Влияние глубинных проводящих разломов на результаты электромагнитных зондирований тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, доктор наук Куликов Виктор Александрович

• Куликов Виктор Александрович
• доктор наук
• 2015

Оглавление диссертации доктор наук Куликов Виктор Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Степень разработанности проблемы

Цель исследований

Задачи исследований

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Защищаемые положения

Апробация и публикации

Фактический материал и личный вклад автора

1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ МЕТОДОВ НА СТАДИЯХ ПОИСКА И ОЦЕНКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1.1. Электрические свойства руд и рудных минералов

1.2. Стадии геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые

1.3. Основные типы рудных месторождений

1.4. Геологические задачи, решаемые с помощью новых электроразведочных технологий на этапе поиска и оценки рудных месторождений

2. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В ЗАДАЧАХ РУДНОЙ ГЕОФИЗИКИ

2.1. Современные модификации магнитотеллурического метода

2.1.1. Импедансное магнитотеллурическое зондирование

2.1.2. Магнитовариационный метод

2.1.3. Синхронное МВ-зондирование с использованием горизонтальных откликов

2.1.4. Комплексные синхронные МТ/МВ-зондирования

2.2. Специфика рудных МТ- технологий

2.2.1. Аппаратура и системы наблюдения

2.2.2. Основные этапы обработки МТ-данных

2.2.3. Методика анализа и интерпретации данных

2.3. Оценка эффективности магнитотеллурических операторов, при изучении месторождений Норильской рудной зоны, на основе результатов трехмерного математического моделирования

2.3.1.Трехмерная геоэлектрическая модель Талнахского месторождения

2.3.3.Трехмерная геоэлектрическая модель Масловского месторождения

2.4. Решение прямых и косвенных геологических задач на рудных объектах с использованием магнитотеллурических методик

2.3.1. Изучение глубинного строения рудной провинции

2.3.2. Картирование и изучение тектонических нарушений

2.3.3. Поиск и картирование интрузивных образований

2.3.4. Литологическое расчленение фундамента под рыхлыми отложениями

2.3.5. Картирование зон гидротермального изменения пород

2.3.6. Изучение объектов, генетически связанных с месторождениями полезных ископаемых

2.3.7. Прямое выявление и изучение рудных зон и залежей проводящих руд (элементов залегания, размеров)

2.4. Выводы

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ФАЗОВОГО ПАРАМЕТРА ДЛЯ РАЗБРАКОВКИ АНОМАЛИЙ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

3.1. Дифференциальный фазовый параметр

3.2. Разделение аномалий вызванной поляризации по частотным характеристикам дифференциального фазового параметра

3.3. Лабораторные измерения на образцах

3.4. Площадные работы методом ИНФАЗ-ВП на этапе поисковых и оценочных работ

3.4.1. Разделение скарновых тел разных формаций

3.4.2. Картирование областей богатого оруденения на медно-порфировых месторождениях

3.4.3. Выявление локальных рудоносных интрузий в областях развития углеродистых сланцев

3.4.4. Многочастотные измерения ДФП в скважинах

3.5. Электротомография с использованием методики ИНФАЗ-ВП при решении рудных задач

3.5.1. Электротомография в рудной геофизике

3.5.2. Методика полевых наблюдений

3.5.3. Инверсия на синтетических моделях

3.5.4. Результаты полевых работ методом глубинной электротомографии на рудных объектах

3.6. Выводы

4. МЕЖСКВАЖИННАЯ ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИЯ НА ЭТАПЕ РАЗВЕДКИ И ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

4.1. Межскважинная электротомография при изучении рудных объектов

4.2. Анализ чувствительности и разрешающей способности метода МЭТ для основных типов рудных объектов

4.2.1. Модель рудного тела в межскважинном пространстве

4.2.2. Модель с «разрывом» рудного тела в межскважинном пространстве

4.3. Результаты работ методом МЭТ на Масловском месторождении Норильской рудной зоны

4.3.1. Задачи межскважинных измерений на Масловском месторождении

4.3.2. Краткая геологическая характеристика участка работ

4.3.3. Методика и техническое обеспечение работ

4.3.4. Интерпретация результатов МЭТ

4.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК РАБОТ АВТОРА, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в реферируемых журналах:

Другие публикации автора:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Список сокращений, используемых в работе

ВЭЗ - вертикальное электрическое зондирование

ДОЗ - дипольное осевое зондирование

ЭП - электрическое профилирование

СГ - методика срединного градиента

ЭТ - электротомография

МЭТ - межскважинная электротомография

ЕП - метод естественного электрического поля

ВП - метод вызванной поляризации

ИНФАЗ-ВП - метод ВП с фазовыми измерениями на инфранизких частотах

МТЗ - магнитотеллурическое зондирование

МВЗ - магнитовариационное зондирование

ТТ - метод теллурических токов

МТП - магнитотеллурическое профилирование

МВП - магнитовариационное профилирование

АМТЗ - аудиомагнитотеллурическое зондирование

ЧЗ - частотное зондирование

ЗС - зондирования становлением поля

ЗСБ - метод ЗС в ближней зоне

ЗСД - метод ЗС в дальней зоне

МПП - метод переходных процессов

ДИП - дипольное индуктивное профилирование

ГМТ - горизонтальный магнитный тензор

ДФП - дифференциальный фазовый параметр

НРЗ - Норильская рудная зона

ТРУ - Талнахский рудный узел

ЧХ - частотная характеристика

УЭС - удельное электрическое сопротивление

КС - кажущееся сопротивление

БЗ - ближняя зона ДЗ - дальняя зона

ГЭД - горизонтальный электрический диполь ВМД - вертикальный магнитный диполь ГСС - горизонтально-слоистая среда Ш - одномерная модель 2Э - двумерная модель 3Э - трехмерная модель

Введение

Предметом исследования являются электроразведочные методы, применяемые при поисках и разведке рудных полезных ископаемых: низкочастотные электромагнитные методы с искусственным и естественным источником, электротомография в наземном и межскважинном вариантах, фазово-частотные методы вызванной поляризации. В работе рассматриваются вопросы методики измерений, обработки сигнала и совершенствования геологической интерпретации электроразведочных данных,

проиллюстрированные примерами полевых работ на различных типах рудных месторождений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние глубинных проводящих разломов на результаты электромагнитных зондирований»

Актуальность темы исследования

Появление и широкое внедрение в различные отрасли производства компьютерных технологий, систем спутниковой навигации, привело к появлению нового класса компактной высокоточной геофизической аппаратуры. Как следствие, произошло качественное усовершенствование имеющихся технологий и появление совершенно новых геофизических методик. Изменения коснулись и такого направления геофизики, как электроразведка, объединяющего различные методы, направленные на изучение электрических свойств горных пород.

Новые направления наземной электроразведки связаны с появлением и развитием:

а) высокочастотных модификаций магнитотеллурического метода: аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ), радиомагнитотеллурического зондирования (РМТЗ);

б) магнитовариационных методик, основанных на изучении связей между различными магнитными компонентами естественного поля земли (МВЗ, ГМТ);

в) электротомографии (ЭТ) в наземном и скважинно-наземном вариантах (МЭТ);

г) метода спектральной вызванной поляризации.

Появление мощных и скоростных компьютерных технологий существенно сократило время обработки первичных электроразведочных данных, и дало

возможность перейти на качественно новый уровень двумерной и трехмерной количественной интерпретации результатов наблюдений.

Электроразведочные методы являются основой геофизического комплекса, применяемого при решении рудных задач. Это связано с тем, что большинство рудных тел обладают аномальными электрическими свойствами - высокой проводимостью и поляризуемостью. Поэтому, именно в рудной электроразведке, в первую очередь, начали внедряться новые методы, новые технологии регистрации и интерпретации электроразведочных данных.

В результате существенного обновления и модернизации существующих электроразведочных методов, возникла необходимость в решении следующих задач:

- определение места новых электроразведочных технологий в геофизическом комплексе, применяемом на разных этапах поиска и разведки рудных месторождений;

- оценка возможности их комплексирования с геохимическими и геологическими методами поиска;

- выбор наиболее оптимальных вариантов сочетания традиционных и современных рудных электроразведочных технологий;

- оценка эффективности и разрешающей способности новых электроразведочных технологий на основе математического и физического моделирования.

Степень разработанности проблемы

При поисках и разведке рудных местрождений, на определенных этапах геологоразведочных работ используется широкий набор электроразведочных технологий, которые имеют разную физическую основу, различаются по набору решаемых задач, глубинности исследований, разрешающей способности и т.д. Электроразведочные методы применяются, как в воздушном пространстве, так и на земной поверхности, на морских акваториях, в скважинах и подземных выработках. Большой объем электроразведочных измерений, в рудной геофизике, сегодня выполняется в аэро-вариантах методов ДИП и АМПП.

Многие российские научные, учебные и производственные организации внесли заметный вклад в развитие и совершенствование рудных электроразведочных технологий: ЗАО «НПП ВИРГ-Рудгеофизика», ФГУ «НПП Геологоразведка», ВСЕГЕИ, СПбГУ, Горный университет (г. Санкт-Петербург), Институт геофизики Уро РАН (г. Екатеринбург), ОАО «Иркутскгеофизика», ЗАО «ИЭРП», ИГУ (г. Иркутск), СНИИГГиМС, ИГМ СО РАН, НГУ (г. Новосибирск), Читинский филиал ФГУП ЦНИГРИ, ЗабНИИ, ЗабГУ (г. Чита), ООО «Северо-Запад», ФГУП "ЦНИГРИ", МГУ, ЦГЭМИ ИФЗ РАН (г. Москва) и многие другие.

В своей диссертационной работе автор ограничивается рассмотрением отдельных важных направлений наземной рудной электроразведки, развитию которых он посвятил свою научную и практическую деятельность. К этим направлениям относятся: магнитотеллурические методы, частотные модификации метода вызванной поляризации, электротомография в наземном и межскважинном вариантах.

Магнитотеллурические методы электроразведки с момента своего появления, вплоть до девяностых годов прошлого столетия, применялись, преимущественно, для изучения коровых и мантийных неоднородностей, а также осадочных отложений в пределах крупных бассейнов. Использование МТ-методов для изучения рудных месторождений стало возможным только с увеличением регистрируемого частотного диапазона в сторону высоких частот.

Высокочастотное направление в магнитотеллурике, названное аудиомагнитотеллурическим зондированием (АМТЗ), развивалось в СССР с середины 80-х годов прошлого столетия, в Ленинграде. В 1992 г. в НИИЗК СПбГУ была создана серия портативных приборов семейства АКФ, позволяющих проводить измерения естественных электромагнитных полей в диапазоне 3 - 3200 Гц (четырехканальная аппаратура АКФ-4), 3 - 260 Гц (двухканальный прибор АКФ-2). С начала 90-х годов работы по созданию цифровой аудиомагнитотеллурической аппаратуры были начаты и в ВИРГ-Рудгеофизике (Санкт-Петербург) [71, 72].

В конце девяностых годов прошлого столетия, в России, широкое распространение получили аудиомагнитотеллурические станции производства канадской фирмы «Phoenix Geophysics». После их внедрения метод стал быстро развиваться во многих рудоносных провинциях: на Кольском п-ове, в Забайкалье, на Урале, на Чукотке и т.д.

Результаты использования магнитотеллурических методов для решения рудных задач неоднократно публиковались в отечественных и иностранных специализированных периодических изданиях. Большой вклад в развитие этого направления внесли советские и российские геофизики: Рокитянский И.И., Белявский В.В., Безрук И.А., Бухорович Т.К., Варенцов И.М., Вагин С.А., Варданянц И.Л., Дьяконова А.Г., Жамалетдинов А.А., Ингеров А.И., Ковтун А.А., Кулик С.Н., Кочеров А.Б., Мороз Ю.Ф., Поспеева Е.В., Сараев А.К., Спичак В.В., Фельдман И.С. и др. [5, 11, 12, 13, 15, 31, 47, 48, 62, 71, 72, 88, 93, 110, 111].

Развитие магнитовариационных методов в рудной геофизике, также связано с появлением и внедрением в производство аппаратуры для регистрации высокочастотного диапазона МТ-поля. Разработка теории магнитовариационных методов в нашей стране велась в 60-90-е годы прошлого столетия под руководством профессора геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова М.Н. Бердичевского [17] и его коллег [30, 32]

В последние годы много теоретических и практических работ по развитию МВ-методов в решении прикладных задач геофизики было выполнено группой ученых кафедры геофизики геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, Центра геоэлектромагнитных исследований Института физики Земли РАН, ООО «Северо-Запад» и др. [8, 37, 150, 182, 183, 184].

