Поиск аномалий и их изучение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поиск аномалий и их изучение

Целевое геологическое задание

Мои гравиметрические работы будут проводиться на крупнейшем мировом месторождении никеля - Садбери, расположенном в Канаде. Основной нашей целью будет поиск аномалий и их изучение на предмет возможной связи с краевыми, дислоцированными и жилообразными залежами руд.

Введение

В природе известно более 240 минералов, из которых главное промышленное значение имеют сульфиды. Никель является одним из элементов, без которого невозможно себе представить многие современные отрасли промышленности: авиа- и автостроение, машино- и приборостроение, химия, электротехника. Он стал таким популярным благодаря своим свойствам: высокая твёрдость, устойчивость к коррозии, ковкость. Как следствие очень часто его включают в состав высокопрочных сплавов, используют при изготовлении кованой стали; используют как катализатор в органической химии; в электротехнике для производства гальванопокрытия. Исходя из вышенаписанного, можно говорить о большой потребности современной промышленности в этом хим. элементе. Основными странами-потребителями никеля являются США, страны Зап. Европы и Япония. Основным источником никеля являются такие минералы, как пентландит ((Fe,Ni)S) и николит (NiAs). Основными же источниками этих минералов в необходимом количестве являются магматические ликвационные месторождения. Такие месторождения характеризуются большой площадью и небольшой глубиной залегания. Все магматические ликвационные месторождения сходны между собой по присутствующим в них минералах, хотя и отличаются по содержанию тех или иных добываемых полезных ископаемых. Основными представителями этого типа месторождений являются: Садбери в Канаде, Калгурли а Австралии, месторождения Печенги на Кольском п-ове, месторождения Норильска и Талнаха в Сибири. Все эти месторождения уже активно эксплуатируются в течение нескольких десятилетий. И, несмотря на постоянно растущую потребность в никеле, запасов этих месторождений, по оценкам экспертов, хватит ещё ни на одно десятилетие. Но, как всегда, всё можно улучшить, а в нашем случае это означает нахождение более перспективных объектов для разработки на уже существующих месторождениях. Уже сейчас можно провести поисковые работы и, добившись определённых результатов, отметить перспективные месторождения для разработки в ближайшем (или не очень) будущем.

Для своего проекта я выбрал месторождение Садбери, т.к. оно обладает следующими признаками: хорошая геологическая изученность, большие перспективные запасы ПИ, удачное географическое положение. Кроме того, месторождение Садбери является одним из лидеров по добыче никеля - 27% мирового никеля.

1.Общие сведения о районе работ

1.1 Физико-географический очерк района

Месторождение Садбери расположено в Канаде, на юго-востоке провинции Онтарио, в 280 км на северо-западе от административного центра Торонто и в 300 км на западе от столицы Оттава. Размеры участка работ 58х26км. Район характеризуется достаточно сложным рельефом: присутствуют как горы, так и некрупные низменности. Часть территории покрыта хвойными лесами. На территории месторождения находится девять небольших озёр, семь из которых находятся в непосредственной близости от уже существующих выработок. К югу расположено оз. Гурон. С позиции возможного транспортного сообщения, г. Садбери занимает удобное расположение: ветка Трансканадской магистрали, проходящей через него, далее разветвляется, что делает возможным сообщение с плотнонаселённым югом страны. Дорожное сообщение также возможно. Проживание возможно в г. Садбери в гостинице S-Hotel или в жилом коплексе для работников компании. Самым подходящим временем для проведения гравиразведочных работ является промежуток времени с конца мая до середины-конца сентября. Именно в этот промежуток времени условия наиболее благоприятные. Но, в случае каких-либо задержек, можно продлить работы до середины октября (зависит от осадков). За информацией о прогнозе погоды, в случае необходимости, можно обратиться в ГосМетеоЦентр, расположенный в Оттаве.

