Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Сейсмогеология Накынского кимберлитого поля (Якутия) в связи с поисками месторождений алмазов

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Малышева, Елена Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СТРУКТУРНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

НАКЫНСКОГО КИМБЕРЛИТОВОГО ПОЛЯ.

1.1 Общие сведения о районе работ.

1.2. Краткий геологический очерк.

Глава 2. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ ПОИСКОВОЙ ОБСТАНОВКИ В НАКЫНСКОМ КИМБЕРЛИТОВОМ ПОЛЕ.

Глава 3. АНАЛИЗ ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ РАБОТ.

Глава 4. АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА НАКЫНСКОГО КИМБЕРЛИТОВОГО ПОЛЯ.

Глава 5 СТРУКТУРА ВОЛНОВОГО ПОЛЯ.

Глава 6 РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ

СЕЙСМОРАЗВЕДКИ В НАКЫНСКОМ КИМБЕРЛИТОВОМ ПОЛЕ.

Глава 7 ОЦЕНКА ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ

ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТОДА.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сейсмогеология Накынского кимберлитого поля (Якутия) в связи с поисками месторождений алмазов"

Актуальность темы: Проблема повышения эффективности поисков среднепалеозойских кимберлитовых тел на участках распространения мезозойских осадочных и магматических пород остается актуальной на протяжении всей истории отечественной алмазной геологии. Открытие в последние годы в Среднемархинском районе Якутской алмазоносной провинции Накынского кимберлитового поля со специфическими геолого-геофизическими условиями вызвало необходимость разработки принципиально новых методических приемов поисков кимберлитовых трубок и изучения геологического строения, в частности методом высокочастотной сейсморазведки. В этой связи для обоснованного выбора параметров систем наблюдений и обработки необходимы достоверные сведения об акустических свойствах пород и условиях формирования высокочастотного волнового поля, а для получения надежной конечной геологической информации - рассчитанные по ним сейсмические модели поисковых объектов.

Цель работы: Повышение эффективности сейсморазведки при исследовании внутреннего строения кимберлитовмещающей толщи и при поисках кимберлитовых тел в Среднемархинском алмазоносном районе.

Основные задачи исследований:

1. Изучение акустических свойств разреза, составление сводной акустической модели осадочного чехла Накынского кимберлитового поля.

2. Исследование структуры высокочастотного волнового поля.

3. Получение сейсмических моделей по профилям через кимберлито-вую трубку и карстовую зону.

4. Оценка практических возможностей высокочастотной сейсморазведки в решении поисково-разведочных задач алмазной геологии.

Решение задач осуществлялось следующим путем:

1. Сбор и систематизация данных по скоростным и плотностным свойствам разреза в Накынском кимберлитовом поле. Обработка фактического материала, анализ и обобщение полученных данных.

2. Обработка данных высокочастотного вертикального сейсмического профилирования, количественный анализ поля падающих и восстающих волн в исследованных скважинах.

3. Оценка разрешающей способности сейсморазведки в различных частотных диапазонах.

4. Составление акустических моделей разреза по профилям через ким-берлитовую трубку Нюрбинскую и погребённую карстовую зону; расчеты по ним синтетических разрезов.

5. Сравнительный анализ результатов математического моделирования и реальных динамических разрезов МОГТ и МПВ по основным типам поисковых объектов в Накынском и Алакит-Мархинском кимберлитовых полях.

Фактическая основа работы и методика исследований: В работе использован полевой материал, полученный Ботуобинской геологоразведочной экспедицией АК «АЛРОСА» на Накынском кимберлитовом поле сейсмораз-ведочной аппаратурой типа «BISON» в течение 1995-1999гг., данные каротажных наблюдений и геологические материалы по скважинам. Наряду с этим анализу подвергались фондовые и опубликованные материалы по этой тематике. В основу диссертации положены результаты исследований, выполненные автором в период с 1996 по 2000 год.

Основные защищаемые положения:

1. Величина средней скорости до отражающего горизонта в породах ордовикского возраста зависит от суммарной мощности продуктивных отложений укугутской свиты (Ji), дяхтарской толщи (Тз - Ji) и коры выветривания нижнепалеозойских образований.

2. В высокочастотном волновом поле, кроме отраженных, присутствуют формирующиеся в верхней части карбонатных пород ордовикского возраста головные волны, обусловленные наличием пластов мощностью до 10-15 метров с повышенными скоростными свойствами.

3. В сейсмогеологических условиях Накынского кимберлитового поля высокочастотная сейсморазведка в рабочем диапазоне частот (с максимумом спектра 100 - 300 Гц) позволяет картировать объекты, размеры которых составляют 5-10 % от глубины их залегания.

4. В Среднемархинском алмазоносном районе параллельное прослеживание высокочастотных отраженных и преломленных волн позволяет одновременно изучать внутреннюю структуру кимберлитовме-щающей среды и картировать интрузии ультраосновного и основного состава.