В разные годы изучением временных (частотных) законов ВП и их практическим применением для поиска полезных ископаемых занимались многие зарубежные, советские и российские геофизики: Borner F.D., Cole K.S., Cole R.H., HallofP.G., Hohmann G.W., Lockner D.A., Madden T.R., Seigel H.O., Pelton W.H., Vanhala H., Wait J.R., Wong, J., Zonge K., Астраханцев Г.В., Агеев В.В., Бобровников Л.З., Геннадиник В.А., Даев Д.С., Дахнов В.Н., Каменецкий Ф.М.,

Карасев А.П., Кормильцев В.В., Комаров В.А., Куликов А.В., Моисеев В.С., Рокитянский И.И., Рыжов А.А., Рыхлинский Н.И., Рысс Ю.С., Светов Б.С., Семенов М.В., Титов К.В., Человечков А.И., Улитин Р.В., Файнберг Э.Б., Шаповалов О.Н., Шейнманн С.М., Эпов М.И. и многие др. [1, 2, 58, 59, 60, 63, 68, 69, 70, 73, 74, 75, 52, 53, 54, 55, 67, 89, 92, 114, 115, 117, 118, 119, 120, 121, 135, 129, 136, 138, 139, 142, 143, 144, 145, 151, 168, 173, 174, 178, 179, 180, 181].

Начиная с 50-60-х годов прошлого столетия, начались теоретические и экспериментальные исследования процессов ВП на переменном токе.

В разработке аппаратуры, методики и теоретических аспектов фазово-частотных измерений вызванной поляризации, которая осуществлялась с начала шестидесятых годов прошлого столетия в СССР, принимали участие несколько ведущих организаций геофизической отрасли: Институт геофизики Уральского научного центра АН СССР (Астраханцев Г.В., Улитин Р.В.), ВНИИгеофизика (Куликов А.В., Шемякин Е.А.), Московский Геологоразведочный Институт (Бобровников Л.З., Мельников В.П.), Казахский филиал Всесоюзного института разведочной геофизики КазВИРГ (Сарбаш В.Ф., Лемец В.И.), СКБ Казахского опытно-экспериментального завода геофизических приборов (Жильников В.Д.) и др.

В 1972 г. была разработана электроразведочная станция ИНФАЗ-ВП, предназначенная для фазовых измерений ВП, а в 1975 г. переносная аппаратура ВПФ. [74, 75].

Методики наземной и межскважинной электротомографии начали развиваться в нашей стране и за рубежом с конца восьмидесятых годов прошлого столетия.

Результаты экспериментальных работ методом межскважинной электротомографии, некоторые вопросы методики и теории измерений периодически публикуются в различных зарубежных геофизических изданиях. Для обозначения метода, чаще всего, применяется сокращение Cross-hole ERT (Electrical Resistivity Tomography) или BRT (Borehole Resistivity Tomography) [146, 154, 155, 186, 187, 188].

В России, на сегодняшний день, метод применяется редко. Опыт измерений методом МЭТ есть у Санкт-Петербургской компании «АСТРА» на месторождениях сульфидных руд на Кольском полуострове [56].

Цель исследований

Целью настоящей работы является развитие и совершенствование эффективного комплекса электроразведочных технологий, применяемых на различных этапах поиска и разведки рудных месторождений, а также повышение достоверности и полноты геолого-геофизической информации, получаемой на основе интерпретации электроразведочных данных на рудных месторождениях различного генезиса.

Задачи исследований

1. Разработка общих принципов эффективного применения и комплексирования с другими разведочными методами традиционных и современных модификаций магнитотеллурических методов - АМТЗ, МВЗ, ГМТ - для решения прямых и косвенных рудных задач.

2. Оценка чувствительности различных передаточных магнитотеллурических и магнитовариационных операторов к присутствию в разрезе горизонтов проводящих сульфидных руд (на основе трехмерного математического моделирования Талнахской и Масловской рудоносных интрузий Норильской рудной зоны).

3. Разработка аппаратурно-методического комплекса многоэлектродных наземных систем наблюдений методом электротомографии, специализированного для поиска и разведки месторождений рудных полезных ископаемых, с глубинностью исследований 400-500м.

4. Сравнение разрешающей способности различных многоэлектродных установок глубинной электротомографии на основе всестороннего анализа синтетических моделей, имитирующих рудные тела различного размера, физических свойств и характера залегания.

5. Практическая реализация площадных и глубинных исследований по методике фазово-частотных измерений вызванной поляризации для решения следующих задач:

- разделение аномалий вызванной поляризации от углеродистых, графитизированных пород и сульфидных руд;

- выделение областей богатого оруденения в пределах медно-порфировых месторождений;

- разделение скарновых тел разных формаций;

- отбраковка аномалий вызванной поляризации, связанных с частичным промерзанием пород в криолитозоне.

6. Проведение петрофизических исследований частотных характеристик дифференциального фазового параметра на образцах руд различного типа для совершенствования геологической интерпретации результатов фазово-частотных измерений ВП.

7. Разработка аппаратурно-методического комплекса метода межскважинной электротомографии, направленного на поиск и изучение рудных объектов. Анализ чувствительности и разрешающей способности метода межскважинной электротомографии для типичных рудных тел на основе математического и физического моделирования. Проверка эффективности разработанной методики межскважинной электротомографии для решения рудных задач на экспериментальных данных.

Научная новизна работы

1. Разработана методика синхронных МТ/МВ-зондирований с оцениванием параметров горизонтального магнитного поля для решения поисковых и разведочных задач рудной геофизики. Выполнена оценка разрешающей способности предложенной методики магнитотеллурических исследований на основе трехмерного математического моделирования Талнахского рудного узла.

2. Исследованы области применения магнитотеллурических методов в рудной геофизике, определены и классифицированы геологические задачи, решаемые с

помощью МТ/МВ-методов на разных стадиях геологоразведочных работ. Успешное решение геологических задач с помощью МТ/МВ-методов продемонстрировано на многочисленных экспериментальных результатах в Норильском рудном районе, на Кольском полуострове, на месторождениях Баимской рудной зоны, на Быстринском месторождении и др.

3. Разработана новая методика наземной электротомографии, с использованием комбинированных осевых установок типа «Поль-Диполь» плюс «Диполь-Диполь», для решения рудных задач с глубинностью изучения разреза 400-500м. Методика успешно опробована на многочисленных месторождениях медно-порфирового типа (Песчанка, Находка (Чукотский АО), Бенкала (Северный Казахстан), Ак-Суг (Республика Тыва)), на месторождении медистых песчаников Удокан (Забайкальский край), на Быстринском скарновом месторождении (Забайкальский край) и др.

4. На основе методики ИНФАЗ-ВП, разработанной в 60-70 гг. прошлого столетия в СССР, предложена технология использования многочастотных измерений дифференциального фазового параметра ВП для решения важных геологических задач рудной геофизики: разделения аномалий ВП от углеродистых, графитизированных пород и сульфидных руд, выделения областей богатого оруденения в пределах медно-порфировых месторождений, разделения скарновых тел разных формаций и др.

5. Разработана новая методика межскважинной электротомографии. На основе математического и физического моделирования осуществлен выбор параметров установок МЭТ. Проведено успешное полевое опробование метода на двенадцати скважинах Масловского месторождения Норильской рудной зоны.

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы заключается в создании эффективного электроразведочного комплекса для поиска и изучения глубокозалегающих рудных залежей различного типа. В комплекс входят разработки методик полевых работ, способов обработки и интерпретации полученных материалов, проведения петрофизических измерений.

Материал, полученный автором на поисковых участках Норильской рудной зоны, на медно-порфировых месторождениях Чукотки и Казахстана, в Красноярском крае и на Кольском п-ве, свидетельствует о повышении геологической и экономической эффективности геофизических исследований, сокращении объема буровых работ за счет применения разработанных новых электроразведочных технологий.

Внедрение магнитотеллурических методов в рудный геофизический комплекс существенно повысило глубинность электроразведочных исследований и дало возможность выявления глубокозалегающих крупных месторождений по геофизическим данным.

Использование специальных многоэлектродных методик зондирования позволило увеличить глубинность исследования методом вызванной поляризации в существенно неоднородных средах до сотен метров, первых километров.

Использование при решении рудных задач частотных характеристик дифференциального фазового параметра вызванной поляризации дает возможность решить одну из наиболее важных и насущных задач рудной электроразведки - разделение аномалий ВП, связанных с углефицированными толщами и сульфидсодержащими породами.

Использование представленных в работе электроразведочных технологий позволило в рамках геофизических исследований, проводящихся в различных регионах, подготовить основу для последующих стадий геологоразведочных работ - локализовать участки, перспективные на обнаружение рудных полезных ископаемых, определить точки заложения буровых скважин и, в ряде случаев, выявить (при поисковых работах) конкретные рудные объекты.

Защищаемые положения

1. Разработанная методика синхронных магнитотеллурических/ магнитовариационных зондирований, с оцениванием параметров импеданса, матрицы Визе-Паркинсона и горизонтального магнитного тензора, существенно повышает глубинность исследований в рудной геофизике и позволяет решать следующие геологические задачи: изучение глубинного

строения рудной провинции, выявление и определение параметров тектонических нарушений, картирование интрузивных тел, оконтуривание зон гидротермально измененных пород, прямой поиск хорошо проводящих рудных тел.

2. Анализ частотных характеристик дифференциального фазового параметра вызванной поляризации, и предложенные приемы их обработки, позволяют решить одну из важнейших задач рудной геофизики: отделить аномалии ВП, связанные с различными ассоциациями сульфидных руд, от аномалий, создаваемых углефицированными и графитизированными, магнетитсодержащими породами, мерзлыми осадочными породами.

3. Предложенная автором методика глубинной электротомографии, в сочетании с многочастотными фазовыми измерениями вызванной поляризации, позволяет решать следующие новые геологические задачи на этапе поиска рудных месторождений: определение границ интрузивных образований, зон сульфидной минерализации и областей окварцевания, определение границ водоносных горизонтов, определение мощности мерзлых пород и таликовых зон, картирование и изучение проводящих тектонических нарушений.

4. Для определения параметров проводящих и поляризующихся рудных тел в межскважинном и околоскважинном пространстве, на этапе разведки рудного месторождения, автором разработан универсальный комплекс измерений: «скважина - скважина», «скважина - земная поверхность»; его особенностью является использование в скважине одновременно не более трех электродов, что позволяет проводить измерения без специальных многожильных измерительных кос.

Апробация и публикации

Основные положения диссертационной работы и результаты докладывались на следующих научных Международных и Республиканских конференциях, совещаниях и семинарах: на Международных научных конференциях «Ломоносовские чтения» (Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, 2004, 2006, 2007, 2009, 2011, 2013, 2014), на Международных геофизических конференциях

«Инженерная и рудная геофизика» (Геленджик, 2007, 2009, 2010, 2013, 2014), на Международных геофизических семинарах «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 2007, 2009, 2010, 2012), на геофизической конференции «Чтения Федынского» (Москва, ИФЗ, 2003), на Международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, МГГРУ, 2005), на Международной выставке Гео-Сибирь-2007 «Нетрадиционные и несейсмические исследования» (Новосибирск, СНИИГиМС, 2007), на Международных школах-семинарах по электромагнитным зондированиям (Москва, 2007, 2009, СПбГУ, 2011, Новосибирск, 2013), на Международной конференции «Современное состояние наук о Земле» им. В.М. Хаина (Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова, 2011), на конференции «Геофизическая разведка - 2012» (Дубна, 2012), на Международной конференции «Актуальные проблемы ЭМ зондирующих систем (Киев, 2009), на Международных школах-семинарах по электромагнитным зондированиям (XVIII Workshop on EM Induction in the Earth, El Vendrel, Spain, 2006; XXII EM Induction Workshop, Weimar, Germany, 2014), на Международных школах-семинарах по вызванной поляризации (III International Workshop on Induced Polarization, Ile d'Oleron, France, 2014).

По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ в реферируемых журналах, написано 8 отчетов по опытно-методическим и тематическим работам и около 60 геологических отчетов по результатам производственных работ.

Представленная работа явилась основой для создания нового учебного курса лекций «Рудная геофизика», который автор читает с 2009 г. студентам-геофизикам IV курса Геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. При участии автора выпущено два учебных пособия по электроразведке для студентов геофизических специальностей.

Фактический материал и личный вклад автора

Основу диссертационной работы составляют результаты исследований автора, выполненные в период с 1996 по 2014 гг. на геологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова и в геофизической компании ООО «Северо-Запад».

В том числе, тематические работы, выполненные под руководством автора на кафедре геофизики геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в рамках договорных работ с ООО «Норильскгеология»: «Оценка перспектив открытия месторождений с богатыми рудами в Норильском районе» (2005 г.); «Разработка методов МВЗ и скважинного варианта ВП. Интерпретация электроразведочных данных МТЗ и АМТЗ» (2007 г.); «Разработка программных средств обработки скважинного и скважинно-наземного вариантов ВП и переинтерпретация данных МТ/МВ в условиях Масловской площади» (2008 г.); «Комплексная интерпретация гравитационных, магнитотеллурических и аэрогеофизических данных на Курейско-Горбиачинской площади. Разработка методов МВЗ и скважинного варианта ВП в условиях Курейско-Горбиачинской площади» (2008 г.); «Комплексная интерпретация геофизических материалов на Микчангдинской и Верхне-Турумакитской площадях» (2009 г.); «Комплексный анализ и переинтерпретация геофизических материалов в пределах Талнахского рудного узла» (2010 г.); «Анализ и интерпретация геофизических материалов прошлых лет и скважинной электроразведки методом ВП на Масловском рудопроявлении и в пределах Талнахского рудного узла» (2011 г.); «Анализ трехкомпонентной МТ-съемки, метода ЗВТ и типичных горных пород и руд Талнахского рудного узла и Масловского рудопроявления» (2012 г.).

