Комплексы геофизических методов

1. Комплексы геофизических методов Поисковые работы ведутся в пределах поясов интрузий ультраосновных и основных пород, контролируемых глубинными разломами, выделенных в результате региональных работ. При крупномасштабном геокартировании и реализации задач общих поисков выделяются и оконтуриваются отдельные массивы гипербазитов и габброидов, которые в последующем являются объектами для ведения специализированных поисков. В задачу последних входит выделение не только крупных, но и мелких интрузий (единицы квадратных километров), определение их контуров, выделение эродированной части, изучение морфологии и состава интрузий, их нарушенное тектоническими элементами, условий залегания, обнаружение зон сульфидной минерализации. Комплекс представлен методами магниторазведки, гравиразведки и электроразведки, применяемыми на сравнительно открытой местности в сочетании с литогеохимической съемкой, а на закрытой площади — с методами сейсморазведки и скважинной геофизики. Объектом изучения магниторазведки являются рудоносные интрузии (состав, контуры, границы) и тектонические нарушения, контролирующие или осложняющие их строение. Магнитная съемка выполняется в аэро- (масштабы 1:25 000—1:10 000) или наземном варианте (масштабы 1:50 000—1:25 000, сеть (500—250) х (100—50) м) (рис. 1). Гравиразведка (масштаба 1:50 000, сеть (1000—500) х (500—250) м) дополняет ее данные о морфологии интрузий, уточняет их состав и строение.

Электроразведка ВЭЗ в площадном варианте используется для уточнения условий залегания интрузий, определения мощности и состава рыхлых отложений, изучения рельефа поверхности коренных пород (в помощь гравиразведке), а на перспективных участках в профильном и притом более глубинном варианте — для определения мощности пластовых интрузий и перекрывающих их отложений. Электропрофилирование используют в комплексе ограниченно и притом выборочно, на наиболее перспективных площадях с целью поисков зон сульфидной минерализации.

Рисунок 1 Результаты геофизических работ на месторождении никеля

1-площадь распространения рудоносной интрузии по геофизическим данным; 2- графики; 3-графики; 4-контур рудоносной интризии по данным бурения Литогеохимические съемки используют, в первую очередь, для выявления зон сульфидной минерализации, а нередко и для классификации интрузий на рудоносные и безрудные. Из методов скважинной геофизики в комплексе при поисках скрытых и особенно глубокозалегающих месторождений могут быть применены скважинная магниторазведка (для обнаружения вблизи скважины невскрытого интрузивного массива) и скважинная электроразведка (для установления в околоскважинном пространстве сульфидной минерализации) или скважинным вариантом метода ВП. Из методов каротажа используется сочетание КС, ПС, ГК, КМВ для обнаружения магнетит-пирротиновой и сульфидной минерализации.

1.1 Детальные поиски Детальные поиски направлены на детальное изучение интрузий, элементов разрывной тектоники, оценку рудоносности интрузий, поиски зон сульфидного оруденения с поверхности и в околоскважинном пространстве.

Комплекс включает:

а) детальную магниторазведку (наземный вариант, масштабы 1:10 000—1:5000, сеть (100—50) х (20—10) м, точность 5—10 нТл) для выявления зон сульфидного оруденения с пирротиновой и магнетитовой минерализацией, для выявления и прослеживания в пределах интрузий разрывных нарушений, зон гидротермальной переработки, даек;

б)электроразведку методами МПП, ДИП, ВП, ЕП, КП; МПП или ДИП при поисках массивного сульфидного оруденения, ВП — вкрапленного оруденения, ЕП—сульфидного оруденения ;масштаб работ 1:10 000, сеть 100 х (20—40) м;

в) гравиразведку (масштаб 1:10 000, сеть (200—100) х (100—50) м, точность 0,03—0,01 мГал, сечение отчетных карт 0,1 мГал) для уточнения морфологии интрузий, изучения элементов тектоники, обнаружения рудных залежей сплошных и брекчиевидных руд;

