пункты

Л.И., Дубянский А.И.):

промвзрыва

Как свидетельствуют результаты исследований земной коры региона, кроме подошвы коры, выделяется ряд границ, на которых происходит скачок скорости и плотности или изменяется градиент этих параметров с глубиной. На рис. 6 представлены обобщенные модели изменения скорости и плотности в земной коре и верхах мантии [Дубянский. 1984; Tarkov and eds, 1987]. Как следует из результатов исследований пород кристаллического фундамента ВКМ, первые километры консолидированной толщи характеризуются изменчивыми физическими параметрами.

2.5 2.8 2.7 28 2.9 3 3.) 3.2 3.3 3.

пгь

Рис. 6. Обобщенная литосферы ВКМ (по Лубянского А.И.): 1 -

ШШз

геофизическая модель данным Надежка Л.И.,

графики изменения средних значений Ур и р для двух моделей; 2 - горизонты, к которым приурочено максимальное число отражающих границ; 3 - диапазон изменения Ур и р на различных глубинных уровнях

В целом, до наиболее выдержанной внутрикоровой

сейсмической границы Кз скорость в среднем изменяется от 5.80 км/с до 6.85 км/с, плотность от 2.57 до 2.90 г/см3. Следует отметить, что на каждом глубинном уровне дисперсия физических параметров значительна [Дубянский, 1984; Надежка и др., 1989; Надежка, Дубянский, 1994]. Так на уровне 10 км Ур изменяется от 5.85 км/с до 6.55 км/с, а р от 2.58 г/см3 до 2.83 г/см3 в зависимости от пространственного положения сейсмических профилей, характеризующих глубинное строение конкретных геологических структур. В слое между границами К3 и К мощностью от 5 км до 15 км скорость изменяется от 6.50 км/с до 7.25 км/с, плотность от 2.81 г/см3 до 3.05 г/см3. Отклонение от указанных средних значений в этом слое значительное: для Ур ±0.4 км/с, для р ±0.2 г/см3. Нижняя часть коры характеризуется изменчивыми значениями Ур и р. Так Ур изменяется от 6.7 км/с до 7.55 км/с, плотность -от 2.95 г/см3 до 3.25 г/см3 [Надежка и др., 1989]. По имеющимся сейсмическим материалам и результатам интерпретации гравитационного поля в верхах мантии с непересекающимися интервалами

намечается две различные модели изменения Ур и р значений [Надежка и др., 1979. 1998; Надежка, Дубянский, 1984] (рис. 6).

В целом, обобщенные модели изменения с глубиной V, и р позволяют судить о региональном характере распределения этих параметров в глубинных горизонтах земной коры и верхах мантии. Дисперсия этих параметров на разных глубинных горизонтах свидетельствует о латеральной изменчивости Ур и р в зависимости от геологического строения и геодинамического состояния земной коры и верхов мантии.

Вывод к четвертой главе: Обобщенные модели изменения с глубиной плотности и скорости продольных волн отражают основные особенности строения земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива. Судя по обобщенным данным, литосфера

ВКМ обнаруживает четкую расслоенноеть и существенную латеральную неоднородность. Об этом свидетельствует значительная дисперсия Vp и р на разных глубинных уровнях. В кристаллической коре выделяются горизонты, к которым приурочено максимальное количество отражающих границ. Они делят земную кору на шесть слоев, в которых скорость продольных волн и плотность изменяются в широком диапазоне значений.

В пятой главе: «Разработка вероятностно-статистической петрофизической модели земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива» описана база петрофизических данных образцов пород ВКМ, приведены статистические характеристики, предложен алгоритм классификации пород по их скорости и плотности (в том числе с учетом высоких РТ-режимов, соответствующих условиям залегания пород на больших глубинах), и на основе его реализации построена обобщенная вероятностная петрофизическая модель литосферы ВКМ. Поскольку глубокие горизонты ВКМ недоступны для непосредственного изучения, но получены их физические свойства, необходимы методы для их дополнительного исследования. Такую возможность дают математические методы.

Традиционно для обработки большого количества экспериментально полученных данных используется аппарат математической статистики [Брандт, 1975]. Он применим, когда идет речь о случайных величинах, которыми при решении данной задачи являются свойства образцов горных пород из базы петрофизических данных. Сама база данных в данном случае явилась выборкой всех образцов пород ВКМ.

Можно выделить 9 типов пород, наиболее полно представленных на поверхности фундамента ВКМ, в том числе магматических (габбро, граниты, диориты, перидотиты, пироксениты) и метаморфических (амфиболиты, гнейсы, мигматиты, сланцы). Чтобы классификация была наиболее достоверной [Леляев и др., 2012], а также вследствие недостаточного количества записей в базе данных, однотипные породы (тем не менее, с перекрывающими друг друга значениями физических характеристик) при проведении данной работы были объединены в группы. Так, перидотиты и пироксениты были объединены в группу ультраосновных, а граниты и мигматиты - в группу кислых пород.

Всего в базе петрофизических данных, собранной Н.С. Афанасьевым, было представлено 2343 образца (255 амфиболитов, 174 диорита, 189 габбро, 302 гнейса, 743 кислых, 640 сланцев и 40 ультраосновных). Значения скорости продольных волн варьировали от 4.10 до 7.40 км/с, плотности - от 2.56 до 3.47 г/см3. Данные прошли необходимую подготовку к исследованию, из базы были удалены записи с пропущенными значениями, а также статистические выбросы. Рассчитанные статистические характеристики свойств исследуемых пород не удовлетворяют нормальному закону распределения, что свидетельствует о структурных, химических и других неоднородностях внутри групп однотипных пород.

На рис. 7 представлена категоризованная диаграмма рассеяния значений скорости и плотности для каждого из типов исследуемых пород. Значения скорости и плотности для различных типов пород имеют перекрытия, следовательно, необходим алгоритм классификации, позволяющий для каждого соотношения скорость-плотность определить тип породы, наиболее вероятно соответствующий такому соотношению.

В основе вероятностного прогноза вещественного состава глубоких горизонтов земной коры лежит одновременное исследование физических свойств глубоких горизонтов и образцов известных горных пород в лабораторных условиях, классификация последних по совокупности признаков и их последующее сопоставление. На глубинах больше 30 км геофизическими методами для ВКМ были получены данные только по скорости и плотности, вследствие чего классификацию было необходимо проводить именно по этим двум параметрам.