Научная новизна: На основе теоретических исследований и анализа практических материалов изучены условия формирования и структура высокочастотного волнового поля в Среднемархинском районе. Впервые: доказано реальное существование преломленных (головных) волн, связанных с верхней частью карбонатного цоколя, и выполнена их стратиграфическая привязка; рассчитано соотношение интенсивностей одно- и многократных отражённых волн в верхней части разреза; уточнена сводная акустическая модель осадочного чехла Накынского кимберлитового поля. На ее основе выполнен расчет разрешающей способности метода, а также составлены акустические и рассчитаны двумерные сейсмические модели разрезов через раструб тр. Нюрбинской и погребённую карстовую зону. Разработана технология поиска кимберлитовых тел способом бокового обзора, базирующаяся на различии поглощающих свойств кимберлитов, долеритов и вмещающих пород.

Практическая значимость: Выполненная работа по углубленному анализу акустических характеристик разреза и параметров высокочастотных волновых полей создала основу для разработки комплексной методики высокоразрешающих сейсмических исследований в сейсмогеологических условиях Накынского кимберлитового поля. Сводная акустическая модель осадочного чехла используется при обработке и интерпретации материалов разномасштабных геофизических съёмок, в том числе по нефтегазовой тематике. Данные о разрешающей способности метода и двумерного сейсмического моделирования применяются при проектировании систем наблюдений и геолого-геофизической интерпретации результирующих материалов на качественном и количественном уровнях. В Среднемархинском и Малоботуобин-ском алмазоносных районах запроектированы поиски кимберлитовых тел комплексом методов, включающем способ бокового обзора.

Апробация работы: Основные положения работы рассматривались и обсуждались на Мирнинских городских научно-практических конференциях, посвященных 5-летию Мирнинского филиала ЯГУ им М.К.Аммосова и 55-летию Великой Победы (г. Мирный), а также в рамках Первой Байкальской молодежной школы-семинара «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (г.Иркутск) и отражены в отчетах. По материалам исследований составлено 5 методических рекомендации, внедренных в производственные работы, выполняемые Ботуобинской ГРЭ. По теме опубликованы и подготовлены к публикации 11 работ.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Содержит 110 страниц текста, 28 рисунков. Список использованной литературы включает 64 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Малышева, Елена Николаевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты выполненных исследований сводятся к следующим положениям.

1. Сейсмотеолотические условия Накынского кимберлитового поля благоприятны для постановки высокочастотной сейсморазведки.

1.1. Геологический разрез осадочного чехла тонкослоистый и высоко дифференцированный по упругим свойствам.

1.2. В поле отраженных волн основную роль играют однократные отраженные волны, среди которых в верхней части разреза (до глубины 8001000 м) выделяются четыре: Ю5 (нижняя часть юры), Oi (верхняя часть ордовика), Кз (средняя часть верхнего кембрия), К2 (граница верхнего и среднего кембрия). Последние три представляют информацию о внутреннем строении кимберлитовмещающей толщи. Энергия частично кратных волн соизмерима с энергией целевых отражений, что обусловливает необходимость применения многократных полевых систем наблюдений.

1.3. Тонкослоистое строение разреза способствует формированию высокочастотных преломленных (головных) волн в верхней части карбонатных пород ордовика Oinp и Огпр. Эти волны совместно с отраженной волной Oi являются целевыми при изучении гипсометрии, структуры и физического состояния кимберлитовмещающей среды.

1.4. Горизонтальный и вертикальный градиенты средней скорости находятся в прямой зависимости от особенностей строения древней коры выветривания осадочных и магматических пород нижнего структурно-литологического этажа и, в частности, от суммарной толщины продуктивных отложений укугутской свиты и дяхтарской толщи. Построение карт средней скорости до отражающих горизонтов Oi и К3 позволит повысить достоверность прогноза положения закарстованных зон и оценить их количественные параметры.

2. В условиях скоростного разреза Накынского кимберлитового поля высокочастотная сейсморазведка обладает неадекватно более высокой разрешающей способностью, нежели среднечастотная. Увеличение частоты на две октавы (с 50 до 200 Гц) на глубине 200-300 м повышает разрешающую способность метода по горизонтали в два раза, а по вертикали - в 4 раза.

3. Выполненное по профилю 44.9 на кимберлитовой трубке Нюрбин-ской и по профилю Ан-7/1 над карстовой зоной сейсмическое моделирование позволило выявить основные признаки этих объектов в высокочастотном волновом поле и обосновать возможность поиска кимберлитовых трубок и карстовых зон в исследованном районе.

