Сейсморазведка при изучении сложнопостроенных рудных районов Казахстана (на примере Кемпирсайского массива гипербазитов)

Основные перспективы прироста запасов минерального сырья и выявления новых промышленных залежей связаны с изучением больших глубин и в обозримом будущем тенденция увеличения объемов поисковых и разведочных работ на большие (до 1−2 км, а иногда и больше) глубины будет сохраняться. Так как при этом трудоемкость и стоимость буровых работ резко возрастают, вполне закономерно, что в решении проблемы глубинных поисков все большее внимание уделяется совершенствованию геофизических методов поиска и разведки. Однако, по мере перехода к изучению все более глубоких частей разреза геологическая эффективность традиционного комплекса методов структурной геофизики снижается. Это связано с низкой разрешающей способностью и точностью метода^ основанных на изучении потенциальных полей, при изучении больших глубин в условиях интенсивных помех верхней части разреза. i.

В последние 20 лет в рудных районах усиленно развивается сейсмический метод разведки, как наиболее точный и глубинный способ геофизической разведки, успешно зарекомендовавший себя при поисках месторождений нефти и газа. Опыт сейсморазведочных работ в рудных районах показал, что эффективность метода существенно определяется сейсмогеологическими условиями района и задачами работ. В относительно простых сейсмогеологических условиях применялась методика работ MOB и КМПВ, разработанная для нефтяных районов, и эффективность сейсмических исследований обычно высокая.

В условиях сложных сред, представленных интенсивно дислоцированными комплексами эффузивно-осадочкых и магматических пород складчатых зон, основным способом сейсморазведки является MOB /32/, с применением которого изучается рлуЪийная структура рудных районов, в основном, при региональных исследованиях и среднемасштабном геологическом картировании. На стадии поисков, где стоит задача непосредственного выявления и подготовки под бурение рудоперспективных площадей, сейсморазведка применяется эпизодически и технология работ практически не сформировалась, В то же время, основная часть месторождений, например, в Казахстане и Средней Азии сосредоточена в сложнопостроенных складчатых областях, и пробле-.. ма повышения эффективности сейсморазведки при поисках глубокоза-легающих месторождений приобретает особую актуальность.

Известные ограничения MOB для решения задач поисков в высокоскоростных сложнодислоцированных средах связаны с низкой информативностью метода при изучении верхних горизонтов (до 500 м) и глубинного строения площадей и участков, не содержащих устойчивых сейсмических границ, В таких условиях повышение геологической эффективности сейсморазведки можно ожидать при комплексном изучево нии неоднородностей как структуры, так и состава. Так какумногих рудных районах установлена пространственно-генетическая связь рудолокализации с породами определенного литологического состава, магматическими телами, тектоническими зонами и т. п., то через комплексное изучение обеих видов сейсмической неоднородности возможен переход к новому уровню решаемых задач — обнаружению и объемному изучению либо факторов непосредственного рудо контроля, либо самих рудных залежей" на практически освоенных глубинах добычи и разведки.

Целью диссертационной работы является разработка технологии и методики комплексирования сейсмических методов и изучения глубинных геологических неоднородностей структуры и состава сложно-построенных сред «отбытых» рудных районов, В специфических условиях, сложных сред основой. комплексного изучения неоднородностей структуры и состава является сочетание методов отраженволн ных (MOB) и рефрагированных (МРВ). Разведочные возможности и вопросы практического применения MOB достаточно хорошо известны / 5/, 32,/. МРВ долгое время не применялся в практике рудной сейсморазведки и вопросы технологии его применения на стадии поисков требуют дальнейшего развития.

Естественным условием применения МРВ является наличие положительного градиента скорости с глубиной, объективное существование которого в большей части «открытых» рудных районов, представляется весьма вероятный и доказывается ниже экспериментальными материалами. При общем акценте сейсморазведочного комплекса на решение задач поисков, очевидно, что МРВ должно быть ориентировано на обнаружение локальных геологических неоднородностей состава в той или иной степени контролирующих размещение рудных залежей. Такому условию отвечает известный способ сейсмического просвечивания МРВ / обладающий потенциально высокими разрешающей способностью и помехоустойчивостью, однако для практической реализации способа необходима разработка методики его применения.

Включение в единый комплекс исследований на отраженных и реф-волнах рагированных переход к просвечиванию локальных неоднородностей определяют необходимость решения в диссертационной работе следующих задач*.