Основными требованиями к разрабатываемому алгоритму, помимо масштабируемости и наглядности полученных результатов, является учет высоких термодинамичеких режимов и возможность по значениям физических характеристик (скорости и плотности) глубокого горизонта определить вероятности нахождения в нем исследуемых типов пород. Основой для этого алгоритма стал классификатор Байеса из классической теории вероятностей.

8.о--—•—.—.—----—■—Исследования пород

ВКМ при высоких термодинамических условиях [.Воларович и др., 1974; Афанасьев и др., 1975; Афанасьев, 1977, 2000; Вавакин, 1978] позволили получить обобщенные зависимости изменения скорости продольных волн и плотности основных типов пород ВКМ от глубины их залегания. При осуществлении вероятностного прогноза вещественного состава слоя все значения плотности и скорости для каждого из типов пород умножались на соответствующий рассчитанный коэффициент, зависящий от глубины слоя. Таким образом, была учтена зависимость свойств пород от термобарических условий их залегания, что позволило избежать связанной с этим ошибки при классификации. Классификатор Байеса основан на формуле Байеса:

7.0

. 5 5 ■

5.0

3.5

2.8

3.0

р. г/см3

о амфиболиты □ диориты о габбро д гнейсы о кислые сланцы + упьтраосновные

Рис. 7. Диаграмма рассеяния значений исследуемых образцов в осях плотность-скорость

PÍA,)

(i)

где А - вектор параметров, Р{Нk) - априорная вероятность принадлежности наблюдения кому классу; P(At) - вероятность попадания параметров наблюдения в /-й многомерный интервал; Р(Нк \ А:) - условная вероятность принадлежности наблюдения к-му классу при условии попадания параметров наблюдения в ;'-й интервал (именно ее и требуется найти для каждого интервала значений); Р(А, \ Нк) - условная вероятность того, что порода к-го типа принадлежит /-му интервалу значений параметра наблюдений (частота). В случаях, когда наблюдение может с разной вероятностью принадлежать к различным классам, результатом работы классификатора будет вектор, компоненты которого являются вероятностями принадлежности к определенному классу.

Байесовский классификатор для данной задачи является оптимальным. Его результат не может быть улучшен, так как во всех случаях, когда возможен однозначный ответ, он его даст, а в тех случаях, когда ответ неоднозначен, результат количественно характеризует меру этой неоднозначности. Недостатком байесовского классификатора является так называемое «проклятие размерности»: для его построения требуется выборка, размер которой экспоненциально растет с ростом размерности параметра наблюдения [Бочканов, Быстрицкий, 1999-2012]. Для преодоления этой проблемы на практике используют так называемый наивный байесовский классификатор, построенный на предположении о независимости переменных:

Щк:Р(А,\Нк) = Р(ап\Нк)-Р(а,2\Нк)-..,Р{а,„\Нк) , (2)

где A, ={an,an,...,a¡n} ; и - размерность параметра A; a¡¡ - событие, заключающееся в попадании j-й компоненты вектора А в i-й интервал наблюдений. Использование этого предположения позволяет не изучать взаимодействие всех возможных сочетаний переменных, ограничившись лишь влиянием каждой переменной по отдельности на принадлежность образа к одному из классов. В этом случае мы получаем

P(Hk\A¡) = ^--P(a,\Hk):.,P{aJHk) . (3)

Преимуществом такого подхода является то, что значительно сокращаются требования к размеру выборки. Его недостаток связан с тем, что модель точна лишь тогда, когда выполняется предположение о независимости. В противном случае вычисленные вероятности могут не являться точными (и даже более того, их сумма может не равняться единице, вследствие чего потребуется нормирование результата). Однако на практике небольшие отклонения от независимости приводят лишь к незначительному снижению точности [Бочканов, Быстрицкий. 1999-2012]. Даже в случае существенной зависимости между переменными результат работы классификатора положительно коррелирует с истинной принадлежностью образа к классам. При этом достоинства классификатора - высокая скорость работы программы, реализованной на ЭВМ, простота и масштабируемость - часто перевешивают его недостатки.

В многомерном случае, каким и является рассматриваемая задача, имея набор переменных А = {а1,а2}, где а, - плотность, а2 - скорость, требуется определить апостериорную вероятность события Нк из множества возможных исходов Н = {Я,,...,#7} , где У к Нк - один из рассматриваемых типов пород. Преобразуем выражение (1):

P(Ht\an,a,2) = Р {Ик) -P(an,af2\ И t), (4)

Р(а„>ая)

где Р(Нк | ап, а/2) - апостериорная вероятность классовой принадлежности, т.е. вероятность

того, что объект с двумерным параметром А¡ принадлежит Нк.

Поскольку механизм работы классификатора основан на предположении о статистической независимости условных вероятностей независимых переменных, можно представить меру правдоподобия в виде произведения

P<Ai\Hk) = P(aJHt)-P(al2\Ht) (5)

и затем преобразовать выражение (3) для апостериорной вероятности:

р(нк м,.)= пР(Н>\ ■РИ Iя*)' \нк), (6)

помечая наблюдение с параметром A¡ меткой того класса Нк, апостериорная вероятность принадлежности которому наиболее высока.

Для реализации предложенного алгоритма необходимы значения правой части формулы (6). Значения Р(а^ | Нк) и Р(ах,а2) могут быть оценены по статистическим наблюдениям, т.е. на практике плотности вероятности заменяются соответствующими частотами. Априорные вероятности Р(Нк) полагались равными вследствие отсутствия информации о соотношении

площадей выхода исследуемых типов пород ВКМ на поверхность фундамента.

Используя реализованный в программе MATLAB наивный байесовский классификатор, автор получил модели плотностей апостериорной вероятности для каждого из исследуемых типов пород. Результат работы программы-классификатора (при нормальных давлении и температуре) приведен на рис. 8, где показана плоскость в осях анализируемых параметров (плотность-скорость). Цвет соот-

Рис. 8. Результат работы программы-классификатора

ветствует типу породы, плотность апостериорной вероятности для которой в данной точке больше, чем у других типов пород. Используя средние значения скорости и плотности в каждом слое, можно оценить вероятности нахождения каждого исследуемого типа пород в этом слое.