Под руководством и при непосредственном участии автора в компании ООО «Северо-Запад» (г. Москва) разрабатывалась и адаптировалась для решения рудных задач методика интерпретации площадных аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных данных, методика измерений и способы интерпретации глубинных модификаций электротомографии, межскважинных измерений, фазовых измерений вызванной поляризации.

На основе разработанных автором методик, компанией ООО «Северо-Запад» в период с 2002 по 2014 гг., были успешно проведены полевые работы, выполнена геолого-геофизическая интерпретация во многих рудных провинциях: в Норильском рудном районе на перспективных площадях Курейской, Микчангдинской, Черногорской, Талнахской, Турмакитской, Масловской; на

Кольском полуострове на площадях Соленоозерской, Южно-Ковдорской, Цагинской; на участках Верхне-Ильдиканский, Малый Медный Чайник, Быстринский I,II и Быстринский III Быстринского рудного поля; на Чукотке в рудных зонах Баимской, Канчалано-Амгуэмской; на месторождении «Удокан»; на медно-порфировом месторождении Бенкала (республика Казахстан); на Гарадагской рудоносной площади (Айзербайджан); на перспективных золоторудных участках Уяндино-Сутуруохской зоны (Республика Саха (Якутия)); в Бугроской зоне Северо-Тиманской площади (Ненецкий автономный округ); на Прохоровской и Бобровской площадях юго-восточной части Воронежского кристаллического массива; на участке Саурипэ (Республики Коми); на перспективных участках Хайрюзовский, Мурзинцевский, Крестовский, Черемшанский Соловьевского блока (Зыряновский рудный район, Казахстан); на участке Иоутынья (Ханты-Мансийский автономный округ); на южном фланге Кингашского месторождения (Красноярский край); на площади Ак-Сугского рудного узла (Республика Тыва); на Золинско-Аркиинской площади Газимуро-Заводского и Нерчинско-Заводского районов (Забайкальский край) и др.

Результативная информация представлена в главах и разделах производственных отчетов по геофизическим, геологосъемочным и поисковым работам.

Большинство методологических, теоретических и технических идей, представленных в диссертации, базируется на научных работах М.Н. Бердичевского, В.И. Дмитриева, А.В. Куликова, Л.Л. Ваньяна, Б.С. Светова, А.Г. Яковлева, И.М. Варенцова, А.А. Бобачева и др.

Автор глубоко признателен всем сотрудникам полевого отдела ООО «Северо-Запад», благодаря самоотверженному труду которых были получены все геофизические материалы, представленные в работе: Андрееву В.С., Гребневу В.П., Бражникову Р.В., Егорову А.Л, Зальцману Р.В., Лепнухову В.А., Мизинову Л.Г., Медведевой Т.А., Верховцеву В.В., Пивоварову П.А. и многим другим.

Автор выражает особую признательность своим соавторам и коллегам Яковлеву А.Г., Варенцову И.М., Алексановой Е.Д., Пальшину Н.А., Модину И.Н., Шустову Н.Л., Пушкареву П.Ю., Бобачеву А.А., Стрелиговой И.Д., Яковлеву Д.В., Алексееву Д.А. и др., разработчикам аппаратуры и программного обеспечения.

Написание данной работы было бы невозможно без поддержки руководителя геологического департамента ОАО ГМК «Норильский никель» -Симонова О.Н., генерального директора ООО «Норильскгеология» Снисара С.Г., главного геолога ООО «Норильскгеология» - Ярыкалова С.П., сотрудников геологического и геофизического отделов заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский никель» - Канунникова В.А., Радько В.А., Дудина О.Н и др.

1. Геологические задачи, решаемые с помощью электроразведочных методов на стадиях поиска и оценки рудных месторождений

1.1. Электрические свойства руд и рудных минералов

Для выбора рационального комплекса электроразведочных методов при поисках и разведке рудных полезных ископаемых, для корректной интерпретации наземных и скважинных электроразведочных наблюдений, необходимо хорошо знать электрические свойства вмещающих пород и руд, прежде всего, их удельное электрическое сопротивление (УЭС) и электрическую поляризуемость.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Куликов Виктор Александрович, 2015 год

Р|с - -

Геоэлектрическая модель по результатам 20-инверсии АМТЗ * ' ' ' т * * ■ • . .

.Г' -—. ' ' ''

пк АМТЗ

РКПт

(Сульфид-углеродистая сланцевая толща)

_ хсРМ

(Интрузивные тела габбро-верлитового, комплекса) /

/г

</У

РИ1ит

(Вулканиты ультраосновного, основного составаI

Удельное электрическое сопротивление, Омм

Масштаб, м

юоо

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Рис. 2.30б. График магнитного поля (вверху) и геоэлектрический разрез до глубины 1 км по результатам двумерной инверсии АМТЗ (внизу).

Комплексирование МТ/МВ-методов и магниторазведки при изучении состава

интрузивных тел на Северном Тимане

Для повышения устойчивости решения обратной задачи магниторазведки необходимо привлечение априорной информации в виде результатов других

геофизических методов, данных бурения, геологической, геохимической съемок и др.

В случае имеющейся априорной информации, можно провести количественную двумерную (трехмерную) интерпретацию профильных (площадных) наблюдений магнитного поля системой замкнутых многоугольников (тел), описывающих предполагаемое геологическое строение вдоль изучаемого профиля (площади). При наличии магнитотеллурических данных, в качестве стартовой, можно использовать геоэлектрическую модель, полученную по результатам интерпретации МТЗ (АМТЗ). Таким образом, мы существенно сузим круг эквивалентных решений обратной задачи [81].

Комплексные геолого-геофизические работы при поисках сульфидных руд проводятся на Северном Тимане с начала семидесятых годов прошлого столетия. На сегодняшний день, известно несколько небольших рудопроявлений, но интерес к этому району не ослабевает.

Основная цель геофизических работ - поиск крупных интрузий основного состава, несущих сульфидную минерализацию. В качестве вмещающих пород, на большинстве исследуемых участков, выступают сланцы рифейского возраста. Иногда над сланцами присутствуют осадочные карбонатные образования силура и девона. Мощность покровных четвертичных отложений составляет 1 -25 м. Сопротивление сланцев составляет около 1000 Ом м, силурийских и девонских известняков - 200-300 Ом м. Наиболее высокоомными являются интрузивные породы кислого и основного состава широко развитые на исследуемом участке. При наличии рудной минерализации сопротивление интрузий существенно снижается, что создает благоприятные условия для использования электроразведочных методов [84, 81].

Рифейские сланцы неоднородны по своему составу. Среди них встречаются графитизированные разновидности, обладающие повышенной поляризуемостью, и магнетитсодержащие, создающие наиболее интенсивные высокочастотные магнитные аномалии северо-западного простирания. Помимо магнетитсодержащих сланцев, заметные аномалии в магнитном поле создают

интрузии основного и ультраосновного состава. Известные рудопроявления проявляются в магнитном поле и в вертикальном градиенте магнитного поля слабыми аномалиями, за счет содержания в руде минералов пирротина [103, 104].

Поиск крупных материнских рудоносных интрузий основного состава на Северном Тимане выполнялся на основе результатов АМТЗ и магниторазведки. На первом этапе была проведена бимодальная инверсия магнитотеллурических данных и построены двумерные геоэлектрические модели по профилям до глубин 1-2 км (рис. 2.31А).

На основе полученных моделей осуществлялся двумерный подбор магнитного поля. В качестве отправной гипотезы было принято, что крупные проводящие неоднородности, выявленные по результатам интерпретации АМТЗ, связаны с рудоносными интрузиями основного состава и обладают повышенными значениями магнитной восприимчивости (рис. 2.31Б).

Рис. 2.31. Северный Тиман. А) Геоэлектрическая модель по результатам двумерной инверсии данных АМТЗ;

Б) Двумерная магнитная модель, подобранная на основе геоэлектрической; В) Геолого-геофизическая модель, построенная на основе результатов АМТЗ и магниторазведки.

2.3.4. Литологическое расчленение фундамента под рыхлыми отложениями

В тех рудных областях, где коренные породы и месторождения перекрыты молодыми рыхлыми осадками, актуальными остаются задачи по изучению состава пород складчатого основания, выяснения структурно-тектонических условий площади, выделения рудовмещающих толщ, установления гипсометрии кровли фундамента. Если существуют геологические предпосылки приуроченности рудных месторождений, к тому или иному геологическому комплексу, то уточнение границ между ними становится важнейшей задачей на этапе поиска месторождений. Если, кроме того, между породами, относящимися к различным геологическим комплексам, есть существенная дифференциация по электрическим свойствам, то эта задача легко решается с помощью магнитотеллурических методов. С помощью МТЗ можно не только проследить геологические границы непосредственно под четвертичными образованиями, но и изучить их изменение с глубиной.

Месторождение медистых песчаников на Полярном Урале

Комплексные геофизические изыскания проводились на небольшом участке, на западном склоне Полярного Урала. На большей части площади развиты красноцветные песчаники нижней толщи Манитанырдской свиты нижнего ордовика (О1тп^). В центре фрагментарно сохранились отложения верхней (О1тпй), верхней сероцветной толщи Манитанырдской свиты (рис. 2.32а). Именно к верхней толще приурочены зоны медной рудной минерализации. Предполагаемые зоны медного оруденения - жильные, прожилково-вкрапленные тела медно-порфирового типа. Содержание рудных включений очень низкое, составляет первые проценты [97]. Над предполагаемыми зонами оруденения наблюдаются незначительные аномалии вызванной поляризации - 1.5-2%, при фоновых значениях 0.8-1% (рис. 2.32б). Применение метода ВП, в данном районе, затруднено из-за горного рельефа, широкого развития «курумников», высоких сопротивлений заземлений.

По всем профилям, параллельно с методом ВП-СГ, проводились работы методом АМТЗ. На рисунке 2.32б приведены результаты интерпретации магнитотеллурических данных по одному из профилей в виде геоэлектрического разреза. Области развития сероцветных песчаников сопровождаются

незначительными аномалиями

поляризуемости (до 2%) и зонами пониженных сопротивлений на геоэлектрических разрезах.

Сопротивление пород в аномальных зонах опускается до 500-1000 Омм, на фоне сопротивления вмещающих пород - 300010000 Омм.

Рис. 2.32а. Участок Перевальный. Положение профиля АМТЗ №2 на геологической карте.

Геоэлектрическая модель по результатам 2Э-инверсии АМТЗ пункты АМТЗ

Удельное электрическое сопротивление, Омм Масштаб, км

^ 0 1 2 3 4

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Рис. 2.32б. График кажущейся поляризуемости по результатам ВП-СГ (вверху) и геоэлектрический разрез до глубины 500м по результатам интерпретации АМТЗ.

Участок Перевальный.

2.3.5. Картирование зон гидротермального изменения пород

Рудовмещающие метасоматиты, как правило, характеризуются различного рода изменениями пород (рассланцевания, гидротермальной переработки, контактово-метасоматическими и др.), которые отражаются в физических свойствах пород.

Такие процессы, как серицитизация, хлоритизация, каолинизация, приводят к уменьшению магнитной восприимчивости, а нередко, плотности и удельного электрического сопротивления пород. Процессы окварцевания вызывают увеличение электрического сопротивления и понижение естественной радиоактивности, вмещающих оруденение, пород и т. д.

Оконтуривание областей метасоматических пород на медно-порфировых

месторождениях

На рисунках 2.33а,б,в приведены результаты двумерной инверсии аудиомагнитотеллурических данных, полученных при проведении комплексных геофизических работ на двух медно-порфировых месторождениях Баимской рудной зоны [91] на Чукотке (рис. 1.4).

Все модели имеют общие черты. Вмещающие интрузивные породы, юрско-мелового возраста и верхнеюрские вулканогенно-терригенные отложения волжского яруса, относятся к высокоомным породам (1000 Ом-м и более) и слабо дифференцированы по сопротивлению. Все существенные изменения УЭС в модели связаны с гидротермальными изменениями пород.

Области, характеризующиеся самыми высокими сопротивлениями (более 104 Ом-м) связаны с интенсивным окварцеванием пород без сульфидов [10], области с низкими сопротивлениями (менее 200 Ом-м) отвечают сульфидной минерализации. Это подтверждается результатами бурения. На геоэлектрические модели наложены результаты геохимических анализов по скважинам. Черным цветом выделены интервалы, где суммарное содержание сульфидов в породе превышает 2%. В большинстве случаев эти интервалы совпадают с областями повышенной проводимости (рис. 2.33а-в).

Рис. 2.33а.

Рис. 2.33б.

0 500 1000 1500 2000

Рис. 2.33 а-в. Баимская рудная зона. Профили АМТЗ через медно-порфировые месторождения. Вверху - графики кажущегося сопротивления (рк), кажущейся поляризуемости (пк) (по данным ВП-СГ) и аномального магнитного поля (5Т), внизу - геоэлектрические модели по результатам двумерной инверсии данных

АМТЗ.

Приведенный далее пример, демонстрирует возможности комплексирования магнитотеллурических методов с геометрическими зондированиями, при изучении медно-порфировых месторождений.

Работы проводились на крупном медно-порфировом месторождении Бенкала в Северном Казакхстане (рис. 1.4).

Месторождение приурочено к ядру синклинальной складки субмеридионального простирания [3, 4]. Площадь месторождения сложена вулканогенно-осадочными породами палеозоя и, прорывающими их, интрузивными и дайковыми породами (рис. 2.34).

Рис. 2.34. Схематическая геологическая карта месторождения Бенкала.

К западу от месторождения распространены, преимущественно, вулканогенные породы: дациты, андезиты, базальты. На восточном фланге преобладают туфогенно-осадочные породы: туффиты, туфопесчаники. Интрузивное тело, занимающее центральную часть месторождения, вытянуто в

север- северо-восточном направлении на 1,8 км, при ширине около 1 км. В его составе выделяются порфировидные и кварцевые диориты. На месторождении широко развиты метасоматические изменения пород: биотитизация, хлоритизация, окварцевание, серицитизация. Рудный штокверк приурочен к северо-западному контакту тела гранит-порфиров и имеет, в плане, каплевидную форму. Длина штокверка более 1200 м, ширина около 700 м. С глубины 300 м штокверк приобретает форму, близкую к изометричной. Прослеженная глубина развития оруденения 700 м. Руды вкрапленные, вкрапленно-прожилковые и прожилковые. Главные рудные минералы - пирит, халькопирит, магнетит [4].

По результатам магнитотеллурических исследований центральная часть месторождения характеризуется, как область низкого сопротивления (рис. 2.37). Низкие сопротивления связаны с объемной пиритизацией околорудных метасоматитов и, собственно, с сульфидными рудами месторождения.

Аномалия низкого сопротивления, связанная с рудной зоной, приводит к появлению трехмерных искажений на кривых магнитотеллурических зондирований в центральной части месторождения, и, как следствие, ошибкам в инверсии. На геоэлектрических моделях возникают зоны низкого сопротивления, уходящие на большие глубины (рис. 2.35Б, 2.36Б).

Правильному определению мощности проводящей зоны помогает совместная двумерная инверсия магнитотеллурических данных и глубинной электротомографии, выполненной по методике, описанной в третьей главе настоящей работы (рис. 2.35В, 2.36В, 2.37).

0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 Рис. 2.35. Результаты интерпретации электроразведочных данных по профилю 250: А - геоэлектрическая модель верхней части разреза по результатам двумерной инверсии электротомографии; Б - геоэлектрическая модель до глубины 800 м по результатам двумерной инверсии АМТЗ; В - модель, полученная в результате совместной инверсии данных АМТЗ и электротомографии.

Рис. 2.36. Результаты интерпретации электроразведочных данных по профилю 300: А - геоэлектрическая модель верхней части разреза по результатам двумерной инверсии электротомографии; Б - геоэлектрическая модель до глубины 800 м по результатам двумерной инверсии АМТЗ; В - модель, полученная в результате совместной инверсии данных АМТЗ и электротомографии.

Рис. 2.37. Карта удельного электрического сопротивления (срез на глубине 200 м) по результатам совместной инверсии данных АМТЗ и электротомографии.

2.3.6. Изучение объектов, генетически связанных с месторождениями полезных

ископаемых.

Пространственное расположение рудных областей или месторождений часто имеет устойчивую связь с определенными тектоническими зонами, с областями, характеризующимися определенным глубинным строением. Например, в Зырьяновском рудном районе колчеданно-полиметаллические месторождения приурочены к вулкано-тектоническим структурам протяженностью до 100 км, представляющим собой островные многовершинные вулканические сооружения [24]. Они отличаются резким невыдержанным фациальным составом и большой мощностью вулканогенно-осадочных отложений (от сотен метров до километров) с частыми перерывами в разрезах.

На Украинском щите и Воронежской антеклизе,

непосредственно над глубинными коровыми аномалиями

электропроводности (рис. 2.38) выявлены многочисленные

урановые месторождения и рудопроявления (положение

коровых проводников взято с карты «Суммарная продольная проводимость осадочного чехла Европейской части России и сопредельных территорий» [137].

Большинство исследователей связывает коровые аномалии электропроводности на

Воронежской антеклизе с Рис. 2.38. Связь урановорудных проявлений

графитизированными породами. На с зонами графитизации п°р°д фундамента.

1 - известные коровые аномалии

электропроводности, связанные с графитизированными породами; 2 -проявления уранового оруденения на Воронежской антиклизе и Украинском щите.

сегодняшний день, не до конца понятна связь между присутствием в разрезе графита. на глубинах 1020 км, и железорудными и урановыми месторождениями в верхних частях кристаллического основания, однако пространственное соответствие очевидно. Таким образом, зная границы распространения коровых проводников, в комплексе с другими геофизическими результатами, можно оценивать перспективность рудоносности той или иной области. Магнитотеллурические методы были и остаются основным инструментом изучения глубинных проводников в коре.

Барятинская коровая аномалия электропроводности

Барятинские магнитные аномалии были выявлены еще по материалам первой магнитной аэросъемки территории СССР, в середине 30-х годов прошлого столетия. После того, как в 1949 г. в центре аномалий была пробурена разведочная скважина, вскрывшая кристаллический фундамент с железистыми кварцитами на глубине 770 метров, интерес к месторождению из-за его большой глубины, на многие годы был потерян. В конце 90-х годов, благодаря энтузиазму нескольких преподавателей кафедры геофизики МГУ им. М.В. Ломоносова и геофизического факультета МГГРУ, при материальной поддержке компании «Северо-Запад», геофизические работы в районе Барятинской аномалии стали проводиться во время учебных и производственных студенческих практик. Комплекс геофизических методов включал в себя наземную гравиразведку и магниторазведку, магнитотеллурические исследования, электроразведку методом ЗСБ и ЧЗ. По обобщению материалов магнитной и гравиметрической съемки большую и плодотворную работу провел профессор МГГРУ Бродовой В.В. со своими учениками [27].

По версии профессора Бродового В.В., район Барятинских магнитных аномалий является продолжением Курской магнитной аномалии (КМА) и был назван Северо-Калужским рудным бассейном. Железные руды бассейна предположительно представлены железорудистыми кварцитами магнетитового состава (содержание железа 25-40%) и богатыми окисленными рудами преимущественно мартитового состава (содержание железа 50-70%). Глубина залегания рудных образований составляет 500-1000 м [28, 29].

При проведении работ методом МТЗ в районе интенсивных магнитных аномалий был выявлен коровый проводящий слой. По результатам дальнейших площадных измерений МТЗ была построена карта корового проводника, граница которого пространственно согласуется с границей магнитных аномалий. Дальнейшее продолжение региональных магнитотеллурических работ учеными МГУ им. М.В. Ломоносова и ЦГЭМИ ИФЗ РАН в рамках грантов РФФИ (гранты 07-05-00437а, 08-05-00327а и 09-05-00466а) показало, что коровый проводящий

слой прослеживается и южнее Барятинских аномалий. На широте г. Брянска он разветвляется на две линейные проводящих зоны. Одна из этих зон предположительно является продолжением хорошо изученной, в пределах Украинского щита, Кировоградской аномалии электропроводности [37]. Другое ответвление проводника связано с осью КМА и прослеживается вплоть до г. Курчатова Курской области (рис. 2.39).

Рис. 2.39. Кировоградско-Барятинская аномалия электропроводности. Карта максимальной амплитуды горизонтального магнитного тензора для периода 100 с. Черный контур - наиболее интенсивные положительные аномалии постоянного

магнитного поля.

2.3.7. Прямое выявление и изучение рудных зон и залежей проводящих руд

(элементов залегания, размеров).

В том случае, если мы имеем дело с рудой вкрапленной, состоящей преимущественно из пустой породы, эффективность электроразведочных методов существенно снижается. Отсутствие гальванической связи между зернами руды приводит к тому, что вкрапленные руды по сопротивлению практически не отличаются от вмещающего разреза. Особенно это сказывается при гальваническом возбуждении на методах постоянного тока. Однако, наш опыт показывает, что по результатам высокочастотного МТЗ области вкрапленного оруденения выделяются в поле рк даже при содержании рудных минералов в первые проценты.

Изучение морфологии скарновых тел по результатам АМТЗ (Забайкальский

район)

Геофизические исследования комплексом электрических и магнитных методов в составе геологоразведочных работ проводились на нескольких локальных участках в Забайкальском регионе. Объект поиска - скарновые месторождения сульфидных и магнетитовых руд на контакте интрузии кислого состава и, окружающих ее, карбонатных пород кембрийского возраста (рис. 2.40).

На Забайкальской площади работы методом АМТЗ проводились в комплексе с методом ВП. Размеры всего участка составляют примерно 3 км х 4 км. Фоновые сопротивления вмещающих пород превышают 10 Ом-м, сопротивления в пределах развития скарнов с оруденением понижаются до первых сотен и даже десятков Ом-м.

часток Северный

Быстринская интрузия

асток Южный

Профиль АМТЗ 28

ГУ • 2\ \ Профиль АМТЗ 20

терригенные

Известняки, доломиты

осадки (Юра)

I I I

(Кембрий)

скарны

Песчаники, алевролиты

(Девон)

4 кт

Рисунок 2.40. Геологическая схема участка Забайкальский.

По результатам двумерной инверсии данных АМТЗ с площадной регуляризацией была получена трехмерная геоэлектрическая модель. Карта-срез удельного электрического сопротивления Северного участка для глубины 200 метров приведена на рисунке 2.41Б. Синим цветом, выделены области низкого сопротивления, красным - высокого. На карту сопротивлений наложены вещественные индукционные вектора Визе для частоты 1000 Гц. Результаты ВП представлены в виде карты поляризуемости (рис. 2.41А). Красный цвет - зоны повышенной поляризуемости.

Выявленные аномалии, которые отражают, преимущественно, границы развития скарнов, совпадают по данным ВП и АМТЗ. Из результатов бурения, проведенного после наземных геофизических работ, известно, что часть выявленных аномалий отвечают зонам бедного вкрапленного оруденения, с содержанием сульфидов до 0.5 %, а часть - зонам с богатыми рудами.

Качество магнитотеллурических данных подтверждается

магнитовариационными параметрами. Вещественные индукционные вектора однозначно оконтуривают аномалии электропроводности (рис. 2.41Б).

Результаты АМТЗ дают, кроме того, возможность построить геоэлектрическую модель по профилям, и оценить развитие рудных объектов на глубину. На рисунках 2.42 и 2.43В, в качестве примера, приведены геоэлектрические модели до глубины 800 м, полученные путем решения обратной двумерной задачи МТЗ по одному из профилей АМТЗ. Зная, таким образом, морфологию рудных объектов, можно более точно оценивать запасы месторождения.

Рис. 2.41. Участок Северный. А - карта кажущейся поляризуемости по данным ВП-СГ; Б - геоэлектрическая модель по результатам 2Э-инверсии данных АМТЗ,

срез на глубине 200 м.

Рис. 2.42. Участок Северный. Геоэлектрический разрез до глубины 800 м, полученный по результатам инверсии данных АМТЗ по профилю № 28.

О 250 500 750 1000

Рис. 2.43. Участок Южный. А - Графики кажущегося сопротивления и кажущейся поляризумости по данным ВП-СГ; В - Геоэлектрическая модель до глубины 800 м, по результатам двумерной инверсии данных АМТЗ; С - Геологический

разрез по данным бурения.

Работы методом АМТЗ на Черногорском месторождении НРЗ

В 2005 г. в Норильском рудном районе (рис. 1.4) были выполнены опытно-методические работы методами сопротивления, ВП и АМТ на Черногорском месторождении сульфидных платиноидно-медно-никелевых руд [8]. АМТ-зондирования осуществлялись в синхронном МТ/МВ-режиме, с использованием удаленной базовой точки, вдоль двух ЮЮЗ-ССВ профилей, ориентированных поперек простирания ультраосновной Черногорской интрузии, в ее центральной части (профиль № 15) и на восточной периферии (профиль № 6) (рис. 2.44). Особенность этого исследования определялась наличием результатов бурения вдоль обоих профилей, очертивших положение интрузии и выявивших субгоризонтальное продуктивное рудное тело в основании ее центральной части, на абсолютных высотах 100-200 м. Таким образом, имелась возможность сопоставить эффективность различных стратегий профильной интерпретации АМТ-данных, путем прямого сравнения получаемых геоэлектрических разрезов с моделью рудной зоны, построенной по результатам бурения.

Рис. 2.44. Положение профилей АМТЗ на Черногорском участке.

Первая интерпретационная модель для профиля № 15 получена для, одних лишь, эффективных импедансных данных, методом Ш-инверсии со сглаживанием результатов вдоль профиля (рис. 2.45А). Этот геоэлектрический разрез указывает на высокое сопротивление верхней части центральной интрузии, выделяет проводящие структуры графитизированной Тунгусской серии, за ее пределами, и намечает аномалию низкого сопротивления размытой структуры, ниже подошвы интрузии. Однако, ее детальность, в сопоставлении с результатами бурения, представляется недостаточной, в особенности, в части определения глубины верхней кромки и мощности проводящего включения.

Совместная 2D-инверсия импеданса и типпера по программе Варенцова И.М. [34, 35, 183, 184] велась в рамках технологии 2D+ [35, 37], с учетом 3D-искаженности данных, осуществляемым путем увеличения погрешностей инвертируемых данных пропорционально факторам трехмерности. Для типпера инвертировались действительная и мнимая части. Сопоставлено два подхода, отличающихся использованием импедансных данных. В первом, более приближенном, анализировалась лишь компонента эффективного импеданса (рис. 2.45В), описывающая свойства импедансного тензора в среднем^ и не требующая детального изучения его структуры [169], но, тем самым, ограничивающая информативность инверсии и контрастность получаемых геоэлектрических моделей. Во втором подходе велась более полная и сложная бимодальная инверсия импеданса (рис. 2.45Г), позволяющая, при правильном выделении поляризаций ЭМ-поля, заметно повысить разрешение деталей разреза. В этом случае, в качестве фазовых данных брались не фазы импеданса, а соответствующие компоненты его фазового тензора Ф [152]. В обоих случаях, для подавления статических искажений, кажущиеся сопротивления включались в инверсию с весами, пониженными на порядок. Сопротивление вмещающей среды в начальных моделях инверсии составляло 1000 Ом м. Важным априорным параметром инверсии, определяющим структуру функционала-стабилизатора [34, 35, 182, 183, 184], являлся ожидаемый размер геоэлектрических структур, в пределах и ближней окрестности изучаемой интрузии - он варьировался от 50 м

до 200 м по глубине, от 100 м до 300 м вдоль профиля. При этом, компромисс факторов разрешения и устойчивости был достигнут при ожидаемом размере структур 100 м х 200 м.

Обе модели, полученные по программе Варенцова И.М. на профиле № 15, отчетливо выделяют высокоомную интрузию и проводящие структуры за ее пределами. Но, их главным преимуществом, является существенная детализация проводящей структуры, в основании интрузии, ассоциируемой с рудным телом. Модель, построенная с использованием эффективного импеданса, характеризуется пониженным контрастом сопротивлений, что соответствует природе этой "среднегеометрической" импедансной оценки. Результат совместной инверсии данных, двух импедансных мод и типпера, наилучшим образом согласуется со структурой интрузии и рудного тела, определенной бурением, и демонстрирует реальное соотношение сопротивлений интрузии (~10000 Омм) и рудного тела (10-100 Омм). Аномалия низкого сопротивления, в основании интрузии, выделяется на абсолютных отметках глубин 100-200 м, характеризуется горизонтальным размером до 700 м и мощностью в несколько десятков метров. Абсолютные невязки наблюденных и модельных данных, в последней инверсии, достаточно малы - их медианы для импедансных фаз имеют величину менее 2°, а для компонент типпера ^е и 1т) составляют 0,06 и 0,03, соответственно. Оценки невязок не превышают соответствующих оценок погрешностей компонент инвертируемых данных.

Результаты применения, на данном профиле, сглаживающей 2D-инверсии, по программе Масйе Я.Ь. [167, 172] для бимодальных импедансных данных, оказались противоречивыми, но, в конечном итоге, удовлетворительными: с одной стороны, стандартная инверсия равновесных амплитудно-фазовых компонент дала малоконтрастную геоэлектрическую модель [8], сопоставимую с показанным выше результатом Ш-инверсии; с другой стороны, переход к приоритетной инверсии фазовых данных и тонкая настройка параметров, регулирующих степени сглаживания по горизонтали и вертикали, позволили повысить разрешающую способность (рис. 2.45Б) и приблизиться к уровню

контрастности выделения интрузии и рудного тела, достигнутому в инверсии бимодального импеданса и типпера, по программе Варенцова И.М.. К сожалению, с помощью программы Mackie R.L., не удалось получить удовлетворительный результат совместной инверсии данных импеданса и типпера.

Исследования, выполненные на Черногорской площади, подтверждают целесообразность проведения комплексных синхронных МТ/МВ-зондирований при изучении сульфидных месторождений Норильского типа, демонстрируют достаточно высокую разрешающую способность таких зондирований и указывают на важность совместной интерпретации данных импеданса (как бимодальных, так и эффективных) и типпера, с учетом априорных представлений о размерах искомых структур и имеющихся оценок 3D-искажений данных.

Рис. 2.45. Разрезы сопротивлений по профилю № 15. А - Ш-инверсия эффективного импеданса; Б - бимодальная 2D-инверсия импеданса по программе МасМе Я.Ь.; В - совместная 2D-инверсия эффективного импеданса и типпера по программе Варенцова; Г - совместная 2D-инверсия бимодального импеданса и типпера по программе Варенцова; 1 - высокоомная часть интрузии, 2 - рудный горизонт, 3 - графитизированные породы Тунгусской серии.

Трехмерная инверсия данных МТЗ на Масловском месторождении

На Масловском месторождении НРЗ была проведена трехмерная инверсия данных МТЗ, с целью построения геоэлектрической ЭЭ-модели рудного горизонта. Для проведения инверсии использовалась программа «WSInv3DMT» Бтрипуагарот [175]. Программа выполняет автоматическую трехмерную инверсию, которая не предполагает участия интерпретатора (пользователя).

Изначально, для инверсии было отобрано 60 точек МТЗ. В центральной части пощади моделирования, горизонтальная сетка составила 100 м х 100 м. Каждая точка МТЗ смещалась в центр ближайшей ячейки. Если вблизи центра ячейки оказывалось несколько точек, в него смещалась ближайшая, а остальные исключались. Диапазон периодов был ограничен значениями от 0.004 с до 15.8 с, ряд периодов прорежен так, чтобы их число составило 10. Общий размер сетки по горизонтали составил Э8 ячеек (с севера на юг) на Э8 (с запада на восток). Вертикальная сетка - 20 ячеек. В качестве стартовой модели использовалось однородное полупространство с сопротивлением 1000 Ом-м. Для работы данной программы с количеством ячеек 38х38х20, 53 точками и 10 периодами, необходимо 7Гб оперативной памяти. График изменения невязки в зависимости от итерации представлен на рисунке 2.46.

0_1_1_1_1_1_1_1_1_

123456789 10

Iteration number

Рис. 2.46. Изменение невязки по итерациям.

Инверсия была остановлена после десятой итерации. Наиболее логичные и сбалансированные модели, с минимальной невязкой, были получены на пятой и десятой и итерациях. В результате детального анализа изменений геоэлектрической модели по всем итерациям, мы выбрали в качестве основного результата модель, полученную на последней, десятой итерации (рис. 2.47).

Результаты инверсии представлены в виде вертикальных срезов по трем широтным профилям (рис. 2.48), которые мы сопоставили с геологическими разрезами, построенными по данным бурения (раздел 2.3.3).

Инверсия проводилась без учета рельефа, поэтому верхнюю границу (ноль) итоговой модели можно соотнести с минимальной отметкой рельефа на участке моделирования, т.е. приблизительно +300 м.

Программа инверсии, на сегодняшний день, работает с небольшими размерами сеток, поэтому полученный результат очень грубый, и никаких «нюансов» геоэлектрической модели на нем увидеть невозможно. По сути, на итоговой модели мы можем увидеть только общие границы проводящей «рудной» зоны.

Рис. 2.47. Этапы трехмерной инверсии по итерациям. Сопоставление геоэлектрических моделей по профилям с

геологическими разрезами по данным бурения.

Рис. 2.48. Результаты 3Б-инверсии по программе WSInv3DMT в виде геоэлектрических разрезов по отдельным широтным профилям (справа) и геологических разрезов по данным бурения (слева).

На всех профилях, пересекающих центральную часть Масловского месторождения, фиксируется субгоризонтальное проводящее тело, с

сопротивлениями не более первых десятков Ом-м. При сопоставлении с геологическими разрезами можно увидеть, что положение в разрезе и контуры проводящей области хорошо коррелируются с геологическими разрезами (рис. 2.48). Проводящий горизонт наиболее погружен в центральной части профиля и поднимается к поверхности на востоке и западе.

«Грубая» модель, явившаяся итогом инверсии, отражает возможности трехмерной инверсии, с одной стороны, и возможности магнитотеллурики для поставленной задачи, с другой стороны. Рудный горизонт, являющийся объектом поиска и наиболее контрастным проводником в разрезе, имеет мощность не более 50 метров и находится на глубине около 1000 м, под мощной толщей высокоомных эффузивно-осадочных пород триаса. Выявить незначительные нюансы строения и изменения суммарной проводимости этого горизонта, при измерениях с поверхности, не представляется возможным. Реальные возможности магнитотеллурических методов, в данном разрезе, хорошо показаны на примерах решения прямых трехмерных задач в разделе 2.3.3. Кроме того, полевые данные сильно зашумлены помехами от линии электропередач, проходящей в непосредственной близости от восточной границы участка.

2.4. Выводы

В главе № 2 рассмотрены широкие возможности метода магнитотеллурического зондирования в современных модификациях, при решении поисково-разведочных задач рудной геофизики, и приведены наиболее яркие практические примеры. Обсужден целый ряд направлений развития методик и технологий рудной магнитотеллурики.

Перспективы технологий рудной магнитотеллурики связаны, в первую очередь, с глубоким внедрением синхронной методики МТ/МВ-зондирований и развитием методов интерпретации, с акцентами на совместный анализ многокомпонентных ансамблей данных, учета их трехмерности, вплоть до полной 3В-инверсии, а также тонкий учет априорных сведений.

Важную роль играет совершенствование регламента полевых работ, с целью повышения глубины оперативного контроля качества данных, до уровня анализа,

непосредственно на точке зондирования, предварительных оценок импеданса и типпера, а также их важнейших трансформант, включая простейшие Ш-модели среды. В этом случае, становится реальным адаптивный выбор пространственно неравномерной сети зондирований, с учетом априорных сведений и получаемых результатов.

Необходимо расширение модельных представлений о структуре ЭМ-полей в сложнопостроенных горизонтально неоднородных геоэлектрических средах, характерных для рудных зон, с учетом эффектов частотной дисперсии электропроводности и неоднородности магнитной проницаемости среды, а также всевозможных анизотропных эффектов.

Замечательное свойство магнитотеллурических технологий - легко масштабироваться для решения задач различной глубинности - позволяет применять, в рудных съемках, многие методические достижения, хорошо опробованные при глубинных исследованиях в масштабе всей литосферы. Актуальной задачей, на этом пути, является реализация, в рудных приложениях, схем синхронного зондирования, с определением горизонтальных МВ-откликов, и их включением в процедуры совместной интерпретации МТ- и МВ-данных.

Следующей важной задачей является отработка сценариев совместного применения магнитотеллурики с другими геофизическими методами, при поисках определенных видов месторождений в специфических условиях конкретных рудных провинций. Приоритетное значение, при поисках сульфидных руд, имеет развитие комплекса методов магнитотеллурики и вызванной поляризации (ВП) и, в частности, создания алгоритмов последовательного и совместного решения обратных задач этих методов.

3. Использование частотных характеристик дифференциального фазового параметра для разбраковки аномалий вызванной

поляризации

3.1. Дифференциальный фазовый параметр

Изучение временных (частотных) характеристик процесса вызванной поляризации (ВП), для получения дополнительной информации о природе поляризующихся объектов, сегодня является одним из приоритетных направлений в электроразведке. Скорость и длительность процесса ВП является дополнительным, независимым параметром, который позволяет нам разделять аномалии от сульфидов и углеродсодержащих пород, выделять на месторождениях меднопорфирового типа области богатых руд на фоне пиритизированных пород и т.д.

Практическое применение временных (частотных) характеристик ВП значительно отставало от теории. Buchheim W. в 50-х годах прошлого столетия, на основании теории предсказал зависимость временных и частотных характеристик ВП от размеров электронопроводящих включений [151]. Он предложил, по виду частотной зависимости сдвига фазы напряжения на измерительных электродах относительно тока в линии АВ, различать вкрапленное сульфидное оруденение и графитизированные породы. Однако, экспериментальные исследования его сотрудников, а также полевые эксперименты, не обнаружили существенных различий между сульфидными рудами и графитизированными породами. Отрицательные результаты, полученные группой Buchheim W., были связаны, вероятно, с низким качеством аппаратурного и технического обеспечения работ на тот период [63].

Более успешные работы по использованию временных характеристик ВП в производственной практике, для детального изучения текстурных особенностей источников аномалий ВП и выделения на этой основе медноколчеданных и колчеданно-полиметалических рудных тел, среди пиритизированных и серпентинизированных пород, начались с 70-х годов прошлого столетия.

Значительная заслуга в этом принадлежит советскому геофизику О.М. Шаповалову (1972-76 гг.).

В начале 60-х годов прошлого столетия начались исследования процессов ВП на переменном токе. Аппаратура, методика и теоретические аспекты амплитудных и фазовых способов регистрации процесса ВП разрабатывались в Уральском Институте геофизики [67], во МГРИ [89], ВНИИгеофизике [74, 75], КазВИРГе [50], Институте мерзлотоведения СОАН СССР и др.