I) разработка сейсмогеологической модели (СГМ) среды сложно-построенных рудных районов;

Z) разработка элементов методики обнаружения и объемного изучения локальных неодаородностей СЛНсейсмическим просвечиванием методом рефрагированных волн (СП МРВ—.

3) обоснование эффективного комплекса сейсмических методов и разработка технологии его применения на различных подстадиях поисковых работ в рудных районах;

4) экспериментальная оценка разведочных возможностей и внедрение предложенных комплекса методов и технологии в Кемпирсайском рудном районе.

В основу диссертационной работы положены результаты изучения сложных сред с применением поляризационного метода (Ш) и МРВ, выполняемых при участии автора Казахским филиалом ЕИРГ в рамках научно-исследовательстких и договорных работ в рудаых районах Казахстана и Средней Азии. Основнш вкладом автора в развитие указанных направлений являлось разработка эффективного комплекса методов и технологии применения его отдельных элементов (Ш ВСП, СП МРВ), а также в опробовании и внедрении комплекса при изучении глубинной геологии Кемпирсайского рудного района. В перечисленных вше аспектах исследования выполнялись впервыерезультаты экспериментов внедрены в практику сейсмических исследований Казахстана и Средней Азии.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующему.

I) предложен новый тип СШ (градиентно-гетерогенная модель) сложных сред и доказано ее соответствие реальным условиям рудных районов, в том числе Кемпирсайского гипербазитового массиваобоснован эффективный комплекс сейсмических методов, а для его реализации на уровне изобретений разработан ряд методических приемов и технических средств;

3) создана технология поиска, изучения и оконтуривания ЛН состава наземными и скважинными способами сейсмического просвечивания;

4- получены новые геолого-геофизические представления о глубинном строении Кемпирсайского массива.

Практическая ценность работы состоит в том, что эффективный комплекс сейсмических методов внедрен в ПГО «Запказгеология» при изучении Кемпирсайского и Среднеорского рудных районов. Выявлены и рекомендованы под оценочные работы пять перспективных на хромиты геофизических участков. Комплекс реализуется серийной аппаратурой л техникой, успешно применяется на всех подстадиях поисков хромито-зых и медноколчеданных месторождений, экономический эффект от внедрения комплекса за 1979;1982 гг. составил 1105 тыс. руб. Разработанные технические средства и приемы поляризационного метода (ПМ- ¦шиш широкое применение при сейсморазведочных работах в различных рудных районах Казахстана и Средней Азии. Технология СП МРВ пригодна для решения разнообразных задач рудной геологии и для широкого опробования и внедрения способа изданы методические рекомендации.

Результаты работ доложены на Всесоюзных совещаниях по рудной >, ейсморазведке (Ленинград, 1970 г., Днепропетровск, 1973 г.) и изу-1ению околоскважинного пространства сейсмическими методами (Пермь, '.982 г.), на Республиканском совещании по рудной сейсморазведке Алма-Ата, 1980 г.-, на заседании экспертной комиссии секции рудных юлезных ископаемых Научно-технического Совета Мингео СССР (Актюбинск, 1983 г.-, а также рассматривались на научно-технических со-ютах ПГО «Запказгеология», Восточно-Уральской геологоразведочной [ Мугоджарской геолого-геофизической экспедиций.

По теме диссертации опубликовано двадцать две работы, в том исле девять авторских свидетельств СССР.

Основные защищаемые положения диссертационной работы сводятся: следующему.

1. Градиентно-гетерогенная модель адекватна реальным сейсмо-еологическим условиям рудных районов складчатых областей, в том исле Кемпирсайского массива гипербазитов.

2. Залежи многих типов руд являются контрастньми. сейсмическими еоднородностями. Хромитовые тела характеризуются контрастнш пони-ением скорости относительно вмещающих пород и проявляются при СП РВ в виде локальных аномалий в параметрах рефрагированных волнпри этом наблюдаемые интегральные эффекты существенны и могут быть использованы для локализации рудных объектов.

3. Комплекс сейсмических методов и технологии его применения в условиях Кемпирсайского массива гиггербазитов эффективны для поиска и объемного изучения разномасштабных: сейсмогеологических не-однородностей от рудоконтролирующих структур до рудных залежей,.