1.2 Геологическое строение района

1.2.1 Стратиграфия, тектоника и магматизм

Рудный бассейн Садбери располагается на поверхности Канадского кристаллического щита, который сложен гранитами и кварцитами. Строение бассейна напоминает слоёный пирог: внизу залегают рудоносные породы - микропегматиты, диориты, нориты и габбро, над ними - туф опанинг, перекрытый слоями шиферных сланцев и песчаников. Магматический комплекс Садбери внедрился 1.85 млрд л.н. в центральную часть огромного взрывного кратера. Он располагается внутри контура крупной гравиметровой аномалии, обусловленной субгоризонтальным силлом основных и ультраосновных пород, залегающим на глубине 5-8 км и имеющем мощность 4 км. Основной массив комплекса состоит из двух зон: нижней неритовой и верхней габбровой и гранофировой. Вокруг основного массива развиты субпластовые интрузивные образования кварц-диоритового состава. В них также отмечаются ксенолиты вмещающих пород, а также основных и ультраосновных образований. Предполагается, что магма, сформировавшая субпластовую интрузию, включения в ней и сульфидные образования, поступала из зоны глубинного сила, который пространственно и генетически связан с основным массивом комплекса Садбери. Протерозойские породы выполняют синклинальный прогиб на архейском основании, осложнённый крупным региональным разломом субширотного простирания. Они сложены субширотными и субмеридиональными региональными разломами. В нижней части интрузива Садбери залегает пластообразное тело авгитовых норитов и гиперстеновых габбро поздней фазы внедрения , сопровождающееся эруптивной брекчией, а также дайками диоритов и кварцевых диоритов, рассекающих толщу подстилающих пород лежачего бока.

1.2.2 Полезные ископаемые

Прежде чем говорить о полезных ископаемых, следует упомянуть наиболее главные рудные минералы. Ими являются: пирротин, пентландит, халькопирит и кубанит. Также присутствуют магнетит, ильменит, никелистый пирит, герсдорфит, никелин, маухерит, хизлевудит, борнит, валлериит, сфалерит, галенит, стаинин, сперрилит. Но последние перечисленные не являются первостепенно важными. Включая в себя такое большое количество минералов, месторождение Садбери является источником таких металлов, как: Ni и Cu. В процентном содержании 1.2-1.7% и 0.7-1.5% соответственно. Кроме того, руды содержат Co (до 0.12%), Au (до 0.2 г/т), Ag (до 6-8 г/т), металлы платиновой группы (до 0.8 г/т), Se и Ti (всего 11 сопутствующих элементов, извлекаемых попутно). По составу руд особенно выделяется месторождение Страткона, расположенное на западе кратера. Руды этого месторождения содержат до 3.36% меди, 0.88% никеля и до 28.35(!) г/т серебра.

аномалия стратиграфия тектоника магматизм

2.Методика и техника работ

2.1 Выбор участка работ и методов исследования

Выбранный мной участок располагается в юго-западной части месторождения и имеет площадь 21 км². Искать буду рудную залежь, имеющую форму наклонного пласта, с предположительным углом падения в 50⁰. Поправку за окружающий рельеф вводить нет необходимости, т.к. этот участок расположен на ровной поверхности. Форма участка имеет прямоугольный вид, потому что это удобно и для камеральной обработки и для прохождения участка.

2.2 Выбор рабочей модели исследования и расчёт гравитационных полей модели

Рудное тело, поисками которого я занимаюсь, я представил в форме бесконечного пласта с углом падения 50⁰. Петроплотностную модель разреза можно представить в следующем виде

Теоретическая кривая ?g



2.3 Методика и техника полевых гравиметрических работ

Исходя из особенностей гравиметров, как высокоточных приборов, гравиметрическая съёмка проводится в два этапа: вначале разбивается опорная сеть, а затем на её основе проводятся рядовые измерения.

Гравиметрическое обеспечение

Для измерений на всех пунктах я выбрал гравиметр CG-5 AutoGrav. Этот гравиметр являет собой отраслевой стандарт для гравиметров. Он обладает очень хорошими показателями точности: точность измерения - 1мГал, стандартное отклонение - < 5мГал, остаточный дрейф - < 0,02мГал/день. К тому же он обладает такими удобной функцией, как автоматическое горизонтирование.

Полевые измерения.

Полевые измерения проводятся рейсами. Рейсом называется совокупность последовательных измерений на опорных и рядовых пунктах, объединенная непрерывной кривой смещения нуль-пункта. Измерения в рейсе выполняют одним или группой гравиметров. Часть рейса между последовательными наблюдениями в опорных пунктах, в промежутке между которыми смещение нуль-пункта гравиметра принимается линейным, называется звеном рейса. Иногда звено включает наблюдения на трех опорных пунктах, при этом наблюдение на промежуточном опорном пункте используется для контроля за линейностью нуль-пункта. При достаточной стабильности нуль-пункта может приниматься общий линейный нуль-пункт для всего рейса. В этом случае, а также при учете нелинейного смещения нуль-пункта гравиметров звенья рейсов не выделяются.

Погрешности измерения могут быть систематическими, полусистематическими и случайными.

