close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101966

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ж А Н Д А Л И Н О В Вячеслав Мерканович
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В УСЛОВИЯХ КИМБЕРЛИТОВЫХ ПОЛЕЙ
ЗАПАДНОЙ Я К У Т И И
25.00.10 - геофизика, геофизические методы
поисков полезных ископаемых
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
НОВОСИБИРСК
2005
Работа выполнена в Акционерной компании «АЛРОСА»
Научный руководитель:
доктор геолого-минералогических наук,
профессор Кожевников Николай Олегович
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук
Морозова Галина Михайловна
кандидат технических наук
Балашов Борис Петрович
Ведущая организация:
Всероссийский
научно-исследовательский
геологический институт им. А.П. Карпинского
Министерства
природных
Санкт-Петербург)
Защита состоится
8 декабря
2005 г. в
15
ресурсов
РФ
(г.
час. на заседании
диссертационного совета Д 003.050.05 при Объединенном институте
геологии, геофизики и минералогии им. А.А. Трофимука СО РАН, в
конференц-зале.
Адрес: пр-т Акад. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090
Факс:(383)333-27-92
С диссертацией можно познакомиться в библиотеке О И Г Г М СО РАН.
Автореферат разослан
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор физико-математических наук
28 октября 2005 г.
.-'"у
/
/^i
,' '/ "- ч
Ю А Дашевский
.^^СбЛ.
Д / S »
Zl\lh97
&
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Объект исследования - индукционные переходные процессы и их связь
с вещественным составом горных пород и особенностями геологического
строения кимберлитовых полей Западной Якутии.
Актуальность
исследований. Использованные ранее подходы при
решении этой задачи на сегодня не удовлетворяют потребности науки и
практики, так как вопрос об учете взаимного влияния процессов становления
поля и вызванной поляризации решен недостаточно
дискуссионным
остается
вопрос
полно, а наиболее
пространственно-генетической
связи
параметров этих процессов со структурно-тектоническими и вещественными
элементами кимберлитовых систем. Это не позволяет эффективно использовать
методы переходных процессов (МПП) и вызванной поляризации ( В П ) для
решения алмазопоисковых задач.
Начиная с 60-х годов, было опробовано более 20 модификаций наземной
электроразведки на постоянном и переменном токе. За это время получены
новые
данные, необходимые
исследований
с
для
использованием
выполнения
научных
геофизических
и
практических
методов,
включая
электроразведку различных модификаций. Однако многие вопрюсы выявления и
обоснования геофизических критериев до сих пор не выяснены. Одной из
наиболее актуальных задач остается выявление кимберлитовых тел в сложных
геолого-поисковых
ситуациях
(мощный
перекрывающий
комплекс,
бронирование магматитами базитового и щелочного состава). Особенно не
учитывалось
влияние
неоднородностей
верхней
части
разреза,
которое
усиливается с возрастанием мощности перекрывающего комплекса. Поэтому
использование
зондирований
представляется
более
обоснованным,
сравнению с традиционными методами электропрофилирования.
по
Следует отметить, что метод переходных процессов разрабатывался для
поиска проводящих объектов, и это определяло область благоприятных условий
реализации его возможностей. Применение метода в условиях криолитозоны
либо в эквивалентных геоэлектрических условиях плохопроводящих разрезов
значительно
трансформировало
соотношение
сосуществующих
(становления поля и вызванной поляризации), что усложнило
процессов
получение
достоверных результатов как методом переходных процессов, так и отдельно
каждым из них ( В П
или МПП). Поэтому разработка технологии учета
искажающего взаимовлияния этих процессов и разработка поисковых критериев
являются актуальными для решения алмазопоисковых задач.
••ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ 1
ВИБЛИОТЕКА^, I
«"wySj
Цель исследований - повышение геологической информативности
метода переходньк процессов при поисках кимберлитовых тел в Западной
Якутии путем разработки системы поисковых критериев и технологии учета
искажающего влияния быстропротекающих процессов В П .
Научная задача - определить влияние быстропротекающей вызванной
поляризации на индукционные переходные процессы.
Фактический
материал
и
методы
исследований.
Основой
диссертационной работы являлись теория метода переходных процессов и
результаты многолетних исследований многолетнемерзлых пород, выполненных
автором в Центральной, Западной и Арктической Якутии в период работы в
Институте мерзлотоведения СО А Н СССР (1970 - 1983 гг.), в Иреляхской,
Чернышевской,
Амакинской
и
Ботуобинской
«Якутскгеология» и А К «АЛРОСА» (1984 - 2005 гг.).
В
экспедициях
ПГО
работе использованы самые современные методы исследований;
математическое и физическое моделирование, тестирование, сравнительный
анализ. Основным методом исследований являлся метод переходных процессов.
При проведении полевых работ использовалась отечественная аппаратура
ЦИКЛ-Микро и ЦИКЛ-5 (разработка СНИИГГиМС), зарубежная аппаратура
фирмы Zonge Engineering (США). Диссертация базируется на представительном
фактическом
материале: с применением разработанной технологии учета
влияния быстропротекающей вызванной поляризации (БВП) обработано более
10000 зондирований методом переходных процессов, выполненных в различных
регионах Западной Якутии. При этом использовалась компьютерная профамма
RECON-M собственной разработки.
Кроме того, проводилась прюверка на производстве, а также сравнение с
другими
методами
(ранние
стадии
вызванной
поляризации
-
PC
ВП,
спектральной В П - CR-IP). Материалы исследований отражены в девяти
научно-технических и производственных отчетах за период 1983 - 2002 гг., а
результаты работ проверены бурением на десятках скважин на площади
Накынского кимберлитового поля.
Помимо
магнитной
указанных
съемки,
материалов
определения
привлекались
вещественного
результаты
состава
аналитических исследований, документация керна скважин.