4, Разработанные способы и макеты аппаратуры для регистрации и обработки трехкомпонентных наблюдений позволяют оперативно реализовать основные преимущества поляризационного метода для изучения СШ и волновых полей в сложных средах.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 146 страницах машинописного текста, содержит рисунков, б таблиц, список использованной литераауры включает 99 наименований.

Выводы.

1. Обоснована сейсмогеологическая модель Кемпирсайского массива гипербазитов, сформулированы задачи, предложены комплекс сейсмических методов и технология его применения, доказана эффективность сейсмического метода на разных стадиях поисковых работ.

2. На подстадии общих поисков комплекс М0В-МРВ обеспечивает изучение внутреннего строения массива и выделение площадей благоприятных для постановки детальных работ. Подтверждена рудо-контролирующая сводовая структура Главного рудного поля и уточнено ее строениепоказано существование аналогичных структур в западной части массива и необходимость их изучения с применением МОВ-МРВ. Выделена площадь Главного рудного поля под постановку поисковых работ СП МРВ.

3. Разработана, опробована и доказана эффективность технологии, детальных поисков с применением СП МРВ для обнаружения и локализации геологических неоднородностей, включая рудные залежи. Выполнены поисковые и детализатдионные работы СП МРВ на площади около 100 кв. км, в результате которых выявлено 15 перспективных участков, проявляющихся в волновом поле эффектами, аналогичными эффектам от рудных залежей. Перспективные участки переданы под детализацию и поисково-оценочные работы.

4. Показаны возможности скважинных сейсмических исследований для оценки геологической природы аномалиеобразующих объектов и детализации неоднородностей в околоскважинном пространстве на.

5. На трех вьщеленных по СП МРВ участках начаты поисково-оценочные работы, подтвердившие наличие локальных неоднородно-стей, аномально отличных по скорости от вмещающей среды, что практически доказывает эффективность технологии СП МРВ. Вместе с тем установлено, что геологическая природа сейсмических аномалий связана как с проявлением хромитовой минерализации, так и с другими, нерудными, факторами.

Актуальной задачей, определяющей успех прямых поисков, является разработка критериев распознавания рудных аномалий на основе широкого комплексирования геологических, сейсмических и других видов геофизических исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Локальные изменения структуры и состава среды являются основ-ми факторами рудоконтроля в сложных средах и перспективной задай сейсмического метода в рудных районах является обнаружение и учение локальных сейсмических неоднородностей. Актуальность изу-ния локальных сейсмогеологических неоднородностей определяет неходимость развития сейсмического просвечивания применительно к дачам и условиям рудных районов и, в первую очередь, для опоиско-ния практически освоенных глубин лобычи и разведки месторождений ердых полезных ископаемых до 1000 м. Постановка такой задачи 'ответственно потребовала развития представлений о сейсмогеологи-ской иодели с учетом накопленных фактически сведений о сейсми-ских свойствах разномасштабных неоднородностей и геолого-геофизи-:ской информации о строении сложных сред.

Реальная сейсмогеологическая характеристика сложных рудных «айонов, представленных дислоцированными комплексами эффузивно-оса-?очных, метаморфических и магматических образований, с точки зре-:ия изучения отдельных локальных неоднородностей наиболее полно шисывается градиентно-гетерогенной моделью. Детерминированной со-лавляющей такой модели являются повсеместное ниличие вертикального градиента скорости распространения упругих волн и повсеместное эазвитие локальных неоднородностей. Случайная составляющая модели тределяется произвольным распределением значений градиента в разрезе и сложной композицией разномасштабных, с различной степенью сонтрастности локальных неоднородностей на его фоне. Градиентность эазреза позволяет с успехом использовать для просвечивания рефрз-?ированные волны, отличающиеся от других волн простотой приемов выделения сигнала и мобильностью систем наблюдений.

Модель локальной неоднородности с позиции сейсмического провечивания рассматривается в виде изометричного замкнутого объе-а среды, ограниченного эффективной поверхностью, описывающей аданный уровень отличия упругих свойств включения от вмещающей реды. Размеры неоднородности должны быть соизмеримы с длиной олны, а ее локальность определяется относительно системы наблю-зний. Размеры последней долзкны превышать размеры неоднородности обеспечивать выделение соответствующих локальных аномалий волов ого поля на фоне поля нормальной среды. При постановке сред-зчастотных сейсмических исследований в рудных районах указанным ребованиям вполне удовлетворительно соответствуют отдельные ру-эконтролирующие структуры, интрузивные включения, зоны околоруд-э1Х изменений и рудные тела многих типов твердых полезных иско-эемых, последовательное изучение которых с применением сейсмичного просвечивания открывает принципиальные возможности пря-IX поисков.