Данный алгоритм также был реализован в программе МАТЬАВ. Визуально соотношение пород в каждом из слоев представлено на рис. 9.

Вывод к пятой главе: Для основных типов пород построены статистические распределения Ур и р и показано, что они не соответствуют нормальному закону. Показана принципиальная возможность использования алгоритма классификации Байеса для построения вероятностной вещественной модели земной коры. В соответствии с наличием двух моделей изменения Ур и р с глубиной (рис. 6) построены две вероятностные вещественные модели. Существенное их различие наблюдается на глубинном уровне 10-22 км и в низах коры. Наличие двух вещественных моделей свидетельствует о различном строении и вещественном составе глубоких недр в различных частях Воронежского кристаллического массива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дан краткий обзор современного состояния проблемы создания вещественных моделей земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива. Показано, что существующий в настоящее время алгоритм построения вещественных моделей глубинного строения литосферы, в основном, является качественным. В этой связи количественная оценка вероятности конкретных типов пород на определенных глубинах является весьма важной и актуальной задачей.

Показано, что имеющиеся петрофизические характеристики горных пород, выходящих на поверхность фундамента Воронежского кристаллического массива при нормальных и высоких РТ-условиях достаточно представительно характеризуют основные типы пород региона. Физические свойства (скорость продольных волн и плотность) изменяются в широком диапазоне значений в пределах каждого из типов пород. Это объясняется не только некоторым изменением вещественного состава в пределах одного комплекса, но и состоянием, т.е. «уплотнением-разуплотнением». Показано, что наиболее информативным признаком, характеризующим геодинамическое состояние вещества, является Ур/р.

Часть образцов основных типов горных пород ВКМ была изучена при высоких РТ-условиях. В результате было показано, что дисперсия Урирв пределах конкретного комплекса пород сохраняется при высоких РТ-условиях так же, как и при нормальных условиях. Основное увеличение этих параметров наблюдается до 1 кбар (10-15%), далее до 20 кбар Ур в целом увеличивается на 5%, р-на 3%.

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 9. Вероятностно-вещественная модель коры ВКМ. / - кислые породы, 2 - сланцы, 3 - гнейсы, 4 - диориты, 5 - габбро, б -амфиболиты, 7 — ультраосновные породы, 8 — вероятность содержания породы в слое

Воронежский кристаллический массив хорошо изучен геофизическими исследованиями, что позволило путем обобщения и анализа данных ГСЗ и результатов гравитационного моделирования определить диапазоны изменения скорости продольных волн и плотности на разных глубинных уровнях.

В целом, объем данных глубинных исследований и петрофизических характеристик является вполне представительным для применения вероятностно-статистических методов построения вероятностной модели земной коры и верхов мантии региона.

Выполнена статистическая обработка физических свойств (скорости и плотности) основных типов горных пород, представленных на поверхности кристаллического фундамента массива. Их семь: магматические - кислые породы, габбро, диориты, ультраосновные (перидотиты, пироксениты) и метаморфические - гнейсы, сланцы, амфиболиты. Поскольку для разных типов пород диапазоны изменения плотности и скорости перекрывались, применялись статистические методы классификации по типам пород на основе алгоритма Байеса.

На основе данных о физических свойствах различных типов горных пород ВКМ и двух моделей распределения Vp и р по глубине была построена вероятностная модель вещественного состава земной коры на основе алгоритма классификатора Байеса. В соответствии с этой моделью определены вероятности нахождения конкретных типов пород на определенных глубинах.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. П.А. Леляев, А.Я. Салтыковский, Л.И. Надежка, М.Е. Семенов. Алгоритм распознавания типа пород в верхних горизонтах земной коры по плотности и скорости сейсмических волн (на примере Воронежского кристаллического массива). // Геофизические исследования, 2010, том 11, №2, с. 5-14

2. П.А. Леляев. Об одном методе вероятностного прогноза вещественного состава глубоких горизонтов земной коры по геофизическим данным. // Физика Земли, 2011, №12. С. 63-65.

3. П.А. Леляев, А.Я. Салтыковский, М.Е. Семенов, В.В. Мацковский. Классификатор Байеса в решении задачи вероятностного прогноза вещественного состава глубоких горизонтов земной коры по геофизическим данным. // Геофизические исследования, 2012, №1, с. 23-28.

4. П.А. Леляев, А.Я. Салтыковский, Л.И. Надежка, М.Е. Семенов. Алгоритм распознавания состава горных пород по комплексу геофизических данных (на примере Воронежского кристаллического массива). // Материалы X конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле». Москва, 2009. - С. 234-238.

5. П.А. Леляев, А.Я. Салтыковский, Л.И. Надежка, М.Е. Семенов. Об одном алгоритме распознавания состава глубоких горизонтов земной коры по геофизическим данным (на примере Воронежского кристаллического массива). // Структура, свойства, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы: материалы XVI международной конференции. - Воронеж: Научная книга, 2010.-Т. II.C. 18-22.

6. П.А. Леляев. Алгоритм распознавания типа пород по петрофизическим характеристикам (на примере Воронежского кристаллического массива). // Материалы XI конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о земле». Москва, 2010. С. 192-195.

7. П.А. Леляев. Определение типов горных пород по петрофизическим данным. // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2011» / Отв. ред. А.И. Андреев, A.B. Андриянов, Е.А. Антипов, М.В. Чистякова. [Электронный ресурс] — М.: МАКС Пресс, 2011. - секция «Физика», подсекция «Геофизика», с. 15-17.

8. П.А. Леляев. Использование классификатора Байеса в определении типа горных пород по петрофизическим данным. // Материалы XII конференции «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о земле». Москва, 2011. - С. 182-186.