Систематическими называют погрешности, имеющие закономерный характер и являющиеся общими для всей съемки. Например, при проведении съемки одним гравиметром неправильное определение цены деления прибора приведет к систематическому, закономерному отклонению измеренных значений силы тяжести от истинных. Систематические погрешности не могут быть обнаружены по данным съемки без привлечения дополнительной информации. Возможное влияние систематических погрешностей должно быть изучено заранее и исключено из измерений.

Полусистематическими называют погрешности, являющиеся систематическими для конкретного прибора, рейса, оператора и т. п., но изменяющиеся случайным образом для различных приборов, рейсов, операторов и т. п. Полусистематические погрешности аппаратуры возникают вследствие конструктивных и технологических особенностей различных приборов, погрешностей определения их цен деления (линейной и нелинейной составляющих). Полусистематические погрешности рейсов обнаруживают при сопоставлении результатов наблюдений на одних и тех же точках в разных рейсах, они проявляются в различии уровней рейсов, наличии «профильных» аномалий. Влияние полусистематических погрешностей ослабляется применением соответствующей методики съемки -- проведением независимых измерений, т. е. измерений, выполненных различными гравиметрами, различными операторами, в разное время. Не являются независимыми измерения, выполненные:

1) одним оператором с двумя и более гравиметрами;

2) при одном и том же температурном режиме гравиметров;

3) в двух смежных звеньях рейса, имеющих общее наблюдение на смежном опорном пункте;

4) одним и тем же гравиметром;

5) на одном и том же опорном пункте, разделенные небольшим промежутком времени вследствие изменения режима работы прибора.

Случайными называются погрешности, имеющие случайный характер. Их влияние ослабляют проведением многократных измерений и статистической обработкой результатов наблюдений.

Опорная сеть.

Опорная сеть предназначена для приведения съемок к единому общегосударственному уровню, учета и контроля смещения нуль-пункта гравиметров в рядовых рейсах. Опорная сеть состоит из государственной гравиметрической сети I, II, III классов, создаваемой специальными организациями, и полевой сети.

Полевую опорную сеть привязывают к государственной гравиметрической сети. Косвенная привязка к опорным пунктам предыдущих или соседних съемок, имеющих значение силы тяжести в государственном уровне, не допускается. Проведение съемки в условном уровне может быть разрешено для отдельных профилей длиной менее 20 км, площадных съемок масштаба 1:25 000 и крупнее на площадях менее 70 км² без перспектив их наращивания. При профильных съемках в этом случае значения силы тяжести выражают в единой системе относительно общего условного уровня.

Точность определения силы тяжести на опорных пунктах должна быть в 1,5--2 раза выше, чем на рядовых. Повышение точности наблюдений достигается применением более точных гравиметров, многократными измерениями группой гравиметров, сокращением длительности рейсов (звеньев), транспортированием гравиметров в наиболее благоприятных условиях. В нашем случае повышение точности наблюдений будет достигаться многократными измерениями группой гравиметров.

Основной методикой наблюдений в рейсах является методика однократных наблюдений по схеме 1--2--3-- . . . n--1 или 1--2-- ... -- n-- ... -- 2--1. Число пунктов, включаемых в рейс (или звено рейса), определяется допустимой продолжительностью рейса, которая должна обеспечить линейное смещение нуль-пункта с требуемой точностью. Каждый опорный пункт наблюдается не менее чем в двух независимых рейсах.

Наблюдения на пунктах опорной сети выполняют по центральной, двухступенчатой, полигональной системам и по узловой методике. Мы будем производить наблюдения на пунктах опорной сети по центральной системе.

Центральная система измерений. Система измерений, при которой каждый опорный пункт имеет связь с пунктом, принятым за центральный в рейсе (или звене рейса), начинающимся на одном и том же опорном пункте. Считают, что два опорных пункта имеют непосредственную связь между собой, если они наблюдаются в одном и том же звене рейса независимо от числа пунктов в звене, последовательности их обхода и от того, на каком опорном пункте начинается и заканчивается рейс.

Центральный опорный пункт для съемок масштаба 1: 50 000 и мельче должен быть пунктом государственной гравиметрической сети соответствующего класса.

Центральная система измерений может быть выполнена по различным схемам (рис. 3) в зависимости от условий съемки. Схему прямых независимых связей выполняют рейсами



Рис. 3 Схемы центральной системы измерений на пунктах опорной сети:

а -- прямых независимых связей; б -- центральная полигональная; в -- прямых зависимых связей без перекрытия рейсов; г -- прямых зависимых связей с перекрытием рейсов; / -- центральный опорный пункт; // -- опорные пункты и их номера; /// -- измеряемые связи; IV -- гравиметрические рейсы Ц--/---Ц, Ц--2--Ц и т. д.

