Главная » Публикации » Качество аэрогеофизических съемок и надежность геологической интерпретации

Качество аэрогеофизических съемок и надежность геологической интерпретации

Автор(ы): Гуров В.Н., Могилевский В.Е.   

Показывается, что рост качества выполнения аэрогеофизических съемок (аппаратура, технологии) находится в прямой зависимости от качества, надежности и полноты геологической интерпретации получаемых данных и, в первую очередь, высокочастотной составляющей спектра геофизических полей. Кратко описана технология ландшафтно-геологической интерпретации данных. Приведены примеры и технологии интерпретации высокочастотной составляющей гамма-поля, магнитного поля. Сделан вывод, что описанный подход позволяет не только выделять малоконтрастные аномалии на уровне «помех», но и получать дополнительную весьма важную информацию из т.н. «геологического шума».

Повышение точности выполнения геофизических съемок наряду с увеличением вероятности отражения малоконтрастных объектов в результатах измерений приводит и к резкому росту количества зафиксированных слабо интенсивных локальных геофизических аномалий, которые в совокупности образуют фоновые естественные вариации измеренного поля — т.н. «геологический шум». Соответственно в этом случае значительно уменьшается вероятность принадлежности любой выделенной аномалии к заданному объекту поисков. В целом ряде случаев совпадение распределений параметров аномалии и «шума» обнаруживается не только по амплитуде сигнала, но и по радиусу его автокорреляции ( 1). Это обстоятельство обуславливает невозможность адекватного отделения полезных аномалий от шума на этапе интерпретации и приводит либо к значительным затратам на изучение всех аномалий другими методами (в т.ч. горно-буровыми), либо к массовым пропускам поисковых объектов.

В любом случае описанное обстоятельство становится препятствием на пути дальнейшего совершенствования качества съемок. При этом особое влияние это оказывает на эффективность аэрогеофизических работ, т.к. последние проводятся обычно на значительных площадях и в пределах которых могут быть выделены сотни и тысячи локальных вариаций измеренного поля, которые фактически удовлетворяют условиям аномальности. Подобная ситуация была описана ранее (2) и она рассматривалась как условие нецелесообразности дальнейшего совершенствования качества геофизических съемок.

Проведенные и проводящиеся нами (4) исследования особенностей структуры фоновых вариаций различных геофизических полей, измеренных высокоточными методами, позволяют утверждать, что для большинства изученных случаев целесообразность совершенствования качества аэрогеофизических съемок находится в прямой зависимости от качества и надежности геологической интерпретации именно относительно малоконтрастной части спектра изменчивости геофизических полей. При этом под качеством геологической интерпретации здесь понимается возможность разработки удовлетворительной интерпретационной модели, а под надежностью — ее адекватная реализация для всей площади выполнения работ.

В отличии от традиционных схем геологической интерпретации данных, для которых обычно характерен индивидуальный подход к истолкованию каждой выделенной метрически достоверной аномалии, рассматриваемую ниже технологию можно называть ландшафтно-геологической интерпретацией малоконтрастных фоновых вариаций поля или сокращенно — ландшафтно-геологической редукцией. (4)

В основе рассматриваемой технологии лежат два основных положения. Это положение об ограниченности ландшафтно-геологических факторов, определяющих в совокупности метрически достоверные фоновые вариации поля на конкретных площадях проведения исследований. И это положение о возможности установления и моделирования большинства из этих факторов на основе ограниченных дополнительных данных и знаний. 
  

Ландшафтно-геологическая редукция аэрогамма-спектрометрических данных осуществляется путем количественного исключения из наблюденных полей их закономерных составляющих, связанных с известными ландшафтно-геологическими особенностями территории, либо с особенностями, которые могут быть сравнительно легко откартированы. В основе алгоритма лежат операции (4):