Работы [1, 2, 3] опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

Леляев Петр Алексеевич Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива

Автореферат дисс. на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук

Подписано в печать 24 мая 2012 г. Формат 60x90/16. Усл. печ.л. 1. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии ИФЗ РАН

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Леляев, Петр Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2 ИЗУЧЕННОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИИ 17 ВОРОНЕЖСКОГО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА

2.1 Изученность строения ВКМ

2.2 Основные черты геологического строения Воронежского 20 кристаллического массива

2.2.1 Краткий очерк геологического строения платформенного 20 чехла

2.2.2. Основные особенности геологии докембрия ВКМ

3 ОСНОВНЫЕ ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРНЫХ 34 ПОРОД ЗЕМНОЙ КОРЫ ВКМ

3.1 Общие сведения о петрофизических свойствах пород ВКМ

3.2 Петрофизика геологических объектов кристаллической 39 земной коры ВКМ

3.2.1 Блоковое строение поверхности кристаллического 39 фундамента ВКМ

3.2.2 Гнейс-мигматит-гранитоидная формация ВКМ

3.2.3 Гранитоидные комплексы ВКМ

3.2.4 Метабазитовая формация ВКМ

3.2.5 Базит-гипербазитовая формация ВКМ

3.2.6 Железисто-кремнисто-сланцевые образования

3.3 Факторы, влияющие на физические свойства пород ВКМ

3.3.1 Зависимость физических свойств горных пород ВКМ от 54 вещественного состава

3.3.2 Зависимость скорость — плотность

3.3.3 Зависимость физических свойств пород от геодинамических 58 условий

3.3.4 Зависимость физических свойств пород ВКМ от высоких 61 давления и температуры

4 ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЛИТОСФЕРЫ ВОРОНЕЖСКОГО 67 КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА ПО ГЕОФИЗИЧЕСКИМ ДАННЫМ

4.1 Латеральная расслоенность земной коры по данным ГСЗ

4.2 Некоторые черты строения верхов мантии

4.3 Обобщенные характеристики литосферы ВКМ

5 РАЗРАБОТКА ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКОЙ 77 ПЕТРОФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХОВ МАНТИИ ВОРОНЕЖСКОГО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА

5.1 Статистические характеристики физических свойств основных комплексов горных пород ВКМ

5.1.1 Описание базы петрофизических данных

5.1.2 Подготовка исходных данных для исследований

5.1.3 Принцип построения вероятностного прогноза

5.1.4 Метод учета высоких термодинамических условий на 88 больших глубинах

5.2 Применение алгоритма классификации Байеса

5.2.1 Теоретическое описание алгоритма

5.2.2 Построение вероятностной вещественной модели 93 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 97 ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива"

Актуальность работы

Построение вещественных моделей земной коры и верхов мантии различных геологических структур является основным, завершающим этапом изучения глубинного строения. Они существенно расширяют знания о палео- и современных геологических процессах и явлениях, происходящих на больших глубинах исследуемых территорий и вносят значительный вклад в решение фундаментальных проблем эволюции этих регионов.

Цель работы

- построение вероятностной вещественной модели литосферы Воронежского кристаллического массива.

Научная новизна

- впервые обоснован вероятностно-статистический подход к оценке вещественного состава глубоких горизонтов кристаллической коры ВКМ;

Защищаемые положения:

Фактические материалы и методы исследования

Личный вклад автора

Автор участвовал в обработке и интерпретации петрофизических данных (более 2000 образцов), отобранных из глубоких скважин, локализованных на территории ВКМ. Автор подготовил данные к исследованию на ЭВМ. Программы классификации и вычисления вещественного состава слоев были реализованы автором на языке программирования программной среды МАТЬАВ, визуализация полученных результатов представлена автором с помощью табличных и графических редакторов.

Практическая ценность работы

Апробация

Результаты работы докладывались на X, XI, XII конференциях «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о земле» ИФЗ РАН (г. Москва, 2009, 2010, 2011 гг.); XVI международной конференции «Свойства, структура, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы» (г. Воронеж, 2010 г.); на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (г. Москва). Основные результаты работы были доложены и обсуждались на объединенных семинарах Лаборатории экспериментальных исследований физических процессов в литосфере ИФЗ РАН.

Благодарности: работа выполнена под руководством доктора геол.-мин. наук, гл.н.с. ИФЗ РАН А .Я. Салтыковского, которому автор выражает искреннюю благодарность. Автор глубоко благодарит кандидата геол.-мин. наук, доцента ВГУ Л.И. Надежка за неоценимую помощь и поддержку на всех этапах работы. Автор выражает глубокую признательность доктору физ.-мат. наук, проф. ВГУ М.Е. Семенову за постоянное внимание к работе и обсуждение алгоритма классификации, доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 306 ИФЗ РАН A.B. Пономареву, доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 205 ИФЗ РАН С.А. Тихоцкому и доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 309 ИФЗ РАН Ю.О. Кузьмину за ценные замечания и рекомендации в процессе подготовки работы, кандидату геогр. наук В.В. Мацковскому за участие в реализации математических алгоритмов на ЭВМ, ст. редактору журнала «Геофизические исследования» Н.И. Тимофеевой и И.Н. Сафроничу за поддержку и помощь в оформлении графических материалов, М.А. Ефременко, Э.И. Золототрубовой, Ю.И. Борисовой и Д.Ю. Нескоромному за внимание и обсуждение отдельных разделов работы. Автор искренне благодарит коллег И.Е. Бушмину, Ю.Ф. Соколову, Г.С. Кушнира, Ф.Н. Яковлева за отзывчивость и поддержку в ходе подготовки работы.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Структура работы

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Леляев, Петр Алексеевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

Для основных типов пород построены статистические распределения Ур и р и показано, что они не соответствуют нормальному закону. По-казана принципиальная возможность использования алгоритма классификации Байеса для построения вероятностной вещественной модели земной коры. В соответствии с наличием двух моделей изменения Ур и р с глубиной построены две вероятностные вещественные модели. Существенное их различие наблюдается на глубинном уровне 10-22 км и в низах коры. Наличие двух вещественных моделей свидетельствует о различном строении и вещественном составе глубоких недр в различных частях Воронежского кристаллического массива.

В заключение сформулируем основные выводы работы:

Часть образцов основных типов горных пород ВКМ была изучена при высоких РТ-условиях. В результате было показано, что дисперсия Ур и р в пределах конкретного комплекса пород сохраняется при высоких РТ-условиях так же, как и при нормальных условиях. Основное увеличение этих параметров наблюдается до 1 кбар (10-15%), далее до 20 кбар Ур в целом увеличивается на 5%, р-на 3%.