При цикловой методике целесообразно включать в смежные звенья рейса точки, достаточно удаленные друг от друга: Ц--/--Ц--4--Ц--10--Ц--2--Ц. Схему прямых независимых связей применяют, когда по условиям работ невозможно в звене рейса наблюдать несколько пунктов и для получения требуемой точности необходимо достаточно большое (более четырех-пяти) число измерений каждой связи.

В схеме центральной полигональной системы (рис. 3,б) опорные пункты помимо непосредственной связи с центральным пунктом имеют непосредственные связи между собой: Ц--1--Ц, 1--2--1, Ц--2--Ц, 2--3--2 и т. д. При цикловой методике также целесообразно в смежные звенья включать пункты, достаточно удаленные друг от друга. Центральная полигональная система может оказаться предпочтительнее системы прямых независимых связей, если достаточно небольшого числа (одного - двух) наблюдений на связях и расстояние между опорными пунктами меньше, чем расстояния от них до центрального опорного пункта. Схемы прямых зависимых связей выполняют рейсами, включающими несколько опорных пунктов: Ц--/--2--3--Ц. Возможны рейсы без перекрытия и с перекрытием (см. рис. 3, в и г соответственно) пунктов в разных рейсах (звеньях). Последняя схема предпочтительнее. В случае измерений по схемам, показанным на рис. 3, в, г, при усреднении достаточного большого числа измерений на пунктах в независимых рейсах ослабляется влияние полусистематических погрешностей рейсов. Более тщательный учет этих погрешностей осуществляется при уравнивании с учетом постоянных или линейных составляющих рейсов. Для выполнения своей работы я предпочел схему № 3, поскольку она является наиболее рациональной и для работы с ней необходимо всего 2 прибора и немного времени.

Густоту опорной сети определяют, исходя из необходимости обеспечения линейного изменения нуль-пункта в рядовых рейсах между двумя соседними опорными пунктами. Наблюдения в рядовых рейсах начинаются и заканчиваются на опорных пунктах. Предпочтительно, чтобы при выполнениях рядовых наблюдений каждый рейс захватывал 2 - 3 опорных пункта.

Число наблюдений на пунктах опорной сети зависит от точности аппаратуры (средней квадратичной погрешности единичного измерения) и проектной точности определения значений поля на пунктах опорной сети. На каждом опорном пункте должно быть выполнено не менее двух независимых измерений. А в нашем случае их количество будет равно 4.

Общее число забракованных наблюдений не должно превышать 2 % от общего количества наблюдений.

Рядовая сеть.

Основными формами сети рядовых пунктов при площадной съемке являются квадратная и прямоугольная. В последнее время наблюдается тенденция к использованию преимущественно прямоугольных сетей. Это связано как с необходимостью интерпретации гравитационных полей по профилям, так и с целью наиболее эффективного использования вырубок в заселенных районах. При площадных съемках отношение расстояний между профилями и точками по профилю не должно превышать 5:1.

Густота сети зависит от задач съемки и геологических условий. Ожидаемые аномалии силы тяжести должны обнаруживаться надежно, т. е. определяться не менее, чем тремя точками, значения поля в которых относительно соседних точек превышают утроенную погрешность измерения. Для нашего случая определение будет проводиться по 7 точкам профиля.

Густоту сети определяют по величине ожидаемой аномалии в соответствии с указанным выше критерием надежности обнаружения, вероятности подсечения ожидаемой аномалии, по аналогии со съемками на соседних площадях, величине ошибки интерполяции. Но в нашем случае мы не будем строить вероятностные модели, а будем исходить из масштаба съемки, полученного из модельных данных.

Для рядовой съемки выбираем методику однократных наблюдений. Это основная, наиболее распространенная методика полевых наблюдений. Учет линейного смещения нуль-пункта проводят по каждому звену рейса. Смещение определяют по сопоставлению разностей значений силы тяжести между опорными пунктами, полученных по наблюдениям в рядовом рейсе, с разностью жестких значений силы тяжести на опорных пунктах. При достаточной стабильности нуль-пункта линейное смещение может быть определено по крайним точкам рейса (промежуточные опорные пункты используют для контроля за линейностью смещения), усреднением по наблюденным разностям для различных звеньев.