горных
ГИС,
пород,
Отдельные технические решения были запатентованы (два изобретения
СССР и один патент Р Ф ) и использованы для проведения электрического
каротажа сухих скважин и выделения перспективных участков для постановки
поисковых
работ. Одна из разработок отмечена
Всероссийского выставочного центра.
в 2004 году
медалью
Защищаемые научные результаты.
БВП
1. Данные о пространственном распределении осложненньк влиянием
переходных
процессов
позволяют
утверждать,
что
источником
быстропротекающсй В П являются сульфиды и магнетит, образование которых
генетически
связано
с
флюидными
и
гидротермальными
кимберлитах и околотрубочном пространстве.
2. Учет
процессов
ВП
зоны околотрубочных
-
необходимая
кимберлитовой трубки.
изменений
составляющая
и
процессами
в
быстропротекающих
геоэлектрической
модели
3. Технология разделения процессов становления поля и вызванной
поляризации для оценки величины интефальной поляризуемости горных пород
и
снижения
влияния индукционно-вызванной
поляризации на кажущееся
удельное сопротивление, разработанная соискателем.
4.
Различие
сопротивлению
вмещающей
и
среде
вмещающих
параметрам
на
пород
БВП,
некотором
и
кимберлитов
проявленность
расстоянии
этих
от
по
кажущемуся
параметров
кимберлитовых
во
тел,
пространственно-морфологические особенности аномальньпс зон на различных
глубинных
уровнях,
а
также
особенности
отображения
структуры
неустановившегося поля на логарифмическом разрезе - необходимые критерии
для выявления кимберлитовых трубок.
Научная новизна. Личный вклад.
1. С использованием теории метода переходных процессов и анализа
материалов полевых исследований установлено влияние Б В П на индукционные
переходные процессы в условиях кимберлитовых полей Западной Якутии.
2. Разработана методика лабораторных измерений диэлектрической
проницаемости,
в
основе
которой
лежит
учет
искажающего
влияния
диффузионных процессов на низких частотах и двойных электрических слоев на высоких.
3.
На
околотрубочного
основе
анализа
пространства
и
структурно-тектонических
распределения
особенностей
электронопроводящих
минералов в перекрывающем и вмещающем комплексах установлена их связь с
пространственной структурой полей Б В П и переходных процессов.
4.
Средствами
определены
натурного
возможности
спектрального метода В П
и
компьютерного
импульсной
индуктивной
3-D
моделирования
электроразведки
и
при поисках кимберлитовых трубок в различных
геолого-поисковых ситуациях.
5. Сформированы модели верхних частей разрезов (ВЧР) кимберлитовых
полей Западной Якутии с учетом влияния В В П и геологического строения
околотрубочного пространства.
6.
По
результатам
математического
моделирования
разработана
технология разделения электродинамических и электрохимических процессов
для метода М П П .
данных
Научная и практическая значимость работы. С использованием
электроразведки
знакопеременньрс
МПП
процессов
с
осуществлена
площадная
пространственным
корреляция
распределением
электронопроводящих минералов и доказана связь индукционно вызванной В В П
с процессами кимберлитового магматизма и посткимберлитовыми процессами.
Разработанный комплекс поисковых критериев, отражающих связи
между геоэлектрическим строением кимберлитовых полей и проявлениями
кимберлитового магматизма, наиболее эффективно работает в геоэлектрических
условиях плохопроводящих разрезов:
в зоне развития пород трапповой
формации, на площадях с высокольдистым перекрывающим комплексом и т.п.
Полученные соискателем материалы физического и математического
моделирювания
необходимо
использовать
поискового геофизического комплекса.
при
планировании
и
выборе
Результаты исследований автора внедрены и применялись в практике
поисково-разведочных
работ,
проводивщихся
Чернышевской
ГРЭ,
и
используются в настоящее время в Амакинской Г Р Э и Ботуобинской Г Р Э А К
«АЛРОСА».
Апробация
работы.
Представленные
в
диссертации
научные
и
практические результаты хорощо известны научной общественности: они
докладывались на Всесоюзной школе-семинаре по исследованию состава,
строения и свойств мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород с целью
наиболее рационального проектирования и строительства (Москва, 1981); на
Всесоюзном научно-техническом совещании по исследованию, проектированию
и строительству гидротехнических сооружений на Крайнем Севере и в районах
распространения вечной мерзлоты (Ленинград, 1981); на научно-практической
геологической
конференции
на
Всероссийском
съезде
геологов
(Санкт-
Петербург, 2000); на 16-ой Международной конференции по исследованию
электромагнитной индукции Земли (Сайта Фе, США, 2002); на Всероссийской
конференции «Эффективность
прогнозирования и поисков
месторождений
алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50)», (Санкт-Петербург, 2004);
на
школе-семинаре
по
использованию
методов
электроразведки
в
АК
«АЛРОСА» при поисках месторождений алмазов (Мирный, 2003, 2004, 2005); на
I l l Международной конференции по поискам коренных месторождений алмазов
(Симферополь, 2004); на II
(Санкт-Петербург,
Международной конференции по электроразведке
2004);
на
III
Международной
конференции
по
электроразведке (Санкт-Петербург, 2005); на V I I Международной конференции
«Новые идеи в науках о земле» (Москва, 2005); на расширенном семинаре
лаборатории электромагнитных полей И Г Ф СО Р А Н (Новосибирск, 2005).
По теме диссер»тации опубликовано 19 работ, включая 2 авторских
свидетельства СССР и 1 патент Р Ф .
Автор благодарен научному руководителю профессору Н.О. Кожевникову
за постоянную поддержку, внимание и помощь при написании диссертационной
работы.