На основе данных о физических свойствах различных типов горных пород ВКМ и двух моделей распределения Ур и р по глубине была построена вероятностная модель вещественного состава земной коры на основе алгоритма классификатора Байеса. В соответствии с этой моделью определены вероятности нахождения конкретных типов пород на определенных глубинах.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Леляев, Петр Алексеевич, Москва

1. Соллогуб В.Б. Литосфера Украины. Киев: Наук, думка, 1986. 184 с.

2. Тарков А.П. и др. Строение земной коры Воронежского кристаллического массива по профилю ГСЗ Губкин Новохоперск. // В сб.: «Вопросы геологии и металлогении докембрия Воронежского кристаллического массива». Воронеж: изд-во Воронеж ун-та, 1977. - С. 41-47.

3. Винник Л.П., Давыдова H.H., Косминская И.П. Строение тектоносферы по сейсмическим данным. // В сб.: «Тектоносфера Земли». М.: Наука, 1978.-531 с.

4. Павленкова Н.И. Структура земной коры и верней мантии по сейсмическим данным. // В сб.: Строение и динамика литосферы восточной Европы. М.: Геокарт, Геос. 2006. - В. 2. - С. 33-58.

5. Ильченко Т.В., Калюжная Л.Т. Скоростная и стратиграфическая модели Днепровско-Донецкого палеорифта (по профилю ГСЗ Решетиловка Синевка). //Геофиз. журн. - 1999. - 21, №1. - С. 85-94.

6. Лебедев Т.С., Корчин В.А., Буртный П.А. Глубинное петроскоростное моделирование земной коры среднего Побужья (Украина). // Геофиз. журн. 1999.-21, №1.-С. 64-84.

7. Чеку нов A.B. и др. Глубинное строение и геодинамика Украинского, Белорусского и Воронежского выступов докембрия и разделяющих их впадин. // Глубинное строение и геодинамика кристаллических щитов Европейской части СССР. Апатиты. - 1992. - С. 6-19.

8. Субботин С.И., Старостенко В.И., Козленко В.Г. Строение коры и верхней мантии по гравитационным данным. // В кн.: Тектоносфера Земли. М.: Наука, 1978. С. 220-266.

9. Надежка Л.И., Афанасьев Н.С., Дубянский А.И. Гравитационная модель коры и верхней мантии Воронежского кристаллического массива. // В кн.: Гравитационная модель коры и верхней мантии Земли. Киев: Наук, думка, 1979.-С. 161-168.

10. П.Глазнев В.Н. Комплексная геофизическая модель земной коры по профилю «Балтик» (юго-восток Балтийского щита). // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. геол. 2001. № 11. С. 186-198.

11. Лебедев Т.С. Экспериментальная РТ-петрофизика, глубинное петрофизическое моделирование и современные тенденции их развития. // Геофиз. журн. 1997. - 19, №2. - С.3-30.

12. Лебедев Т.С. и др. Упругие свойства горных пород при высоких давлениях. Киев: Наук, думка, 1972. 183 с.

13. Н.Лебедев Т.С. и др. Физические свойства минерального вещества в термобарических условиях литосферы. Киев: Наук, думка, 1986. 200 с.

14. Лебедев Т.С., Корчин В.А., Буртный П.А. Новые аспекты геофизического приложения результатов термобарических исследований упругих свойств горных пород. // Геофиз. журн. 1987. - 9, №2. - С.55-69.

15. Лебедев Т.С. и др. Петрофизические исследования при высоких РТ-параметрах и их геофизические приложения. Киев: Наук, думка, 1988. -248 с.

16. Воларович М.П. и др. Физико-механические свойства горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах. М.: Наука, 1974. 123 с.

17. Вавакин В.В. Упругие, плотностные и некоторые термодинамические свойства вещества Земли при давлениях до 20 кбар и температурах до 500° С: Автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук. М., 1978. - 18 с.

18. Афанасьев Н.С. и др. Изучение некоторых физических итермодинамических параметров горных пород. // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1975. - № 6. - С. 59-65.

19. Афанасьев Н.С. Петрофизика докембрийских образований и геологическое строение Воронежского кристаллического массива: Автореф. дисс. докт. геол.-минер, наук. 1984. - 45 с.

20. Афанасьев Н.С., Тарков А.П. Строение и состав земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива вдоль профиля ГСЗ Купянск-Липецк. // Бюл. МОИП. Отд. Геол. Вып. 5. - 1985. - С. 11-20.

21. Лебедев Т.С., Буртный П.А., Корчин В.А. Петроскоростное моделирование глубинных зон земной коры северо-западной части Украинского щита. // Геофизический журнал. Том 23. 2001, №6. С. 4054.

22. Кольская сверхглубокая. // Под ред. Козловского Е.А. М.: Недра, 1984.-490 с.

23. Проблемы комплексной интерпретации reo лого-геофизических данных. // Под ред. Глебовицкого В.А., Шарова H.B. М.: Наука, 1991. -170 с.

24. Лебедев Т.С., Половинкин Б.В., Корчин В.А. и др. Упругие свойства пород из глубокой скважины центральной части Украинского щита и закономерности их изменений в различных термобарических условиях. // Геофиз. журн. 1983. - 5, №24. - С. 10-25.

25. Голиздра Г.Я. Комплексная интерпретация геофизических полей при изучении глубинного строения земной коры. М.: Недра, 1988. 210 с.

26. Глубинное строение и геодинамика кристаллических щитов

27. Европейской части СССР. // Под ред. Митрофанова Ф.П. и Болотова В.И.- Апатиты, 1992. 152 с.

28. Литосфера центральной и Восточной Европы. Восточно-Европейскаяплатформа. // Под ред. Чекунова A.B. Киев: Наук, думка, 1989. - 188 с.

29. Карпинский А.П. Очерки геологического прошлого Европейской России. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1947. 206 с.

30. Красовицкая P.C., Павловский В.И. Характеристика блоковой тектоники докембрия ВКМ // Вопросы комплексирования современных методов геологических исследований: Материалы совещ. по соврем, методам геол. исслед. Воронеж, 1976. С. 9-12.