Разбивка рейсов на отдельные звенья может быть выполнена в процессе обработки материалов после окончания полевых работ на основании анализа невязок (разностей между измеренными и уравненными значениями поля) в каждом рейсе. При этом уменьшение продолжительности звеньев рейсов, как обычно, приводит к уменьшению невязок и средней квадратичной погрешности определения единицы веса, но может привести к общему увеличению средней квадратичной погрешности съемки. Выбор рациональной схемы построения рейсов целесообразно определять в каждом конкретном случае моделированием. В нашем случае звено рейса составит 3000 м.

В нашем случае в качестве схемы опорной сети выбираем центральную систему измерений, а для рядовой съемки методику однократных наблюдений.

Для решения поставленных задач интервал сечения изоаномал отчетной карты при региональных и детальных поисковых съемках должен быть меньше амплитуды исследуемых аномалий, а при детальных разведочных съемках - 2-3 раза. Исходя из этого положения, по рассчитанной кривой (?g) для петроплотностной модели объекта выбираем сечение изоаномал отчетной карты.

Точность работ определяется, исходя из следующего инструктивного положения. При площадной съемке среднеквадратическая погрешность определения аномалий силы тяжести должна составлять в горных районах 0,5 интервала сечения изоаномал. СКП определения аномалий силы тяжести или ее производных не должна превышать при поисковой съемке 1/5, а при региональных - 1/3 минимальной величины локальных аномалий гравиметрического поля, создаваемого искомым объектом.

На данном этапе мы имеем ?g_max, а значит могу определить сечение изоаномал:

?g_max/3=0,734641/3=0,24488

Далее вычисляю СКП определения аномалий силы тяжести:

0,5*0,24488=0,12244

Теперь, зная сечение изоаномал и СКП определения аномалий силы тяжести, я с помощью табл. 2 в методическом указании по курсовому проектированию нахожу подходящий мне масштаб карты. Он равен 1:25000.

Теперь, зная СКП определения аномальных значений, необходимо определить допустимые погрешности рядовой съемки, заполняющей и каркасной опорных сетей. Среднеквадратическая погрешность определения аномалий силы тяжести (_а) складывается из следующих погрешностей:

погрешности каркасной сети (_к);

погрешности заполняющей сети (_зап);

погрешности рядовой съемки (_ряд);

погрешности (в мгл (10^-5 м/с²)), вызванной погрешностью (в метрах) определения высот пунктов наблюдений (_н).

Соотношение между _н, _зап и _ряд рекомендуется следующим:

_ряд = 1,5 2 _зап

_зап = = 1,5 2 _к

Погрешность _н в мгл можно определить следующим образом. Для данного масштаба съемки и сечения изоаномал допустимая погрешность определения высот в метрах указана в таблице 2. Эту погрешность надо умножить на 0,1967 и получим погрешность _н в мгл. Коэффициент 0,1967 взят из формулы поправки Буге: g_Б = (0,3086 - 0,0419 )*Н, где - плотность пород промежуточного слоя, равная 2,67 г/см³. Окончательное соотношение между четырьмя рассматриваемыми погрешностями должно быть таким, чтобы выполнялось равенство:

_а = (_к² + _зап² + _ряд² + _н²)^1/2

В моём случае погрешности составили:

_а= 0,2

_н=0,1967*0,43=0,084.

_к= 0,0396 _зап=2*0,0396=0,0792

_ряд=2*0,0792=0,1584

Размер моего участка работ 7х3 км.

Исходя из того, что профиль объекта должен быть уверенно найден не менее, чем на 7 - 8 точках и, учитывая, среднеквадратичную погрешность измерений, нахожу шаг по профилю: ?x=50м.

Расстояние между профилями в соответствии с масштабом принимаю равным 250м.

Погрешность гравиметра CG-5 AutoGrav, которым будет производиться съёмка, составляет 0,01 мГал. Из этого условия рассчитываю необходимое количество наблюдений на рядовой, заполняющей и каркасной сетях.

N_ряд = еІ_ед/еІ_ряд = (0,01)І/ (0,1584)І= 0,00394? 1набл.

N_зап = еІ_ед/еІ_зап = (0,01)І/ (0,0792)І =0,01594? 1набл.

N_к = еІ_ед/еІ_к = (0,01)І/ (0,0396)І =0,06376? 1набл.

Считая время перехода с одного пункта наблюдения на другой равным 1 минуте и время проведения измерений на пункте равным 5 минутам, получаем, что за один час мы сможем провести измерения на 10 точках наблюдения. За это время мы преодолеем расстояние в 500м.

