Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Учет влияния рельефа в аэромагниторазведке

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

Автореферат диссертации по теме "Учет влияния рельефа в аэромагниторазведке"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ р 5 0 Д КАЗАХСТАН

Казахский Национальный технический университет

1 2 СЕН 'п0-':-

На правах рукописи

АХМЕТОВ ЕРМЕК МАУЛЕНОВИЧ

УЧЁТ ВЛИЯНИЯ РЕЛЬЕФА В АЭРОМАГНИТОРАЗВЕДКЕ

Специальность: 04.00.12 — геофизика; геофизические . методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого — минералогических наук

АЛМАТЫ 1994

Работа выполнена на кафедре структурной и нефтяной геофизики геологоразведочного факультета Казахского Национального технического университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

кандидат геолого—минералогических наук доцент Нусипов Е.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Казахский научно-исследователький институт геофизики

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор геолого—минералогических наук профессор Уразаев Б.М., кандидат геолого—минералогических наук Омирсериков М.Ш.

Защита состоится " 28 " сентября 1994 г. в 14 ч на заседании Специализированного Совета Д 14.13.01 при Казахском Национальном техническом университете по адресу: 480013, Алматы, Сатпаева, 22, аудТЗОГНК. ------

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского Национального технического университета

Автореферат разослан "Л" августа 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного т '.В.Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Большинство промышленных рудных месторождений Южного Казахстана расположено в горных областях и опоискование этих областей является насущной задачей геокартировочных и поисковых работ. Геологическое доизучение может привести к реальному расширению сырьевой базы при условии выявления глубинных факторов, влияющих на распределение и концентрацию рудного вещества.

Одним из эффективных геофизических методов для изучения глубинного строения в горных районах является аэромагниторазведка, когда применение других геофизических методов в площадном варианте затруднительно.

Аэромагнитная съёмка 1:25000 и 1:50б00 масштабов широко проводится в горных районах Южного Казахстана с целью геологического картирования пород и зон тектонических нарушений, выделения и локализации скрытых объектов поисков и геотектонического районирования. Эти задачи решаются по относительно слабым аномалиям (дТ)э и сложном по структуре полям, выявленным в результате измерений на криволинейной поверхности. .

Сложная структура магнитного поля определяется резкорасчлененным рельефом и неоднородным геологическим строением горных районов, характеризующимся слож — ной складчатостью, интенсивной разрывной1 и надвиговой тектоникой, частой сменой по вертикали и латерали пород различного генезиса и состава с широким изменением магнитных свойств пород.

В горных районах, когда перепады высот рельефа существенно превосходят высоту полета, особенности магнитных полей в значительной мере определяются резко — расчлененным рельефом, влияния которого приводит не только к искажению деталей аномального поля, но и появлению ложных аномалий. Истолкование таких искажённых полей не может дать правильных представлений о геологии района, т.е. о месте, морфологии, намагниченности и природе локальных объектов. Поэтому учет аномалий, связанных с влиянием рельефа местности, является актуальный вопросом повышения эффективности аэромагнитных исследований.

Современное состояние вопроса показывает, что полного и общепринятого решения этой проблемы пока не найдено. Сама методика учета влияния рельефа делится на два этапа: 1) снятие высотных отметок дневного рельефа с топографической карты, т.е. создание цифровой модели рельефа; 2) собственно расчет поправок решением прямой задачи магниторазведки.

Большинство работ, посвященных этой проблеме, в основном рассматривают вторую часть методики, тогда как основные затраты времени связаны с первой ее частью.

Существующие ныне алгоритмы решения прямой задачи хотя и позволяют вычислить поправку за рельеф с необходимой точностью, но достигаются они ценой больших затрат машинного времени. Это связано с тем, что элементарным телом, аппроксимирующим рельеф, является объем, что требует большего количества элементов и объема машинного времени на расчет поправок.

В работе рельеф рассматривается как совокупность тел произвольной формы и предлагаётся эффективный и быстродействующий алгоритм решения прямой задачи от трехмерного тела произвольной формы. Для этого решается прямая задача магниторазведки через поверхностное распределение магнитных масс, где верхняя полуповерхность рельефа аппроксимируется тригональными площадками, а нижняя — плоскостью. При этом для сокращения затрат машинного времени на расчет поправок актуальным является определение зон учета влияния рельефа и выбор оптимальных размеров аппроксимирующих элементов дой из зон с'учетом погрешности съемки.

Создание цифровой модели рельефа как исходной информации при решении прямой задачи магниторазведки — один из самых трудоемких процессов в целом по проблеме учета влияния рельефа. Поэтому в работе уделяется особое внимание вопросам выбора:

а) исходного материала, несущего информацию о рельефе местности;

б)необходимого и достаточного количества исходных дискретно— заданных информативных точек для решения обратной задачи — восстановления поверхности рельефа;

вычитывающих устройств и способа считывания информативных точек, ввода, вывода и хранения их в памяти ЭВМ;

г)способа интерполяции, аппроксимации и построения математической поверхности рельефа с учетом погрешности съёмки.