31. Шмидт Н.Г. Опыт применения геофизических методов для целей геологического картирования кристаллического фундамента КМА. Р Сов. геол., 1957, №58. С. 138-149.

32. Русинович И.А. Геологическое строение северо-восточной полосы и генезис железных руд КМА // Советская геология, 1948, № 28. С. 92114.

33. Полищук В. Д., Полищук В.И. Метаморфические комплексы фундамента бассейна Курской магнитной аномалии (КМА). // В кн.: Метаморфические комплексы фундамента Русской плиты. Л.: Наука, 1978. с. 131-155.

34. Копаев В.В., Красовицкая Р.Ш. Материалы к тектонике Воронежского массива. // В кн.: Геология и полезные ископаемые Центральночерноземных областей. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1964. С. 316-320.

35. Египко О.И. и др. Гранитоиды Воронежского кристаллического массива. // В кн.: Геология, петрология и металлогения кристаллических образований Восточно-Европейской платформы. Т.П. М.: Недра, 1976.-С. 47-54.

36. Афанасьев Н.С. Петрофизические особенности гранит-мигматит-гнейсовой ассоциации Воронежского кристаллического массива // Вестн. Воронеж, ун-та. Сер. Геол. 1996. Вып 2. С. 164-177.

37. Салоп Л.И. Общая стратиграфическая шкала докембрия. // Л.: Недра, 1973.-С. 16-30, 247-271.

38. Афанасьев Н.С. и др. Тектоническое строение и металлогения юго-восточной части Воронежского кристаллического массива по геолого-геофизическим данным. // Вопросы разведочной геофизики. Вып. 12. Л.: 1971.-С. 121-130.

39. Раскатов Г.И. Неотектоническая структура территории Воронежской антеклизы. // В кн.: Тектонические движения и новейшие структуры земной коры. М.: Недра, 1967. С. 180-185.

40. Раскатов Г.И. и др. Важнейшие черты тектонической структуры северо-западной части Воронежской антеклизы. // В кн.: Вопросы геологии и полезные ископаемые Воронежской антеклизы. Сб. научн. тр. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1970, т. 70. - С. 64-87.

41. Раскатов Г.И. и др. Тектоника восточной части Воронежского кристаллического массива и его осадочного чехла. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1976. 120 с.

42. Трегуб А.И. Неотектоника территории Воронежского кристаллического массива. // Труды научно-исследовательского института геологии Воронежского государственного университета. -Вып. 9. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002. - 220 с.

43. Трегуб А.И., Старухин A.A., Холмовой Г.В. Локальные неотектонические структуры юго-западного крыла Среднерусской антеклизы. // Вестник ВГУ. Сер. геол. 1997 - №4- С.37-42.

44. Крестин Е.М. Докембрий КМА и основные закономерности его развития. // Изв. вузов. Геология и разведка. 1980.- №3. - С. 3-18.

45. Афанасьев Н.С. Петрофизика и геологическое строение докембрия Воронежского кристаллического массива. // В сб.: Петрофизические исследования на щитах и платформах. Апатиты, 1985. С. 34-42.

46. Леоненко И.Н., Полищук В.Д., Зайцев Ю.С. Докембрий Воронежской антеклизы. // Бюл. МОИП. Отд. геол., 1967, №5. С. 74-85.

47. Благонадеждин Б.И. Некоторые проблемы геологии докембрия и металлогении ВКМ. // В кн.: Вопросы геологии и металлогении Воронежского кристаллического массива. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1977.-С. 53-54.

48. Полищук В.Д. Основные черты строения и история геологического формирования докембрия КМА. // В кн.: Геология и полезныеископаемые Центрально-Черноземных областей. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1964. С. 14-19.

49. Плаксенко H.A. и др. О рудных формациях докембрия КМА. // В кн.: Вопросы геологии и металлогении докембрия Воронежского кристаллического массива. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1976. С. 50-54.

50. Красовицкая P.C., Павловский В.И. Строение Воронежского Кристаллического массива. // Сов. геология. 1976. № 8. С. 82-94.

51. Тарков А.П., Надежка Л.И. Об особенностях строения и эволюции литосферы в центральной части Воронежского кристаллического массива. // Изв. вузов. Геология и разведка. 1989. - С. 22-31.

52. Копаев В.В. О блоковом строении ВКМ в свете районирования гравитационного и магнитного полей. // В кн.: Тезисы докладов юбилейной научной конференции, посвященной 50-летию Советской власти. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1967. С. 59-60.

53. Тарков А.П. Глубинное строение Воронежского кристаллического массива по геофизическим данным. М.: Недра, 1974. 170 с.

54. Муратов М.В. Тектоника фундамента Восточно-Европейской платформы и история его формирования. // В кн.: Тектоника фундамента древних платформ. М.: Наука, 1973. С. 112-141.

55. Полишук В.Д., Полищук В.И. Гнейсы КМА и их петрогенетические особенности и возраст. // В кн.: Вопросы петрологии и рудоносности кристаллического фундамента Белоруссии и смежных районов. Минск: Изд-во Мин. геол. БССР, 1971. С. 37-42.

56. Чернышов Н.М. Докембрийские интрузивные комплексы основных и ультраосновных пород Воронежского кристаллического массива. // Изв. АН СССР. Сер. геол., 1972, №4. С. 35-47.

57. Зайцев Ю.С. и др. Новые данные по геологии докембрия юго-восточной части Воронежского кристаллического массива. // В кн.: Тр. регионального петрографического совещания Европейской части СССР. Киев: Наук, думка, 1969. С. 59-73.

58. Плаксенко H.A. Главнейшие закономерности железорудного осадконакопления в докембрии (на примере Курской магнитной аномалии). Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1966. 264 с.

59. Леоненко И.Н. и др. Строение и формационное расчленение докембрия Воронежского кристаллического массива. // В кн.: Геология, петрология и металлогения кристаллических образований ВосточноЕвропейской платформы. Т.1. М.: Недра, 1976. С. 83-91.

60. Чернышов Н.М. и др. Модель геодинамического развития Воронежского массива в раннем докембрии. // Геотектоника. 1997, №3. -С. 21-31.