Считая время линейного сползания нуль-пункта у гравиметра равным 6 часов, получаю длину звена рейса равной 3000м.

Следовательно мы имеем по 3,3 звена рейса на каждом профиле и измерения на каждом профиле мы будем проводить в течение 20 часов. Исходя из плотности сети нахожу, что общее количество профилей на нашем участке составит 12.

Их съёмку необходимо выполнить за 4 месяца.

2.4 Методика топогеодезического обеспечения гравиметрических работ

Топографо-геодезические работы при наземных гравитационных съемках включают в себя:

1) разбивку профилей и пунктов наблюдений с гравиметрами;

2) определение координат и высот пунктов наблюдений;

3) нивелировку поверхности вокруг пункта наблюдений для учета влияния рельефа местности;

4) закрепление пунктов наблюдений на местности;

5) составление геодезической основы для гравиметрической карты;

6) технический контроль и оценку точности гравиметрических работ.

Требования к топографо-геодезическому обоснованию при наземных гравиметрических и магниторазведочных работах, определяемые инструкциями.

Для нашего случая предельные ошибки определения координат составляют 25 м, а точность определения высот до 0,49 м.

План прохождения всех точек каркасной, заполняющей и рядовой сети представлен на схеме проектных гравиметрических пунктов.

Разбивка каркасной сети от исходного пункта будет производиться на машине.

Разбивка заполняющей и рядовой сети будет производиться в пешем порядке.

Пункты опорной гравиметрической сети закрепляются в соответствии с требованиями инструкции по геодезическим работам при геофизических съемках.

Рядовой пункт закрепляется деревянным колышком или надписью на постоянном предмете местности с сохранением этого обозначения в продолжение всего полевого сезона для возможных контрольных измерений. Для определения координат пунктов наблюдений использовать автоматические топопривязчики.

2.5 Камеральная обработка материалов

Камеральная обработка данных гравиметрической съемки делится на два вида - первичную и окончательную. Первичная обработка выполняется в поле, в процессе проведения съемочных работ, окончательная выполняется в камеральных условиях на базе партии или экспедиции. При первичной камеральной обработке обычно ведется расчет полных значений ускорения силы тяжести с введением поправок за лунно-солнечные вариации (при высокоточной съемке), иногда за температуру и нелинейность шкалы прибора, а также рассчитываются полученные (реальные) погрешности съемки. Чаще всего при обработке вводится поправка только за смещение нуля гравиметра.

Первичная обработка данных

Поскольку гравиметрами измеряются не полные значения ускорения силы тяжести, а его приращения, наблюдения с гравиметром всегда начинаются на опорных пунктах, где полные значения силы тяжести определяются заранее с повышенной точностью. Зная полное значение силы тяжести на опорном пункте (так называемое “жесткое” значение -g_ОП1) и, взяв отсчет на этом пункте (n_оп), а затем на пунктах рядовой съёмки (n₁; n₂; n₃…n_i и т.д.), приращения силы тяжести на каждом из рядовых пунктов относительно опорного можно определить, как

g₁= c (n₁-n_оп1),

g₂= c (n₂-n_оп1),

g_i= c(n_i-n_оп1)

где С - цена деления гравиметра. Алгебраически суммируя приращения на каждом пункте с жестким значением, получают полные значения силы тяжести на каждом рядовом пункте:

g₁ = g_on1 + g₁ ,

g₂ = g_on1 + g₂ ,

g_l = g_on1 + g_i ,

Однако полученные значения g_i будут определены с ошибкой, поскольку гравиметр обладает сползанием нуль-пункта. Для учета этой ошибки каждое звено рейса (маршрута) должно не только начинаться, но и заканчиваться на опорном пункте, причем не обязательно на том же, так как полные (абсолютные) значения силы тяжести известны на каждом из опорных пунктов.

При этом надо выполнять обязательное условие - промежуток времени между отсчетами на опорных пунктах (или говорят: длительность звена рейса) должен быть не больше времени рабочего режима гравиметра, которое определяют опытным путем перед началом работы. Обычно это время не превышает 3-4 часов.

Затем приступают к обработке данных. Вычисляют для каждой точки разность отсчетов, вычитая из отсчетов на каждой точке самый первый отсчет на опорной точке (n_i = n_i-n₀). Умножают разности отсчетов на цену деления (g = c·n_i).

На миллиметровке строят график зависимости сползания нуль-пункта от времени, считая эту зависимость линейной. Затем определяют величину сползания нуль-пункта для каждого пункта рядовых наблюдений пропорционально времени. Время отсчитывается от отсчета на первом опорном пункте и поправка вводится с обратным знаком.

