Качественная и количественная неоднозначность при интерпретации результатов геофизических исследований

Качественная неоднозначность формулируется как неопределённость в истолковании геологической природы аномалий, то есть неопределённость представлений о качественных (геологических) показателях объекта исследования. Количественная неоднозначность — это, соответственно, неопределённость в получении количественных показателей (физических и геометрических) этого же объекта. Как правило, качественная и количественная неоднозначности проявляются одновременно.

Проблема качественной неоднозначности может быть решена путём привлечения дополнительных геофизических, а при необходимости и геологических и геохимических методов, то есть путём комплексного (совокупного) анализа этих методов. Примером могут служить техногенные объекты, например подземные коммуникации (рис. 4).

Рис. 4. Пример снижения качественной неоднозначности путём комплексного анализа электрои магниторазведочных наблюдений.

Из рассмотрения кривых магнитного метода можно заключить, что интенсивность аномалий определяется размером труб и их глубиной залегания. Трубы теплосети (прямая и обратная), имеющие наибольший диаметр, и совместно проложенные в железобетонном коробе, проявляются одной, достаточно интенсивной аномалией. Труба водовода в полтора раза меньшего, по сравнению с трубами теплосети, диаметра и залегающая на большей глубине имеет вид несколько «размытой» и небольшой по амплитуде аномалии. Канализационная труба-жёлоб в аномальном магнитном поле практически не проявляется, а силовой кабель, проложенный на глубине 0,4−0,5 м отмечается очень слабой аномалией.

Метод заряда на 2-х частотах 625 Гц и 26,7 кГц, во-первых, позволяет однозначно определить по признаку максимальной амплитуды местоположение трубы, в которую выполнен «заряд» (подключен питающий провод от генератора тока). Второй важный диагностический признак для этого метода: появление аномалий от труб, удалённых от «зарядной» на расстоянии, превышающем длину электромагнитной волны, которая, как известно, определяется частотой поля. В примере, приведенном на рисунке 4 на графике результатов измерений на частоте 26,7 кГц отмечаются аномалии от всех подземных коммуникаций, так как длина волны меньше или сопоставима с расстояниями между нитями простирания труб водовода, теплосети, канализации и силового кабеля. На частоте же 625 Гц обозначенные объекты, кроме силового кабеля, имеющего кратную гармонику с близкой частотой, не фиксируются.

Другие примеры снижения или же исключения уровня качественной неоднозначности можно привести в случаях решения геоэкологических задач методом подповерхностного георадиолокационного профилирования-зондирования (РЛЗ и РЛП) с обязательным сопровождением методами электрического зондирования (ВЭЗ, ДЭЗ. ЭПТЗ и др.) (рис. 5,6).

Рис. 5. Результаты РЛП и ВЭЗ на участках с наличием в геологических разрезах:

А — линзы глин в песчаных отложениях.

Б — локального изменения морфологической границы глинистой толщи.

Таким образом, совокупный анализ результатов профильных измерений различниыми по физической природе или же способам применения методами практически исключает неоднозначность выделения искомых объектов.

Рис. 6. Результаты РЛП и ВЭЗ на участке с наличием загрязнённой нефтепродуктами площади.

Вторым основным приёмом решения проблемы качественной неоднозначности является оценка природы геофизических аномалий с учётом механизма образования поля. Характерными примерами могут быть наблюдения методом постоянного естественного электрического поля (ЕП), например, разный знак аномалий потенциалов ЕП в зонах разгрузки и инфильтрации подземных вод (рис. 7). Перемена знака аномалии происходит и при изменении состава вод, например при разной концентрации бурового раствора (промывочной жидкости) в геологоразведочных скважинах (рис. 8). Весьма эффективно «снимать» качественную неоднозначность способами разнонаправленного возбуждения и приёма (рис. 9, 10).

Рис. 7. Пример проявления в поле ЕП участков инфильтрации (А) и разгрузки (Б) вод.

Рис. 8. Форма кривых ПС (знак аномалий) при минерализации пластовых вод больше (а) и меньше (б) бурового раствора.

1 — известняк, 2 — песок, 3 — глинистый песок, 4 — глина.

Рис. 9. Возбуждение и приём поля разными электроразведочными установками.

Рис. 10. Форма кривых метода КЭП над моделями объектов различного удельного сопротивления.

Количественная неоднозначность понимается (формулируется) как неопределённость в получении геометрических и физических показателей при проведении интерпретации. В большинстве случаев количественная неоднозначность «появляется» ввиду эквивалентности графиков или то же самое кривых геофизических параметров. Поэтому различают теоретическую и практическую эквивалентности. Теоретическая эквивалентность проявляется в одинаковых по форме, интенсивности и знаку аномалиях над объектами, отличающимися по размерам, глубинам залегания и физическим свойствам. Это вытекает, например, из известной формулы гравиразведки, определяющей параметр приращения силы тяжести ?g:

?g =2 ѓ*д*h,.

где ѓ - гравитационная постоянная.