г) литогеохимическую съемку по вторичным ореолам рассеяния (масштабы 1:10 000—1:5000, сеть (100—50) х (20—10) м) для оценки рудоносности интрузий;

д) сейсморазведку методами МПВ, MOB, МРВ (одним из методов) при поисках глубокозалегающих месторождений для установления положения подошвы рудоносной интрузии, выделения рудоносного горизонта в придонной части, трассирования на глубину нарушений;

е) скважинную геофизику методами вызванной поляризации и индуктивной электроразведки для оценки рудоносности околоскважинного пространства и выявления рудных тел, каротаж методами КС, ПС, МЭП, МСК, ГК, ГГК для выделения рудных интервалов, определения глубины залегания и мощности рудных тел.

1.2 Поисково-оценочные работы Поисково-оценочные работы проводятся на выявленных рудопроявлениях и месторождениях с целью обнаружения сульфидных рудных тел, сложенных как сплошными, так и вкрапленными рудами. Наземные работы представлены главным образом детализационными съемками в пределах аномальных зон теми же методами, что и при детальных поисках, но более детального масштаба (1:5000—1:2000). В их комплекс могут входить и микрогеофизические съемки на отдельных элементах геологического строения. Особый интерес представляют косвенные признаки скрытого оруденения. Из методов скважинной геофизики наиболее эффективными в комплексе признаны: скважинная магниторазведка — для обнаружения вблизи скважины невскрытого интрузивного массива; скважинная электроразведкадля выделения среди рассеянной сульфидной вкрапленности сплошных сульфидов и сульфидной брекчии, методом ВП — для выявления вкрапленного оруденения, методом заряда — для установления невскрытых рудных залежей вблизи скважины.

1.3 Разведочные работы Наземные работы могут быть продолжены с целью получения более детальной геофизической основы разведуемой площади, уточнения геолого-структурной позиции месторождений и отдельных их тел, оценки рудоносности флангов и глубоких горизонтов месторождений.

В их комплексе могут быть представлены магнитная (масштабов 1:5000—1:2000) и детализирующая ее результаты микромагнитная (масштабов 1:1000—1:500) съемки, гравиметрическая и микрогравиметрическая съемки (тех же масштабов), электрозондирования.

Комплекс методов скважинной геофизики, используемый при поисково-оценочных работах, становится ведущим и усиливается методами РВП, МЭК, а в особо сложных условиях — скважинной сейсморазведкой. В случае изучения проводящих объектов в призабойном пространстве (до 150—200 м и ниже) может быть использована модификация межскважинного электромагнитного профилированияМДЭМП.

Метод электрической корреляции (МЭК) помогает устанавливать сплошность рудных залежей, наличие их выклиниваний и обеспечивает корреляцию рудных подсечений. С помощью метода РВП можно уточнить положение рудных тел в меж-скважинном пространстве, изучить их морфологию. Дальность просвечивания на этих месторождениях составляет 80—120 м.

В комплексе методов каротажа ведущими становятся методы СНГК, ННК-Т и РРК, которые сочетаются с методами КС (или ТК), МЭП, ГК, КМВ (или ЭМК). Первая группа методов привлекается для определения в естественных условиях содержания полезных компонентов. Предел обнаружения по СНГК для Ni и Си — 0,5% (абс), по ННК-Т —0,5 и 1%, по РРК —0,1—0,3 и 0,5%.

1.4 Методы разведки никелевых руд При поисках и разведке никелевых руд, как правило, используются методы магниторазведки, гравиразведки, электроразведки (ВП и МПП), малоглубинной сейсморазведки и скважинной геофизики.

На региональном этапе поисковых работ чрезвычайно эффективно использовать комплексные аэрогеофизические наблюдения.

Отличительные особенности комплекса являются:

— широкомасштабного применения магнитотеллурических (МТ) методов в самых современных модификациях для объемной характеризации геоэлектрической среды и эффективного выявления важнейших проводящих структур до глубин в первые км

— использования метода зондирования на постоянном токе в современной модификации электротомографии, обеспечивающей повышенную детальность изучения разреза;

— детального и тонкого приложения метода вызванной поляризации (ВП) в многоканальной модификации в широком диапазоне частот с целью выявления объектов аномальной поляризуемости, их детализации и классификации.

1.4.1 Магнитотеллурический метод В в зависимости от эффективного электрического сопротивления вмещающей среды и требуемой глубинности исследования, этот метод применяется как в стандартной широкополосной модификации, так и в более высокочастотном аудио-МТ (АМТ) варианте. Метод МТЗ широко используется в геофизике на протяжении более сорока лет.

Магнитотеллурический метод отличается от других методов электроразведки высокой глубинностью, небольшой стоимостью работ и портативностью используемой аппаратуры. Это обусловлено тем, что в методе МТЗ используется естественное электромагнитное (ЭМ) поле и, следовательно, не требуется применения громоздких генераторных установок. В настоящее время метод МТЗ, по сравнению с другими электроразведочными методами, имеет наиболее разработанный аппарат анализа и интерпретации данных, в том числе и для сложно построенных трехмерно-неоднородных сред.

1.4.2 Методы сопротивлений и вызванной поляризации Метод вызванной поляризации является одним из основных методов геофизики. Работы методом ВП одновременно предполагают и получение информации об удельном сопротивлении среды. Таким образом, можно говорить о комплексе метода вызванной поляризации и метода сопротивлений.

Для изучения поляризуемости горных пород используется методика измерений ВП в частотной области. Наиболее эффективными являются фазовые измерения вызванной поляризации по технологии ИНФАЗ-ВП.

Использование этой технологии позволяет уйти от синхронизации измерительного и генераторного устройств. Использование методики ИНФАЗ существенно повышает помехоустойчивоть метода ВП, а использование различных частот позволяет разделить аномалии ВП по их частотным характеристикам.

По результатам больших объемов лабораторных наблюдений на образцах была получена экспериментальная связь фазы ВП с кажущейся поляризуемостью, полученной в импульсном режиме на задержке 0.5 с:

зk (%) = - 2.5 µ_вп (градусы) (1)

На практике, фазовый угол вызванной поляризации рассчитывают с помощью дифференциального фазового параметра, определяемого по значениям фазовых углов двух гармоник (как правило, первой и третьей) сигнала типа «меандр», создаваемого генераторной установкой.

Существенной проблемой при измерениях ВП является разделение поляризационных и индукционных эффектов. Так, при измерениях во временной области при выключении тока в течение некоторого времени происходит становление электромагнитного поля в среде.

Аналогично, в частотной области значения амплитуд и фаз сигнала на разных сравнительно высоких частотах могут различаться за счет электромагнитной индукции. Таким образом, на определенных временах задержки (либо на определенных частотах) наблюдается суперпозиция поляризационных и индукционных эффектов.

Замечательной особенностью дифференциального фазового параметра является то, что при его расчете существенно ослабляется составляющая, связанная с электромагнитной индукцией.

никель магниторазведка геофизика поляризация

1.4.3 Технология работ в методах сопротивлений и вызванной поляризации Для изучения распределения сопротивления и поляризуемости пород по площади применяются стандартные установки срединного градиента (СГ) или ведется электропрофилирование на нескольких разносах, а для привязки выделенных аномалий проводимости и поляризуемости по глубине используется методика электротомографии.

Длины питающих и приемных линий, величина используемого тока в линии АВ выбираются исходя из параметров разреза и требуемой глубинности исследований.

В методе СГ для регистрации сигнала раскладывается измерительная коса из 8 линий MN, подключаемая к 8-канальному измерителю ИМВП. На одной площади возможно группирование нескольких измерителей, что позволяет повышать производительность полевых работ и снижать удельные затраты.

В питающую линию АВ подается многочастотный сигнал в виде разнополярных прямоугольных импульсов («свип»). Длительность «свипа» составляет 3−5 минут. За это время происходит регистрация сигнала одновременно на всех приемных линиях во всем диапазоне частот.

При проведении работ методом электропрофилирования, в качестве измерителя используется аппаратура «МЭРИ-24». Измерения ведутся последовательно на нескольких частотах. Обработка сигнала осуществляется непосредственно в измерителе.

На этапе детального исследования обнаруженных аномалий ВП применение метода СГ является нецелесообразным, так как его данных недостаточно для проведениянадежной количественной интерпретации и получения информации о форме и глубине залегания искомых объектов. Кроме того, наблюденное значение кажущейся поляризуемости зависит не только от поляризующихся объектов и их взаимовлияния, но и от вмещающей среды, что существенно затрудняет интерпретацию аномалий ВП.

Необходимо совместно решать двумерные обратные задачи как для метода сопротивлений, так и для метода вызванной поляризации. В рамках решения такой комплексной проблемы применяется специальная электротомографическая методика наблюдений и интерпретации.

Основная идея электротомографии — многократное использование в качестве питающих и измерительных одних и тех же фиксированных на профиле электродов. Это приводит к уменьшению общего числа рабочих положений электродов при существенном увеличении плотности измерений по сравнению с обычным методом ВЭЗ. При работах методом электротомографии шаг по разносам равен шагу по профилю.

2. Комплексная интерпретация результатов исследований

2.1 Общие сведения Цель комплексной интерпретации данных различных методовдостижение однозначности геологического истолкования геофизических аномалий. До сих пор еще применяются приемы визуального сопоставления аномалий, выделяемых по различным физическим полям.

С внедрением ЭВМ в практику разведочной геофизики широко расиространились различные способы распознавания образов.

В пределах исследуемой площади (или площадей с аналогичным геологическим строением) выделяются участки с доказанной бурением рудоносностью и участки с доказанным ее отсутствием, т. е. эталонные объекты.

Совокупности признаков геофизических полей тех и других участков, полученные в результате обработки данных, рассматриваются как описания эталонных объектов. Комплексная интерпретация заключается в сопоставлении совокупности признаков по исследуемому участку неизвестной геологической природы с соответствующими совокупностями признаков эталонов.

Комплексная интерпретация геофизических материалов — система исследований, предназначенная для однозначного или близкого к однозначному геологического истолкования особенностей геофизических полей.

Под системой комплексной интерпретации предложено понимать комплекс (сочетание) взаимосвязанных и взаимодействующих методов, способов и приемов обработки, интерпретации и комплексного анализа геофизических данных, использование которых позволяет максимально приблизиться или достичь однозначного истолкования геологической природы геофизических полей.

Системе свойственно наличие системообразующих связей — прямых и обратных, внутренних и внешних, определяющих структуру системы Прямые связи предполагают поступательное развитие операций от простых к более сложным, от частных представлений к интегрированным, от промежуточных решений к конечным, т. е. определяют последовательное приближение к решению поставленной геологической задачи выбранной стадии исследований.

Обратные связи обусловливают наличие замкнутых циклов, существование которых является обязательным условием функционирования системы исследований как упорядоченного и организованного целого.

Обратные связи предопределяют возврат к предшествующему этапу интерпретации, целесообразность доизучения особенностей того или иного поля на исходном или промежуточном уровне.

Внутренние связи системы указывают на взаимодействие разных методов и способов в процессе интерпретации, обеспечивают взаимопроверку результатов, дополнение информации одного метода данными другого и, в конечном итоге, полноту информации об исследуемом объекте.

Внешние связи обусловливают применение методов и способов интерпретации геофизических данных в увязке с методами и способами интерпретации геологических и геохимических данных, используемых на этой же стадии с аналогичными целями.

Совокупное использование разнообразных методов и способов интерпретации — качественных и количественных — позволяет осуществить синтез частных представлений, отражающих отдельные стороны сложноорганизованного объекта, в единой картине.

3. Рекомендуемый комплекс исследований В регионе Сарыкулболдинского месторождения четко выделяются ультраосновные интрузии среди осадочных и эффузивных пород по высокой интенсивности и большим градиентам магнитного поля.

В пределах интрузий участки развития нонтронитовых никеленосных глин отмечаются по данным симметричного профилирования понижением значений с 200−300 до 50−100 ом*м. сравнительно невысокие значения за областью развития нонтронитовых глин объясняются присутствием в верхней части интрузии сильно измененных змеевиков, имеющих невысокое удельное сопротивлении.

Чтобы среди участков, намеченных по данным магнитои электроразведки, выделить наиболее перспективные на никель используют литогеохимическую съемку на никель, кобальт и хром.

Геофизические методы Сарыкулболдинского месторождениия используют для решения задач, связанных с поисками никелевых месторождений: картирование продуктивной филлитовой толщи, поиски интрузий ультраосновных пород в пределах филлитовой толщи и диабазов, поиски оруденения внутри интрузивных массивов и на их контакте с вмещающими породами, изучение глубинной структуры района.

На первой стадии исследований в районе, перспективность которого предполагается по общегеологическим данным, проводят поиски и оконтуривание массивов ультраосновных пород. Обычно для этого используют магнитную съемку.

Масштаб исследований обычно зависит от ожидаемых размеров ультраосновных массивов и колеблется от 1:25 000 до 1:100 000. В тех случаях, когда массивы плохо выделяются по данным магнитной съемки, следует привлекать гравиразведку.

Наблюдения выполняют или по всей площади поисков или только на тех участках массивов, где их граница с вмещающими породами прослеживается магниторазведкой недостаточно уверенно.

На втором этапе, после оконтуривания массивов гипербазитов, выполняют более детальные геофизические работы, чтобы установить перспективные участки на нахождение руд никеля. На этом этапе обычно проводят наземную магнитную съемку масштаба 1: 10 000.

Опыт магниторазведочных работ в этом районе показал, что благоприятными участками на нахождение руд никеля являются следующие: 1) участки сложного магнитного поля с резкими градиентами, 2) участки понижений интенсивности магнитного поля в пределах крупных массивов, соответствующие наличию мощной коры выветривания; 3) участки несколько повышенного магнитного поля над известняками, расположенными вблизи серпентинитовых массивов, где также происходит отложение гидросиликатов никеля.

Однако использование только магниторазведки часто не дает достаточных оснований для постановки горнобуровых работ, так как изменение магнитного поля внутри массивов может происходить и из-за колебаний магнитных свойств слагающих их пород. Поэтому в комплекс методов целесообразно включать электроразведку. С ее помощью в пределах массивов выделяют участки с наиболее мощной корой выветривания, которые бывают приурочены к понижениям в рельефе коренных пород.

Для решения этой задачи лучше всего использовать сочетание ВЭЗ и электропрофилирования. Площадь всего массива или наиболее перспективной его части изучают симметричным профилированием с двумя разносами питающих электродов. Масштаб этих работ 1:10 000.

Участки развития мощной коры выветривания (нонтронитовых глин) проявляются на графиках кажущихся сопротивлений пониженными значениями, так как сопротивление нонтронитовых глин значительно ниже, чем коренных неизмененных пород. Мощные зоны дробления в коренных породах отмечаются также пониженными значениями кажущегося сопротивления.

В большинстве случаев интрузии ультраосновных пород можно выделить магниторазведкой, однако иногда четких результатов не получается, поэтому на перспективных по геологическим данным участках рекомендуется проводить высокоточную гравиметровую съемку.

Избыточная плотность интрузий по отношению к толще филлитов небольшая (0,15—0,20 г/см3), аномалии составляют десятые и сотые доли миллигала, поэтому погрешность полевых наблюдений должна быть не более ±0,05 мгал.