3.1. Акустические модели кимберлитовых трубок Накынского поля представляются в виде субвертикальных гетерогенных неоднородностей, включённых в горизонтально-слоистую вмещающую и перекрывающую среду. Область внедрения трубки Нюрбинской и соответствующая ей тектоническая зона вырисовываются в виде сужающегося книзу блока с постепенно нарастающей с глубиной скоростью и плотностью. Вмещающая среда также разбита на ряд блоков с переменными акустическими свойствами, по абсолютной величине возрастающими вниз по разрезу. В верхней части трубки поглощающие свойства кимберлитов значительно отличаются от таковых во вмещающих породах, и это обусловливает специфический аномальный эффект типа "белого пятна" на динамических разрезах МПВ.

3.2. Акустическая и сейсмическая модели древней карстовой зоны по пр. Ан-7/1 представляют собой систему комбинированных уступов, состоящую из разноориентированных блоков с пониженными и повышенными упругими свойствами. Амплитуды уступов находятся в прямой зависимости от суммарной мощности пород укугутской свиты ранней юры и дяхтарской толщи позднего триаса-ранней юры, заполняющих карстовую полость и перспективных на россыпные месторождения алмазов.

4. Применение пространственных способов изображения результатов высокочастотной сейсморазведки (в изометрии) даже при двухмерных полевых наблюдениях позволяет получить принципиально новые данные о внутренней структуре исследованных участков и в благоприятных условиях картировать волновые аномалии, непосредственно отображающие участки внедрения диатрем.

5. Включение высокочастотной сейсморазведки в алмазопоисковый комплекс геолого-геофизических методов следует считать целесообразным и обоснованным. В дальнейшем поиск кимберлитовых тел, картирование поверхности карбонатного цоколя и закарстованных зон, изучение внутреннего строения кимберлитовмещающей толщи, решение других задач алмазной геологии в районе Накынского кимберлитового поля рациональнее всего проводить параллельным прослеживанием отраженных и преломленных волн по комбинированным системам наблюдений, рассчитанным для конкретных участков в зависимости от проектной глубины исследований по приведенной в работе обобщенной акустической модели. В перспективе при решении указанных задач наиболее целесообразным представляется переход на высокочастотную модификацию 3-D в скважинно-наземном варианте. В научном плане требуется дальнейшая разработка теоретических основ физики формирования и распространения высокочастотных упругих волн в различных сейсмогеологических условиях ЯАП, а также расчёты комплексных сейсмоакустических моделей типа «Трубка», «Дайка», «Карст» на базе опытно-экспериментальных исследований известных объектов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Малышева, Елена Николаевна, Мирный

1. Авербух А.Г. Применение сейсмических моделей при интрепретации/ Интерпретация данных сейсморазведки Справочник под ред. Потапова О.А., М., Недра, 1990, 443 с.

2. Борис Е.И. Специфические особенности поисков кимберлитов в сложных ландшафтно-геологических условиях/ Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов, Мирный , 1998, с. 319-321.

3. Браун Л.Ф. мл., У.Л.Фишер. Сейсмостратиграфическая интепретация осадочных систем/ Сейсмическая стратиграфия применение при поисках и разведке нефти и газа. Под ред. Ч. Пейтона. М., Мир, 1982, т.2, с. 381-456.

4. Временные методические указания по методике поисков комплексом геолого-геофизических методов коренных месторождений алмазов в Якутской АССР. М., 1981, 90 с.

5. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое прифилирование. М., Недра, 1971,264 с.

6. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. М., Недра, 1980, 551 с.

7. Дукардт Ю.А., Борис Е.И. Авлакогенез и кимберлитовый магматизм, Воронеж, 2000, 161 с.

8. Зуев В.М., Безбородов С.М., Черный С.Д. и др. Структуры, контролирующие положение кимберлитов Среднемархинского района/ Геология,закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов, Мирный, 1998, с. 261-262.

9. Инструкция по сейсморазведке. М., Мингео СССР, 1986, 80 с.

10. Курилович И.А. Особенности скоростного строения верхней части разреза в условиях развития траппового магматизма в Западной Якутии/ Методы разведочной геофизики. Сейсморазведка в рудных районах. НПО «Рудгеофизика», Л., 1989, с. 31-37.

11. Мак-Куиллин Р., Бекон М., Барклай У. Введение в сейсмическую интерпретацию. М., Недра, 1985, 308 с.

12. Малышева Е.Н Обобщенная акустическая модель осадочного чехла Среднемархинского алмазоносного района/ Геология и металлогения Северо-Востока Азии на рубеже тысячелетий, Магадан, 2001.

13. Малышева Е.Н. Изучение внутренней структуры кимберлитовмещающей толщи и поиски кимберлитовых тел сейсморазведкой МОГТ и МПВ/ Вестник Воронежского университета. Геология, Воронеж, 2001.

14. Малышева Е.Н. Интерпретационное моделирование трубки Нюрбин-ская/ Молодые ученые и наука-2000, Мирный, 2000, с. 118-119.