Технология создания цифровой модели рельефа основывается на использовании современных мощных ЭВМ и периферийных устройств ввода — вывода.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка методики учета влияния рельефа для повышения геологической эффективности аэромагниторазведки в сложных горных геологических условиях.

С этой целью решаются задачи:

Разработка методики и технологии создания цифровой модели рельефа как исходной информации при решении прямой задачи магниторазведки. Создание программно — математического обеспечения на ЭВМ типа ЕС и ПЭВМ типа IBM.

Разработка методики и технологии учета рельефа в данные дТ применительно к съемкам масштаба 1:25000 и 1:50000.

Практические результаты и выработка методических рекомендаций при учете влияния рельефа на участках Биже —Коксайский и Кегенский.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате проведенных исследований предлагается теоретически обоснованная и практически-реализованная методика учета влияния рельефа в аэромагниторазведке. Разработанная методика позволяет быстро и эффективно снять влияние дневного рельефа. По магнитному полю, исправленному за влияния рельефа, строится геологически содержательное решение, оказывающее существенную помощь при составлении кондиционных геологических карт 1:50000 и 1:200000 масштабов и выделении перспективных прогнозно —геологических участков.

СВЯЗЬ С НАУЧНЫМИ ПЛАНАМИ. Работа связана с исследованиями, проведенными в 1979—1986 гг. на кафедре рудной геофизики политехнического института при непосредственным участии автора как ответственного

Г17

I исполнителя по НИР ^—-407.Опытно —методические работы

по совершенствованию способов повышения эффективности и качества аэромагнитных исследований в Южном Казахстане" и 1647 "Опытно — методические работы по совершенствованию и внедрению методики учета влияния рельефа в аэромагнитных данных", "Опытно — методические работы по учету влияния рельефа в аэромагнитные данные и геологическому истолкованию исправленных карт магнитного поля на участке Биже — Коксайский масштаба 1:50000". Номера госрегистрации тем соответственно: 01827029493, 018350019286, 018440018171.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. На основе разработанной методики учета влияния рельефа создан адаптированный комплекс программ, который опробован при обработке производственных материалов ЮКГГЭ и ПСЭ "Южказ— геология" и внедрен в учебный процесс по подготовке инженерных кадров КазНТУ по специальности "Геофизические методы поисков и разведки". \ АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XVI,XVII,XIX научно—технической конференциях профессорско— преподовательского состава КазПТИ (Алма-Ата, 1982 г.,1984 г., 1986 г.); IV Всесоюзной школе — семинаре "Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Алма-Ата, 1984 г.); Республиканской школе передового опыта "Основные направления развития геофизических работ в рудных районах Казахстана" (Ллма — - -(Ата, 1989 г.); XIX Всесоюзном семинаре им.Д.Г.Успенского "Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Алма-Ата, 1990г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 14 статен. По результатам выполненных исследований подготовлено 4 отчета по НИР.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа содержит 183 страниц машинописного текста, 66 , рисунков, 2-х таблиц, наименований литературы 87 и \ состоит из введения, четырех глав и заключения. 1 Во введении поставлена цель исследований, обоснована I их актуальность, сформулированы защищаемые положения. В первой главе рассмотрено современное состояние

проблемы учета влияния магнитного рельефа, дан краткий обзор имеющихся методов, обоснована общая постановка задачи исследований. Во второй главе рассматривается вопрос методики создания цифровой модели рельефа (ЦМР) как исходной информации при решении проблемы учета влияния рельефа в аэромагниторазведке. В третьей главе дается краткий обзор существующих способов решения прямой задачи магниторазведки для тел произвольной формы. Предложен способ решения прямой трехмерной задачи магниторазведки через поверхностное распределение магнитных масс при учете влияния рельефа. В четвертой главе рассматриваются основные результаты применения предложенных разработок при решении задач геоло — гического картирования и поиска местрождений полезных ископаемых на практических примерах. В заключении подводятся итоги выпол ненных исследований.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю доценту Е.Н.Нусипову за помощь и консультации при выполнении диссертации.

Автор также искренне благодарен Р.С.Сейфуллину, В.Л.Гульницкому, Л.В.Соколову, Г.А.Жылкыбаевой за добрые советы и постоянное внимание к работе.

Основные защищаемые положения диссертации формулируются следующим образом:

1. Оригинальные методические приемы задания исходных информативных точек трехмерного рельефа, точности восстановления поверхности рельефа с учетом погрешности съемки и технология создания цифровой модели рельефа (ЦМР) с использованием периферийных устройств ввода —вывода и ЭВМ позволяют быстро и экономично формировать информацию о рельефе.

2. Предлагается в отличие от имеющихся, способ решения прямой задачи магниторазведки через поверхностное распределение магнитных масс, который позволяет быстро и точно производить расчет поправок за рельеф.