  • разделение территории по априорным ландшафтно-геологическим признакам на условно однородные участки;
  • определение для каждого ландшафтно-геологического типа участка фоновых радиогеохимических параметров;
  • редукция наблюденных значений спектральных составляющих гамма-поля на основе индивидуальных фоновых параметров для каждого типа ландшафтно-геологического участка. Исходными данными для редукции здесь являются материалы аэрогамма-спектро-метрической съемки и ландшафтно-геологическая карта исследуемой территории. Составление такой карты осуществляется путем пространственного совмещения границ геологической карты, карты генетических типов ландшафтов и карты растительных ассоциаций. Важно, что две последние карты с необходимой точностью легко могут быть получены при специализированном дешифрировании либо аэрофотосъемок сопровождения, либо приобретенных фотоснимков. Для рассматриваемого вида редукции три названных фактора (тип горных пород, ландшафта, растительной ассоциации) практически полностью исчерпывают причины фоновых вариаций поля. При этом возможная неточность выделения геологических комплексов и проведения геологических границ выступает здесь как специальный предмет для исследований и коррекции путем последовательного итерационного осуществления процедуры ландшафтно-геологической редукции.

В результате реализации описанной технологии на кимберлитоперспективных территориях Западной Якутии и Архангельской области удалось впервые выделить вторичные радиогеохимические ореолы от кимберлитовых тел. Последующее сопоставление их конфигурации и интенсивности с исходными данными показало, что на последних эти ореолы находят отражение только в наиболее контрастных участках.

Приведенный пример подтверждает положение об ограниченности ландшафтно-геологических факторов, определяющих метрически достоверные фоновые вариации поля на конкретных площадях проведения исследований и положение о возможности установления и моделирования большинства из этих факторов на основе ограниченных дополнительных данных и знаний. Он же иллюстрирует эффективность ландшафтно-геологической интерпретации малоконтрастных фоновых вариаций поля, которая привела к установлению нового прогнозного фактора. Интересно, что после получения описанных результатов возникла необходимость в дальнейшем повышении качества аэрогамма-спектрометрической съемки путем увеличения объема кристалла NaI до 48 и 60 литров.

Проблема поисков кимберлитовых тел на площадях распространения траппов является одной из главных проблем «алмазной» геологии. Это связано с весьма частой пространственной ассоциацией кимберлитов и траппов, с большей намагниченностью последних и тем, что трубки обычно залегают под траппами.

Проведенные в различные годы различными организациями аэромагнитометрические съемки на площадях распространения траппов показали, что интенсивность локальной составляющей магнитного поля практически исключает возможность выделения локальных аномалий от трубок на этом фоне. Также оказалось, что диапазоны изменчивости радиусов автокорреляции и значений горизонтального градиента для аномалий от трубок и от траппов практически не отличаются.

Проведенные нами исследования причин высокой дифференциации магнитного поля на площадях широкого распространения трапповых силлов позволили установить, что главным фактором, определяющим эту изменчивость является их блоковое строение и скачкообразное изменение абсолютной отметки подошвы силла от одного блока к другому. При этом удалось установить, что отдельные трещины, разделяющие блоки силла между собой, образуют совокупности три четкие субпараллельные системы, которые соответствуют продольной, поперечной и диагональной прототектонической трещиноватости силла. И, самое главное, удалось увидеть весьма отчетливое проявление этой трещиноватости на аэрофотоснимках (3).

Последнее обстоятельство оказалось решающим для разработки экспрессной технологии редукции данных аэромагнитометрических съемок для территорий с распространением траппов. В результате специализированного дешифрирования аэрофотоснимков проводилось составление тектонической схемы силлов, оценка мощности силла в каждом блоке. Была разработана принципиально новая компьютерная технология (ТРАПП) для объемного (3 D) моделирования магнитного поля от геологической модели с вычислением значений поля в конкретных точках фактических аэромаршрутов для фактической высоты полетов. Была разработана компьютерная технология (НАГЫЦ) для итерационного решения задачи в участках с нечеткими параметрами модели.

Интересно, что анализ приведенных и других сравнительных графиков позволил предположить, что частичное расхождение между ними может быть обусловлено недостаточной точностью привязки точек наблюдения по линиям на местности. Это и другие обстоятельства потребовали резкого улучшения качества проведения аэрогеофизической съемки на площадях распространения траппов. Следовательно, и в этом случае качественная геологическая интерпретация данных также привела к росту требований к качеству съемки.

Важно подчеркнуть, что и в этом случае оказались справедливыми два основных положения, сформулированные в начале статьи для технологии ландшафтно-геологической интерпретацией малоконтрастных фоновых вариаций поля.