За
неизменную
поддержку
в
развитии
новых
геофизических
направлений и технологий автор выражает признательность главному геологу
А К «АЛРОСА» С И . Митюхину и начальнику отдела поисковой геологии М.И.
Лелюху. При написании работы неоценимую помощь оказали В.И. Левицкий,
И.Я.
Плотников, В.Н.
сотрудничество
государственного
Новопашин
соискатель
и В.И.
благодарен
университета
В.А.
Самойлова. За
профессору
Комарову,
плодотворное
Санкт-Петербургского
доктору
г.-м. наук
В.А.
Цыганову, к.т.н. Вас. В. Стогнию, ведущим специалистам А К «АЛРОСА» С И .
Дмитриеву, Е.М. Гончарову и Б.С. Парасотке. Автор признателен чл.-корр. Р А Н
М.И.
Эпову
диссертации.
за
предоставленную
возможность
всесторонней
апробации
Объем и структура работы. Работа содержит 153 с. текста, 50 рисунков
и включает 5 глав, введение, заключение и список литературы из 181
наименования русско- и англоязычных источников.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1.
История становления и современное состояние методов В П и
переходных процессов в Западной Якутии
Становлению
методов
ВП
и
переходных
процессов
при решении
алмазопоисковых задач способствовали исследования С И . Митюхина, Г.А.
Исаева, В.А. Сидорова, Н.О. Кожевникова, Г.М. Тригубовича, B.C. Могилатова,
B.C. Моисеева, Ю.А. Нима, Б.П. Балашова, A . M . Яхина, А.К. Захаркина, В.А.
Ванчугова и других специалистов.
Описанию
электроразведке
и
анализу
посвящены
проявлений
ВП
многочисленные
в
импульсной
публикации
индуктивной
(Астраханцев,
Гаврилова, Журавлёва и др., 1975; Журавлёва и Гаврилова, 1974; Каменецкий,
Мезенцев, 1985, 1986, 1989; Светов и др., 1996; Сидоров, 1985; Сидоров и Яхин,
1978, 1985; Уэйт, 1987; Fils et al., 1989; Lee, 1975, 1981; Raiche, 1983; Spies, 1980;
Smith and West, 1988). В масштабе верхних горизонтов земной коры с ними
впервые столкнулись при проведении съемок методом переходных процессов в
Западной Якутии (Вопросы поляризации..., 1985; Митюхин, 1985; Молчанов,
Сидоров, Николаев и др., 1984; Сидоров, 1985; Сидоров и др., 1986), а позднее на Аляске (Walker and Kawasaki, 1988) и на севере Канады (Smith and Klein,
1996).
По поводу физической природы быстропротекаюших процессов В П ,
измеренных в Западной Якутии, существуют различные точки зрения. Согласно
одной из них, наиболее полно сформулированной С И . Митюхиным (1985),
причиной возникновения знакопеременных переходных процессов в МалоБотуобинском
районе
является
повышенная
поляризуемость
отложений
илгинской свиты позднего кембрия. Аномальная поляризуемость обусловлена
повышенным содержанием в отложениях илгинской свиты сульфидного железа,
образовавшегося в результате восстановления его оксидной формы. Аномально-
высокие содержания сульфидного железа вблизи известных кимберлитовых и
туфовых трубок вызваны геохимическими особенностями околотрубочного
пространства. Предполагалось, что во время магматических циклов сероводород
внедрялся
из
глубоких
горизонтов
восстановительную обстановку.
осадочного
чехла,
что
порождало
Другая точка зрения, представленная большой группой исследователей
(Сидоров, 1987; и др.), заключается в том, что аномальные переходные
характеристики
-
это
проявление
частотной
дисперсии
удельной
электропроводности мерзлых пород. Среди представителей данной группы
имеются
существенные
расхождения
по
поводу
конкретного
ответственного за частотную дисперсию проводимости а.
механизма,
Что касается вопроса о природе быстропротекающей В П в мерзлых
породах, ответ на него с использованием традиционных подходов едва ли может
быть однозначным. Это связано с тем, что количественные оценки влияния
различных процессов базируются на материалах определения физических
параметров
горных пород в лабораторных условиях, а
геофизических
эффективность
исследований в значительной степени зависит от учета
искажающих факторов. В качестве подтверждения могут служить материалы
опытно-методических работ методом CR-IP (комплексного сопротивления -
вызванной поляризации), выполненные на известных трубках (Жандалинов,
1997). Технология обработки измеренных сигналов включала введение поправок
за искажающее влияние процессов становления, поэтому эффективность этой
модификации В П оказалась высокой.
Оценивая в целом результаты работ в Западной Якутии, следует отметить,
что особенности поведения измеренных в модификациях В П и ЗСБ полей, в
частности появление отрицательных значений ЭДС становления, обусловлены
противоположно
направленными
процессами
вызванной
поляризации
и
становления поля (рис. 1).
X
">
Л
^
^
"X
X
л
^
"^
X
^
л
X
X
л
^
л
X
X
X
^
X
^XR
Л
лX
"^
к 1§ ^X^ .XX
X
^
^
X
^
X
Рис. 1. Распределение переходных характеристик, измеренных на трубке
Зарница.
Активно
развивается
направление
3-D
моделирования
переходных
процессов в условиях различных геолого-поисковых ситуаций (Жандалинов,
Стогний В а с , 2004). Результаты моделирования востребованы на всех стадиях
поисковых работ:
- на этапе проектирования - для обоснования и выбора рационального
геофизического комплекса, а также корректуры элементов технологии работ
методом переходных процессов;
- в процессе проведения полевых работ - для повышения точности
обработки и интерпретации полевых материалов, а также оценки эффективности
используемой технологии на отдельных участках;
- на завершающем этапе съемки - для оценки надежности опоискования
исследуемых площадей.
Глава 2. Электрические свойства горных пород В Ч Р Западной Якутии
Удельное электрическое сопротивление мерзлых пород зависит от У Э С
минерального скелета, льда и незамерзшей воды, соотношения их объемов,
криотекстуры, а также температуры и состава грунта. В различных грунтах в
отрицательном
диапазоне
температур
устанавливается
однонаправленная
динамика изменения электрического сопротивления - чем ниже температура,
тем меньше в грунте незамерзшей воды и тем больше, при прочих равных
условиях, его У Э С . При достаточной влажности грунта наиболее резкое
изменение У Э С происходит при замерзании свободной воды.
Диэлектрическая
проницаемость е
ифает
менее заметную
роль
в
геофизике, что связано с весьма ограниченным набором методов, реагирующих
на этот параметр, а также неоднозначностью результатов лабораторных
измерений е. Автор видит новизну полученных результатов в том, что при
высоких частотах (f) измеряемая величина емкости образцов горных пород
пропорциональна f^, а в области низких частот — f""'.
Выявленные
дисперсионные
особенности
диэлектрической
проницаемости горных пород не исключают возможность ее влияния на
измеряемый сигнал при регистрации переходного процесса. Но степень этого
влияния
некоторыми
исследователями
ошибочно
преувеличивается,
подтверждается полученными результатами оценки искажающего
что
влияния
двойного электрического слоя и диффузионных процессов (Жандалинов, 1977,
1981), а также измерениями Е горных
(Жандалинов, 1981а, 19816, 1982,1983).
пород в естественном залегании
Попытка объяснить существование аномальной Б В П мерзлых пород на
макроскопическом уровне впервые была предпринята В.А. Сидоровым. При
решении
вопроса
о
природе
знакопеременных
переходных
процессов,
наблюдавшихся в Западной Якутии, им предлагалась простейшая модель
гетерогенной среды в виде плоско-параллельной композиции из проводящих и
изолирующих слоев ("природные конденсаторы"). Однако предложенная модель
является нереальной, так как существование системы проводящей решетки
мерзлой породы (следовательно, ее высокой проводимости в целом) привело бы
к незначащему соотношению процессов поляризации и становления поля.
В отличие от этих представлений, источниками поля В П , по мнению
автора, являются элекфонопроводяшие минералы, главным образом сульфиды
и магнетит. Эпигенетические образования сульфидов в терригенно-карбонатных
раннепалеозойских породах являются продуктами газогидротермального этапа,
связанного с кимберлитами. Для него характерны вторичные пирит, кальцит и
8
доломит,
обладающие
типичными
прожилково-метазернистыми
выделения (Игнатов, Штейн, 1997; и др.).
формами
Генезис подобных сульфидных образований сходен с аналогичными
проявлениями
над
углеводородов
из
нефтяными
месторождениями.
Многочисленными
исследованиями установлено (Моисеев B.C., 2000), что в результате миграции
нефтяной
залежи,
перекрывающие
горные
породы
претерпевают эпигенетические изменения, в том числе кальцитизацию и
пиритизацию. Согласно имеющимся представлениям, эпигенетический пирит
возникает в результате реакции, описывающей взаимодействие растворенного в
подземных водах Fe** с потоком газообразного сероводорода, мигрирующего
прямо из нефтяной залежи, или возникающего, например, в результате реакции
кальцитизации с участием сульфат-иона. Аналогичные процессы протекают и
над зоной проявленности кимберлитового магматизма. В осадочных породах
околотрубочного
пространства
кимберлитов
по
данным
структурно-
петрофизического анализа установлены признаки ударных деформаций, которые
являются индикаторами внедрения кимберлитовых тел.
Рис. 2. Схема образования центриклинальных конических, радиальных и
куполообразных разрывов при становлении кимберлитового тела (по П.А.
Игнатьеву).
При
формировании
пространстве
появляются
кимберлитовой
трещины
диатремы
цилиндрической
в
околотрубочном
(кольцевой)
формы,
которые выше сменяются коническими центриклинальными трещинами, а также
возникает купол, в котором образуются концентрические и радиальные разрывы
(рис.2).
Впоследствии,
микротрещиноватости
сульфидами.
в
гидротермальную
фазу,
возникшие
системы
залечиваются вторичными минералами, в том числе
Сравнительный анализ объемного распределения зон повышенного
содержания пирита в околотрубочном пространстве и областей повышенной
интенсивности Б В П позволил установить их пространственное совпадение.
вывод,
Полученные материалы и результаты сравнения позволяют сделать
что
источником
быстропротекающей
ВП
являются
сульфиды
кимберлитов и вмещающих пород околотрубочного пространства.
Глава 3.
Моделирование нестационарного электромагнитного поля для
условий кимберлитовых полей Западной Якутии
Комплексный
компьютерного
подход, сочетающий
моделирования
в себе использование
и полевых
результатов
исследований является
весьма
действенным. Возможности этого подхода проанализированы на примере двух
кимберлитовых полей. С этой целью были созданы физически-наглядные,
параметризованные
и
геологически-содержательные
модели
поисковых
объектов для Мирнинского и Накынского кимберлитовых полей с учетом
поляризующихся
пород
околотрубочного
моделирование выполнялось
пространства.
Численное
в профамме EM-Vision (Encom
3-D
Technology,
Австралия) методом конечных элементов с использованием алгоритма M A R C O .
Для
Мирнинского
кимберлитового
поля
установлено,
что
аномалия
неустановившегося электромагнитного поля от поискового объекта быстро
затухает с увеличением мощности перекрывающих отложений. При мощности
проводящих юрских отложений более 30 м она составляет менее 15 % (3 5), и
поэтому эти пласты оказывают экранирующее влияние, а эффективность ЗСБ на
таких участках резко снижается.
Для
площадей
4-5
геотипов
траппы,
имеющие
высокие
удельные
электрические сопротивления, не оказывают экранирующего влияния. Подобные
геологические
условия
реализованы
в
северо-восточной
части
Мало-
Ботуобинского района, поэтому эта площадь является предпочтительной для
поиска кимберлитовых тел методом ЗСБ, так как аномалия от кимберлитового
тела размером 100x100 м может быть выделена при мощности траппового
покрова, превышающей 50 м.
При
оценке
возможностей
использования
импульсной
индуктивной
электроразведки для поиска средних и крупных кимберлитовых тел в условиях
Накынского
кимберлитового
поля, была
использована
обобщенная
ФГМ,
созданная на основе анализа геологических данных, электрического каротажа
скважин и интерпретации материалов ЗСБ на участках трубок Нюрбинская и
Ботуобинская.
10
Анализ результатов моделирования показывает, что для геологических
условий Накынского кимберлитового поля наиболее благоприятной
ФГМ
поискового объекта для метода ЗСБ является кимберлитовая трубка с развитой
корой выветривания и сопутствующим поднятием кровли межмерзлотного
водоносного горизонта. Максимум аномалии ЭДС
переходных процессов
данной геоэлектрической неоднородности смещается во временной интервал 350
- 1200 МКС В этом диапазоне процессы Б В П могут иметь различную степень
влияния, поэтому проблема их выявления и последующего учета является
весьма актуальной.
Помимо этого, моделирование нестационарного поля проводилось для
выяснения возможности учета искажающих факторов, так как проведение работ
методами импульсной индуктивной электроразведки в условиях криолитозоны
характеризуется
некоторыми
особенностями. К
ним
относятся: быстрое
затухание переходных процессов; сезонные изменения электрических свойств
горных пород в зоне годовых колебаний температур; отмеченное выше влияние
эффектов индукционно вызванной поляризации, а также магнитной вязкости
(особенно при поиске кимберлитовых тел, перекрытых траппами). Учет данных
факторов, а также выбор методики проведения полевых работ, при котором их
влияние минимально, значительно повышает эффективность и результативность
импульсной индуктивной электроразведки.
Оценка влияния сезонных изменений электрических свойств горных пород
криолитозоны на неустановившееся электромагнитное поле проводилась на
основе
моделирования,
с
привлечением
экспериментальных
данных
(Жандалинов и др., 1980; 1981). При этом использовались ранее установленные
закономерности этих изменений:
- воспроизводимость, с периодом в 1 год;
- квазигармоническая форма изменчивости в годичном периоде, независимо
от строения среды;
- офаниченность по глубине слоем годовых колебаний температуры;
- существование календарных интервалов стабильного геоэлектрического
состояния, характеризующегося экстремальными значениями его параметров;
- зависимость фаниц фазовых переходов поровой влаги, в области
отрицательных температур, от дисперсности мерзлых горных пород.
Выполненные
расчеты
(совмещенная
установка,
петля
100x100), с
использованием экстремальных значений электрических параметров горных
пород в годичном цикле для горизонтально-слоистой среды с различающейся по
литологии верхней частью разреза мощностью 5 м (пески, супеси, суглинки)
позволили установить следующее:
11
- на ранних временах (интервал 30-100 мкс) изменение амплитуд поля
становления в годичном цикле может достигать 3 5 % для глинистых, и 5 5 % для
песчанистых разрезов;
- с увеличением содержания глинистой составляющей, влияние сезонных
изменений
электрических
свойств
горных
расширяется в область более поздних времен.
пород
на
поле
становления
Моделирование позволяет оценить аномальный эффект в зависимости от
расстояния до поискового объекта, что важно при обосновании сети съемки и
диапазона регистрации сигнала. Установлено, что при удалении совмещенной
установки от кимберлитовой трубки наблюдается более поздняя регистрация
аномального сигнала и снижение его интенсивности. На временах измерения
более 5 мс аномальная составляющая уменьшается на порядок и более.
Кроме этого, проведенное 3-D моделирование позволило установить, что
использование соосной приемной рамки дает небольшой выигрыш в величине
аномальной
составляющей
от
кимберлитовой
трубки,
интенсивность
аномалий поля становления
по
сравнению
с
совмещенной установкой, что позволяет минимизировать топогеодезические
работы.
Слабая
над
поисковыми
объектами, даже при большом их диаметре, и искажающее влияние Б В П в
определенных
условиях
серьезно
ограничивают
поисковые
возможности
импульсной индуктивной электроразведки. В этих условиях для ослабления и
выделения эффекта В П И возможно, наряду с соосными зондированиями,
применение
выносных
зондирований
с
регистрацией
поля
приемными
датчиками. Однако существует более рациональный путь, не требующий затрат
на проведение дополнительньпс полевых работ, суть которого заключается в
разделении процессов становления поля и индуктивной вызванной поляризации
(Жандапинов и др., 2000; Жандалинов, 2004; 2005).
В основе новой технологии разделения электродинамических (переходных)
и электрохимических (БВП) процессов лежит выбор такой трансформанты ЭДС
становления, которая в случае неполяризующейся среды являлась бы линейной
функцией времени. Поиск такой функции осуществлялся
путем анализа
результатов моделирования неустановившегося поля в горизонтально-слоистых
неполяризующихся средах, полученных с использованием профаммы «ЭРА».
ЭДС становления поля трансформировалось в новый параметр - эффективную
скорость спада (У^ф). Параметр У^ф пропорционален lg(E,/t,), где Е „ мкВ/А измеренная во всем временном диапазоне ЭДС становления поля, t„ сек -
значение задержки, на которой проведено измерение. Аргументом этой функции
является степень ослабления ЭДС становления поля (п) на данном времени
12
Е|/Е„=10", по отношению к первой точке измерения, откладываемая по оси
абцисс в линейном масштабе.