3. Поверхность рельефа, представленная в . виде матрицы высот, аппроксимируется тригональными площадками. Зоны учета влияния рельефа и оптимальные размеры аппроксимирующих элементов каждой из зон предлагается

выбирать на основе изучения поля единичной тригональной

площадки, величины поправки с учетом погрешности съемки в точке расчета и среднего превышения всех элементов зон, позволяющих резко сократить затраты машинного времени на расчет поправок.

4. Применение оригинальных методических приемов учета влияния рельефа позволяет извлекать качественно новую геологическую информацию из аэромагнитных данных и представить более детально общее геологическое строение изучаемого объекта.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Решению проблемы учета влияния рельефа посвящены исследования многих авторов: Ц.Г.Акопяна, А.А.Логачева, Б.Д.Микова, В.К.Попкова, В.И.Аронова, В.Н.Страхова, В.К.Иванова, Б.Г.Сапожникова, Н.А.Скромана, А.А.Снежко, Г.Г.Ремпеля, Б.Э.Хесина, В.В.Алексеева и других.

Проведенный анализ работ позволил осмыслить сложность и актуальность данной проблемы , которая подтверждается потоком публикаций на вышеназванную тему как в ближнем, так, и в дальнем зарубежье. В результате было разработано три подхода к учету влияния рельефа: пересчет поля, полученного на криволинейной поверхности, на горизонтальную плоскость; устранение влияния рельефа решением прямой задачи магниторазведки на уровне проведения съемки, при этом рельеф аппроксимируется совокупностью однородно намагниченных геометрических тел; использование корелляционной связи рельефа местности и магнитного поля.

Имеющиеся разработки не дают полного и общепринятого решения проблемы в сложных горно — геологических условиях по следующим причинам: не разработана методика создания цифровой модели рельефа как исходной информации при решении прямой задачи магниторазведки; не исследован вопрос точности восстановления поверхности рельефа с учетом точности съёмки; во всех случаях в площадном варианте рельеф аппроксимируется объемными элементарными геометрическими телами, что требует большого количества ап — проксимирущих элементов и затрат машинного времени на расчет поправок; не полностью исследован вопрос выделения зон учета влияния рельефа и определения размеров

аппроксимирующих элементов каждой из выделенных зон с учетом погрешности съемки; в методиках, использующих ЭВМ, процесс учета влияния рельефа автоматизирован не полностью.

Пожалуй, наибольшую- трудность представляет отсутствие конкретных рекомендаций по рациональному представлению исходной информации о рельефе для получения поправок с необходимой точностью. Поэтому при постановке задачи исследований сочтено целесообразным начинать учет влияния рельефа с разработки методики создания цифровой модели рельефа(ЦМР).

Очевидно, что без представления аналоговой модели рельефа множеством дискретно— заданных значимых точек, отображающих топографическую поверхность с необходимой точностью, не представляется возможным решить и проблему учета аномалий,связанных с влиянием дневного рельефа.

Анализ работ по цифровому картографированию местности (A.B.Бойко,, Д.В.Лисицкий, В.Н.Прасолов, М.В.Шульмин и другие) Доказал сложность и трудоемкость процесса создания ЦМР. Авторами работ определены основные особенности и свойства ЦМР и подчеркнуто, что она ориентирована на отображение топографических свойств местности, представлена в виде упорядоченного множества чисел (цифр) и обладает такими двойствами, как точность, адекватность, реалистичность и.т.д. По А.В.Шуль— мину, под ЦМР понимается множество, элементами которого являются координаты и высоты местности (Xi.Yi.Hi), заданные в геодезической системе координат и Балтийской системе высот, и правило обращения с этими данными, позволяющее с требуемой точностью отобразить рельеф местности. A.B.Бойко и Д.В.Лисицкий указывают, что создание ЦМР — это технологический процесс, осуществляемый на основе сбора, преобразования, обработки и хранения информации о рельефе по определенным математическим законам (алгоритмам) с использованием периферийных устройств и ЭВМ.

Для краткости изложения в дальнейшем в работе проведен анализ по выбору : а)исходного материала , несущего информацию о'рельефе; б)способов преобразования картографической информации в цифровую;

в)способов считывания (дигитализации) информации с помощью считывающих технических устройств (дигитайзеров).

Такой анализ был необходим, так как от характера исходного материала, способа его преобразования, способа дигитализации зависит достоверность и надежность полученных ЦМР.

Проведенный анализ позволил выбрать:

1) в качестве исходного материала, несущего информацию о рельефе, топографические карты 1:25000 и 1:50000 масштабов, соответствующие масштабу проведения съемки;

2) точечный способ дигитализации, как наиболее распространенный и надежный способ получения информации о рельефе;

3) полуавтоматические дигитайзеры Шифратор —2,3 и ЭОЛ—105, которые позволяют с необходимой точностью (ст=±1.0 мм.) считывать координаты точек.