Аналогичная ситуация создаётся и при интерпретации кривых электрического зондирования, описываемых формулами для геоэлектрических разрезов типа Н и А:

S_i = h_i/_i,

а для типов К и Q:

T_i = h_iI,.

где S — продольная проводимость, Т — поперечное сопротивление, h — мощность, — удельное сопротивление.

Приведенные формулы показывают невозможность при истолковании гравиразведочных, а также электроразведочных аномалий нахождения мощности h слоёв и их плотности д или удельного сопротивления, если неизвестны значения одного из этих показателей. Поэтому напрашивается вывод о необходимости привлечения дополнительных сведений, в частности о мощности отложений, например по данным сейсморазведки или бурения.

Практическая эквивалентность проявляется в неустойчивости решения обратных задач геофизики, в частности, по признаку квазисовпадения аномалий (в пределах погрешностей измерений) от неодинаковых по размерам объектов. Классические примеры — кривые вторых производных гравитационного потенциала W от треугольных призм различной плотности и формы при одинаковой глубине залегания и бесконечном простирании (рис. 11а) или графики суммарного вектора магнитного поля Т от шаровых объектов различных радиусов (рис. 11б).

Рис. 11. Примеры практической эквивалентности по признаку квазисовпадения аномалий.

Следует подчеркнуть, что качественная и количественная неоднозначности при решении обратных задач геофизики проявляются обычно одновременно и другого способа как комплексирование геофизических методов для сужения пределов неоднозначности пока не создано. Примеры сужения неоднозначности можно взять из электроразведки, характеризующейся большим набором способов и технологий:

• 1) Проведение профилирования установками разного размера.
• 2) Исследования на разных частотах.
• 3) Повременные (мониторинговые) измерения потенциалов ЕП.

Поэтому целесообразно привести краткое описание этих примеров внутриметодного комплексирования.

Широко известен, например, способ разделения аномалий, выделенных электропрофилированием, на приповерхностные, связанные с неоднородностями в рыхлых отложениях, и глубинные, обусловленные коренными породами. Способ заключается в проведении работ на двух разносах питающих заземлений АВ — меньшем и большем. Если при большем разносе аномалия _к проявляется резче, чем при меньшем, значит, она глубинного происхождения, и наоборот. Лучше для этих целей использовать графики отношения величин _к, полученных для двух разносов. Этим же способом в электропрофилировании можно разрешить неопределенность типа «синклиналь—антиклиналь». Например, понижение _к может наблюдаться как при поднятии нижнего слоя низкого сопротивления, так и в случае погружения пласта высокого сопротивления. (рис. 12, 13).

Рис. 12. Графики электропрофилирования методом СЭП с двойными разносами над геологическими разрезами различных типов.

1 увлажненные наносы, 2 — граниты, 3 — зона трещиноватости, 4 — глыбовые песчаники, 5 — глины.

Рис. 13. Пример определения антиклинальной структуры посредством симметричного электропрофилирования установкой с двойными разносами.

В электроразведке переменным током разная глубинность достигается наблюдениями на разных частотах: чем выше частота, тем меньше глубинность исследований {скин-эффект). Разночастотные наблюдения могут оказаться полезными и для отделения сплошных сульфидных руд от вкрапленных. При определении природы возмущающего объекта электроразведка переменным током на высоких частотах обладает преимуществом перед методом сопротивлений на постоянном или низкочастотном токе, поскольку в высокочастотных полях породы различаются не только по электропроводности, но и по диэлектрической проницаемости, поэтому разрешающая способность электроразведки возрастает. Породы с одинаковой электропроводностью могут различаться по диэлектрической или по магнитной проницаемости.

В методе естественного поля ложные аномалии фильтрационного происхождения выделяются по признаку их изменчивости во времени. Разновременные съемки дают в этих случаях графики потенциала, сходные по характеру, но различающиеся по абсолютным значениям. Последнее объясняется тем, что интенсивность фильтрации подземных вод зависит от времени года, в частности, от количества выпадающих осадков. Другим отличием этих графиков является их обратная связь с рельефом: график потенциала U представляет собой как бы зеркальное отображение рельефа земной поверхности вдоль профиля наблюдений.

Цель комплексной интерпретации геофизических данных — достижение однозначности геологического истолкования геофизических наблюдений. При этом различают комплексный анализ и комплексную интерпретацию полей. Под комплексным анализом понимается отработка комплекса различных признаков для решения задач геокартирования и районирования исследуемой площади (или разреза) на несколько классов, а также перспективных на полезные ископаемые участков. Комплексная интерпретация состоит в построении согласованной по всем полям комплексной физико-геологической модели, т. е. модели с оценками петрофизических свойств, формы и геометрии изучаемых объектов или геосреды. Комплексный анализ, как правило, обеспечивает качественную интерпретацию по оценке природы источников, а комплексная интерпретация — количественную оценку физических и геометрических параметров этих источников. Грани между анализом и интерпретацией часто стираются. Для данных отдельно взятого метода часто используется термин «физико-геологическая интерпретация», включающая уста-новление природы источников аномалий, их количественную оценку и геологическое истолкование.