Главная » Публикации » Целевые аэрогеофизические геолого-исследовательские технологии

Целевые аэрогеофизические геолого-исследовательские технологии

Автор(ы): Цыганов В.А.  

Описаны и проиллюстрированы общие принципы разработки таких типовых технологий с подразделением их на геолого-съемочные, прогнозно-поисковые (на различные полезные ископаемые), инженерно-геологические, гидрогеологические, гео-экологические и др. На примере прогнозно-поисковых технологий показана схема построения операционной цепочки с выделением последовательности промежуточных поисковых объектов, их предпосылок и признаков (частные объекты поисков). Рассмотрены особенности учета ландшафтно-геологических особенностей среды, выбора оптимальных систем наблюдений для различных этапов (стадий) поисков. Кратко описана система целевой логико-семантической интерпретации данных. Сделан вывод о целесообразности, возможности и эффективности замены значительных объемов наземных геолого-геофизических работ более экспрессными и информативными аэрогеофизическими технологиями.

Современный уровень развития аэрогеофизических методов, как по количеству видов получаемой при съемках информации, так и по технико-метрологическим параметрам каждого исследовательского канала, высокая экспрессность в проведении съемок на больших территориях, относительная дешевизна в сравнении с наземными методами, возможность комплексирования с материалами аэро- и космофотосъемок в единых ГИС или других компьютерных технологиях, все это в совокупности позволяет изменить саму технологическую схему использования аэрогеофизики в решении различных прикладных геолого-исследовательских задач. Вместо «типового комплекса» аэрометодов, опережающих региональные исследования и составление геологических карт, результаты которых часто просто «прикладываются» к геологическим отчетам, современное состояние аэрогеофизики позволяет для многих районов страны перейти к комплексному геолого-аэрогеофизическому картированию территорий с составлением геологических карт на основе высококачественных данных комплексных аэросъемок.

Вместо традиционного «прямого поиска» месторождений по локальным геофизическим аномалиям с попытками эпизодического и не систематизированного выделения других прогнозных факторов, современное состояние аэрогеофизических методов позволяет перейти к разработке и использованию целевых аэрогеофизических прогнозно-поисковых технологий, ориентированных на эффективное обнаружение конкретных промышленных типов месторождений полезных ископаемых в конкретных ландшафтно-геологических обстановках.

Отмеченные обстоятельства позволяют подойти к разработке типовых целевых аэрогеофизических геолого-исследовательских технологий, ориентированных по всем своим параметрам на решение конкретных прикладных задач с максимально возможной экономической эффективностью. При этом ориентация технологии на достижение заданной цели в каждом конкретном случае должна обеспечивается:

  • целевым выбором необходимой этапности (стадийности) работ, аэрогеофизических методов и модификаций, точности наблюдений, масштабов и высот съемок для различных этапов,
  • целевой методикой обработки и представления информации, набором дополнительных необходимых данных,
  • целевой технологической схемой общей и прогнозной интерпретации полученной информации. В соответствии с основными типами геолого-исследовательских задач такие технологии подразделяются на: геолого-съемочные, прогнозно-поисковые, инженерно-геологические, гидрогеологические, гео-экологические и др. и далее классифицироваться по видам конкретных задач (поиски конкретных типов месторождений в конкретных ландшафтно-геологических обстановках, выделение конкретных объектов экологического контроля и т.д.) .

Рассмотрим и проиллюстрируем на примере задач поисковой направленности общие принципы разработки целевых аэрогеофизических прогнозно-поисковых технологий.

1. Объекты поисковых работ

В первом приближении объектом любых поисковых работ является рентабельное для эксплуатации в конкретных геолого-экономических условиях месторождение полезного ископаемого. Однако, при более пристальном рассмотрении технологии геолого-поисковых работ (5) можно видеть, что поисковыми объектами в процессе исследований является достаточно большое множество важных для поисков геологических явлений, последовательное выявление которых в совокупности и определяет саму технологию работ.

