Кузнецов О.Л., Никитин А.А., Черемисина Е.Н. Геоинформатика и геоинформационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

– результаты дешифрирования космо- аэроснимков с линейными и

кольцевыми структурами, используемые при тектоническом райони-

ровании изучаемых территорий с поверхности Земли;

– результаты решения прямых и обратных задач данных по отдельным

геофизическим методам.

6.5.2. Системы обработки и интерпретации монометодных данных

Опыт сейсморазведки метода отраженных волн (МОВ) при изучении

строения земной коры свидетельствует о её существенной гетерогенности, в

связи с чем недостаточным является использование стандартных графов об-

работки стенограмм.

Технология постобработки данных МОВ – ОГТ предусматривает в

системе ИНТЕГРАН формирование сейсмического облика недр различной

детальности, оценку глубинно-скоростных характеристик геосреды в рамках

толсто-слоистой локально однородной модели среды, а также параметров

частотно-зависимого поглощения энергии отраженных волн.

Система обликов земной коры является основой геологический ин-

терпретации, районирования разреза земной коры и прослеживания отра-

жающих горизонтов по региональному профилю.

Для комплексирования с данными других геофизических методов ос-

новное значение имеют глубинно-скоростные характеристики, получаемые

путем расчета горизонтальных спектров скоростей.

В результате обработки и интерпретации данных МОВ – ОГТ сейс-

мическая модель регионального профиля представляется:

– глубинным сейсмоэнергетическим разрезом;

– разрезом среднеквадратических отклонений данных псевдоакустиче-

ского каротажа (ПАК) для интервалов глубин осадочного чехла до

5км;

– глубинно-скоростными характеристиками, полученными для слои-

стой и локально однородной модели среды с соответствующими им

значениями частотно-зависимого поглощения, осредненными по раз-

личным интервалам глубин.

Для построения согласованной по данным комплекса методов модели

земной коры данные сейсморазведки обеспечивают:

– глубинный динамический и сейсмогеологический разрез масштаба

1:500 000;

– временные и мигрированные разрезы ОГТ на участках детализации

строения верхней части земной коры до глубин 5км.

Стандартная обработка сейсмограмм для участка профиля I –EB про-

водилась с использованием современной обрабатывающей системы Focus.

Для согласования данных интерпретации МОГТ и ГСЗ при построе-

нии глубинных разрезов использовались зависимости скорости от глубины,

полученные по результатам обработки данных ГСЗ на одном из участков

профиля I –EB.

Обработка и интерпретация данных гравимагниторазведки при изу-

чении особенностей глубинного строения земной коры включала:

– районирование гравитационного и магнитного полей для создания

структурно-тектонической карты изучаемого участка профиля I –EB.

С этой целью проводился расчет характеристик для оценки морфоло-

гических особенностей поля с использованием системы КОСКАД.

Для полученного признакового пространства по комплексу характе-

ристик осуществлялось районирование с выделением однородных

участков геологического строения изучаемого участка по методу К-

средних, а для картирования тектонических нарушений использова-

лись программы системы КОСКАД по выделению линейных элемен-

тов (аномалий), составляющих основу для локализации нарушенных

зон;

– построение моделей земной коры по гравимагнитным данным с ис-

пользованием системы ROMGAS. Модели представлены: оценками

глубины залегания магнитоактивных тел, приуроченных преимуще-

ственно к поверхности кристаллического фундамента; оценками глу-

бин и форм основных контактных поверхностей и положения границ

крупных блоков земной коры, полученными методом корреляцион-

ных зондирований; объемными петрофизическими моделями (эффек-

тивной плотностью и магнитной восприимчивости), построенными

на основе спектрального представления гравимагнитных полей с по-

следующей оценкой свойств выявленных неоднородностей; моделя-

ми петрофизических разрезов (плотностных и магнитной восприим-

чивости), пространственно привязанных к сейсмическому профилю.