61. Методическое руководство по определению физических свойств горных пород и полезных ископаемых. // Под ред. Дортман Н.Б., Озерской М.Л. М., 1962.-458 с.

62. Афанасьев Н.С. Физические параметры, химические и минеральные составы горных пород докембрия ВКМ. Воронеж, 1982. - 248 с. Деп. ВИНИТИ, 2870-82.

63. Афанасьев Н.С. Петрофизические особенности горных пород докембрия юго-восточной части Воронежского кристаллического массива: Автореф. дисс. канд. геол-мин. наук. Воронеж, 1970. - 24 с.

64. Афанасьев Н.С. Корреляция физических свойств, минерального и химического состава в горных породах ВКМ. // В кн.: Вопросы геологии КМА. Воронеж, 1972. - С. 123-141.

65. Афанасьев Н.С. Корреляция плотности и скорости распространения продольных волн в горных породах ВКМ. // В кн.: Вопросы геологии иметаллогении докембрия Воронежского кристаллического массива. -Воронеж, 1976. С. 119-122.

66. Афанасьев Н.С., Павловский В.И. Физические свойства пород фундамента Воронежской антеклизы. // В сб.: Петрология и формационное деление докембрия Русской платформы. Киев, 1966. -С. 87.

67. Афанасьев Н.С., Павловский В.И. Физические свойства пород фундамента ВКМ. // В сб.: Петрография докембрия Русской платформы. Киев, 1970. - С. 421-427.

68. Сикорский В.А., Шимелевич М.И. Приемы обработки данных физических свойств горных пород при крупномасштабной геолого-геофизической съемке. // Геология и разведка. 1976, №5. С. 117-124.

69. Воларович М.П. Глубинное строение восточной части Русской платформы. М.: Наука, 1977. 124 с.

70. Тархов А.Г., Бондаренко В.М., Никитин A.A. Принципы комплексирования в разведочной геофизике. М.: Недра, 1977. 314 с.

71. Геншафт Ю.С. Внутренние факторы тектонической мобильности литосферы платформ. // Геотектоника. 1996. - № 6. - С. 13-24.

72. Тарков А.П., Афанасьев Н.С., Дубянский А.И. Расслоенность литосферы Воронежского кристаллического массива по геофизическим, геологическим и петрофизическим данным. // Тезисы к 27-му международному геологическому конгрессу. М., 1984. - С. 431-432.

73. Геншафт Ю.С. Геофизика, геология, петрофизика: итоги и перспективы. // Вопросы методологии интерпретации геофизических данных: Труды конференции. М.: ИФЗ АН, 1996. С. 124-132.

74. Миллер P.JL, Кан Дж. Статистический анализ в геологических науках. М.: Мир, 1965.-482 с.

75. Родионов Д.А. Статистические методы разграничения геологических объектов по комплексу признаков. М.: Недра, 1968. - 158 с.

76. Шарапов И.П. Применение математической статистики в геологии. -М.: Недра, 1971. -244 с.

77. Афанасьев Н.С. Петрофизическая классификация супракрустальных и магматических комплексов докембрия Воронежского кристаллического массива. Воронеж, 1982. - 14 с. Деп. ВИНИТИ. 1477-82.

78. Копаев В.В., Мартынова Т.А. Опыт использования результатов лабораторных измерений железистых кварцитов при истолковании магнитных аномалий КМА. // Изв. АН СССР. Сер. геоф. 1961. - № 4. -С. 553-556.

79. Надежка Л.И. Применение гравиразведки для изучения глубинного строения Воронежского кристаллического массива: Автореф. дисс. канд. геол-мин. наук. Воронеж, 1980. - 23 с.

80. Надежка Л.И. и др. Некоторые особенности глубинного строения Воронежского кристаллического массива. // В сб.: Литосфера Центральной и Восточной Европы. Восточно-Европейская платформа. -Киев, 1989.-С. 121-135.

81. Афанасьев Н.С. и др. О соотношении геолого-структурных особенностей докембрийского фундамента ВКМ с глубинным строением земной коры. // В сб.: Вопросы геологии и металлогении докембрия ВКМ. Воронеж, 1977. - С. 31-41.

82. Надежка Л.И. и др. Гравитационная модель земной коры и верхней мантии Воронежского кристаллического массива. // В кн.: Гравитационная модель земной коры и верхней мантии Земли. Киев, 1979.-С. 161-168.

83. Надежка Л.И. и др. Основные типы земной коры Воронежского кристаллического массива по геофизическим данным. // Вопросы теории и практики интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Труды междун. конф. Воронеж, 1998. - С. 300307.

84. Афанасьев Н.С. Петрофнзическне исследования при крупномасштабном картировании и поисково-разведочных работах. // Материалы петрофизического семинара. Л., 1990. - С. 27.

85. Афанасьев Н.С., Надежка Л.И. Роль петрофизики в интерпретации региональных геофизических полей. // Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле: Тезисы докладов. М., 1997. - С. 10-11.

86. Лебедев И.П. и др. Структурно-геологические особенности воронцовской серии Воронежского кристаллического массива (ВКМ). // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. геол. 1999. - № 7. - С. 25-30.

87. Афанасьев Н.С. Петроплотностная характеристика горных пород соподчиненных геоструктур докембрия Воронежского кристаллического массива. // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. геол. -1999,-№7.-С. 201-208.

88. Афанасьев Н.С. Петрофизика гранитоидов Воронежского кристаллического массива (ВКМ). // РАН. Физика Земли. 1997. -№ 11. - С. 58-68.

89. Египко О.И. Некоторые минералого-петрографические и геохимические особенности докембрийских гранитоидов юго-восточной части Воронежского кристаллического массива: Автореф. дисс. канд. геол-мин. наук. Воронеж, 1971. - 28 с.

90. Афанасьев Н.С., Чернышов Н.М. О взаимосвязи петрохимических и петрофизических особенностей ультраосновныхпород Воронежского кристаллического массива. // Вопросы петрохимии. Матер, к совещанию. Л., 1969. - С. 202-203.

91. Щеголев И.Н. Железорудные месторождения докембрия к методы их изучения. М.: Недра, 1985. 195 с.