Для выбора необходимого и достаточного количества исходных информационных точек,, способа их задания, способа восстановления поверхностна рельефа и точности восстановления рельефа потребовалась провести исследования методического характера.

При преобразовании аналоговой информации в цифровую необходимо сжать (генерализировать) исходную информацию с целью экономии затрат времени на создание ЦМР. Вместе с тем они должны быть необходимыми и достаточными для решения обратной задачи — восстановления поверхности рельефа аппроксимационными методами с требуемой точностью. Главными факторами генерализации при этом являются масштаб и особенности отображаемых форм рельефа. Следовательно, на восстановленной поверхности должны передаваться протяженность и очертания малых форм рельефа, представляющих интерес для учета его влияния. ;

Исследованиями установлено, что при аппроксимации горизонтали с целью ее преобразования множеством дискретно заданных точек оказалось достаточным выделить из бесконечного множества точек подмножество "М", так называемые "характерные точки", пде таковыми являются точки: локальных экстремумов; Перегиба; сопряжения кривых с прямыми линиями; начала и конца горизонтали.

- ..-да- '

Отметим, что такое представление изображения рельефа характеризуется не только высокой геометрической точностью, но и учитывает его структурное строение и связи между формами рельефа. Тогда возникает вопрос о количестве характерных точек, неббходимых для восстановления рельефа с требуемой точностью.

Исследованиями определено, что среднее количество характерных точек на одном планшете 1:25000 масштаба в зависимости от сложности рельефа колеблется в пределах (600-Т-2000) точек. Здесь необходимо отметить, что в качестве характерных, кроме точек на горизонталях, вошли и точки основных ориентиров, наносимые на фактическую линию-полета.

Итак, множество характерных точек М{(ХьУь№)} является исходным данным для решения обратной задачи, восстановления поверхности рельефа аппроксимационными методами.

Анализ методов восстановления поверхности рельефа по характерным точкам, позволил выбрать несложные, но вместе с тем удовлетворительно восстанавливающие поверхность рельефа алгоритмы: численный (,1.№итап) и мультиквадратиковый (М.В.Шульмин и др.)

В численном методе поверхность рельефа восстанавливается выражением вида

где Рк = (1-Ок)2 Шк2(х,у), Ок = гк/Я, а гк =д/(х-хк)2 +(у-ук)2. Здесь Я — радиус окружности ограничивающей релевантную область узловой точки, зависящий от плотности характерных точек.

В мультиквадратиковом методе реальная поверхность аппроксимируется формулой вида

п

(1)

1=1

или .

п

Н(х,у) = Нср+1Сф, ¡ = 1,2...п ,

где в1(х,у) = -У(х-х1)2 + (у-у02 + в, В —коэффициент, зависящий от структурного строения рельефа, н(х,у) — восстановленная высота с координатами (х,у), Нср — средняя высота релевантной области, а О — неизвестные коэффициенты, определяются решением систем линейных уравнений.

Возможности этих методов исследованы на теоретических примерах, таких, как холм, хребет, ущелье, седловина, сложный (сочетание хребта и ущелья), Проводились работы по исследованию влияния числа характерных точек на точность восстановления рельефа. Результаты показали, что простые формы рельефа (холм,ущелье,хребет) удовлетворительно восстанавливаются при количестве характерных точек — 25, а для сложных форм рельефа оказалось достаточным (35 — 45) точек. Следовательно, при восстановлении поверхности рельефа, заданного множеством характерных точек в некоторой области О, необходимо выделить некоторую подобласть Б' так, чтобы Такой

подобластью служило скользящее окно, размеры которого автоматически устанавливались в пределах (25+45) характерных точек в зависимости от сложности рельефа. В численном методе скрользящим окном служила окружность с радиусом "И", удовлетворяющая требованию ^(х-хк)2+(у-ук)2 ¿я, а в мультиквадратиковом — квадрат со

сторонами дХ и дУ.

Реализация такого подхода на практических примерах показала обоснованность и правильность методических рекомендации по восстановлению поверхности рельефа.

По восстановленному рельефу решается прямая задача магниторазведки. Тогда рельеф должен быть восстановлен так, чтобы

|дТ(х,у) - ЛТ( х,у)| < 5(е), (3)

где лТ(х,у) = Г(Н(х,у))— поправка за рельеф, рассчитанная по восстановленной поверхности; дТ(х,у) = Г(Н(х,у)) — поправка за рельеф, рассчитанная по действительному рельефу; 8(б)<Ш~некоторое заданное положительное число, величина которого зависит от погрешности съемки. Тогда из (3) следует

||Н(х,у)-Н(х,у)|]<£,

так, чтобы

1дТ

Работы по обоснованному выбору так, чтобы тдТ не

превышала точности съемки показали, что среднеквадратическая погрешность между восстановленными и точным значениями поля дТ при различных вариантах точности восстановленного рельефа (ш^н=26.7 м, = 13.8 м, гл- -10.7 м) приобретали значения = ±15.5 нТл, т" = ±11.2 нТл, ш"' =±9.16 нТл соответственно.