Обработка результатов высокоточных аэромагнитных съемок целого ряда площадей показала, что в соответствующем цифровом материале всегда присутствует чрезвычайно насыщенная мелкими аномалиями высокочастотная часть спектра магнитного поля, составляющая его «тонкую» структуру. Это магнитные аномалии шириной несколько сотен метров и интенсивностью от десятых долей до первых единиц нТл. Традиционно эта, самая высокочастотная часть спектра регистрируемого поля считается помехой и не рассматривается.

Причины появления этой части спектра условно можно разделить на три группы. Первая, по-видимому, связана со случайными ошибками измерений и искажениями, возникающими при пересчете профильных данных в равномерную сеть. Важным признаком аномальных точек, обусловленных названными причинами является их случайность и некоррелированность по площади. Вторая группа причин приводит к появлению аномалий и аномальных точек в связи с влиянием рельефа, неоднородности фациального состава рыхлых отложений, техногенных факторов. Для этой группы аномалий часто при наличии корреляции по площади характерными являются относительно повышенные значения градиентов. Третья часть «тонкой» структуры поля состоит из аномалий генетически, прямо или косвенно, связанных с локальными неоднородностями в малоконтрастной среде коренных пород. При этом, в случае изучения территорий платформ при существенной мощности осадочного чехла, эта часть аномалий связана непосредственно с неоднородностями в породах осадочного чехла. Интенсивно дислоцированные, сильно намагниченные породы кристаллического фундамента не оказывают влияния на эту часть спектра магнитного поля при глубине залегания более одного километра.

Для выявления и анализа таких аномалий был разработан специальный пакет программ «МИЛЛИГАН » (МИкроЛокальные ЛИнейные Геофизические Аномалии). Технология обработки данных в рамках этого пакета заключается в поиске микролокальных линейных аномалий различного простирания в цифровой модели поля, составления карт этих аномалий и карт плотности их распределения на площади. Этот этап работ полностью формализован, выполняется на ЭВМ и не требует серьезных трудозатрат. Цифровые данные любой высокоточной крупномасштабной магнитной съемки могут быть, при необходимости, переобработаны и проанализированы с изложенных выше позиций. Обычно на каждой тысяче квадратных километров съемки удается выделить несколько сот микролокальных аномалий.

При достаточно большой глубине залегания фундамента появляется возможность с помощью полосовой фильтрации магнитного поля разделить микролокальные аномалии на группы по горизонтальным размерам и анализировать их отдельно. Такой подход позволяет отделять аномалии, связанные с поверхностными неоднородностями в отдельную группу, а на основе остальных — строить карты зон неоднородностей в чехле для различных глубин и рассматривать их в трехмерном варианте.

Не останавливаясь подробно на всем возможном спектре геологических причин обуславливающих появление таких слабоконтрастных неоднородностей в строении чехла платформ, рассмотрим кратко особенности выделения в рамках рассматриваемой технологии систем тектонических нарушений в чехле. При этом необходимо иметь ввиду, что эти нарушения обычно весьма и весьма малоконтрастны и для своего обнаружения требуют значительных затрат на сейсморазведочные и буровые работы.

В основе технологии выделения разрывных нарушений в чехле платформы лежат следующие основные представления:

  • разрывное нарушение образует сложнопостроенное трехмерное геологическое тело — зону активного влияния разлома, сформированное совокупностью трещин скалывания и отрыва и др. разного порядка;
  • ориентировка трещин относительно генерального направления разлома определяется в основном направлением векторов главных напряжений, а так же механическими свойствами горных пород, их анизотропией и т.д., и, следовательно, несет в себе информацию об этих факторах;
  • специфика механических и физико-химических условий в зонах трещиноватости создает предпосылки изменчивости петрофизических характеристик горных пород чехла, пространственно связанной с этими зонами
  • малые геометрические размеры отдельных трещин и небольшие изменения суммарной намагниченности примыкающих к ним объемов пород определяют очень слабую интенсивность соответствующих аномалий в аэромагнитных данных. Отмеченная специфика разрывных нарушений (повышенная плотность линеаментов, характерный рисунок) создают предпосылки их выделения и исследования по картам линеаментов, полученных на основе пакета МИЛЛИГАН. Линейные области повышенной плотности микроаномалий рассматриваются как деструктивные зоны осадочного чехла, а геометрические оси этих зон как оси разломов. Характерный рисунок линеаментов внутри зон позволяет опознать разрывное нарушение и провести для него тектонофизическую интерпретацию с классификацией разломов по доминирующим направлениям отдельных деструктивных элементов относительно генерального направления. При сдвиговом характере перемещения удается оценить стадию развития той или иной деструктивной зоны. Если же учитывать весь диапазон возможных относительных перемещений блоков горных пород, то следует использовать классификацию по направлению главных скалывающих напряжений. что позволяет определять направление горизонтальной составляющей истинного перемещения и может быть использовано при решении ряда задач геодинамики.