Окончательная обработка

Для разведочных целей непосредственное сопоставление измеренных значений силы тяжести оказывается невозможным, Т.К. наряду с неоднородным распределением масс в Земле (что и является целью разведки) на силу тяжести оказывают влияние географическое положение точек наблюдений, их высота, окружающие массы рельефа и т.д. интерес представляют не полные значения g, а только их аномальные значения :

g_a = g_изм - г_{0 .} (1)

В формулах для нормальных значений силы тяжести учтено действие центробежной силы, которое не зависит от распределения масс в Земле, поэтому аномалии Дg отражают только неоднородное распределение масс и тождественно совпадают с аномалиями притяжения. Однако в формуле (1) g_изм относится к физической поверхности Земли, а г₀ - к поверхности эллипсоида. Чтобы получить аномалию g_a , надо либо привести измеренное значение g_изм к поверхности эллипсоида, либо привести нормальное поле г₀ к физической поверхности Земли. С математических позиций это все равно, но более удобным оказалось приведение нормального поля к физической поверхности Земли. Такое приведение или редуцирование осуществляется с помощью поправок.

Практически при редуцировании используют высоты от уровня моря, т. е геоида, а не от сфероида, поэтому величины g и г относятся разным поверхностям. Это дает лишь постоянный фон на участках измерений. Такие аномалии называются смешанными (чистыми называют аномалии, отнесенные к одной поверхности). Если рассматриваются территории порядка континентов, то надо вводить поправку за искажающее действие отклонения геоида от сфероида. Ее максимальное значение может быть до 40 мГл.

Обычно при окончательной обработке гравиметрических данных используют следующие поправки и соответствующие им редукции.

1. Поправка за высоту точки стояния прибора.

Наблюдения с гравиметром обычно проводятся на неровном рельефе земной поверхности. При этом значение силы тяжести зависит от высоты точки наблюдения - с увеличением высоты значения силы тяжести уменьшается. Для того, чтобы рельеф поверхности наблюдения не вносил ошибок в наблюденные данные, результаты гравиметрической съемки приводят к уровню моря (или редуцируют на уровень моря). Если представить себе, что между уровнем моря и поверхностью наблюдения нет горных пород, а находится только воздух, то, учитывая формулу нормального вертикального градиента силы тяжести Vzz, зависимость между абсолютной отметкой точки наблюдения (Н) и приращением силы тяжести на этой высоте (g_с.в.) можно записать в виде:

g_с.в. = 0,3086·Н. (2)

Эта поправка называется поправкой за высоту точки стояния в свободном воздухе, или редукцией Фая.

2. Поправка за плотность пород промежуточного слоя.

Поправка за высоту определяется из предположения, что между уровнем моря и поверхностью наблюдений ничего нет. На самом же деле в пространстве между уровнем моря и рельефом поверхности съемки находятся горные породы с плотностью у_п.с. (так называемая плотность пород промежуточного слоя) (рис. 7).

Рис. 4. Поправки за высоту точки стояния и плотность пород

промежуточного слоя

Поправка за плотность промежуточного слоя определяется, согласно теории, также из простого соотношения:

g_п.с. = - 0,0419у_п.с.Н (3)

Минус в формуле поставлен из-за того, что породы плотностью у_п.с. завышают значение силы тяжести, поэтому поправка всегда отрицательна. В практике обработки обычно обе эти поправки объединяются в одну и суммарная поправка называется поправкой (или редукцией ) Буге:

g_б = g_с.в. + g_п.с. = (0,3086 - 0,0419у_п.с.) Н (4)

Кроме того, для целей разведочной геофизики необходимо знать аномальное поле, а его невозможно вычислить, не зная нормального поля. Как известно, фигуру Земли определяет геоид - геометрически сложная поверхность равных значений потенциала силы тяжести, совпадающая с невозмущенной поверхностью мирового океана и продолженная под континентами. Из теории гравитационного потенциала следует, что геоид очень близок к сфероиду с малым сжатием. Поле силы тяжести на поверхности сфероида или трехосного эллипсоида определяется из теоремы Клеро:

g₀= g_э(1 + ·sin² - ₁·sin²2), (5)