В 1972 г. была разработана первая электроразведочная станция ИНФАЗ-ВП, предназначенная для фазовых измерений ВП в диапазоне частот от 0.3 до 78 Гц, в 1975 г. начался выпуск переносной аппаратуры ВП-Ф.

Лабораторные измерения частотных характеристик вызванной поляризации выполнялись, как в электроразведочной лаборатории «ВНИИГеофизики», так и в КазВИРГе [116]. В частности, на рисунке 3.1 представлены результаты, полученные в КазВИРГе по результатам измерения на металлах.

Рис. 3.1 Относительные фазово-частотные характеристики над металлами (по

В.И. Лемецу, 1980г.)

Как показали результаты многочисленных экспериментальных исследований, временные (частотные) параметры ВП определяются многими

факторами: формой и составом электронопроводящих включений, а также структурой породы и составом содержащейся в ней влаги. Похожие выводы были получены многими зарубежными и советско-российскими исследователями [63, 100].

Использование дифференциального фазового параметра (3.1) было предложено [75] для борьбы с явлениями электромагнитной индукции, которые, как и вызванная поляризация, могут приводить к значительным фазовым сдвигам сигнала.

(р(Щ_) -щ — рщ2) ■щ__

(3.1)

А^(щщ2) = ■ 2

щ — щ

Применение Дф (ДФП) основано на том, что в области малых параметров поля фаза индукции прямо пропорциональна частоте. Дифференциальный фазовый параметр построен таким образом, что он полностью подавляет линейную компоненту фазы, не меняя постоянной составляющей.

ДФП давно и успешно применяется на практике для обнаружения и изучения эффектов ВП. Если в токовой линии используется «меандр» -разнополярные прямоугольные импульсы, то ДФП можно рассчитать по фазам 1 -ой и 3-ей гармоник измеренного сигнала:

АИщЗщ) = —

2 (3.2)

Кроме того, ДФП определяется однозначно и устойчиво, поэтому частотная характеристика (ЧХ) Дф может быть использована для классификации пород, наравне со скоростью спада ВП во временной области.

Значения Дф часто пересчитывают в кажущуюся поляризуемость (пк) для задержки 0.5 с, умножая на эмпирический коэффициент к = -2.5. Это является скорее данью традиции, так как позволяет перевести полученные данные из размерности градусов фазы в более привычную, для методов ВП, размерность процентов поляризуемости [82].

Наиболее простым и распространённым формализованным представлением зависимости сопротивления поляризующейся среды от частоты является, так называемая, обобщенная формула Cole-Cole [153, 170, 171]:

1

р(ю) = р0

1 — ц

1 —

1 + (¡ют)

c

У

(3.3)

Где р0 - сопротивление на постоянном токе, п - поляризуемость, т -постоянная времени и С - показатель степени. Эти постоянные зависят от целого набора литологических параметров среды, и их знание позволяет делать выводы о составе изучаемой породы, пористости, степени однородности и т.д. Однако, на практике получение всех коэффициентов формулы Cole-Cole возможно лишь при лабораторных исследованиях. Это связано с тем, что чувствительность к различным параметрам формулы реализуется на разных частотных диапазонах: степенной коэффициент С устойчиво определяется при ют <<1, т при ют «1, а п при ют >>1 [2].

На схематических графиках модуля и фазы сопротивления поляризующегося тела, полученных из формулы Cole-Cole видно, что, над однородным поляризующимся полупространством, кажущееся сопротивление убывает с увеличением частоты, а фаза примет отрицательное значение (рис. 3.2). В качестве аргумента неслучайно выбрана безразмерная величина ют. Она указывает на прямую связь этих двух величин: уменьшение, в к раз, параметра среды т эквивалентно увеличению, в к раз, частоты измерения. Из этого, например, следует, что в логарифмическом масштабе оси абсцисс графики фазы и ДФП для (ют1) и (ют2) будут абсолютно одинаковыми, но сдвинутыми относительно друг друга на величину log (т1/т2), что удобно использовать для разделения аномалий над поляризующимися телами с различными т [82].

-1° -2°

-2-1012

1_д(сот)

Рис. 3.2. График сопротивления и фазы электрического поля над однородным поляризующимся полупространством в координатах ют. р0 - сопротивление на постоянном токе, рда - асимптотическое значение сопротивления на бесконечной

частоте.

В качестве примера приведены частотные зависимости ДФП для разных т, от 0.01 с до 100 с, при фиксированном значении параметра С = 0.5 (рис. 3.3А). Значения Дф пересчитываются в относительную поляризуемость (потн). Относительная поляризуемость рассчитывается путем нормировки текущего значения ДФП на максимальное значение в измеряемом частотном диапазоне и умножением на коэффициент равный -2.5. Графики п°тн имеют вид симметричной перевернутой параболы, с максимумом на частоте ю « 1/(2.5т). Уменьшение параметра С приводит к выполаживанию максимума ЧХ ДФП и нарушению симметрии между высокочастотной и низкочастотной ветвями графика. (рис. 3.3Б,В)

1 частота (Гц) 10

Рис. 3.3. Частотная характеристика (по ДФП) над однородным поляризующимся полупространством для: А) разных т (при С=0.5), Б) разных С

(при т=0.1с), В) разных С (при т=10с).

3.2. Разделение аномалий вызванной поляризации по частотным характеристикам дифференциального фазового параметра

В качестве простого и надежного способа оценки временных характеристик вызванной поляризации можно использовать разность значений ДФП на двух частотах. Учитывая, что графики ЧХ ДФП практически симметричны, рабочие частоты можно подобрать таким образом, чтобы разница двух ДФП, рассчитанных на этих частотах, принимала отрицательное значение, над одной породой, и положительное, над другой. Так как положение максимума ЧХ ДФП слабо зависит от п и С, то полученный параметр будет разделять породы, различающиеся, в первую очередь, по постоянной времени т (рис. 3.4). Этим свойством Дф хорошо пользоваться, например, для разделения аномалий от углефицированных пород, характеризующихся большими значениями т, и сульфидных руд, обладающих, как правило, быстрым спадом вызванной поляризации [80].

В случае, если нам необходимо выделить аномалии ВП, характеризующиеся определенным параметром постоянной времени, то возможно использование более сложных разностных алгоритмов. Например, параметр 2Дф(ю2)-Дф(ю1)-Дф(ю3), представляющий, по сути, полосовой фильтр, может быть с успехом применен для выделения пород с определенным значением т из общей среды, со всеми неизвестными параметрами Cole-Cole.

О

ш го

го

0.5

Б б

см см

ю

0

5" -2

-4

-6

/7 (ч^ЧНР^7

-5 \\ч гч4 5

___— И 0.5 1

-2 1 /-од (х) 0 - 1 I I 1 2

с= =0.6

С=0.5

^___^^^

-1

-0.8 -0.6

-0.4 -0.2

О

/.од (т)

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Рис. 3.4. А) Карта разности (по ДФП) на частотах 0.15 и 1.22 Гц над однородным поляризующимся полупространством в зависимости от параметров т и С (п=20%); Б) Графики зависимости Д^к от т при различных параметрах С.

Если аномалии ВП слабо дифференцируются по т, или максимум частотной характеристики ДФП лежит за пределами рабочих частот, то разница Дф будет определяться, в первую очередь, параметром С.

При измерении переходной характеристики вызванной поляризации, в качестве основного временного параметра ВП, часто рассматривают абсциссу максимума производной переходной характеристики ВП (Т0) по логарифму времени. Этот параметр, предложенный Комаровым В.А., является, по сути, аналогом минимума ЧХ ДФП и не зависит от аналитического вида аппроксимирующей теоретической функции [63].

3.3. Лабораторные измерения на образцах

Для обоснования интерпретации результатов многочастотных измерений фазовым методом вызванной поляризации, в компании ООО «Северо-Запад» была создана лаборатория для измерения петрофизических свойств образцов горных пород, прежде всего, скальных пород рудных месторождений. Больше всего, внимание, при лабораторных измерениях, уделяется изучению частотных зависимостей дифференциального фазового параметра.

Для выполнения измерений полного сопротивления образца используется комплекс «ПЕТРООМ», выпускаемый компанией ООО «ЭкогеосПром» и состоящий из кернодержателя и электронного омметра (рис. 1.1). Измерения

производятся на переменном токе частотой 100 Гц или 1000 Гц. Диапазон

2 8

измеряемых сопротивлений омметра составляет от 10- Ом до 10 Ом. Расчет удельного электрического сопротивления породы проводится с учетом геометрических параметров образца по формуле:

с

р = ЯХ7 (3.4)

где R - измеренное значение сопротивления, Ом; S -площадь сечения образца

л

(м ); 1 - длина образца (м).

Прибор предназначен для измерения электрического сопротивления образцов горных пород, насыщенных солевыми растворами или пластовыми флюидами, в атмосферных условиях и соответствует требованиям ГОСТ 25.494 -82.

Измерения интенсивности и временных характеристик ВП осуществляются с помощью четырехэлектродной установки АМЫВ, расположенной над образцом горной породы, находящейся в аквариуме. Для создания малых токов был разработан специальный лабораторный генератор напряжения SE-02 (рис. 3.5). Измерения проводятся с помощью аппаратуры, разработанной в ООО «Северо-Запад»: многофункционального измерителя МЭРИ-24 или восьмиканального измерителя ИМВП (рис. 3.6).

Измерения дифференциального фазового параметра проводятся в частотном диапазоне от 0.15 Гц до 78 Гц. Для уменьшения эффекта обтекания образцы помещаются в дистиллированную воду с высоким удельным сопротивлением: 500-1000 Омм.

За время существования лаборатории были измерены частотные характеристики ДФП более 1000 образцов из разных рудных месторождений. На рисунке 3.7 продемонстрированы результаты измерений для различных минералов, отличающихся высокими значениями вызванной поляризации.

Рис. 3.5. Лабораторный генератор малых токов SE-02

Из

результатов

большинство

характеристик

представленных видно, что частотных имеют форму

обратной параболы с максимумом в середине частотного диапазона. Максимумы частотных

характеристик шунгита и графита приходятся на более низкие частоты (менее 1 Гц), чем для сульфидов и оксидов металлов (1 -5 Гц). Наши результаты не противоречат результатам В.И. Лемеца [50] (рис. 3.1).

Рис. 3.6. Измеритель ИМВП.

0.1 1 10

Частота (Гц)

Рис. 3.7. Фазовые частотные характеристики ДФП для различных пород и

минералов.

При проведении полевых работ измерения, как правило, проводятся в узком частотном диапазоне. Это связано с тем, что измерения низких частот (ниже 0.3 Гц) ведут к заметному снижению технологичности работ, а на высоких частотах начинает проявляться влияние индукционных эффектов, возрастают емкостные утечки и уровень промышленных помех. В реальных условиях измерения методом ИНФАЗ-ВП проводятся в диапазоне частот от 0.3 Гц до 4.88 Гц. В такой ситуации, для получения устойчивого и понятного результата, необходимо использовать простые критерии грубой оценки частотной характеристики ВП. В качестве такого критерия рассматривается разность значений поляризуемости на двух частотах - разностная поляризуемость (Д^к). Если проводить измерения, к примеру, на частотах 0.3 Гц и 2.44 Гц, то, на картах параметра Д^к, области распространения графитизированных пород будут характеризоваться, как правило, положительными, а зоны сульфидной минерализации нулевыми или отрицательными значениями.

Для оценки достоверности и качества получаемых лабораторных данных, под руководством автора, были выполнены исследования, связанные с влиянием на результаты измерений плотности поляризующего тока, сопротивления вмещающего электролита, положения и свойств питающих и приемных электродов.

Пример результатов измерений представлен на рисунке 3.8. Для образцов, представляющих разные типы руд, показана зависимость ДФП от частоты (ось абсцисс) и сопротивления вмещающего электролита (ось ординат). Для всех типов пород очевидна следующая зависимость: с понижением сопротивления вмещающего электролита (повышением минерализации) происходит смещение максимума частотной характеристики ДФП в область более высоких частот. Этот результат может быть важен, например, при измерениях в скважинах, где минерализация бурового раствора сильно изменяется от поверхности к забою скважины.

Магнетитовая руда Медно-порфировая руда

0.15 0.61 2.44 9.76 39.1 0.15 0.61 2.44 9.76 39.1

частота (Гц) частота (Гц)

Пиритовая руда Медно-никелевая руда

юоо

0.15 0.61 2.44 9.76 39.1 0.15 0.61 2.44 9.76 39.1

частота (Гц) частота (Гц)

Рис. 3.8. Зависимость частотной характеристики п°тн (по ДФП) от сопротивления

вмещающего электролита.

3.4. Площадные работы методом ИНФАЗ-ВП на этапе поисковых и

оценочных работ

3.4.1. Разделение скарновых тел разных формаций

Месторождения Забайкальской площади приурочены к экзоконтакту крупного диоритового массива Шахтаминского интрузивного комплекса (рис. 2.40). Осадочные образования представлены доломитами и доломитистыми известняками Ильдиканской свиты девона (Di_2ii) и конгломератами и песчаниками Государевской свиты нижней юры (J1gs). На контактах терригенно-карбонатной толщи Ильдиканской свиты, с магматическими породами среднего состава Шахтаминского интрузивного комплекса, сформировались пластообразные зоны скарнирования, протяженностью более 1 км [131, 132].

Все скарны, в пределах участка, можно разделить на две группы: силикатные и магнетитовые. Силикатные скарны резко преобладают над магнетитовыми и являются вмещающими породами, по отношению к последним. Главными породообразующими минералами силикатных скарнов являются диопсид и гранат. Магнетитовые скарны отличаются, от силикатных, по преобладанию в них магнетита над нерудными минералами (магнетит составляет до 90% от общей массы руды) [105].

Центральная рудная залежь участка проявляется в постоянном магнитном поле интенсивной положительной аномалией изометричной формы, размером примерно 800 м х 800 м, амплитудой более 30000 нТл (рис. 3.9А). Отклик от магнетитсодержащих скарнов настолько интенсивный, что в пределах этой аномалии выделить границы отдельных скарновых тел, а тем более разделить силикатные и магнетитовые скарны не возможно.

Площадные электроразведочные работы проводились установкой срединного градиента с параметрами: АВ=1000 м, MN=50 м. Измерения вызванной поляризации осуществлялись по методике ИНФАЗ-ВП.

Фоновый уровень кажущихся сопротивлений в пределах участка высокий -1000 Ом м и более (рис. 3.9Б). Удельное электрическое сопротивление скарнов низкое, по сравнению с вмещающими породами, и колеблется в пределах от

нескольких десятков до первых сотен Ом-м. Наиболее контрастная аномалия рк отвечает известным скарновым телам, с которыми связано промышленное золото-железо-медное оруденение (проекции рудных тел вынесены на карту пунктирной линией). Кажущееся сопротивление в пределах центральной аномалии опускается до 50-70 Омм.

В поле кажущейся поляризуемости (пк) выделяются две площадные аномалии. Одна - меридионального простирания, в центре участка; вторая - на северо-западном фланге (рис. 3.9В). Аномалии интенсивные, значения Пк достигают 9%. В пределах центральной аномалии Пк можно выделить два максимума. Северный максимум совпадает с областью пониженных значений кажущихся сопротивлений и приурочен к центральной рудной залежи.

Для разделения аномалий кажущейся поляризуемости, по временным характеристикам ВП, нами использовался параметр Дпотн(0.15-1.22Гц). Большая часть участка работ характеризуется положительными значениями параметра ДПотн (рис. 3.9Г). Области отрицательных значений Дпотн обрамляют центральную аномалию Пк с востока и запада. Самые низкие значения Дпотн фиксируются в центральной части аномалии кажущейся поляризуемости и совпадают с центром аномалии магнитного поля.

На рисунке 3.10 приведены графики нескольких геофизических параметров: ¿Та, рк, Пк, Дпош по профилю № 1 и геологический разрез, построенный по результатам бурения. Центральная рудная залежь, представленная несколькими скарновыми телами разного состава, проявляется во всех физических полях одной контрастной аномалией. И только параметр Д^отн, характеризующий постоянную времени вызванной поляризации, над центральной залежью меняет знак, достигая максимальных отрицательных значений над участком выхода на поверхность магнетитового скарна.

Рис. 3.9. Результаты площадных геофизических съемок на Забайкальском скарновом месторождении. Карты: А) Аномального магнитного поля (нТл); Б) Логарифма кажущегося сопротивления; В) Кажущейся поляризуемости; Г) Разности относительной поляризуемости (0.15-1.22 Гц).

Предшествующие работы на других площадях показали, что процессы вызванной поляризации, связанные с магнетитсодержащими породами, как правило, отличаются быстрыми процессами зарядки-разрядки и, соответственно, характеризуются большими отрицательными значениями А^отн. Например, первичный магнетит в габбро-долеритах Масловской интрузии (рис. 3.14). Однако, необходимо отметить, что частотные характеристики ДФП, для

минералов одной группы, зависят от большого количества факторов, и могут очень сильно меняться от площади к площади. В частности, характер вызванной поляризации магнетита будет сильно зависеть от его генерации - первичный магматический, высокотемпературный метасоматический, скарновый перекристаллизованный и т.д.

Над силикатными скарнами, где увеличивается объемное содержание сульфидов (пирита и халькопирита) к магнетиту, значения параметра Дпотн становятся положительными (+0.04 - + 0.06 %), выходя за пределами залежи на фоновые значения +0.02%. Близкая форма частотных характеристик ДФП говорит о том, что все аномалии пк носят комплексный характер, отражая в каждой точке различное соотношение в разрезе сульфидов и магнетита.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

§§§§§§§ - скарны силикатные ^^Н " скарны магнетитовые

Рис. 3.10. Графики аномального магнитного поля, кажущегося сопротивления, кажущейся поляризуемости, разности относительной поляризуемости и схематический геологический разрез по профилю № 1

3.4.2. Картирование областей богатого оруденения на медно-порфировых

месторождениях

На рисунке 3.11 представлены результаты электроразведочных работ методом ВП-СГ, которые были выполнены компанией «Северо-Запад» на одном из крупнейших месторождений медно-порфирового типа, на Чукотке.

Рудное поле приурочено к крупному магматогенному поднятию, сложенному диорит-порфирами позднеюрского-раннемелового возраста. Породы массива повсеместно подвергались метасоматическим изменениям и, на отдельных участках, преобразованы в гидротермальные кварциты, кварц-серицитовые и кварц-калишпат-хлоритовые метасоматиты [10, 91].

Месторождения локализуются по периметру массива, на границах с вмещающими андезитами, туфами, алевролитами волжского яруса юры. Состав аномальных геохимических структур (АГХС), выделенных на площади рудного поля, различен. В месторождениях восточного фланга главную роль играют сульфиды меди и молибдена - халькопирит, борнит, молибденит, пирит; в рудных телах западного и юго-западного флангов преобладают: пирит, галенит, сфалерит, самородное золото, гессит. В соответствии с доминирующей ролью главных элементов месторождений, рудные тела, представленные на площади работ, относятся к медно-порфировому типу, к медно-молибден-порфировому, или к золото-серебряному [10] (рис. 3.11).

Зоны пиритизации и рудные тела создают аномалию кажущейся поляризуемости подковообразной формы вокруг центрального массива (рис. 3.11). В восточной части аномалия пк более интенсивная, чем в западной. Максимальные значения Пк равные 8-10% отвечают, как правило, зонам пиритизации. Области продуктивных рудных ассоциаций характеризуются менее контрастными аномалиями пк равными 5-7%.

На рисунке 3.11 приведена карта разностного параметра Д^отн(0.6-1.22 Гц). За пределами диоритового массива фиксируются наибольшие положительные значения Д^отн, которые могут быть связаны с влиянием аргиллитов Волжского яруса. Все рудные тела восточного фланга, относящиеся к медно-порфировому

типу, располагаются в зоне градиента параметра Дп°тн и характеризуются значениями от -0.1% до 0 % (среднее -0.04 %). Для месторождений молибден-медного-порфирового типа характерны значения Дпотн от -0.05 % до -0.12 %. Южным месторождениям, связанным с оруденением золото-серебряного типа, отвечают наименьшие значения Д^отн < -0.08 % (рис. 3.11).

Таким образом, сравнивая значения скорости вызванной поляризации, можно выделять рудные тела разного состава в пределах медно-порфировых систем.

0 1 2345678910 -0.5 -0.15 -0.1 -0.08 -0.025 0 0.015

Рис. 3.11. Медно-порфировое месторождение (Чукотка). Карта кажущейся поляризуемости (слева) и параметра Дпотн(0.3-2.44 Гц) (справа).

3.4.3. Выявление локальных рудоносных интрузий в областях развития

углеродистых сланцев

Пример выделения, по временному характеру вызванной поляризации, массива с магнетитовой минерализацией получен при работах в пределах северо-

восточного борта Имандра-Варзугской синеклизы. Участок площадных электроразведочных работ методом ЭП-ВП относится к зоне контакта магнетитсодержащих метавулканитов Умбинской свиты мела, на северо-востоке, и толщей сульфидно-углеродистых сланцев Соленоозерской свиты, на юго-западе (рис. 3.12). В сланцах, в значительном количестве, присутствуют сульфиды, которые представлены в основном пирротином, с небольшим количеством пирита и халькопирита.

Поисковый интерес представляют интрузии габбро-верлитового комплекса с медно-никелевой минерализацией, локализованные, как правило, в проводящей Соленоозерской толще сульфидно-углеродистых сланцев [134].

Юго-западный фланг участка работ характеризуется высокими значениями кажущейся поляризуемости: 4-6%. Сульфидно-углеродистые сланцы создают, в поле Пк, широкие линейные аномалии северо-западного простирания, отвечающего основной тектонике региона (рис. 3.12). Над вулканитами Умбинской свиты уровень пк понижается до 1-2%.

По результатам двухчастотных измерений ДФП была построена карта разности ДПк на частотах 0.3 Гц и 1.22 Гц, которая отражает временной параметр вызванной поляризации (т). Аномалии ВП, в юго-западной части площади работ, связанные со сланцами Соленоозерской свиты, характеризуются большими

0 3 1 22

значениями т и положительными значениями Д^к. - . = 0-0.5 %. Северовосточный фланг участка, где развиты эффузивные породы основного и ультраосновного состава, характеризуется слабоотрицательными значениями двухчастотного параметра. Причиной вызванной поляризации здесь является первичный магнетит, содержащийся в изверженных породах.

О 2000 4000 6000 8000 м

Рис. 3.12. Участок «Соленоозерский» (Кольский п-ов). Карта кажущейся поляризуемости на частоте 0.3 Гц (слева) и параметра Дпотн (0.3-1.22 Гц) (справа).

В центре участка, в пределах сульфидно-углеродистой толщи, была

0 3 1 22

выделена локальная аномалия отрицательных значений параметра Д^к. - . . Характерной особенностью этой аномалии является не совпадающее с основной тектоникой простирание (близкое к широтному) и высокие значения постоянного магнитного поля. По результатам бурения здесь был вскрыт массив плагиоклазовых оливинсодержащих пироксенитов. Важной особенностью пироксенитов является большое количество магнетита и титаномагнетита. Количество рудного минерала достигает 20-30%. В редких случаях, встречается и медно-никелевая минерализация, представленная халькопиритом и пентландитом.

Следующий пример получен на одном из перспективных участков Рудного Алтая в Восточном Казахстане. Площадь работ методом ВП-СГ располагалась, преимущественно, в пределах интрузивного массива, сложенного породами Змеиногорского комплекса. Змеиногорский комплекс представлен двумя фазами внедрения: первая фаза - это габбро и габбро-нориты, вторая фаза - граниты и гранодиориты. В габбро-норитах фиксируется площадная породная сульфидная минерализация. В гранитах, по результатам просмотра аншлифов, изготовленных из пород со средней и высокой магнитной восприимчивостью, распространены магнетиты; в диоритах и габбро-диоритах - титаномагнетиты [140].

В юго-восточной части и по западной границе участка на поверхность выходят осадочные отложения нижнего карбона, которые представлены алевролитами глинистыми, углисто-глинистыми, песчаниками. Кроме того, отдельные останцы терригенных отложений нижнего карбона (С1) встречаются в центральной части участка. В северной и северо-восточной части участка есть несколько известных полиметаллических рудопроявлений.

Карта кажущейся поляризуемости, для самой низкой измеренной частоты 0.3 Гц, приведена на рисунке 3.13. Значения параметра Пк, в пределах участка, меняются от 0.5% до 7.5%. Выделяются три площадных аномалии кажущейся поляризуемости, обозначенные цифрами 1, 2 и 3 соответственно. В пределах аномалий кажущаяся поляризуемость в среднем составляет 5%, фоновые значения Пк - 1-1.5%. Опираясь на имеющуюся априорную информацию, можно предположить, что юго-восточная аномалия № 1 связана с хорошо поляризующимися углисто-глинистыми алевролитами нижнего карбона. В пределах аномалии № 3, останцы терригенных углефицированных осадочных пород также могут играть заметную роль. Остальные аномалии ВП предположительно связаны с рудной минерализацией интрузивных образований Змеиногорского комплекса.

Таким образом, аномалии ВП на исследуемом участке имеют различную природу. Причиной высоких значений Пк могут быть углефицированные осадочные породы нижнего карбона, пиритизация габбро-диоритов, присутствие магнетита и титаномагнетита в гранитах Змеиногорского комплекса. Не исключено одновременное влияние и нескольких факторов. По разнице значений Пк на частотах 1.22 Гц и 0.3 Гц была построена карта Д^к, (рис. 3.13).

Вмещающие породы создают фон небольших отрицательных значений параметра Д^к: от 0% до -0.2%. Предположительно, это связано с общей сульфидной минерализацией интрузивных пород. Положительный знак юго-восточной аномалии №1, которую мы связываем с осадочными углефицированными образованиями карбона, не противоречит результатам лабораторных измерений (рис. 3.7). Аномалия № 3. по значениям параметра Д^к,

разнознаковая. Участки положительных значений Д^к отвечают останцам осадочных отложений, а отрицательных - сульфидной и магнетитовой минерализации. Единственной обширной зоной больших отрицательных значений Д^к является центральная часть аномалии № 2. В пределах этой аномалии выделяются линейные отрицательные аномалии параметра Д^к, протягивающиеся с юго-востока на северо-запад практически через всю изучаемую территорию. Отметим, что к зоне наиболее интенсивной аномалии, на северной границе участка, приурочены два полиметаллических рудопроявления.