92. Афанасьев Н.С. Закономерности корреляции скорости продольных волн и плотности в различных комплексах кристаллических горных пород (Воронежский кристаллический массив). // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. геол. 1999. - № 8. - С. 136143.

93. Афанасьев Н.С. К вопросу петрофизической классификации кристаллических горных пород (на примере ВКМ). // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. геол. 2001. -№ 12. - С. 159-172.

94. Баюк Е. И., Тедеев Р.В. Скорость продольных волн в образцах горных пород при одновременном воздействии высоких давлений и температур. // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1974. № 8. С. 6370.

95. Чамо С.С., Ефимкин Н.С., Борисова Т.Г. Глубинное строение земной коры и верхней мантии Воронежской антеклизы. // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1971.-46, №5. - С. 3-18.

96. Тарков А.П., Чамо С.С. Глубинное строение литосферы в районе Воронежского кристаллического массива. // В сб.: Доклады советских геологов на XXIV сессии МГК. Проблема 8. М.: Наука, 1972. С. 116127.

97. Тарков А.П., Чамо С.С., Надежка Л.И. Строение кристаллической коры и подкорового слоя по материалам глубинного сейсмического зондирования.//ДАН СССР, 1971, т. 198, № 1. С. 182-185.

98. Базула И.П., Дубянский А.И., Надежка Л.И. Опыт использования промышленных взрывов для изучения глубинного строения КМА. // В сб.: Вопросы геологии и металлогении докембрия Воронежского кристаллического массива. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1974.

99. Дубянский А.И. Глубинное строение Воронежского кристаллического массива по данным взрывной сейсмологии: Автореф. дис. канд. геол.-минерал, наук. Свердловск, 1984. - 21 с.

100. Павленкова Н.И. Развитие представлений о сейсмических моделях земной коры. // Геофизика, 1996 №4 - С. 11-19.

101. Дубянский А.И., Надежка Л.И., Тарков А.П. Структура поверхности Мохоровичича центральной части Восточно-Европейской платформы. // Сейсмичность и сейсмическое районирование северной Евразии. М.: ИФЗ РАН, 1993. - Вып. 1. - С. 162-164.

102. Надежка Л.И., Дубянский А.И. Аномалии некоторых физических параметров земной коры Воронежского кристаллического массива. // Докл. РАН. 1994. - Т. 336. - № 6. - С. 823-825.

103. Дубянский А.И., Груздев В.Н. Некоторые аспекты строения земной коры Воронежского кристаллического массива по данным глубинных сейсмических и электромагнитных исследований. // Изв. вузов. Геология и разведка. 1966. - № 5. - С. 80-84.

104. Надежка Л.И. Плотностная модель литосферы Воронежского кристаллического массива. // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Мат. межд. конфер. Ухта. 1998. С. 89-94.

105. Красовский С.С. Гравитационное моделирование глубинных структур Земной коры и изостазия. Киев: Наук, думка, 1989. 246 с.

106. Магницкий В.А. Физика Земли. М.: Недра, 1976. - 479 с.

107. Чекунов A.B. и др. Глубинные неоднородности земной коры юга Восточно-Европейской платформы. // Геофиз. журнал. 1990. - №4. -С. 3-22.

108. Груздев В.Н. Связь поля длиннопериодных пульсаций г блоковым строением раннедокембрийского фундамента в Центральных районах Восточно-Европейской платформы. // Геология и разведка. 1993. - № 6. - С. 123-126.

109. Соллогуб В.Б. и др. Строение земной коры и верхней мантии Центральной и Восточной Европы. Киев: Наукова думка, 1978. 272 с.

110. Tarkov А.Р., Afanasiev N.S., Dubiansky A.I. Layerity of the lithosphere in Voronezh Cristalline Massif from geophysical, geological and petrophysical date. // Annals Geophysical. 1987. - Vol. 5B. - № 3. - Pp. 267-272.

111. Лоссовский E.K. О философии чистой априорной математики как главного конструктивного опорного раздела современного теоретического естествознания: обзор. // Геофизический журнал. Том 28. 2006.-№2.-С. 80-93.

112. Лоссовский Е.К. Размышления о чистой априорной математике как главной опорной идейно-конструктивной части современноготеоретического естествознания. Геофизический журнал. Том 29. 2007.-№2.-С. 80-98.

113. Балк П.И. Столкновение геофизических и математических интересов главный источник противоречий в современной теории интерпретации потенциальных полей. // Геофизический журнал. Том 22.-2000.-№4.-С. 3-20.

114. Брандт 3. Статистические методы анализа наблюдений. М.: Мир, 1975.-313 с.

115. Леляев П.А. и др. Классификатор Байеса в решении задачи вероятностного прогноза вещественного состава глубоких горизонтов земной коры по геофизическим данным. // Геофизические исследования. 2012. - Том 13. - №1. - с. 23-28.

116. Чубукова И.А. Курс лекций по Data Mining. Электронный ресурс. // Интернет-университет информационных технологий. 2006.- Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/database/datamining/.- Загл. с экрана.

117. Боровков A.A. Математическая статистика. М.: Наука, 1984. -472 с.

118. Леляев П.А. и др. Алгоритм распознавания типа пород в верхних горизонтах земной коры по плотности и скорости сейсмических волн (на примере Воронежского кристаллического массива). // Геофизические исследования. 2010. - том 11.- №2. - С. 5-14.

119. Леляев П. А. Об одном методе вероятностного прогноза вещественного состава глубоких горизонтов земной коры по геофизическим данным. // Физика Земли, 2011, №12. С. 63-65.

120. Лебедев Т.С. и др. Физические свойства горных пород Криворожской сверхглубокой скважины (Украина) в различных термобарических условиях. // Геофизический журнал. Том 24. 2002. -№2. С. 8-40.

121. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Основы математической статистики. М.: Госстатиздат, 1963. 308 с.

122. Бочканов С., Быстрицкий В. Байесовский классификатор. Электронный ресурс. // ALGLIB® numerical analysis library. - 19992012. - Режим доступа: http://alglib.sources.ru/dataanalysis/bayes.php. -Загл. с экрана.

Информация о работе

Леляев, Петр Алексеевич
кандидата физико-математических наук
Москва, 2012
ВАК 25.00.10

Диссертация

Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы