Гравиразведка. Гусев Евгений Владимирович Институт природных ресурсов Кафедра

Гравиразведка. Гусев Евгений Владимирович Институт природных ресурсов Кафедра геофизики

4. Плотность горных пород и способы её определения Е Г Гравиразведка

Плотность σ = m/V Минералогическая (минеральная) σ МИН = m ТВ / V ТВ Газонасыщенной породы σ Г = m ТВ /(V ТВ +V П )Водонасыщенной породы σ В = (m ТВ +m Ж ) /(V ТВ +V П ) Плотность зависит от коэффициента пористости породы k П = V П /(V ТВ +V П ) σ ГП = σ МИН (1 — k П ) Горные породы Осадочные Магматические Метаморфические Возрастание плотности Объёмная 4. 1. Плотность горных пород и руд Е Г Гравиразведка

Плотность сильно зависит от пористости и состава заполнителя пор Е Г Гравиразведка Плотности осадочных пород Горные породы. Пределы изменения плотности, г/куб. см Глинистые. Карбонатые Глина 1, 2 — 2, 4 Мергель2, 5 -2, 8 Аргиллит1, 7 — 2, 9 Известняк 1, 8 — 2, 9 Глинистый сланец2, 3 — 3, 0 Доломит1, 9 — 3, 0 Обломочные. Гидрохимич. , кремнист. Песок 1, 3 — 2, 0 Гипс2, 1 — 2, 5 Алевролит1, 8 — 2, 8 Ангидрит2, 4 — 2, 9 Песчаник 2, 0 — 2, 9 Каменная соль2, 2 — 2, 3 Брекчия 1, 6 — 3, 0 Опока 1, 0 — 1, 6 Конгломерат2, 1 — 3, 0 Кремень2, 3 — 2,

Изменение плотности осадочных горных пород с глубиной Эмпирически установленные закономерности изменения плотности и пористости осадочных пород с глубиной (по Н. Б. Дортман, 1992) Зависимость плотности разных типов осадочных пород от глубины их залегания (по Вахромееву и др. , 1997) Е Г Гравиразведка

Изверженные горные породы Кислые (граниты, липариты) Средние (диориты, андезиты) Основные (габбро, базальты) Ультраосновные (перидотиты, пироксениты) Возрастание плотности Е Г Гравиразведка

Е Г Гравиразведка

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ Плотность, г/см 3 Средняя Пределы изменения РУДНЫЕ Железные руды 4, 0 3, 7 – 4, 3 Хромиты 4, 0 3, 3 — 4, 4 Колчеданные руды сплошные вкрапленные 4, 5 — 3, 5 – 5, 5 3, 0 – 4, 6 Полиметаллические руды 4, 0 3, 2 – 5, 5 НЕРУДНЫЕ Газ — 0, 001 – 0, 002 Нефть 0, 9 0, 7 – 1, 1 Уголь антрацит каменный бурый — — — 1, 4 – 1, 5 1, 3 – 1, 4 0, 8 – 1, 2 Торф 0, 7 — Каменная соль 2, 1 – 2, 2 Корунд 3, 6 3, 0 – 3, 4 Барит 4, 0 -Плотность полезных ископаемых Е Г Гравиразведка

Лабораторные Полевые Способ гидростатического взвешивания Пикнометрический способ Гамма-гамма-метод По гравиметрическим измерениям. Метод Неттлтона Метод непосредственных измерений в горных выработках4. 1. Способы определения плотности горных пород Е Г Гравиразведка

1. Способ гидростатического взвешивания σ = М ВОЗД ·σ ВОД /(М ВОЗД – М ВОД ) =М ВОЗД /(М ВОЗД – М ВОД ) Для водопроницаемых пород образцы покрывают слоем парафина: σ = М ВОЗД /[М ВОЗД – М ВОД – К(М ПАР – М ВОЗД )] К = (1/ σ ПАР ) — 1 2. Пикнометрический способ (для сыпучих пород) σ = (М ПКП – М ПК )/ V 3. Гамма-гамма-метод (ГГМ) J = J 0 ·e -μσh. М ПАР – масса образца после парафинирования. Мвозд и Мвод – массы образца в воздухе и в воде Пикнометр –цилиндрический сосуд, в который засыпается образец Мпкп – масса пикнометра с породой, Мпк – масса пикнометра, V – его объем. Е Г Гравиразведка

2, 3 2, 5 2, 6 2, 8 2, 9 σ = 2, 6 г/см 34. По гравиметрическим измерениям : а) метод Неттлтона б) метод непосредственных измерений в горных выработках σ = (0, 3086·ΔH – Δ g) / (4 πkΔH cos i)Рассчитываются аномалии в редукции Буге с разными плотностями промежуточ- ного слоя. Если плотность редукции ниже истинной плотности пород — наблюдается прямая корреляция аномалий с рельефом. При плотности редукции выше истинной корреляция аномалий с рельефом обратная. Когда плотность редукции равна истинной плотности пород, корреляция аномалий с рельефом отсутствует Е Г Гравиразведка

σ 1 σ 2σ 1Δ g Избыточная плотность : Δσ = σ 1 – σ 2 Избыточная масса: М = Δ σ·VИзбыточная плотность Условия возникновения гравитационных аномалий Различие в плотности изучаемого объекта и вмещающих пород Негоризонтальность залегания границ раздела плотности, связанных с искомым объектом Δ g = 2 πk·Δσ·H Е Г Гравиразведка

Аномальные плотности осадочных толщ Осадочная толща многослойна, плотность слоев имеет тенденцию возрастать с глубиной, но в любом разрезе эта тенденция нарушается 2, 2 2, 4 2, 3 2, 5 2, 7 +0, 2 — 0, 1 +0, 2 — 0, 2 Для антиклинальных структур аномальная (избыточная) плотность определяется по отношению к вышележащим пластам, для синклинальных – по отношению к нижележащим пластам. На поверхности гравитационное поле отображает суммарное влияние всех плотностных границ. Е Г Гравиразведка

5. Решение прямой и обратной задач гравиразведки для тел правильной формы Е Г Гравиразведка

Прямая задача Обратная задача ? ? Интерпретация Качественная Количественная 5. 1. Понятие прямых и обратных задач в гравиразведке 0. 00 1. 00 2. 00 3. 00 4. 00 5. 00 6. 00 Е Г Гравиразведка

h 0 XНачало координат в эпицентре сферы М = Δσ V – избыточная масса 5. 2. Поле сферы (шара) r α Vz. Vr Vx αZ h 5. 2. 1. Прямая задача Е Г Гравиразведка 2 r M k. Vr

h 0 XЕсли начало координат в эпицентре сферы Vz Е Г Гравиразведка 2/322 hx Mh k. Vz 2/522 3 hx Mhx k. Vzx 2/522 22 2 hx xh. M k. Vzz

Е Г Гравиразведка Если начало координат в произвольной точке 0 Х ξ 2/322 )(hx Mh k. Vz 2/522 22 )( )(2 hx xh. M k. Vzz 2/522 )( )( 3 hx x. Mh k. Vzx

5. 2. 2. Обратная задача для сферы 1. Определение глубины до центра По Vz : 0. 0 0 1. 0 02. 0 03. 0 04. 0 0 5. 0 06. 0 0 Vz max 0. 5 Vz max -10 0. 0 010 0. 0 020 0. 0 030 0. 0 04 0 0 50 0. 0 06 0 0 По Vzz X X Е Г Гравиразведка 5. 0 X 77. 0 5. 0 X h 0 X 4 14. 1 0 X h

5. 3. Поле вертикального кругового цилиндра (штока) Е Г Гравиразведка 5. 3. 1. Прямая задача 0 Х 1 h 2 h 2 12 2 22 12 1 2 11 hxhx k. MVZ 23 2 22 2 23 2 12 1 hx h k. MV ZZ 23 2 22 23 2 12 hx x k. MVZX

Гравитационное полубесконечного штока (вертикального кругового цилиндра) 0 Х ∞ S Е Г h θ r θ Vz. Гравиразведка 5. 3. 2. Обратная задача 2 3 )( 22 hx k. Mh VZZ 23 )( 22 hx k. Mx VZX 21 22 )(hx k. M VZ 2 RM

Е Г Гравиразведка -2000 -1500 -1000 -50 0 0 500 1000 1500 20000. 05 0. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 40 -200 0 -1500 -1000 -500 0 500 1000 15 00 20000. 05 0. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 40 Vz , м. Гл. Влияние глубины нижней кромки на вид графиков гравитационного поля

-150 0 -1000 -500 0 500 1000 15000. 50 1. 001. 502. 002. 503. 003. 504. 00 -150 0 -1000 -500 0 500 1000 1500 -80. 00 -60. 00 -40. 00 -20. 0020. 0040. 0060. 0080. 00100. 005. 4. Поле горизонтального кругового цилиндра М = Δσ·S – масса единицы длины цилиндра 5. 4. 1. Прямая задача Vz Vzx Е Г Гравиразведка 222 hx Mh k. Vz 222 4 hx Mhx k. Vzx 222 22 2 xh xh k. MVzz

2. Ограниченный по простиранию круговой горизонтальный цилиндр Vz ∞, Vzx∞, Vzz∞ — формулы для бесконечного цилиндра 0 Y X 2 b Е Г Гравиразведка 2/1222 )(bhx b Vz. Vz 2/3222 3 2/1222 3 bhx b Vzx 2/3222 32 2/1222 22 )( )2( bhx bh bhx bxh Vzz

Гравитационное поле горизонтального тонкого пласта 0 Х Н 2 D ΔH ΔH – вертикальная мощность, m – линейная плотность 2 D – ширина пласта, H – глубина верхней кромки пласта, m = Δσ·ΔH Е Г Гравиразведка H DX Arctgkm. VZ 2 2222)( 1 2 HDXHDX km. HVZX 2222)()( 2 HDX DX km. VZZ

При Н D Порядок решения обратной задачи по характерным точкам Е Г Гравиразведка 5. 0 2 25. 0 2 X XX H 22 5. 0 HXD H D k. Arctg Vz m 4 max

Часть 2. Интерпретация гравитационных аномалий

00. 5 11. 5 22. 5 33. 5 44. 5 h=50 0 m h=10 0 0 m h=150 0 m h=20 0 0 m h=250 0 m. Графики Vz над вертикальным цилиндром с глубиной верхней кромки 100 м и разными глубинами нижней кромки (радиус цилиндра 200 м)

Моделирование гравитационных аномалий Е Г Гравиразведка

Е Г Гравиразведка

При решении прямых задач с целью поисков нефтегазоперспективных структур объекты аппроксимируют либо тонкими пластами, либо прямоугольными параллелепипедами. х. L P h H Для прямоугольного параллелепипеда: Е Г Гравиразведка 22 22 )( hx. P Hx. P nx. P hx. L Hx. L nx. Lkx. Vz h x. L Arctg h x. P Arctgh H x. P Arctg H x. L Arctg. H

Контактная поверхность Δσ=σ 1 – σ 2 Е Г Гравиразведка k Vzx. Vz Hx. H 2 )0()( 222 8 )0()0()()( 2 )0()( k Vzz. Vzx. Vz k Vzx. Vz Hx. H

Карта остаточных аномалий поля силы тяжести северо-восточной части Западно- Сибирской плиты. Элементы качественной интерпретации гравитационных аномалий Е Г Гравиразведка

Карта локальных аномалий силы тяжести по результатам съемки масштаба 1: 200000 Е Г Гравиразведка

Карта гравитационного влияния глубинных плотностных неоднородностей (сечение изоаномал 2 м. Гл) Е Г Гравиразведка

Ягашский гранитный массив девонского огнитского комплекса Карта поля силы тяжести масштаба 1 : 50000 Е Г Гравиразведка

Гранодиоритовый массив протерозойского саянского комплекса в гравитационном поле Е Г Гравиразведка

Палеовулканический аппарат в гравитационном поле Е Г Гравиразведка