Обработка и интерпретация данных электроразведки включала:

– стандартную обработку записей магнитно-теллурического поля ком-

плексом SSMT2000 канадской фирмы Phoenix;

– изучение амплитудных и фазовых кривых МТЗ, полученных в на-

правлениях измерений параметров тензора импеданса и типпера, по-

лярных диаграмм модулей и фаз импеданса.

Для изучения геоэлектрического строения осадочного чехла исполь-

зовались среднегеометрические кривые МТЗ, что следовало из анализа па-

раметров тензора импеданса и типпера совместно с полярными диаграмма-

ми. При изучении глубинного строения земной коры использовались попе-

речные (азимут 35

) и поперечные (азимут 125

) кривые МТЗ.

Представление о геоэлектрическом строении дают разрезы кажуще-

гося сопротивления и фазы импеданса, которые характеризуются тремя ос-

новными геоэлектрическими этажами на участке профиля I –EB протяжен-

ностью в 400км (рис.6.8).

0 50 100 150 200 250 300 350 400

расстояние (МТЗ), км

0 50 100 150 200 250 300 350 400

расстояние (МТЗ), км

0 50 100 150 200 250 300 350 400

расстояние (МТЗ), км

0 50 100 150 200 250 300 350 400

расстояние (МТЗ), км

T, c

1/2

T, c

1/2

T, c

1/2

T, c

1/2

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

100

150

250

400

600

800

1000

1500

2500

4000

6000

, Ом м

, градусы

МТЗ

АЗИМУТ 125

АЗИМУТ 35

Рис.6.8. Частотные разрезы кажущегося сопротивления и фазы импеданса.

Профиль 1-ЕВ, участок Венев–Куркино–Воронеж.

Первый (верхний) относительно высокоомный этаж соответствует

отложениям от четвертичного до верхнедевонского возраста с сопротивле-

нием 10 Ом·м; второй (промежуточный) низкоомный этаж сложен терри-

генными отложениями девона и верхнего протерозоя (сопротивлением от 5

до 10 Ом·м) и увеличением мощности с севера на юг; третий (нижний) этаж

представлен высокоомными отложениями протерозоя и архея. Этот этаж по-

разному выражен на продольных (азимут 35

) и поперечных (азимут 125

)

кривых МТЗ.

По продольным кривым выделяется верхний относительно высоко-

омный (до 1000 Ом·м) и нижний относительно проводящий (100 – 200

Ом·м) слои.

По поперечным кривым третий этаж представлен высокоомными по-

родами (до 1500 Ом·м).

Для изучения геоэлектрического разреза глубже 5км использованы

поперечные кривые МТЗ, свидетельствующие о резкой неоднородности по

сопротивлению земной коры, как по горизонтали, так и по вертикали.

Максимальные сопротивления (10 000 – 25 000 Омм) установлены на

северном и южном участках профиля. В центральной части разрез земной

коры представлен двумя слоями: верхним, мощностью до 20км и сопротив-

лением более 1000 Омм и нижним низкоомным (200 – 4000 Ом·м) в качестве

корового проводящего слоя (рис. 6.8).

6.5.3. Технология согласования монометодных моделей земной коры.

Технология согласования монометодных моделей земной коры осу-

ществлялась путем проецирования на единый профиль и пространственного

согласования моделей, полученных по результатам интерпретации данных

разных методов по площади и по глубине.

На основе пространственно увязанных монометодных моделей реа-

лизуется параметризация комплексной модели путем уточнения положения

границ блоков и контактных поверхностей и установления функциональных

и корреляционных связей физических свойств различных методных моде-

лей.

Согласование моделей, или иначе – количественная комплексная ин-

терпретация геофизических данных, предусматривает выбор параметров,

сходных по своей физической сущности и размерности. При этом деталь-

ность исследований должна быть соизмеримой, а в параметрах интерпрета-

ции должны проявляться одни и те же геологические объекты. В качестве

таких параметров используются: 1). интервальные скорости, плотности, со-

противления; 2). дифференциально-нормированные характеристики, яв-

ляющимися производными по глубине соответственно от логарифма аку-

стической жесткости и сопротивления.