Физический смысл логарифмирования функции и представления ее в
зависимости от степени затухания в линейном масштабе заключается в
линеаризации параметра эффективной скорости, так как процесс становления
поля является квазиэкспоненциальной функцией. Использование отношения
Ei/Ei
позволяет
компенсировать
появление и влияние отличающихся по
проводимости неоднородностей зондируемой среды и «возвратить» параметр
эффективной скорости в зону линейности.
Анализ поведения теоретических и экспериментальных кривых параметра
Уэф над различными типами разрезов позволил разработать технологию
выявления и учета Б В П . Проведенное компьютерное моделирование позволило
установить, что функция Уэф является с высокой степенью точности кусочно-
линейной, особенно на средних и поздних временах. Важной особенностью
этого параметра является его высокая чувствительность, проявляемая на самых
ранних временах, к неоднородностям, расположенным на больших глубинах.
Для проведения вычислений параметров и трансформант использовались
следующие формулы:
сигнал В П на каждой временной задержке ДР = Р,„ = Р, ,„<„• - Pt тм-',
интефальная поляризуемость (Линт) = -г
*' О''"/".
(1)
(2)
]р.„.„т
где: Рх „з„ - измеренные на различных задержках значения поля становления
(мВ/А); Р, мест - вычисленные на различных задержках с использованием
профаммы Recon-M значения поля становления (мВ/А); ti - начальное время
проявленности процессов В П ; ta - конечное время проявленности процессов В П .
Глава 4.
Результаты
физического
моделирования
с
использованием
модификаций М П П и В П на эталонных кимберлнтовых объектах
Физическое моделирование с использованием кимберлнтовых полигонов
выполнялось для: выявления поисковых критериев; разработки методики и
технологии работ; оценки эффективности модификаций электроразведки в
различных геолого-поисковых ситуациях. С этой целью на кимберлитовых
объектах с различающимися индикационными свойствами и геологическим
строением В Ч Р (трубки Краснопресненская, Дальняя, Зарница, Снежинка и
Олимпийская) был проведен комплекс работ, включающий бурение скважин,
13
изучение
геолого-геофизических
свойств
горных
пород, ГИС,
наземную
электроразведку (ЗСБ, CR-IP) и магнитную съемку.
Опыт использования метода CR-IP показал его высокую эффективность.
Анализ
пространственного
распределения
спектров
комплексного
сопротивления, а также интерпретационных разрезов р и rj, позволяет выделить
аномальные зоны, а при последующей интерпретации - определить тип рудной
минерализации, что особенно важно при идентификации источника поляризации
и определения ее природы. Вместе с тем, в связи с необходимостью создания
гальванических контактов, использование метода имеет сезонные ограничения.
А
Матштиве поле А Т
Л^рсмецр ттигрвмнвй ВВП
Параямтр интегральной ВВП
Магнитное ноле AT
Рис.3. Результаты магнитной съемки и ЗСБ на трубках Краснопресненская
(А) и Зарница (Б).
14
в
этом
плане
метод
ЗСБ
характеризуется
круглогодичным
использованием и не уступает по своей эффективности методу CR-IP. В качестве
примера на рис. За и 36 приведены сравнительные возможности магнитной
съемки и ЗСБ на двух известных кимберлитовых полигонах, отличающихся по
геологическому строению.
Анализ материалов ЗСБ, выполненных на известных кимберлитовых
трубках и обработанных по указанной технологии, позволил обосновать ряд
критериев, используемых для выделения аномалий от поисковых объектов. К
ним относятся: кажущееся сопротивление и поляризуемость в зоне аномального
объекта; те же параметры в околотрубочном пространстве с зональным
псевдоконцентрическим распределением на глубинных срезах; аномальная
рисовка структуры исправленной (с учетом влияния БВП) ЭДС становления
поля на логарифмическом псевдоразрезе.
Выявленные поисковые критерии отражают генетическую связь между
процессами
кимберлитового
магматизма
и изменениями
околотрубочного
пространства, в том числе и посткимберлитовыми, так как зональность этих
процессов, проявленная на различных глубинах и удалениях от поискового
объекта,
формирует
Глава S.
Использование
параметров.
соответствующее
распределение
параметров
становления
геоэлектрических
поля
и
БВП
при
решении геологических задач
Решение структурно-тектонических
становления электромагнитного
относителвное
постоянство
задач
Одной из особенностей
поля в квазиоднородных средах является
рисовки
плотности
изолиний
ЭДС
на
логарифмическом разрезе, поэтому использованное в материалах фафического
представления сравнение измеренных и восстановленных процессов позволяет
выделить ряд геоэлектрических горизонтов и проследить на качественном
уровне их поведение по разрезу. При выделении пластов и прослеживании
поведения
некоторых
геологических
границ
выявлена
информативность
изолинии р,=65 Ом-м (для материалов ЗСБ, полученных с использованием 200метровой генераторной установки) на Накынской площади. Сравнительный
анализ геологических и электроразведочных материалов показывает, что эта
изолиния
(ИС-65)
является
репером
и
характеризует
положение верхних горизонтов сохранных пород цоколя.
Результаты
этого
же
анализа
позволили
пространственное
выделить
другой
информационный параметр - зона минимумов (опускание по оси глубин)
15
изолинии р,=35 Ом-м (ИС-35) Пространственно они совпадают с зонами
глубинных разломов.
Известно, что поле В П проявляется в определенном временном интервале,
сначала возрастая, а затем убывая до нуля. В связи с этим можно предположить,
что диапазон Нэф, в котором проявляется поле В П , характеризует вертикальные
размеры
поляризующегося
источника.
