Институт природных ресурсов Кафедра геофизики Гусев Евгений Владимирович

Институт природных ресурсов Кафедра геофизики Гусев Евгений Владимирович

Гравиразведка ЕГ

Гравиразведка 4. 1. Плотность горных пород и руд Плотность σ = m/V Объёмная Минералогическая (минеральная) σМИН = m. ТВ/ VТВ Водонасыщенной породы σВ = (m. ТВ+m. Ж) /(VТВ+VП) Газонасыщенной породы σГ = m. ТВ /(VТВ+VП) Плотность зависит от коэффициента пористости породы k. П = VП /(VТВ+VП) σГП= σМИН(1 - k. П) Горные породы Осадочные Магматические Возрастание плотности Метаморфические ЕГ

Гравиразведка ЕГ Плотность сильно зависит от пористости и состава заполнителя пор

ЕГ Гравиразведка 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)

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

Гравиразведка ЕГ

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

Гравиразведка ЕГ 4. 1. Способы определения плотности горных пород Полевые Лабораторные Гамма-гамма-метод По гравиметрическим измерениям. Способ гидростатического взвешивания Пикнометрический способ Метод Неттлтона Метод непосредственных измерений в горных выработках

Гравиразведка 1. Способ гидростатического взвешивания ЕГ σ = МВОЗД ·σВОД/(МВОЗД – МВОД) =МВОЗД /(МВОЗД – МВОД) Мвозд и Мвод – массы образца в воздухе и в воде Для водопроницаемых пород образцы покрывают слоем парафина: σ = МВОЗД /[МВОЗД – МВОД – К(МПАР – МВОЗД)] К = (1/σПАР) - 1 МПАР – масса образца после парафинирования 2. Пикнометрический способ (для сыпучих пород) σ = (МПКП – МПК )/ V Пикнометр –цилиндрический сосуд, в который засыпается образец Мпкп – масса пикнометра с породой, Мпк – масса пикнометра, V – его объем. 3. Гамма-гамма-метод (ГГМ) J = J 0·e -μσh

Гравиразведка 4. По гравиметрическим измерениям : а) метод Неттлтона Рассчитываются аномалии в редукции Буге с разными плотностями промежуточного 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 2, 3 2, 5 2, 6 2, 8 2, 9 σ = 2, 6 г/см 3 б) метод непосредственных измерений в горных выработках σ = (0, 3086·ΔH – Δg) / (4πkΔH cos i) ЕГ

Гравиразведка Δg ЕГ Избыточная плотность Δg Δg = 2πk·Δσ·H σ1 σ2 Избыточная плотность: Δσ = σ1 – σ2 Избыточная масса: М = Δσ·V Условия возникновения гравитационных аномалий Различие в плотности изучаемого объекта и вмещающих пород Негоризонтальность залегания границ раздела плотности, связанных с искомым объектом

Гравиразведка Аномальные плотности осадочных толщ ЕГ Осадочная толща многослойна, плотность слоев имеет тенденцию возрастать с глубиной, но в любом разрезе эта тенденция нарушается 2, 2 +0, 2 2, 4 - 0, 1 2, 3 - 0, 2 2, 5 +0, 2 2, 7 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.

Гравиразведка ЕГ

Гравиразведка 5. 1. Понятие прямых и обратных задач в гравиразведке Прямая задача Обратная задача 6. 00 5. 00 ? 4. 00 3. 00 2. 00 1. 00 0. 00 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 ? Интерпретация Качественная Количественная ЕГ

Гравиразведка 5. 2. Поле сферы (шара) ЕГ 5. 2. 1. Прямая задача Z Начало координат в эпицентре сферы 0 Vx Vr h h α α r М = Δσ V – избыточная масса X Vz

ЕГ Гравиразведка Если начало координат в эпицентре сферы Vz 0 h X

ЕГ Гравиразведка Если начало координат в произвольной точке 0 Х ξ

Гравиразведка 5. 2. 2. Обратная задача для сферы 1. Определение глубины до центра 6. 00 По Vz : Vz max 5. 00 4. 00 0. 5 Vz max 3. 00 2. 00 1. 00 X 0. 00 -500 -400 -300 -200 -100 По Vzz 0 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600. 00 500. 00 400. 00 300. 00 200. 00 100. 00 -100. 00 100 200 300 400 500 X ЕГ

ЕГ Гравиразведка 5. 3. Поле вертикального кругового цилиндра (штока) 5. 3. 1. Прямая задача 0 Х

Гравиразведка 5. 3. 2. Обратная задача Гравитационное полубесконечного штока (вертикального кругового цилиндра) 0 Х θ h θ r S ∞ Vz ЕГ

Гравиразведка Влияние глубины нижней кромки на вид графиков гравитационного поля Vz, м. Гл 0. 40 0. 35 0. 30 0. 25 0. 20 0. 15 0. 10 0. 05 0. 00 -2000 -1000 ЕГ 0 1000 2000 -1000 0 1000 2000

5. 4. Поле горизонтального кругового цилиндра 4. 00 5. 4. 1. Прямая задача Vz 3. 50 3. 00 М = Δσ·S – масса 2. 50 единицы длины цилиндра 2. 00 1. 50 1. 00 0. 50 0. 00 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 100. 00 80. 00 Vzz 60. 00 Vzx 40. 00 20. 00 -1500 -1000 -500 -20. 00 0 500 -40. 00 -60. 00 Гравиразведка -80. 00 ЕГ

ЕГ Гравиразведка 2. Ограниченный по простиранию круговой горизонтальный цилиндр 0 Y X 2 b Vz∞, Vzx∞, Vzz∞ - формулы для бесконечного цилиндра

ЕГ Гравиразведка Гравитационное поле горизонтального тонкого пласта 0 Х Н ΔH 2 D H – глубина верхней кромки пласта, ΔH – вертикальная мощность, 2 D – ширина пласта, m – линейная плотность m = Δσ·ΔH

ЕГ Гравиразведка При Н > D Порядок решения обратной задачи по характерным точкам При Н < D

Часть 2. Интерпретация гравитационных аномалий

Графики Vz над вертикальным цилиндром с глубиной верхней кромки 100 м и разными глубинами нижней кромки (радиус цилиндра 200 м) h=500 m h=1000 m h=1500 m h=2000 m h=2500 m 4. 5 4 3. 5 3 2. 5 2 1. 5 1 0. 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041

ЕГ Гравиразведка Моделирование гравитационных аномалий

Гравиразведка ЕГ

ЕГ Гравиразведка При решении прямых задач с целью поисков нефтегазоперспективных структур объекты аппроксимируют либо тонкими пластами, либо прямоугольными параллелепипедами. P L h H х Для прямоугольного параллелепипеда:

ЕГ Гравиразведка Контактная поверхность Δσ=σ1 – σ2

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

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

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

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

Гравиразведка Гранодиоритовый массив протерозойского саянского комплекса в гравитационном поле ЕГ

ЕГ Гравиразведка Палеовулканический аппарат в гравитационном поле