Дифференциально-нормированной характеристикой (ДНХ) в сейсмо-

разведке является коэффициент отражения

( )

[ ]

КДНХ

отрС

ln==

, где

V – скорость распространения сейсмической волны; σ – плотность; в грави-

разведке – вертикальная производная от логарифма плотности, т.е.

( )

[ ]

КДНХ

отрГ

; в электроразведке – вертикальная производная

от логарифма сопротивления, т.е.

( )

[ ]

КДНХ

отрЭ

, где ρ – удельное

электрическое сопротивление.

Экстремумы дифференциально-нормированных характеристик при-

урочены к границам резкой смены сейсмической жесткости, плотности, со-

противления, что и позволяет перейти к согласованию монометодных гра-

ниц между собой и созданию комплексной физико-геологической модели

земной коры.

Ввиду того, что глубинность магниторазведки в основном определя-

ется глубиной залегания кристаллического фундамента, проводится согла-

сование гравимагнитных моделей отдельно для верхней части земной коры.

Для сопоставления интервальных скоростей и сопротивлений кривые

МТЗ осредняются по участкам профиля на основе согласования кривых по

их форме. Далее для осредненных кривых решается обратная задача и стро-

ится геоэлектрический разрез (рис. 6.9).

На основе полученных зависимостей интегральной проводимости от

глубины и выделенных по данным сейсморазведки границ рассчитываются

интервальные сопротивления по формуле:

−

, где h

– глубина

сейсмической границы, а S

– интервальная проводимость на глубине h

Согласованные по данным сейсморазедки и электроразведки интер-

валы как вдоль профиля, так и по глубине пространственно отражают раз-

меры объектов земной коры. При этом отмечается рост сопротивления и

скорости от поверхности кристаллического фундамента до глубины 10 –

20км, при увеличении глубины рост скорости сохраняется, а сопротивление

начинает убывать из-за увеличения температуры. В отдельных пространст-

венных интервалах общая закономерность изменения скорости и сопротив-

ления нарушается. В одних случаях наблюдается уменьшение и скорости и

сопротивления, в других – увеличению одного параметра отвечает умень-

шение другого. Геологической причиной корреляции уменьшения обоих па-

раметров являются ослабленные участки земной коры – сейсмические вол-

новоды.

Уменьшение сопротивления при увеличении скорости может быть

обусловлено действием мощных проводящих отложений в осадочном чехле.

Геоэлектрический разрез сопротивлений и разрез дифференциально-

нормированного параметра для Воронежской антеклизы профиля I –EB

приведены на рис. 6.9.

Сопоставление этих разрезов с разрезами сейсмических, гравитаци-

онных и магнитных параметров позволяет выделить ряд коррелируемых

объектов: в нижней части земной коры выделяются три крупные зоны отно-

сительно повышенного (МТЗ №270 – 215), пониженного (МТЗ №316 – 380)

и вновь повышенного (МТЗ №381 – 403) сопротивления, которые согласу-

ются с зонами повышенной и пониженной плотности и магнитной активно-

сти.

Аналогичная корреляция аномалий сопротивления, плотности и на-

магниченности крупных блоков земной коры установлена на участке про-

филя I –EB от Тихвина до Переславля-Залесского.

а)

б)

Рис.6.9. а) Геоэлектрический разрез, полученный в результате бимодальной 2-D

инверсии; б) геоэлектрический разрез, полученный по МКТ поперечных кри-

вых МТЗ (азимут 35) и полученный из него глубинный разрез ДН-параметр.

Одновременно на разрезе дифференциально-нормированного пара-

метра сопротивлений и сейсмоэнергетическом разрезе установлены корре-

ляционные границы земной коры: в интервале (650 – 1700км) на глубине

40км (поверхность Мохоровичича), в интервале 1800 – 1900км на глубине

20км (поверхность Конрада) и в интервале 1920 – 2000км на глубине 10 –

15км. Указанные преобразования обеспечивают геометризацию отдельных

объектов по данным разных геофизических методов и районирование зем-

ной коры по комплексу сейсмических, гравимагнитных и электрических ха-

рактеристик.

Для согласования результатов интерпретации данных сейсморазвед-

ки и гравиразведки при определении физических свойств земной коры не-

обходимо, с одной стороны, выбрать тип модели Земли (континентальная,

океаническая и промежуточная), с другой стороны, учесть градиентное воз-

растание плотности с глубиной, которое обычно моделируется линейной за-

висимостью. Для профиля I –EB выбрана, естественно, континентальная

модель, а для возрастания плотности σ – линейная регрессия σ( z)=

0,0094z+2,63 для интервала глубин 2,5 – 42км, ниже глубины z>42км, т.е.

для мантии, принималась плотность 3,32 г/см

Плотность приповерхностного слоя земной коры составляет 2,53

г/см

, а плотность на глубине 42км – 3,02 г/см

, что обеспечивает скачок

плотности на поверхности Мохоровичича в 0,3 г/см

Сопоставление полученной таким образом плотностной модели с

глубинной скоростной моделью указывает на слоисто-блоковое строение

земной коры с преобладанием положительной корреляции плотности и ско-

рости. Участки отсутствия корреляции приурочены к зонам разломов. В

разных интервалах глубин отмечаются субгоризонтальные узкие зоны отри-

цательной корреляции плотности и скорости, которые соответствуют облас-

тям изменения спектральных свойств источников аномалий.

В целом, проведенное согласование плотностной (псевдоплотност-

ной) и скоростной моделей позволило установить соответствие глубинных

границ изменения плотности и скорости и провести разбиение участка про-

филя I –EB в интервале 645 – 1080км на 5 блоков по вертикали (см.

рис.6.10).

Расчленение разреза земной коры на квазиоднородные области мето-

дом К – средних при различном заданном числе классов: 7, 9 и 15 – указы-

вает на слоистое строение коры по латерали.

При этом четко выделяются три слоя: первый, с глубиной залегания 5

– 8км, второй – с глубиной 12 – 15км.

Таким образом, описанная выше технология построения согласован-

ных моделей земной коры обеспечивает создание комплексных петрофизи-

ческих моделей, характеризующих вещественный состав и их состояние.

Комплексный анализ данных гравиразведки и магниторазведки при

построении согласованной модели предусматривает:

– количественное определение эффективной плотности и намагничен-

ности кристаллического фундамента с использованием технологии

ROMGAS системы SIGMA-3D;

– моделирование кровли фундамента на основе данных сейсморазвед-

ки с использованием программы REIST той же системы SIGMA-3D.

При этом модель фундамента апроксимировалась субгоризонталь-

ным слоем с латеральным изменением плотности и намагниченности, верх-

няя часть которого совпадала с кровлей фундамента, а подошва – в виде

контактной поверхности на глубине10км.

Этот слой разбивается на квадратные в разрезе призмы размером

2х2км в соответствии с масштабом гравиметрической съемки.

Далее по наблюдаемым полям с помощью и тераций определяется

разность между плотностью и намагниченностью каждой из призм по отно-

шению к базовой, при этом намагниченность пород считается индуктивной

и направленной по современному полю. Среднеквадратичная погрешность

подбора магнитного поля составляет 10 нТл, а гравитационного поля – не

более 0.5 мГал, что совпадает с точностью соответствующих съемок.

Переход от эффективной плотности к истинной осуществляется по

данным керна скважин.

Далее проводится выделение однородных по разным сочетаниям

плотность/намагниченность петрофизических комплексов с использованием

программ классификации, что обеспечивает разделение структурно-

вещественных комплексов (СВК) по устойчивым сочетаниям петрофизиче-

ских свойств.