Рис. 1


На рисунке » здесь показан поисковый объект, выделяемый на ранних стадиях геологоразведочного процесса на алмазы — «минерагеничес-кая зона». В пределах алмазоносной провинции и субпровинции она представляет собой линейную или близкую к линейной геологическую структуру, в пределах которых размещены все известные кимберлитовые поля. Следовательно, при проведении поисковых работ на алмазы в пределах достаточно больших территорий алмазоносная минерагеническая зона выступает в качестве самостоятельного поискового объекта. После выделения территории перспективной на выделение алмазоносной минерагенической зоны, следующей задачей геолого-поисковых работ становиться оконтуривание в ее пределах площадей перспективных на обнаружение кимберлитовых полей (индекс » II» на рисунке). Далее, в пределах выделенных площадей, задачами поисков становится выделение локальных участков, перспективных на обнаружение кустов кимберлитовых тел (индекс » III» на рисунке), а в их пределах — детальных участков и аномалий, перспективных на обнаружение самих кимберлитовых трубок (индекс IV).

И, наконец, остается задача выбора из всей совокупности обнаруженных кимберлитовых тел, таких трубок, содержание и качество алмазов в которых обеспечивает минимально допустимый в конкретных экономических условиях уровень рентабельности при эксплуатации месторождения (индекс » V «).

В рассмотренном примере минимально-рентабельное месторождение выступает в качестве конечного (1) объекта поисков, а минерагеническая зона, поле, куст, трубка — в качестве промежуточных поисковых объектов. При этом вся совокупность поисковых объектов (в нашем случае это алмазоносная провинция — субпровинция — алмазоносная минерагеническая зона — кимберлитовое поле — куст трубок — трубка) образует иерархический ряд промежуточных поисковых объектов.

В свете изложенного, развивая подход (6) можно называть промежуточным поисковым объектом единичное, геологическое, локально обособленное, генетически единое и условно однородное образование, имеющее конкретное сырьевое значение (металлогенические или минерагенические таксоны), которое сформировалось в процессе закономерного геологического развития территории и отразилось в компонентах вмещающей ландшафтно-геологической среды. Оно соответствует определенному масштабу изменчивости распределения полезного ископаемого в земной коре, концентрирует в этом масштабе все промышленно-ценные его запасы и выделяется в соответствии с этим на определенной стадии геологоразведочного процесса.

Выделенные промежуточные объекты позволяют использовать в практике поисков две технологические схемы работ или различные комбинации этих схем. Это стадийая технология исследований, описанная выше. И это сокращенная технология работ, позволяющая в благоприятных условиях (контрастные индикационные свойства поисковых объектов, благоприятная ландшфафтно-геологическая среда) пропускать отдельные стадии работ. Важно отметить, что сокращенная техология менее надежна и как правило в любых территориях со временем заменяется на стадийную.

В правой части рисунка III«) схематично показаны технологические особенности выделения этого промежуточного объекта. Индексом III.а здесь обозначены геологические явления, которые отражают геологические закономерности развития конкретной территории, обусловившие местоположение соответствующего члена иерархического ряда поисковых объектов в конкретном месте (поисковые предпосылки). Индексом III.b на рисунке показаны геологические явления, которые отражают специфические свойства поискового объекта, которые отразились в особенностях строения вмещающей их ландшафтно-геологической среды (поисковые признаки). Следовательно, и поисковые предпосылки, и поисковые признаки, являясь важнейшими факторами локализации поискового объекта (промежуточного), сами, в свою очередь, оказываются также поисковыми объектами. Их можно называть частными объектами поисков.

Поисковые предпосылки, используемые в практике поисковых работ достаточно разнообразны. Это геологические закономерности, проявляющиеся на различных вещественных уровнях строения территории: геохимическом, минералогическом, петрографическом (или литологическом), формационном и тектоническом (индексы «1», «2», … «n» на рисунке). Формы проявления поисковых признаков — геологических явлений прямо или косвенно указывающих на наличие промежуточного поискового объекта, а точнее на сам факт его образования, также достаточно разнообразны(индексы «1», «2», … «k» на рисунке).. Они проявляются в тех же частных геологических полях или статических геологических системах [3].

Важным свойством статических геологических систем является вещественное отражение закономерностей, присущих системам более высокого иерархического положения (например, формационных или тектонических) в системах с относительно низким уровнем (например, минералогических или геохимических). Так, например смена терригенной формации на карбонатную находит отчетливое отражение в смене пород, породообразующих и акцессорных минералов, уровня концентрации практически всех химических элементов. Следовательно, практически все предпосылки и признаки поисков могут находить отчетливое отображение в самых простых вещественных геологических полях: геохимическом, минералогическом, петрографическом.

Изменчивость геофизических полей, по своей природе, отражает в различной степени изменчивость простых геологических полей, а вместе с ними с различной степенью контрастности отражает и поисковые предпосылки и признаки. 


Рис. 2

На рисунке 2 приведен пример выделения тектонических предпосылок бикситоносности по материалам аэрогеофизических съемок масштаба 1:25000 на площади около 3000 км. Сущность этих предпосылок заключается в приуроченности зоны наиболее

На верхней части рисунка («а») показана карта региональной составляющей магнитного поля с сечением изолиний 5 нТл. Анализ карты позволяет наметить границу между крупными блоками с средней части территории сверху вниз. На части рисунка 2b показаны линии выхода на поверхность эрозионного среза одного из горизонтов нижнего отдела каменноугольной системы, который благодаря повышенной намагниченности был откартирован при анализе локальной составляющей магнитного поля.

Средние значения интенсивности этой локальной аномалии рассчитывались в окне из 40-50 аэропересечений, с дальнейшей статистической оценкой значимости различий. Округленные до целого значения интенсивности показаны в нТл в кружках. Площадной анализ изменчивости этого параметра отчетливо показывает различие между левой (5 нТл) и правой (3 нТл) частями рисунка. При этом граница между выделенными частями с достаточной точностью совпадает с границей между блоками, выделенными по анализу региональной составляющей поля.

Не останавливаясь в рамках настоящей статьи на деталях вещественной интерпретации причин пространственной изменчивости локальной составляющей, можно сделать вывод, что для названного выше стратиграфического интервала зафиксировано статистически значимое различие в изменчивости мощности слагающих его пород. Совпадение границы изменения значений с границей выделенных блоков указывает на очевидное влияние последних на режим осадконакопления. На части рисунка 3с показана схематическая палеотектоническая модель территории, построенная по рассмотренным аэрогеофизическим данным

Пограничная зона между блоками была выделена в качестве перспективной на обнаружение наиболее качественных бокситовых руд.

Приведенный пример, в отличии от многочисленных описанных в литературе примеров с очевидной контрастной проявленностью некоторых поисковых предпосылок и признаков, призван иллюстрировать случай, в котором для выделения поискового фактора потребовалось проделать достаточно сложную последовательность операций. Но, именно этот пример иллюстрирует возможность резкого увеличения выделяемых прогнозных факторов по аэрогеофизическим данным при современном технико-метрологическом обеспечении съемок и при соответствующей (целевой) технологии анализа и интерпретации. В рассмотренном случае граница между блоками выступала в качестве частного объекта поисков.

2. Ландшафтно-геологические условия поисков

Существующие технические инструкции по проведению аэрогеофизических съемок не предусматривают ни для одной из них специального изучения и составления карт ландшафтно-геологических условий ведения поисковых работ. Однако, формы отражения рассмотренных выше разнообразных поисковых объектов в физических полях измеренных на уровне дневной поверхности или по линиям аэромаршрутов существенно видоизменяются в зависимости от ландшафтно-геологических особенностей среды. Сигнал от поискового объекта может либо полностью экранироваться компонентами среды, либо весьма существенно искажаться.

На рисунке съемок. Здесь выделены типы ландшафтов:

элювиально-автономный ( на рисунке — I ); транс-элювиальный ( II ); элювиально-аккумулятив-ный (III ); субаквальный (IV); супераквальный (V ).

Рис. 3

Для магнитометрического метода переход к высокоточным системам наблюдений сказался в резком увеличении количества локальных аномалий связанных с перераспределением в четвер-тичных отложениях магнитных минералов (график а на рисунке). Магнитные минералы, поступающие при разрушении коренных пород из элювиально-автономного ландшафта весьма часто образуют обогащенные струи в пределах транс-элювиального, линзы и шлейфы в пределах элювиально-аккумулятивного ландшафтов. В пределах группы аквальных ландшафтов эти минералы поступившие из других участков территорий также образуют струи и линзы. При низкой контрастности сигнала, аномалии от приповерхностных концентраций магнитных минералов часто достаточно трудно отделить от полезных аномалий только на основе анализа магнитного поля. 

Для электроразведочного метода (график b)важной особенностью ландшафтной обстановки оказывается положение уровня грунтовых вод. Его приповерхностное залегание в зоне развития аккумулятивных ландшафтов значительно уменьшает электрическое сопротивление коренных пород, что находит отражение на картах геоэлектрических параметров в виде повышенной дифференциации изучаемых полей.

Наиболее существенно в большинстве изученных ситуаций ландшафтно-геологические неоднородности верхней части разреза оказывают влияние на особенности спектральных составляющих гамма-поля метода (график с). Здесь сказывается и смещение ореолов естественных радиоактивных химических элементов вниз по склону, и по потокам, экранирование гамма-поля водой, растительностью. Именно, не использование многими практиками ландшафтных принципов интерпретации данных аэрогамма-съемок, на наш взгляд, сдерживает сегодня развитие аэрогамма-спектрометрии для решения задач картирования и выделения малоконтрастных радиогеохимических ореолов и аномалий.

С другой стороны, описанные особенности влияния компонентов ландшафтно-геологической среды на результаты аэросъемок, только в первом приближении могут показаться непреодолимыми. Опыт проведения соответствующих работ на различных территориях России показывает, что большинство необходимых данных по выделению и количественному учету информации о ландшафтно-геологических неоднородностей верхней части разреза может быть получен с космических и аэрофотоснимков, топографических, геологических, геоморфологических карт, карт четвертичных отложений и т.д. Необходимым условием успешного решения задачи по подавлению фоновых вариаций полей, связанных с приповерхностными особенностями территорий здесь является обязательное проведение работ по составлению специализированных карт ландшафтно-геологических условий поисков для каждого поискового метода (5).

3. Этапы и масштабы работ

В существующей практике применения аэрогеофизических методов для решения различных задач геолого-поисковых работ обычно используются двоично-десятичные масштабы съемок, т.е. всегда эти масштабы кратны 10, 100, 1000 и т.д. и всегда каждый последующий масштаб получается делением предыдущего на 2. Отмеченные особенности масштабов связаны на наш взгляд с распространенной десятичной системой измерения (количество пальцев на руках человека) и по крайней мере далеко не вовсех случаях оптимальны при проведении поисков. Размеры поисковых объектов и, создаваемых этими объектами аномалий, всегда конкретны, в большинстве известных случаев не подчиняются двоично-десятичной системе измерений, что приводит либо к недостаточной плотности поисковой сети, либо к перерасходованию средств и затягиванию процесса поисков. Следовательно, кроме общего списка промежуточных и частных объектов поисков, учета влияния ландшафтно-геологичсеких факторов на эффективность исследований имеют их пространственные размеры и контрастность проявленности индикационных свойств (намагниченности, электропроводности, естественной радиоактивности и др.).

Проведенный нами ранее (5) анализ изменчивости этих характеристик у различных поисковых объектов показал, что и размеры и контрастность свойств у конкретных объектов поисков чаще всего описываются (рис.

На этом же рисунке показан общий вид функции усечения генеральной совокупности объектов для какой-нибудь конкретной технологической схемы поисковых работ. Этот график показывает вероятность обнаружения объекта (вертикальная ось) конкретного размера или с конкретным уровнем контрастности индикационного свойства (горизонтальная ось). Легко видеть, что этот график делит показанные на рисунке экспоненциальную и нормальную генеральные совокупности поисковых объектов на две части:

  • правую — в области значений функции усечения близких к 1 (гарантировано обнаруживаются все поисковые объекты с соответствующим размером или контрастностью свойства);
  • левую — в области значений функции меньших 1 (часть объектов пропускается с обратной зависимостью от размера или контрастности свойства). Показанное на рисунке соотношение функции усечения и конкретных видов распределений условно. При большей плотности сети, либо при использовании более надежной поисковой технологии верхняя точка перегиба функции будет более и более приближаться к вертикальной оси. Но практически во всех случаях она будет от нее отделена, т.е. практически всегда будет существовать группа поисковых объектов, вероятность обнаружения которых будет меньшей чем 1.

Приведенные данные позволяют сделать важные в практическом отношении вывод: В любой генеральной совокупности поисковых объектов всегда имеется несколько из них, которые обладают относительно резко аномальным размером или уровнем контрастности. Такие объекты можно называть объектами — индикаторами металлогенического таксона. Очевидно, что если факт рудоносности какой-либо территории не доказан, то поисковые работы на ней должны проводится с целью обнаружения именно объектов — индикаторов, т.е. по относительно разряженной системе поисковых наблюдений. И лишь после обнаружения таких объектов поисковые работы могут проводится на части первоначальной площади по более плотным сетям или более широким комплексом методов.

Статистический анализ данных по кимберлитовым полям Якутии позволил выделить конкретные параметры объектов-индикаторов для кимберлитовых полей и кустов трубок внутри полей по размеру, по магнитному моменту и по минералогической продуктивности. Эти параметры оказались весьма устойчивы для всей провинции или меняются по достаточно простым законам. Также получены данные по изменчивости размеров и индикационных характеристик многих промежуточных и частных объектов поисков. Совокупность этих данных позволяет перейти от двоично-десятичных поисковых сетей к специальным целевым последовательным (поэтапным) системам наблюдений адаптированным, как к параметрам всей совокупности поисковых объектов, так и к особенностям влияния компонентов вмещающей ландшафтно-геологической среды.

4. Интерпретация данных, прогнозирование и оценка надежности результатов

Широкое распространение ГИС- технологий в практике анализа и интерпретации геологических и геофизических данных обусловило и широкое распространение при прогнозировании месторождений специфического методологического подхода, который условно может быть назван имиджевым (от image — образ).

При этом получило широкое распространение преобразование различного рода геолого-геофизической информации в цветовые образы, совмещение различных данных в виде цветовых гамм между собой и визуальный поиск закономерностей. При этом часто стирается различие между природой геолого-геофизических полей. Не оспаривая в принципе возможную эффективность такого подхода к геолого-геофизическим данным, особенно для решения достаточно простых прогнозно-поисковых задач, представляется важным рассмотреть принцип разработки компьютерных прогнозных технологий на основе логико-семантического подхода.

При этом подходе каждое метрически достоверное геологическое явление, проявившееся в той или иной форме в измеренных или описанных геолого-геофизических полях прежде всего должно получить семантическую классификационную принадлежность в геологических или ландшафтно-геологических терминах. Между этими явлениями устанавливаются логические взаимоотношения типа «выше-ниже», «моложе — древнее», «коренные породы — ландшафт» и т.д. Результатом этих работ становятся карты геологического строения и ландшафтно-геологического строения территории.

Следующим этапом обработки и интерпретации данных становится ландшафтно-геологическая редукция измеренных полей. На основе итерационной схемы решения прямых и обратных задач из наблюденного поля исключаются все метрически достоверные элементы, которые получили удовлетворительную геологическую интерпретацию. Исключение очевидных данных из наблюденных полей позволяет резко снизить неучитываемые ранее «геологические вариации фоновых полей» и на основе этого выделить и откартировать на площади малоконтрастные геофизические аномалии. Последние, в свою очередь, также могут быть геологически проинтерпретированы и занять свое место в геологических и ландшафтных логико-семантических моделях.

Завершающим шагом интерпретации полученных данных становится переход от геологических и ландшафтно-геологических моделей к логико-семантическим моделям целевого назначения. В этом случае, все описанные при интерпретации геологические явления, необъясненные элементы геофизических полей классифицируются на следующие прогнозно-поисковые категории:

·  предпосылки поискового прогнозирования одного или нескольких из заданных промежуточных поисковых объектов;

·  прямые или косвенные признаки одного или нескольких из заданных промежуточных поисковых объектов;

·  явления, осложняющие выделение конкретных частных объектов поисков (статистическое, физическое или динамическое экранирование);

·  явления не имеющие прогнозной ценности и не влияющие на выделение полезной для достижения цели информации. Тогда для территории работ составляется прогнозная карта с пространственным отображением зафиксированных предпосылок и признаков промежуточных поисковых объектов, т.е. прогнозная карта соответствующего этапа (стадии) работ.

Для каждого из выделенных прогнозных факторов составляется площадная модель оценки надежности выделения этого фактора, а на основе группы моделей — полная карта оценки надежности опоискования территории.

На рисунке

На части рисунка

На рисунке

Рисунок 5 с. иллюстрирует результат опоискования территории аэрогамма-спектроме-трическим методом на названный промежуточный объект.

Интересно, что сопоставляя рисунок 2с (поисковые предпосылки бокситоносности) с рисунком 5 с (поисковые признаки) легко видеть пространственное совпадение факторов прогноза бокситоносной зоны. Следовательно, их совпадение позволяет выделить территорию перспективную для обнаружения названного выше промежуточного объекта и перейти в его пределах к выделению следующего члена иерархического ряда промежуточных объектов (бокситоносная залежь).

Заключение

Приведенные данные, на наш взгляд, позволяют констатировать, что в настоящее время созрели все необходимые предпосылки (теоретические, технико-метрологичские, геолого-интерпретационные, программно и технически — интерпретационные и др.) для переноса значительных по затратам объемов геолого-исследовательских работ в целом, и геолого-поисковых в частности, из варианта выполнения наземными методами в аэрогеофизическое исполнение. Основной путь для этого — разработка и использование типовых целевых аэрогеофизических геолого-исследовательских технологий. Кроме описанных выше преимуществ аэрогеофизических методов (экспрессность, относительная дешевизна, экологическая чистота и др.) здесь можно добавить быстроту решения подавляющей части геолого-исследовательских задач на любых по размерам территорий, т.е. весьма существенное сокращение срока инвестиционного периода в конкретные задачи и территории.

Список литературы

Аристов В.В. Поиски твердых полезных ископаемых — М.: Недра, 1975.

Перельман А. И. Геохимия ландшафта. — М.: Высш. шк. , 1975

Косыгин Ю.А. Основы тектоники — М.: Недра, 1973.

Цыганов В.А. Оценка надежности опоискования частично закрытых районов аэрогамма-спектрометрическим методом — Сов. геология. — 1983. —

Цыганов В.А. Надежность геолого-поисковых систем — М.: Недра, 1994.

Четвериков Л.И. Теоретические основы разведки недр — М.: Недра, 1984.