В конкретных геологических условиях целевая локальная неод-)родность всегда находится в окружении других неоднородностей -)мех и эффективность сеомического просвечивания определяется Iк выбором способов с высокими помехоустойчивостью и разрешающей [особностью, так и комппексированием способов при последователь-)м поиске и изучении разномасштабных неоднородностей. Первое на-)авление обеспечивается выбором СП МРВ в качестве основного спо-)ба для обнаружения и изучения локальных неоднородностей. [эвным преимуществом способа является возможность исключения из блюденного волнового поля помех, обусловленных контрастными однородностями верхней части разреза, маскирующих полезные ано-лии. Путем изменения геометрии и местоположения системы непрочного профилирования обеспечивается последовательное просвечи-ние выбранных объемов среды и выделение целевых локальных ано-лий волнового поля рефрагированных волн. Разработанная технология применения СП МЕВ позволяет реализовать способ в условиях рудных районов.

Второе направление повышения эффективности просвечивания на рефрагированных волнах связано с развитием внутриметодного комп-лексирования способов на разных подстадиях поисковых работ. Разработана технология последовательного поиска и изучения разномасштабных сейсмогеологических неоднородностей комплексом методов, включающего продольное профилирование МЕВ, СП МРВ и скважин-ное сейсмическое просвечивание: показаны роль и место каждого метода в общем процессе поисковых работ в рудных районах. Комп-лексирование структурных модификаций сейсморазведки MOB и методов на рефрагированных волнах позволит изучать глубинную структуру и состав среды, осуществлять поиски разномасштабных неодно-родностей на различных подстадиях от глубинного геологического картирования и общих поисков до предварительной разведки.

Разработанная технология аппробирована при изучении хроми^. товых месторождений Кемпирсайского рудного района. Доказана адекватность сейсмогеологической характеристики Кемпирсайского массива гипербазитов основным положениям градиентно-гетерогенной модели. Показана эффективность комплекса сейсмических методов на рефрагированных и отраженных волнах при изучении внутреннего строения массива и выделения рудоконтролирующих структур. Экспериментально подтверждены высокие разведочных возможности СП МРВ при поисках и изучении локальных сейсмогеологических неоднород-ностей, в том числе хромитовых залежей. Опробованы различнне варианты скважинного сейсмопросвечивания и показаны их возможности для изучения морфологии сейсмогеологияеских неоднородностей при поисково-оценочных работах. Учитывая общность геологического строения ультраосновных массивов, можно полагать, что основные положения сейсмогеологической модели и технологии сесмических работ будут применимы и в других районах.

Опробование СП МРВ на известных рудных объектах Западного Казахстана показало, что при прохождении рефрагированной волны через рудную залежь наблюдается существенные искажения параметров волнового поля (время прихода, амплитуда рефрагированной волны). Как правило, указанные искажения проявились в виде запаздывания времени прихода рефрагированной волны и увеличения поглащения. Анализ имеющихся сейсмогеологических предпосылок дает возможность прогнозировать перспективность опробования технологии СП МРВ для обнаружения аномальных эффектов от залежей железных, медноколче-данных, баритовых и полиметаллических руд, а также от субизомет-ричных тектонически ослабленных зон, непосредственно контролирующих размещение золотого и редкометального оруденения, зон разви-гия скарнов и т. д. В инженерной сейсморазведке просвечивание на рефрагированных волнах может быть полезным для выявления и изучения ния карстово-суффозионных процессов в карбонатах, выделения локальных объемов ослабленных пород, контроля за закреплением линз пронимаемых пород специальными реагентами и др.

Очевидно, что в каждом конкретном районе и для решения соответствующих задач необходимо на основе изучения СГМ среды разрабатывать свои поисковые признаки для выделения локальных аномалий зремени и амплитуд, обусловленных объектом поиска. Представляется весьма перспективным дальнейшее развитие технологии просвечивания на рефрагированных волнах за счет перехода на преимущественно поляризационные наблюдения, высокочастотную регистрацию и пространственные (наземно-скважинные) системы наблюдений. Актуальной задачей, определяющей успех просвечивания для прямых поисков, является разработка критериев распознавания рудных аномалий на основе широкого комплексирования геологических, сейсмических и других видов геофизических исследований.