15. Малышева Е.Н. Количественный способ прогноза мощности древней коры выветривания/ Геология и металлогения Северо-Востока Азии на рубеже тысячелетий, Магадан, 2001.

16. Малышева Е.Н. Некоторые особенности применения высокочастотной сейсморазведки при изучении структур кимберлитовмещающей толщи пород/ Образование. Общество. Технический прогресс, Мирный, 1999, с. 159-160.

17. Малышева Е.Н. Структурный облик кимберлитовмещающей среды в поле высокочастотных упругих волн/ Известия учебных заведений. Геология и разведка, М., 2001.

18. Малышева Е.Н., Суша Н.А. Кимберлитовые трубки в высокочастотном поле рассеянных волн/ Геология, тектоника платформ и орогенных областей северо-востока Азии, Якутск, 1999, т.2, с. 85 -89.

19. Мешбей В.И. Методика многократных перекрытий в сейсморазведке. М., Недра, 1985,264 с.

20. Микоев И.И., Рязанцев Д.А. Применение радиоволнового просвечивания при поисках кимберлитовых тел/ Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов, Мирный, 1998, с. 333-334.

21. Невский М.В., Николаев А.В., Ризниченко О.Ю. Об эффектах рассеяния и поглощения продольных сейсмических волн в земной коре. М., ДАН СССР, т. 19, 1982, с. 11-19.

22. Пузырев Н.Н. Методы и объекты сейсмических исследований. Новосибирск, Изд-во СО РАН НИЦ ОИГГМ, 1997, 302 с.

23. Ризниченко Ю.В. Сейсморазведка слоистых сред. М., Недра, 1985, 184с.

24. Сейсморазведка. Справочник геофизика. Под ред. Номоконова В.П., М., Недра, 1990, 336 с.

25. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1998, 215 с.

26. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов мира. М., Недра, 1998, 547 с.

27. Чернов В.И. Факторы, влияющие на соотношение интенсивностей однократных и многократных отражений/ Прикладная геофизика, №65, М., Недра, 1972 ,с. 19-28.

28. Meckel L.D., Nath А.К. Geological basis of seismic strstigraphic modelling and interpretation/ Seismic Stratigraphy applications to hydrocarbon exploration. Edited by Ch.E. Payton, Tulsa, Oklahoma, U.S.A., 1977, p.691-734.

29. Sheriff R.E. Seismic stratigraphy. Houston, Texas, U.S.A., 1982, 198 p.

30. Kimberlites of Yakutia. Field Guide book of Sixth international kimberlite conference. Edited by N.V.Sobolev, Novosibirsk, 1995,108 p.1. Фондовая:

31. Борис Е.И., Ротман А.Я., Микоев И.И. и др. Отчет по теме: Изучение структуры и свойств околотрубочного пространства с целью разработки критериев локального прогноза и совершенствования методов поисков месторождений алмазов. Мирный, 1985.

32. Гарат М.Н. и др. Отчет по теме: Комплекс опытно-методических исследований по совершенствованию геологических и геофизических методов прогнозирования и поисков кимберлитовых тел, Мирный, 1996.

33. Игнатов П.А., Штейн Я.И. Отчет по теме: Выявление локальных палео-структур, контролирующих положение кимберлитов Накынского поля, на основе изучения литологических особенностей раннепалеозойских вмещающих толщ. Мирный, 1998.

34. Максин Ю.Е. Рыхлова Т.И., Бунякова Л.В. и др. Отчет об опытно-методических работах по совершенствованию методики цифровой обработки и интерпретации трубок в Западной Якутии, выполненных партией 100 в 1982-1985 гг. Л., НПО «Рудгеофизика», 1985.

35. Митюхин С.И. и др. Отчет по теме: Комплексное геолого-геофизическое исследование Вилюйско-Мархинской кимберлитокон-тролирующей зоны и сопредельных территорий с целью разработки рекомендаций по планированию алмазопоисковых работ. Мирный, 1997.

36. Рыхлова Т,И. и др. Отчет о результатах крупномасштабных поисковых сейсморазведочных работах MOB, МОГТ центральной части Мало-Ботуобинского района в 1978-1979 гг. Л., НПО «Рудгеофизика», 1980.

37. Сафьяникова B.C. Отчет о результатах параметрического и поискового бурения на Эйикской, Ханнинской, Онкучахской, и Мархинско-Андойской площадях. ННК «Саханефтегаз», Якутск, 1994.

38. Шаталов В.И. и др. Отчет по теме: Перспективно-прогнозная оценка алмазоносности Средне-Мархинского и Муно-Тюнгского районов за 1993-1997 гг. Мирный, 1997.1. РОСС»,-:"*.1. ТЪСгщгг: \-г I3J1KC-;г. t\3.С/