Поиски самого оруденения в пределах выявленных интрузий ультраосновных пород являются довольно сложной задачей. Если массив большой (сотни метров), то искать оруденелые зоны внутри массива можно разными методами электроразведки, пригодными для обнаружения хорошо проводящих объектов: комбинированным профилированием, ДИП, МПП.

Если массивы невелики или оруденение предполагается на контакте интрузии с хорошо проводящей филлитовой толщей, возможности геофизических методов ограничены и основным поисковым методом выступает бурение.

Если массивы ультраосновных пород располагаются среди покровов диабазов (и те и другие имеют высокое удельное электрическое сопротивление), то поиски оруденения среди массивов и на контакте их с диабазами решаются сравнительно просто многими методами электроразведки.

Лучше всего использовать метод ДИП. Анализируя амплитудную и фазовую кривые, снятые на разных частотах, можно рассчитать удельное сопротивление объектов.

Установив границы массива, начинают поиски никелевых жил. Для поисков пригодны почти все методы электроразведки, так как удельное сопротивление жил намного меньше вмещающих пород.

Для поисков донных залежей, представленных обычно вкрапленными рудами, после оконтуривания массива наиболее целесообразно использовать метод ВП, проводя наблюдения в области контакта с вмещающей толщей.

Чтобы выбрать разносы установки электропрофилирования, облегчить расшифровку результатов и получить глубину залегания коренных пород, необходимо выполнить ряд ВЭЗ.

Совпадение перспективных участков по данным магнитои электроразведки позволяет с большим основанием выделить площадь под горные и буровые работы. Особенно четкие результаты по данным ВЭЗ и электропрофилирования получают при наличии резкой границы сопротивлений между корой выветривания и коренными породами.

Если же верхняя часть коренных пород выщелочена и трещиновата, то по удельному сопротивлению она почти не отличается от рыхлых образований коры выветривания, что затрудняет постановку электроразведки, а порой делает ее вообще нецелесообразной. В некоторых случаях ВЭЗ и электропрофилирование полезно сочетать с сейсморазведкой.

На построенной по кривым ВЭЗ вертикальной карте изоом впадины в массиве ультраосновных пород довольно хорошо фиксируются.

Заключение

Говоря о комплексировании методов поисков и разведки месторожденией полезных ископаемых, следует различать комплексирование геологических методов, комплексирование геофизических методов и комплексирование геофизических и геологических методов.

Выбор рациональногокомплекса геофизических методов представляет собой самостоятельную задачу, хотя она и решается в пределах более широкой задачивыбора общего рационального комплекса геофизических и геологических методов. Рациональным комплексом геофизических методов называется их определенное сочетание во времени и в пространстве.

Увелечение количества методов исследований, включаемых в комплекс, приводят к более полному решению поставленной задачи. Для комплекса требуется строгий отбор методов.

Возможности отдельных геофизических методов при решении частных геологических задач определяется дифференциацией физических свойств (магнитных, электрических и других) пород и руд. Поэтому для выбора комплекса работ необходимо иметь достаточные сведения и физических свойствах пород и руд будущего района исследований.

Включая в комплекс геофизические методы, основывающиеся на использовании разных физических свойств, можно уменьшить, а иногда и полностью исключить неоднозначность геологического истолкования результатов геофизических наблюдений, когда по физическому полю нужносделать заключение о форме, размерах и других свойствах объекта.

Геофизические методы, применяющиеся в начале исследований, должны привести к уменьшению перспективной площади, на которой будут в дальнейшем поставлены более детальные и часто наиболее дорогие геофизические работы.

Выбор комплекса геофизических методовпроходит 2 этапа: на первом этапе оценивают возможности отдельных методов и их модификаций при решении поставленной задачи, а на втором-составляют варианты возможных комплексов геофизических методов, способных наиболее полно решить поставленную задачу.

1 Новицкий Г. П. Комплексирование геофизических методов разведки. Л., «Недра», 1974. 256 с.

2 Бродовой В. В. Геофизические исследования в рудных провинциях. М., «Недра», 1984.