&1 А1

Из этих данных следует, что восстановление поверхности рельефа с точностью т4Н <15 м вполне удовлетворяет аэромагнитные съемки проводимые в горных районах (т _=±15-г20 нТл).

йХ I

Таким образом, восстановленная поверхность рельефа с 1 требуемой точностью в узлах заданной растровой сетки является исходным данным для решения прямой задачи магниторазведки.

Решению прямой задачи для тел произвольной формы посвящены работы авторов: В.Н.Страхова, Т.Я.Голиздры, Ю.И.Блоха, А.А.Непомнящих, В.А.Филатова и других.

Проведенный анализ показывает, что несмотря на , множество существующих способов решения прямой ! задачи, нет среди них такого способа, который бы использовал в качестве исходных данных ЦМР и решил бы задачу через поверхность.

Предлагается методика и алгоритм решения прямой трехмерной задачи магниторазведки через поверхностное распределение магнитных масс, разработанные Е.Н.Нусиповым, содержание которого сводится к следующему.

Пусть изотропное однородное "тело Т, ограниченнее конечным числом замкнутых поверхностей, удовлетворяю— \ щих условию Ляпунова, намагничивается под действием |

внешнего магнитного поля Т0. При этом тело намагничи— I вается так, что магнитные массы распределяются только на поверхности тела в точке М с плотностью о(м); следовательно, магнитное поле тела создается простым слоем, образованным на поверхности Б

щрнфНМй^.

. . м-

Для вычисления потенциала (6) разобъем поверхность Б

на ш элементарные площадки <¿8—, где плотность а(М), в

м

пределах ,* можно считать величиной постоянной. Для

удобства вычислений в качестве элементарной площадки принята тригональная площадка. Задача сводится к определению плотности поверхностных магнитных масс и вычислению поля тригональной площадки. Каждая из элементарных тригональных площадок приобретает намагниченность, пропорциональную Т. Тогда поверхностная плотность нулевого приближения имеет вид

О(0)(М) =ЖТ0Соб(Т0 л,п(М)), (7)

где п (М) — внешняя нормаль в точке М.

Здесь необходимо учесть процесс взаимного влияния,

который заключается в возникновении в точке М масс с

_ _____

плотностью С(к)(М) под действием поля -(М) создаваемого

5п_ м

всеми элементарными источниками. Поверохностная плотность масс, обусловленная влиянием всех элементов ёБ— на

каждую из площадок, в К—том приближении определяется интегралом

а^>(Р) = Л. 1а<к_|)(М)-|-(-)115_ ,к= 1,2,3..., (8) 5 5п_ г м

м -

где I = (9,

э оп_ г м Эп_

м м

На каждой элементарной тригональной площадке плотность определяется как сумма бесконечного ряда

о(М) = ст<°> (М)+о<ч (М)+ст<2> (М)+... (10)

Ряд (10) практически сходится быстро. Приближения продолжаются до тех пор, пока минимальная из плотностей, •вычисляемых по (10), не станет меньше е. Количество приближений для конкретных случаев зависит от сложности формы поверхности и магнитных свойств среды.

В работе приводятся аналитические выражения Х,У,2, Т, Та и лТ для элементарной тригональной площадки.

Отметим,- что необходимым условием совершенствования методики учета влияния рельефа является не только удачно выбранный алгоритм решения прямой задачи, но и обоснованное определение зон учета влияния рельефа и размера аппроксимирующих элементов каждой из зон с учетом погрешности съемки. Причем такая методика обеспечивает сокращение времени счета на вычисление поля рельефа с требуемой точностью.

С целью оптимизации процесса расчета поправок за рельеф:

1. Изучена закономерность распространения поля тригональной площадки дТ= Г(Ь) при И=соп^1 и лТ= 1(Н) при Ь=сопв1 как основного элемента, аппроксимирующего поверхность рельефа с поверхностной "плотностью С=2500ед.СИ. Здесь необходмимо отметить, что К —расстояние от цетра тригональной площадки до точки расчета, а 11 — глубина залегания центра площадки распределенной горизонтально в единицах высоты полета (И = 50 м).

Анализ результатов расчета позволил выделить несколько градиентных зон, равных 0+2 ед., 2+4 ед., 4+8 ед. и далее; установить центральную 0+2 ед., ближнюю 2+4 ед., среднюю 4+8 ед. и дальнюю 8+16 ед. Отметим, что граница дальней зоны определяется намагниченностью пород, слагающих рельеф и требованию к точности учета влияния рельефа.