Рис. 3.13. Восточный Казахстан. Карты и по результатам ВП-СГ.

3.4.4. Многочастотные измерения ДФП в скважинах

В 2011-2012 гг. на Масловском рудопроявлении Норильской рудной зоны были выполнены скважинные многочастотные измерения ВП, в пределах рудного интервала, с помощью установки А10М10М Задача работ состояла в изучении связи между минеральным составом, текстурой руды и частотными характеристиками вызванной поляризации для последующего использования этих данных при интерпретации межскважинной электротомографии [78].

Масловская интрузия залегает в низах туфолавовой толщи, по границе последней с осадочными терригенными породами Тунгусской серии. Сульфидное

медно-никелевое оруденение локализуется, преимущественно, в нижних контактовых габбро-долеритах. Внутреннее строение рудных зон достаточно сложное и обусловлено весьма неравномерным распределением сульфидов, присутствующих в виде вкрапленности и прожилков [163].

Рудный горизонт уверенно выделяется, в разрезе, по смене частотной характеристики (ЧХ) ДФП (рис. 3.14). Во вмещающих габбро-долеритах основным поляризующимся минералом является магнетит. Он определяет высокочастотный вид ЧХ ДФП. В пределах рудного горизонта вид частотной характеристики ДФП определяют сульфиды - пирит, пирротин, халькопирит, пентландит - и она представляет собой нисходящую ветвь в области высоких частот (рис. 3.15 А). Максимум ЧХ лежит за пределами измеряемого диапазона, ниже частоты 0.15 Гц. Верхняя граница рудного горизонта во всех скважинах имеет переходную зону, что говорит о постепенном уменьшении сульфидов в верхней части залежи (рис. 3.15Б). Нижняя граница более резкая. Смена частотной характеристики происходит в интервале 4-5 м.

Рис. 3.14. Частотные характеристики потн (по ДФП) рудного интервала на

Масловском рудопроявлении.

Во многих скважинах, по мере погружения от верхней границы к подошве рудного горизонта, наблюдается смещение правой нисходящей ветви частотной характеристики ДФП в сторону низких частот (скважины 39, 42, 43). Этот эффект

может являться отражением существующей вертикальной зональности соотношения сульфидных минералов в породе. Для нижних рудных горизонтов характерны медистые руды, где содержание меди в несколько раз превышает содержание никеля. В верхних же частях рудного слоя, соотношения меди и никеля примерно равны.

Лабораторные измерения, выполненные на коллекции рудных образцов Талнахского месторождения Норильской рудной зоны, показали, что при увеличении соотношения меди к никелю в руде происходит смещение максимума ЧХ ДФП в область низких частот, т.е. увеличивается временной параметр вызванной поляризации т (рис. 3.16). Кроме того, смещение максимума ЧХ ДФП может быть связано с изменением минерализации пластовых вод, за счет влияния соленого раствора, используемого для промывки скважин. Уменьшение сопротивления вмещающего электролита, как показали многочисленные измерения на рудных образцах разного состава, приводит к смещению ЧХ ДФП в область высоких частот (рис. 3.8).

При сопоставлении частотных характеристик ДФП с результатами рентгенофлуоресцентного и химических анализов, было замечено, что интервалам руд с высоким содержанием никеля и платиноидов отвечают кривые ЧХ с круто падающей высокочастотной ветвью. Угол наклона высокочастотной ветви ЧХ определяется, в данном случае, преимущественно, значением параметра С (рис. 3.3), и может быть простейшим образом оценен по разности значений потн на двух частотах, например 0.15 Гц и 4.88 Гц. На рисунке 3.17 видна высокая корреляция между графиками параметра Д^отн (0.15-4.88Гц) и «условным никелем» по нескольким скважинам Масловского рудопроявления.

0.1 1 частота (Гц) 10 100

Рис. 3.15. Типичные частотные характеристики потн (по ДФП) для: А) рудного интервала, Б) переходной зоны верхней части рудного интервала.

Рис. 3.16. Частотные характеристики потн (по ДФП) для рудных образцов Талнахского месторождения по результатам лабораторных измерений.

-Дг|ОТН (0.15-4.88ГЦ)

Рис. 3.17. Сопоставление графиков условного никеля и разности Д^отн , на частотах 0.15 Гц и 4.88 Гц, для рудного интервала некоторых скважин

Масловского рудопроявления.

3.5. Электротомография с использованием методики ИНФАЗ-ВП при

решении рудных задач

3.5.1. Электротомография в рудной геофизике

До 90-х годов прошлого столетия наиболее распространенными методами постоянного тока были вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ-ВП) и электропрофилирование (ЭП) [25, 26]. Однако, данные методики, хорошо зарекомендовавшие себя при изучении горизонтально-слоистых сред, оказываются малоэффективны на сложнопостроенных, неоднородных средах, которые характерны для большинства рудных районов.

В последние два десятилетия классические модификации метода сопротивлений все чаще заменяются электротомографией (ЭТ) - комплексом, включающим в себя, как методику полевых наблюдений, так и технологию обработки и интерпретации полевых данных, для неоднородных сред. Интерпретацию данных электротомографии проводят в рамках двумерных моделей с помощью специальных алгоритмов двумерной инверсии. В отличие от метода ВЭЗ, в котором интерпретируются отдельные кривые на профиле, в многоэлектродных зондированиях инверсия проводится для всего измеренного набора данных [23].

Для проведения работ методом электротомографии разработаны специальные многоэлектродные станции: Syscal-Pro (Iris Instruments, Франция); ABEM (Terrameter, LUND Imaging System, Швеция); ОМЕГА-48 (Логис, Москва), СКАЛА-48 (ИНГГ, Новосибирск) и др. Электроды соединяются со станцией с помощью специальной электроразведочной косы и могут использоваться, как в качестве приемных, так и в качестве питающих. Многоканальные системы измерений обеспечивает высокую технологичность работ, но имеют ряд ограничений.

Максимальная глубинность исследований со стандартными электроразведочными станциями составляет 100-150 м. Это ограничение связано с тем, что максимальная длина установки зависит от числа электродов и шага между ними. Обычно используется не более 100 электродов с шагом до 10-20

метров. Увеличение этих параметров приводит к существенному увеличению, как стоимости аппаратуры, так и веса электроразведочных кос. Кроме того, многоэлектродные системы редко работают с большими токами. Во-первых, многожильные кабели имеют ограничения по максимальным значениям тока и напряжения. Во-вторых, при работе используют относительно небольшие электроды, что в неблагоприятных условиях приводит к высоким сопротивлениям заземления. Одновременное обеспечение низкого переходного сопротивления для нескольких десятков электродов требует очень высоких трудозатрат.

Отметим также, что использование многожильных кос, в которых приемные и питающие линии совмещены, приводит к резкому увеличению индукционной наводки в измеряемом сигнале. Поэтому измерения кажущегося сопротивления и ВП возможны только во временной области.

Таким образом, при решении геологических задач, с глубиной исследования более 150-200 метров, многоэлектродные системы оказываются неэффективными и применяются другие методики полевых наблюдений. Как правило, используются электрические зондирования с частым шагом по профилю (1/5 -1/10 от глубины исследования). Сетка разносов и шаг по профилю подбираются таким образом, чтобы минимизировать число используемых положений электродов. Это необходимо для устойчивой двумерной инверсии. Основной установкой для глубинных электрических зондирований является дипольная осевая установка, для которой требуется минимальная длина проводов. При этом используется методика зондирований, когда при одном положении питающего диполя проводят измерения на максимально возможном интервале разносов. Для одного положения питающего диполя можно обеспечить необходимое качество заземления. Кроме того, в питающей линии можно использовать мощный генератор. Все это позволяет работать с уровнем тока, достаточным для устойчивой регистрации параметров ВП. Эффективно проводить измерения одновременно на нескольких приемных линях, тем самым, сокращая общее время наблюдений. Для этого используют многоканальные измерители с 6-10 каналами.

Часто, одновременно используется несколько многоканальных измерителей, что позволяет получать данные в широком диапазоне разносов.

3.5.2. Методика полевых наблюдений

Классической установкой для глубинных зондирований, в рудной геофизике, является дипольная осевая установка с длиной АВ и MN равной ста метрам, и с таким же шагом по профилю. Основной проблемой такой установки является ограниченный диапазон разносов. Минимальные разносы ограничены длиной приемной линии, а на максимальных разносах трудно проводить измерения из-за быстрого затухания поля короткого питающего диполя. Чтобы увеличить диапазон разносов, нужно проводить работы с несколькими питающими диполями различной длины.

Можно пойти другим путем, перейдя к использованию несимметричных установок. Например, использовать установку с большой длиной питающего диполя (200-800 м) и приемные линии различной длины: от 10-20 м на малых разносах, до 200-800 м на максимальном разносе. Шаг по профилю, в этом случае, составляет одну-две длины минимальной приемной линии. Такая установка позволяет исследовать, как малые, так и большие глубины, при одной длине питающего диполя.

На малых разносах, эта установка соответствует трехэлектродной установке Шлюмберже - влияние дальнего питающего электрода незначительно, на больших разносах получается обычная дипольная осевая установка, на средних разносах -несимметричная четырехэлектродная установка. Для визуализации полевых данных, необходимо для каждого измерения выбрать разнос и точку записи. Способ построения псевдоразрезов никак не влияет на результат 2D-инверсии, так как на вход программы инверсии подается положение всех четырех электродов, а не разнос и положение точки записи.

На рисунке 3.18 приведен пример такой установки, где показано, что при перемещении установки по профилю, многие электроды приемной линии используются многократно на разных разносах.

Рис. 3.18. Дипольная осевая односторонняя установка для электротомографии.

Разнесение питающей и приемной линии, в дипольной осевой установке, позволяет использовать методику фазовых измерений вызванной поляризации в частотной области - ИНФАЗ-ВП.

3.5.3. Инверсия на синтетических моделях

Для демонстрации возможностей предлагаемой установки, которую будем условно называть дипольно-осевой (АВ-МЫ), было выполнено математическое моделирование для ряда моделей с использованием программного обеспечения ZondRes2D [56]. Кроме несимметричной установки, расчеты выполнялись для комбинированной трехэлектродной установки Шлюмберже (АМЫ+МЫВ), при расстоянии между электродами 25 м.

На первом этапе были рассчитаны прямые задачи для нескольких простых моделей, имитирующих рудные тела различного размера и характера залегания. В качестве аномальных, задавались прямоугольные тела мощностью от 10 м до 100 м, залегающие горизонтально, наклонно, или вертикально на различных глубинах от поверхности. Вмещающий разрез - высокоомное (10000 Ом-м), слабополяризующееся (1%) полупространство, отражающее типичный разрез рудных провинций. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) аномальных тел - 1000 Ом-м, при поляризуемости - 10%. Слабый контраст по УЭС и высокие значения УЭС аномальных тел были заданы специально, имитируя вкрапленное оруденение, приводящее к незначительному понижению сопротивления рудных объектов.

Далее, результаты решения прямой задачи для двух типов установок инвертировались в программе ZondRes2D, отдельно по сопротивлению и поляризуемости. Параметры установок, использовавшихся для моделирования, приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

М^ м 25 25 25 25 25 25 25 25 125 125

АО, м 37.5 62.5 87.5 112.5 137.5 162.5 187.5 212.5 212.5 262.5

М^ м 125 125 125 125 375 375 375 375 375 375

АО, м 312.5 412.5 512.5 612.5 612.5 762.5 912.5 1037.5 1162.5 1287.5

Таблица 3.1. Сетка разносов для трехэлектродной установки Шлюмберже

АМ№МШ.

№ MN В А М N MN Разнос

1 -520 0 40 60 20 50

2 -520 0 60 80 20 70

3 -520 0 80 100 20 90

4 -520 0 100 120 20 110

5 -520 0 120 160 40 140

6 -520 0 160 200 40 180

7 -520 0 200 240 40 220

8 -520 0 280 320 40 300

9 -520 0 320 400 80 360

10 -520 0 400 480 80 440

11 -520 0 480 560 80 520

12 -520 0 560 640 80 600

13 -520 0 640 760 120 700

14 -520 0 760 920 160 840

15 -520 0 920 1120 200 1020

16 -520 0 1120 1320 200 1220

Таблица 3.2. Схема разносов дипольной осевой установки.

В качестве моделей рудных тел, были взяты тела простой геометрической формы, по физическим свойствам приближенные к реальным геологическим рудным телам: горизонтальный, вертикальный и наклонный прямоугольники с различными геометрическими и физическими параметрами.

Модель 1. Горизонтальный прямоугольник. Размеры тела: 100 м х 400 м, 50 м х 400 м, 10 м х 400 м; глубина залегания: 100 м, 200 м, 300 м; параметры