В рамках описываемой технологии имеется возможность оценивать относительные коллекторские свойства, как зон разломов, так и участков (блоков) пород осадочного чехла, путем классификации по плотности распределения деструктивных элементов. На заключительном этапе интерпретации осуществляется совмещение плотностных карт отдельных направлений, в ходе которой производится неформальное осмысление и генерализация получаемого структурного плана территории.

Описанная технология была использована при обработке данных аэромагнитных съемок по ряду территорий и везде позволила получить важные геологические результаты. При изучении территории Серпуховской района Московской области с целью выделения тектонических структур района месторождения подземных вод, выделенные тектонические нарушения чехла нашли подтверждение буровыми работами.

Представляется очевидным, что геологическая информация, получаемая с описанной технологией необходима как при решении общих задач геологического картирования, так и при поисках месторождений полезных ископаемых, локализирующихся в платформенных отложениях (подземные воды, углеводородное сырье, алмазы, руды осадочно-инфильтрационного генезиса и др.).

Слово «геофизические» в аббревиатуре МИЛЛИГАН означает, что, в принципе, возможна такая обработка не только результатов магнитной, но и аэрогамма-спектрометрической съемки, цифровой модели рельефа местности и т.д. Для получения данных о флюидной активности разломов технология «МИЛЛИГАН» применялась при анализе данных АГС- съемки, а именно уранового канала после введения поправки за атмосферный радон. В результате было отмечено, что в ряде случаев наблюдается хорошая корреляция соответствующих структурных планов, т.е. имеют место эманирующие разломы..

Приведенные в третьем примере данные вновь свидетельствуют об ограниченности количества природных факторов, влияющих на дифференциацию локальной высокочастотной составляющей поля и о возможности достаточно экспрессной установления этих факторов на основе априорных знаний. В этом примере такими знаниями явились знания о специфике геологического строения разрывных нарушений.

Приведенные примеры позволяют еще раз подчеркнуть сформулированное вначале статьи утверждение о прямой связи возможностей роста качества аэрогеофизических съемок с ростом качества и надежности геологической интерпретации. В определенной степени диалектика этой связи может быть сопоставлена с диалектикой известной связи «мощность снаряда — толщина брони». При этом основное внимание здесь уделяется геологической интерпретации высокочастотной составляющей спектра геофизических полей методами ландшафтно-геологической интерпретации малоконтрастных фоновых вариаций поля (ландшафтно-геологической редукции). В этом случае обеспечивается не только «выделение полезных аномалий на уровне помех», но и извлечение из самой высокочастотной части поля (геологического шума) важной для практических целей геологической информации. Специфической особенностью рассмотренного подхода является вовлечение в технологический процесс ряда не стандартных для аэрогеофизики дополнительных данных (ландшафтно-геологические карты, схемы дешифрирования снимков и т.д.). Тем не менее сама природа геофизических полей диктует необходимость такого шага, а способы получения этой информации (дистанционные, экспрессные) свидетельствует о крайне низком уровне дополнительных затрат от включения в аэрогеофизический комплекс не геофизических методов.

Список литературы 

1. Никитин А.А. Теоретические основы обработки геофизической информации. Москва.: Недра, 1986, 281с.

2. Тархов А.Г., Бондаренко В.М., Никитин А.А. Принципы комплексирования в разведочной геофизике. Москва.: Недра, 1977, 314 с.

3. Цыганов В.А., Могилевский В.Е., Куликов Н.Ф. Возможности аэромагнитной съемки при поисках кимберлитовых тел на площадях распространения траппов. в сб.»Новые разработки по созданию эффективных методов рудной геофизики» Труды ЦНИГРИ вып. 222, М. 1988, с. 92-97.

4. Цыганов В.А. Надежность геолого-поисковых систем. М. Недра., 1994, 299 с. с илл.