2. Для оценки влияния отдельных зон на величину поправки за рельеф, закономерностей ее изменения с увеличением радиуса учитываемой зоны и изучения характера относительного изменения величины поправки лТ при переходе от зоны к зоне с изменением среднего превышения дН всех элементов относительно расчетной точки (расчетные точки выбирались на различных -формах рельефа) было вычислено поле на высоте 0.2 ед. (1 ед. = 1 см карты 1:25000 м —ба). В результате расчета выявлены зависимости дТ = ЦВД и лН которые свидетельствуют, что величина поправки дТ в основном зависит от влияния масс, находящихся в зоне 0+8 см. Градиентные зоны дТ позволили определить центральную 0+2 см, ближнюю 2+4 см, среднюю 4+8 см зон учета влияния рельефа. Причем влияния масс, расположенных в зоне 8+16 см, незначительное и наблюдается корреляционная зависимость между

дТ и дН. При дальнейшем увеличении радиуса учитываемой зоны эти зависимости стремятся к некоторому ассимпто — тическому значению, а влияние неучтенных масс входит в расчетное поле как региональный фон, не превышающий погрешность съемки.

Тогда поправку за рельеф в каждой точке можно представить в виде следующего ряда:

ДТ =дТ +дТ +аТ +дТ ,,+дТ (11) р 0 + 2 2+4 4 + 8 8+16 да

3. Точность вычисления поправки и затраты машинного времени зависят и от размеров аппроксимирующих эле — - ^ -ментов каждой из зон. Для обоснованного выбора оптимального размера аппроксимирующих элементов с учетом погрешности съемки в каждой зоне рельеф восстанавливался с высокой точность в узлах сетки для — 0.1 см, В,^-0.2 см, Я4.8-0.5 см и поле, рассчитанное (Ь = 50 м) в центральной точке при аппроксимации тригональными площадками соответствующих размеров, принимлось за точное. Затем каждая из выделенных зон аппроксимировалась элементами различных размеров и в центральной точке определялось поле дТ от этих элементов. Точки, где вычислялись величины поправок, задавались на различных формах релефа (на склоне, вершине горы и.т.д.). Результаты расчета сведены в таблицу.

Таблица

Наименован- Разме — Размеры шдт при Оптима-

ие зон ры зон, аппроксими - аппрок — льные

см рующих симации размеры

элементов в минима — аппрок —

зоне, см льными и симиру—

максималь- ющих

ными элементов,

элемента — см

ми, нТл

Центральная 0-2 0.1,0.2,0.5 14.7 0.5

Блжняя 2-4 0.2,0.5,1.0 6.3 1.0

Средняя 4-8 0.5,1.0,2.0 4.56 2.0

Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют, что при аппроксимации минимальными и максимальными элементами в каждой из выделенных зон точность вычисления поправок не превышает среднеквадратическую погрешность съемки. Следовательно, центральную зону необходимо аппроксимировать элементами |0.5 см, ближнюю .— 1.0 см, среднюю —2.0 см. Тогда поверхность рельефа следует восстанавливать в узлах заданной растровой сетки с ячейкой 0.5 см, а при решении прямой задачи автоматически формировать размеры тригональных площадок с учетом принад — лежностиих той или иной зоне. ,

Таким образом, зоны учета влияния рельефа выделялись .по градиенту поля, создаваемого единичной тригональной площадкой и зависимостью л,Т и дН , а размеры аппрокси — мирующих элементов на основе оценки величин средне — квадратической погрешности. Тогда в ценральной зоне размером 4x4 см количество тригональных площадок —128, в ближней (8x8) см —96, средней (16x16) см — 96.

Результаты опробования данной методики, решения трехмерной прямой задачи магниторазведки на одном •планшете 1:25000 масштаба позволили резко сократить затраты машиного времени на расчет поправок до трех часов, тогда как без таковой составляла бы-500 часов.

Таким образом, поверхность любого рельефа, какой бы она морфологией не обладала, можно аппроксимировать системой тригональных площадок с требуемой точностью, а

прямая задача решается при заданном значении намагниченности и намагничивающего поля на средней высоте полета (Ь=50 м) в соответствии зонами учета влияния рельефа и аппроксимирующих элементов каждой из зон.

Эффективность разработанной методики учета влияния рельефа показана на примере участков Биже — Коксайский и Кегенский, где была проведена опережающая аэромагнитная съемка 1:25000 масштаба с целью создания геофизической основы в помощь геологическому картированию. Подробно приводятся сведения о геологическом строении, стратиграфии, тектоники, полезных ископаемых и методике аэромагнитной съемки участков. Дается анализ наблюдённого магнитного поля (дТ)а и магнитных свойств горных пород, слагающих рельеф участков.

Учет влияния рельефа решается в два этапа. Исходными данными для решения прямой задачи магниторазведки являлись матрицы высот по участку с шагом дХ = дУ=0.5 см. На первом этапе на основе анализа магнитных свойств горных пород и магнитного поля (дТ)а снимается влияние наиболее распространенных пород, слагающих рельеф участка, Делается вывод, что остаточное поле является полем как обнаженных, так и необнаженных геологических объектов, у которых магнитная восприимчивость больше

расчетной. На втором этапе заданием Жср, оБтах проводится доучет влияния рельефа с целью определения природы --- остаточного поля. Приводится сравнение-результатов интерпретации наблюденного и исправленных за влияния рельефа аномальных полей, которые показали, что изменяется не только глубина залегания и эпицентр скрытых геологических объектов, но и морфология этих объектов. Показано, что применения разработанной методики в конечном счете позволяет выделить качественно новую информацию и более детально представить общее геологическое строение участков, выявить природу магнитных аномалий, связанных со скрытыми магматическими образованиями, определяющими перспективность участков на эндогенные месторождения.

Результаты исследований по разработке методики учета влияния рельефа заключаются в следующем:

1. Предложена и реализована методика и технология создания ЦМР как исходной информации при решении прямой задачи магниторазведки. Установлено, что при задании характерных точек в пределах 600+2000 в зависимости от сложности рельефа является достаточным, чтобы восстановить поверхность рельефа с заданной точностью аппроксимационными методами. Предложены и реализованы численный и мультиквадратиковые методы кусочной аппроксимации поверхности рельефа. Исследованиями обосновано, что восстановление "поверхности рельефа с точностью <15 м является достаточным, чтобы удовлетворить погрешность съемки. Предложена первая очередь автоматизации процесса создания ЦМР с использованием периферийных устройств ввода—вывода и ЭВМ (ПЭВМ).

2. Предложен и реализован метод решения прямой задачи магниторазведки для тел произвольной формы через поверхностное распределение магнитных масс. Поверхностная плотность магнитных масс находится решением интегральных уравнений методом последовательных приближений. Верхняя и нижняя полуповерхности тела произвольной формы аппроксимируются тригональными площадками, а контур сечения двухмерного тела отрезками. Получены аналитические выражения для всех элементов магнитного поля (X , У , 2 , дТ) для тригональной площадки и отрезка. Программа решения прямой задачи позволяет получить значения любого элемента поля в точках произвольной криволинейной поверхности или же заданной плоскости.

3. Разработана методика учета влияния рельефа в дТ решением прямой задачи. Обоснованы определения центральной, ближней, средней и дальней зон учета влияния рельефа на основе изучения распределения поля тригональной площадки и зависимостью между полем рельефа дТ и средним превышением рельефа относительно точки расчета

на различных формах рельефа. Предложен способ аппроксимации каждой из зон тригональными площадками различных размеров с учетом погрешности съемки.

Прямая задача решается на основе предшествующих оценок о геометрии и физических свойствах пород, слагающих рельеф. Устранение влияния рельефа решением прямой задачи магниторазведки через поверхностное рас —

пределение магнитных масс резко сокращает количество аппроксимирующих элементов, особенно в тех случаях, когда нижняя полуповерхность Представляет из себя горизонтальную плоскость. ' ~

4. Учет влияния рельефа решается в два этапа. На первом этапе на основе анализа магнитных свойств горных пород, слагающих рельеф участка, снимается влияние наиболее типичных пород. Проводится оценка поле рельефа, определяется природа магнитных аномалии и связь их с рельефом местности. На втором этапе проводится доучет влияния рельефа, существенно сузив учитываемую область. Дается геологическое истолкование природы карт магнитного поля исправленного за влияния рельефа, оказывающее существенную помощь на этапе геологического картирования 1:50000 и 1:200000 масштабов в сложных горно — геологических условиях.

Результаты исследований свидетельствуют об обоснованности этих разработок, их достаточной точности и эффективности при решении задач геологического картирования и поиска месторождений полезных ископаемых. Опробование методики на теоретических и практических примерах показало обоснованность теоретических предпосылок и правильность методических рекомедации.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Создание цифровой модели рельефа. Алма-Ата, КазПТИ //Тезисы докладов и сообщений на 16 —й науч. конференции ППС. 1982. С.53-55 (соавторы: Нусипов E.H., Ибраев A.A., Кутушев П.)

2. Учет влияния релефа в аэромагниторазведке. Алма-Ата, Каз ПТИ // Тезисы докладов и сообщений на 16 —й научной конференции ППС. 1982. С.73 —76 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев A.A., Сологуб Т.В., Жылкыбаев Т.)

3. Прямая задача магниторазведки для кусочно — однородной и объёмно — неоднородной сред. Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. ( Тезисы докл.и сообщений 4 —й Всесоюзной школы семинара), Алма-Ата. 1984. С.17 —19 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев A.A., Сологуб Т.В.)

4. Учет влияния релефа в аэромагниторазведке. Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. (Тезисы докл. и сообщениий 4 —й Всесоюзной школы семинара), 1984 г. С.23-25 (соавторы Нусипов H.H., Ибраев A.A.,Сологуб Т.В.)

5. Опыт создания цифровой модели рельефа для учета его влияния в аэромагниторазведке // Методика и результаты геофизических исследований. Алма-Ата. КазПТИ, 1984. С. 108-118

6. Восстановление поверхности рельефа гармоническими функциями. Алма-Ата.КазПТИ.Тезисы докладов и сообщений на 18 —й научной конференции ППС 1984. С.27—28 (соавтор Нусипов E.H.)

7. Разработка алгоритмического и программного обеспечения вычислительного практикума, самостоятельной работы и научных исследований студентов по курсу "Математическая теория интерпретации гравитационных и магнитных анрмалий" // Тезисы докладов и сообщений на 19 —й научно—методической конференции ППС, Алма-Ата. КазПТИ. 1986.С.36—37 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев A.A., Сологуб T.B.) 1

8. Опыт применения автоматизированной системы учета влияния рельефа в аэромагниторазведке // Интерпретация потенциальных полей на основе их пространственного изучения и разделения. Алма-Ата, 1986. С.88 —95

9. Кибернетические принципы организации автоматизированного решения геолого — геофизических задач // Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитнЫх аномалий (Тезисы докладов и сообщений 5 —й Всесоюзной школы —семинара). Ленинград. 1986. С.22 — 26 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев A.A.

10. Прямая и обратная задачи методы моделирования магнитного поля в автоматизированной системе "MR" // Основные направления развития геофизических работ в зудных районах Казахстана (Тезисы докладов школы 1ередового опыта. Алма-Ата: МинГео, КазИМС, 1986. 1.49 — 50 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев A.A., Сологуб Т.В., Жетбаева Ш.А., Мирьяк^утюва А.)

11. Вопросы теорий, практики и технологии модели — ювания магнитного поля в горных районах // Теория и фактика геологической интерпретации гравитационных и

магнитных аномалий Тезисы докладов Всесоюзного семинара им. Д.Г.Успенского Алма-Ата, 1990. С. 153 (соавтор Нусипов E.H.)

12. Природа магнитного поля Прикаспийской впадины и методика его моделирования // Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий (Тезисы докладов Всесоюзного семинара им.Д.Г.Успенского). Алма-Ата, 1990. С.155 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев A.A., Сологуб Т.В., Жетбаева Ш.А., Мирьякупова A.A.)

13. Учет влияния рельефа в аэромагниторазведке // Развитие методов обработки и интерпретации геофизической информации Алма-Ата, 1991. С.60 —70 (соавторы Нусипов Е.Н, Сологуб Т.В.)

14. Методика моделирования кровли соленосных отложений Прикаспийской впадины по магнитным данным // Геофизические характеристики рудных месторождений Казахстана и их прогнознопоисковое значение. Алма-Ата: КазИМС,1991. С.49-61 (соавторы Нусипов E.H., Ибраев А.А, Жетбаева Ш.А.) 1

РЕЗЮМЕ

Аэромагнигпк барлаудапы бедер эсерш тузету. Ахметов.Е.М. Геология-минералогия гылы мд а р ы н ы ц кандидаты былыми дэрежесш иелену диссергациясы. Алматы: Кдзак, улттык, техникалык, университет^ 1994 ж.; 183 бет. . . .

Аэромагнигпк барлаудагы бедер эсерш тузетудщ жогаргы ешмдшк эдютемесшщ непзп жагдайлары бермген. Жергшкт! бедер ocepin тузету мен, бедердщ сандык, моделш (БСМ) жасау эдютемеамен узд^каз байланыстыгы кдралган жэне оньщ магнитик барлаудагы тура есебш шыгару кезшдеп бастапкы акдараты екеш керсет1лген. БСМ-д1 жасау ад1стемес1 мен технологиясы бер1\ген. Жер бедершщ кджетп дэлджпен тузетулер енпзудщ уйлеамд1 белплер1 непзделген. Бедерге тузету эсершщ Heri3ri этаптары жане геологи ялы к, картага Tycipy мен ¡здест:ру эдктемелсрш пайдалану кррытындысы керсетслген. i

- —

SUMMARY

Registering the influence of relief in aero — magnetic prospects. Yermek M Ahmietov dissertation for the candidate of geoloy and minerology science degree. Almaty: Kasakh national technical univercity, 1994, 183 p.

This disertation offers the basic locations of areas with new and highly productive methods of aero—magnetic registretion. Registering the influense of relief in these districts was examined and found to be inseperably linked with methods of analysis DTM. The basic information at the time of this resitation was found as a resalt of the direct and of the magnetic aspects of the area. Based on the criteria the optineum choice of conditions demainded the immediate introduction of corrections on the relief. Described basic stages the registering the influence of relief which bring by results of chenges the geological mapping and recogneisance (search).

Печати, лист. 1.5 Уч. изд. л. Тираж 100 кз. Заказ № 2.2.9

Отпечатано на ротапринте КазНТУ, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22 __

Подписано к печати i2.0S.94

Формат 60x84 1/16