Это
позволяет
использовать
распределение параметра АР в зоне вьшеленных депрессионных форм рельефа
(ДФР), и по разности определяемых глубинных отметок Нэф верхней и нижней
кромок, приближенно определять вертикальные размеры источника поля В П .
Районирование
площади
по
интенсивности
процессов
БВП.
Целесообразность проведения подобных построений связана с необходимость
оценки надежности опоискования с использованием электроразведки, выделения
зон повышенной и пониженной поляризуемости В Ч Р
для последующего
использования при прогнозных построениях. Работы подобного содержания
выполнены для Накынского поля и прилегающей территории.
Сравнительный анализ геологической карты поверхности и распределения
11„нт позволяет выделить несколько зон, отличающихся по интенсивности, а
также определить геологическую природу поля В П . На исследуемой площади по
минимальным значениям параметра TI„„. (ДО 20 % ) , которые окаймлены зонами
повышенных значений !!„„■. (более 40 % ) , можно выделить ряд перспективных
участков для проведения поисковых работ. Пространственно эти участки
отвечают зонам повышенной перспективности, а их ранжирование может быть
произведено с привлечением других критериев проявленности кимберлитового
магматизма, в том числе и тектонических (примыкание к зоне динамического
влияния рудоконтролирующих и рудовмещающих разломов).
Картирование кор выветривания. Анализ кор выветривания, полученного
в результате интерпретации геоэлектрических разрезов Накынской площади с
использованием параметров ИС-65 и ИС-35, позволил сделать вывод о линейном
характере их расположения и приуроченности к зонам основных разломов,
закартированных
по
материалам
аэромагнитной
съемки.
Максимальная
мощность коры выветривания, полученная по интерпретации с использованием
параметра ДР, достигает 35 м и относится к юго-западному массиву площади
работ.
Выявление аномалий от
попучашый
кгшберлитовых
тел.
Материалы
ЗСБ,
на трубке Ботуобинская, являются наиболее показательными.
Анализ распределения параметров р„ ДР и х\„„ по всем разрезам и отснятым
профилям позволил установить следующее:
16
1) кимберлитовая трубка Ботуобинская выделяется аномалией пониженного
сопротивления (р, =15 0 м м ) в интервале эффективных глубин Нэф 115140 м, что соответствует временному интервалу 2,0 - 3.0 мс;
2) в
околотрубочном
линейным
пространстве
размерам
трубки,
соп|Х)тивлений;
на удалении, равном
фиксируются
зоны
нескольким
пониженных
3) приблизительно на таких же удалениях в околотрубочном пространстве
фиксируются зоны повышенной поляризуемости горных пород т]„„.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
диссертации
обобщены
результаты
исследований,
выполненных
соискателем по трем основным направлениям, первое из которых (с известной
долей условности) можно охарактеризовать как "петрофизическое", второе комплексное геоэлектрическое моделирование и третье - полевая поисковая
геофизика, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с известными.
В
частности, в рамках
диэлектрической
первого направления установлено
проницаемости
горных
пород
на
влияние
быстропротекающую
вызванную поляризацию, а также поляризуемости горных пород, льдистости и
сезонной изменчивости электрических свойств ВЧР на переходные процессы.
Полученные материалы позволили приблизиться к пониманию геологической
природы быстропротекающей В П .
В
рамках второго направления дана оценка эффективности метода
переходных процессов в условиях поляризующихся сред для различных
геолого-поисковых ситуаций. В
физического
(апостериорного)
результате проведения математического и
моделирования
впервые
разработана такая
технология разделения электродинамических и электрохимических процессов,
которая
позволяет
(индукционной)
полевых работ.
обнаруживать
проявления
быстропротекающей
вызванной поляризации без проведения дополнительных
В рамках третьего направления показана эффективность исгюльзованием
авторских разработок, а также результатов анализа применения модификаций
В П для поисков кимберлитовых тел в Западной Якутии.
В итоге проведения сравнительного анализа структурно-тектонических
особенностей
околотрубочного
пространства
и
распределения
электронопроводящих минералов в перекрывающем и вмещающем комплексе, с
распределением поля Б В П и переходных процессов в этой зоне установлена
вероятностная природа этих явлений.
17
Разработанный
комплекс
поисковых
геоэлектрических
критериев,
генетически связанных с кимберлитовым магматизмом, а также установление
связи между геоэлектрическими параметрами поля (интегральный параметр
Б В П , кажущееся сопротивление) и вещественно-индикационными свойствами
кимберлитовой системы (поисковый объект и околотрубочное пространство)
существенно повысили информативность и эффективность метода переходных
процессов.
Исследования, проводившиеся в рамках обозначенных направлений,
позволили ответить на вопрос, каким образом быстропротекающая поляризация
в мёрзлых природных средах влияет на переходную характеристику петли и
может ли это влияние быть использовано для повышения эффективности
поисковой геофизики.
Дальнейшее продвижение в русле поискового направления мы связываем
с изучением эффективности трансформант переходных характеристик с учетом
использования геолого-геофизической информации по исследуемым площадям,
выяснением возможностей систем наблюдения с квадрантными незаземленными
петлями, а также созданием новых
материалов
МПП
в
получаемых материалов.
условиях
программ компьютерной
поляризующихся
сред
и
обработки
интерпретации
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО Т Е М Е ДИССЕРТАЦИИ
1.
Жандалинов
В.М.
Беспараметрическая
интерпретация
кривых
непрерывного частотного зондирования в области многолетнемерзлых горных
пород // Исследование Сибири. Институт мерзлотоведения СО Р А Н СССР. Якутск, 1979. С. 34-40.