где - географическая широта точки, g_э - значение силы тяжести на экваторе. Для определения коэффициентов и ₁ следует измерять значения силы тяжести в большом числе точек, равномерно распределенных на земной поверхности. Таким образом можно составить столько уравнений типа (7), сколько сделано наблюдений. В правые части уравнений подставляют координаты точек наблюдений, в левые - значения g₀, полученные из наблюдений и редуцированные к уровню моря. Затем, если полученную систему уравнений решить по способу наименьших квадратов, можно получить уравнение (2.67) в численном виде. Имеется множество формул нормального распределения силы тяжести, выведенных различными авторами. Для нашей страны наилучшим образом представляет Землю эллипсоид О.Н. Красовского, имеющий сжатие . Эллипсоиду О.Н. Красовского наиболее соответствует формула нормального поля, полученная Гельмертом (1901-1909гг.):

₀ = 978030 (1+0,005302 sin² - 0,000007 sin²2) - 14 (мгл). (6)

Аномальное значение (g_а) вычисляется как разность наблюденного значения силы тяжести в редукции Буге и значения нормального поля (₀) в каждой точке наблюдения:

, (7)

где g_б определяется по формуле (6).

Согласно инструкции по гравиразведке, при проведении гравиразведочных работ необходимо вычислять редукцию Буге с тремя плотностями:

₁ = 2,67 г/см³ (средняя плотность верхней части земной коры);

₂ = 2,3 г/см³ (средняя плотность осадочного слоя)

и ₃ - реальная средняя плотность пород района.

Значение g_а, вычисленное по формуле (7), называют аномальным значением силы тяжести в неполной топографической редукции, так как здесь ещё не учтено гравитационное влияние окружающего рельефа.

3.Поправка за влияние окружающего рельефа

На результаты измерений с гравиметрами оказывает воздействие избыток или недостаток масс, расположенных вокруг точки наблюдения. Необходимость введения поправки за окружающий рельеф определяется в каждом конкретном случае степенью расчленённости рельефа и необходимой точностью работ. Согласно инструкции по гравиразведке, поправки за влияние рельефа местности вводятся на тех пунктах, где они превосходят 0,5 величины проектной среднеквадратичной погрешности определения аномалии силы тяжести. Как положительные формы рельефа, находящиеся вокруг точки наблюдения, так и отрицательные уменьшают наблюдённое значение силы тяжести. Поэтому поправка за влияние рельефа всегда положительна (рис. 8).

Только в отдельных случаях, когда учитывается влияние масс, расположенных в радиусе 200 км и более, с учетом кривизны Земли поправка может быть отрицательной. Вычисление этой поправки является наиболее трудоёмкой операцией при обработке данных гравиразведки, поэтому здесь в первую очередь стали применяться ЭВМ. При вычислении поправки окружающий рельеф разбивается на несколько зон: центральную, ближнюю, среднюю и дальнюю.

Чтобы определить поправку, в радиусе центральной зоны вокруг точки наблюдения измеряют превышения по двум, четырем или восьми лучам в различных направлениях. Затем, рассчитав таблицы для различных углов I и используя превышения h, определяют поправку за рельеф в центральной зоне.

Рис. 8. Влияние положительных и отрицательных форм рельефа на поле силы тяжести



2.6 Геологическая интерпретация

Геологическая интерпретация - это истолкование, выявление закономерностей распределения гравитационных аномалий на земной поверхности. Установление причин аномалий, то есть их связи с геологическими объектами.

Интерпретация делится на качественную и количественную. При качественной интерпретации особенно большое значение приобретает значения физических свойств пород и анализ этих величин для выяснения геологической природы аномалий. С помощью количественной интерпретации определяют обратную задачу, которая состоит в вычислении по данному распределению гравитационного поля и параметров тела его образующую (форма, размер, плотность).

По карте изоаномалий, которая в дальнейшем будет интерпретироваться, выделяются аномалии, которые соответствуют исходным объектам. Я хочу получить качественную и количественную интерпретацию, выявить региональный тренд, аномалию первого порядка, описать её морфологию. Выявить линии сгущения изолиний и зон спокойного градиентного поля. Исследовать направление изолиний и их изменения.

Вывод

В результате проделанной работы мы использовали полученные знания для проектирования гравиметрических работ на месторождении Садбери (Канада). Был построен график ?g, посчитаны погрешности, построена карта опорной и рядовой сетей наблюдения.

Список литературы

Гравиразведка, справочник геофизика. Под ред. Е.А. Мудрецовой, К.Е. Веселова, М:Недра, 1990.

· В.М. Добрынин и др. Петрофизика, М: Нефть и газ, 2004.

· Гравиразведка. Справочник геофизики.- М.: Недра, 1981.

· Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (Петрофизика). Справочник геофизики. М.: Недра, 1984 г.

Размещено на Allbest.ru