2. Снегирев A.M., Жандалинов В.М., Калинычев B.C. и др. Некоторые
особенности электрического каротажа К С мерзлых пород в сухих скважинах //
Изв. ВУЗов. Геология и разведка. Ст. деп. в В И Н И Т И . -1980 - 24 с.
3. Жандалинов В.М., Даниловцев А.П. Исследования изменений удельного
электрического
сопротивления
и
диэлектрической
проницаемости
пород
естественного залегания в годичном цикле. - М., 1980. Деп. в В И Н И Т И . Kz 2980
-83 Деп. 14 с.
4. А.с. 802891 СССР, G 01 V 3/18. Зонд для электрического каротажа
скважин / A.M. Снегирев, В.М. Жандалинов, B.C. Калинычев (СССР). - 5 с : ил.
5. А.С. 894655 СССР, G 01 V 3/18. Неполяризующийся электрод / A . M .
Снегирев, В.М. Жандалинов, B.C. Калинычев, С.А. Великий (СССР). - 4 с : ил.
18
6. Жандалинов В.М. Применение циклических измерений электрических
параметров для оценки и контроля состояния протаивающих и промерзающих
горных пород // Всесоюзная школа-семинар по исследованию состава, строения
и свойств мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород с целью наиболее
рационального проектирования и строительства: Тез. докладов. М., МГУ, 1981а,
С. 18-19.
7. Жандалинов
электрических
свойств
В.М.
Техника
и методика исследования динамики
промерзающих
и оттаивающих
горных
пород в
естественном залегании // Всесоюзная щкола-семинар по исследованию состава,
строения и свойств мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород с целью
наиболее рационального проектирования и строительства: Тез. докладов. - М.,
М Г У , 1981 б, С. 17-18.
8. Жандалинов В.М., Мельников В.П. Изучение режима влажности горных
пород в естественном залегании методами электроразведки // Всесоюз. науч.-
техн.
совет.
по
исследованию,
проектированию
и
строительству
гидротехнических сооружений на Крайнем Севере и в районах распространения
вечной мерзлоты: Тез. докл. - Л . , 1981 в. С. 25-26.
9.
Жандалинов
В.М.
Некоторые
закономерности
диэлектрической
проницаемости горных пород // Тематические и региональные исследования
мерзлых толщ Северной Евразии. Институт мерзлотоведения СО АН СССР. -
Якутск, 1981. С. 148-153.
10. Жандалинов В.М. О некоторых факторах, искажающих результаты в
сухих скважинах. - В кн.: Полевые и экспериментальные исследования мерзлых
толщ. - Якутск, и м СО А Н СССР, 1981, С. 118-122.
11.
Жандалинов
B.M.,
Яныгин
Ю.Т.,
Гончаров
Е.М.
Повышение
информативности электроразведки ЗСБ при поисках кимберлитовых трубок //
Всерос. съезд геологов и научно-практическая геологическая конференция. Кн.
4. - С.-Петербург, 2000. С. 61-62.
12. Saraev А., Pertel М., Nikiforov А., Garat М., Zhandalinov V. Application
of audio-magnetotellurics when the search of kimberlite hosting faults // The 16th
Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth, Santa Fe, New Mexico, USA,
June 16-22, 2002, p. 9.
13.
Жандалинов
B.M.,
Стогний
В.В.
Анализ
возможностей
электропрофилирования при поиске мелких и средних кимберлитовых тел в
Мало-Ботуобинском
районе
Западной
Якутии
//
Эффективность
прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и
будущее (Алмазы-50). - С.-Петербург, 2004. С. 129 - 132.
19
14.
Жандалинов
В.М.
Современное
состояние
и
сравнительная
эффективность методов электроразведки при поисках кимберлитовых тел //
Эффективность прогаозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое,
настоящее и будущее (Алмазы-50). - С.-Петербург, 2004. С. 126-129.
15. Mityukhin S., Leiyukh М., Zhandallnov V. A L R O S A Geological Survey.
Russian mining, X»2,2004, p. 19 - 25.
16. Патент на изобретение №2179327. Р Ф , G 01 V 9/00. Способ поиска
коренных месторождений. // А.С. Фомин, В.М. Жандалинов, М.И. Лелюх ( Р Ф ) 7 с: ил.
17. Жандалинов В.М., Стогний Вас. В. Оценка возможностей метода ЗСБ
при поисках кимберлитов в различных геоэлектрических условиях на основе
моделирования // Новые идеи в науках о земле. V I I Между нар. конф.: Матер.
докл.-М.,2005.Т.2.255с.
18. Жандалинов В.М. Эволюция электроразведочных методов В П и ЗСБ
при алмазопоисковых работах в Западной Якутии // Геология алмаза настоящее
и
будущее; Геологи
к
50-летнему
юбилею
г.
Мирного
и
алмазодобывающей промышленности России. - Воронеж, В Г У , 2005, С. 13611369.
19.
Стогний
Вас.В.,
Жандалинов
В.М.
Возможности
импульсной
индуктивной электроразведки при поисках кимберлитовых тел на территории
Мирнинского и Накынского кимберлитовых полей Якутии // Геология алмаза -
настоящее
и
будущее
алмазодобывающей
(геологи
к
промышленности
50-летнему
России).
государственный университет, 2005. С. 1455-1459.
20
-
юбилею
г.
Воронеж:
Мирный
и
Воронежский
Технический редактор О.М. Вараксина
Подписано к печати 14.10.05
Формат бОх 84/16. Бумага офсет № 1 . Гарнитура Тайме.
Офсетная печать.
Печ.л. 1,2. Тираж 150. Заказ Ха 412
НП Лкадсмичсскос HwaTCjn.crBo «I 1,()»
630090, Новосибирск, iip-i. Лкал Koimoia. 3
i 19290
РНБ Русский фонд
2006-4
21568
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
962 Кб
Теги
bd000101966
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа