1 Увлажненные наносы, 2 – граниты, 3 – зона трещиноватости, 4 – глыбовые песчаники, 5 – глины

В методе естественного поля ложные аномалии фильтрационного происхождения выделяются по признаку их изменчивости во времени. Разновременные съемки дают в этих случаях графики потенциала, сходные по характеру, но различающиеся по абсолютным значениям. Последнее объясняется тем, что интенсивность фильтрации подземных вод зависит от времени года, в частности, от количества выпадающих осадков. Другим отличием этих графиков является их обратная связь с рельефом: график потенциала U представляет собой как бы зеркальное отображение рельефа земной поверхности вдоль профиля наблюдений.

Цель комплексной интерпретации геофизических данных — достижение однозначности геологического истолкования геофизических наблюдений. При этом различают комплексный анализ и комплексную интерпретацию полей. Под комплексным анализом понимается отработка комплекса различных признаков для решения задач геокартирования и районирования исследуемой площади (или разреза) на несколько классов, а также перспективных на полезные ископаемые участков. Комплексная интерпретация состоит в построении согласованной по всем полям комплексной физико-геологической модели, т. е. модели с оценками петрофизических свойств, формы и геометрии изучаемых объектов или геосреды. Комплексный анализ, как правило, обеспечивает качественную интерпретацию по оценке природы источников, а комплексная интерпретация — количественную оценку физических и геометрических параметров этих источников. Грани между анализом и интерпретацией часто стираются. Для данных отдельно взятого метода часто используется термин «физико-геологическая интерпретация», включающая уста­новление природы источников аномалий, их количественную оценку и геологическое истолкование.

При комплексном анализе геофизических данных требуется провести разделе­ние площади исследований по комплексу методов, основанных на расчете различных признаков (атрибутов, параметров) полей и отличающихся по геологической природе объектов исследований — классов. В том случае, когда имеется априорная информация о числе классов и о статистических характеристиках признаков для этих классов, т. е. в случае наличия эталонных объектов каждого класса, задача комплексного анализа сводится к распознаванию образов с предварительным обучением на эталонных объектах. Если же число классов неизвестно и нет информации о статистических характеристиках, задача комплексного анализа сводится к задаче классификации (распо­знавания образов без обучения или с самообучением) на некоторое, заранее неизвестное число однородных (по совокупности признаков) классов. При этом как число классов, так и статистические характеристики признаков оцениваются в процессе обработки исходных данных.

В качестве признаков для геофизических полей используются: статистические (среднее значение, дисперсия, асимметрия, эксцесс); градиентные (горизонтальные градиенты поля, полный градиент, направление полного градиента); корреляционные (интервал корреляции) и спектральные (видимый пространственный период или видимая частота, ширина спектра) измеряемых параметров полей. На эталонных объектах проводится оценка информативности признаков, т. е. способности признака (метода) различать срав­ниваемые объекты. Такая способность зависит от того, как часто определенные значения признаков поля встречаются у объектов прогнозируемого класса и как широко они распространены за их пределами.

При выборе комплекса геофизических методов в зависимости от имеющейся априорной информации возможны различные варианты. Первый из них связан с привлечением всех методов, которые в принципе способствуют решению поставленной геологической задачи (типовой комплекс методов). Выбор рационального комплекса проводится тогда, когда имеются данные об информативности отдельных методов и их различных сочетаний при решении конкретной задачи, а также экономические показатели методов.

Выбор геофизического комплекса достаточно индивидуален, поскольку зависит от поставленной конкретной задачи с учетом факторов как геологического, так и экономического характера. Однако большой опыт проведения геофизических исследований при решении различных задач в различных геологических условиях позволяет определить те положения (принципы), которые лежат в основе выбора любого геофизического комплекса. К таким принципам относятся:

• включение в состав комплекса методов, которые обеспечивают получение разнородной информации, т. е. информации о разных элементах и параметрах ФГМ изучаемых объектов, геосреды или процессов;

• соблюдение определенной последовательности (системности или стадийности) геофизических исследований, характеризующейся возрастающей детальностью изучения объекта, среды, процесса;

• разделение методов на основные и детализационные. С помощью основного (или основных) метода исследуют всю площадь по равномерной сети наблюдений. Остальные методы играют роль дополнительных, уточняющих и проводятся с большей детальностью на определенных профилях или на ограниченных по размерам участках, перспективность которых определена по данным основных методов;

• учет геоморфологии и других факторов, отражаемых в схемах районирования территории по условиям применения геофизических методов. Например, в условиях горного рельефа ограничены возможности сейсморазведки и гравиразведки, а при мощном чехле осадочных образований — магниторазведки;

• многократное чередование геологических, геофизических, геохимических и горнобуровых средств геологической разведки.

После проведения геофизических исследований выявленные аномальные участки детально изучают геологическими и геохимическими методами. В скважинах и выработках наряду с каротажем проводят наблюдения методами подземной геофизики. На основе полученных данных результаты полевых геофизических съемок интерпретируют заново, выполняют дополнительные геофизические работы по сгущенной сети и с привлечением ранее не применявшихся методов. Перспективные участки затем изучают более детально путем бурения новых скважин и проходки горных выработок.

При выборе комплекса методов для планомерного изучения больших территорий первоочередное внимание следует уделять аэрогеофизическим методам как наиболее производительным и экономичным, стремясь к использованию максимального числа измерительных каналов при съемке с борта одного самолета или вертолета. Аэрогеофизические исследования должны сопровождаться наземными детализационными работами с целью выявления аномалий на местности и выяснения их природы и перспективности. В наземный комплекс включаются аналоги аэрометодов или близкие к ним по изучаемым параметрам методы.

Формирование геофизического комплекса последовательно реализуется с учетом:

• построения априорной (предварительной) физико-геологической модели на основе поставленной геологической задачи и имеющейся информации об объекте исследования. Источниками геологической априорной информации являются: тектоника района, геоморфологические условия района (степень закрытости местности, развитие рыхлого покрова и кор выветривания), рельеф местности, состав вмещающей среды, проявления метаморфизма и др. Источниками геофизической информации служат: физические свойства пород и руд; измеренные физические поля, результаты физического и математического моделирования;

• изучения условий применимости геофизических методов для решения поставленной задачи. К таким условиям относятся: а) заметная дифференциация физических свойств пород'и руд; б) благоприятные геометрические параметры объекта исследований (форма, размеры, глубина и элементы залегания); в) достаточно низкий уровень помех;

• выяснения неоднозначности решения задачи отдельными геофизическими методами как по определению геологической природы выявляемых аномалий, так и по оценке количественных параметров объектов: формы, размеров, глубины и элементов залегания;

• расчета сети наблюдений и необходимой точности измерений. При этом используются параметры ФГМ, масштаб исследований, результаты решения прямых задач, экономические показатели съемки;

• комплексного анализа и комплексной интерпретации геофизических данных на базе различных методов и компьютерных технологий распознавания образов и классификации изучаемой территории на однородные области;

• оценки геологической информативности геофизических методов и их сочетаний на базе различных количественных приемов. Такая оценка позволяет осуществить выбор геологически эффективного комплекса, но при этом не учитываются экономические показатели;

• оценки экономической эффективности методов и их комплекса путем сравнения затрат при одинаковой геологической информативности двух и более методов.

При формировании геофизического комплекса выделяют следующие его виды:

1. Типовой комплекс, создаваемый для достаточно обобщенных и в то же время наиболее типичных геологических и геоморфологических условий проведения работ. Типовой комплекс может содержать избыточное число геофизических методов, поскольку в него включают все методы, в той или иной мере способствующие решению поставленной задачи. Например, при крупномасштабном геологическом картировании масштабов 1 : 50 000 и 1 : 25 000 основными задачами являются: геологическое изучение среды для обоснования поисков, выделение рудоносных структур и формаций, уточнение поисковых критериев с выделением рудоперспективных площадей. При этом типовой комплекс включает: аэрогеофизические съемки (магнитные, электромагнитные, гамма-спектрометрические); наземные электроразведочные работы (вертикальное электрическое зондирование и симметричное электропрофилирование; методы естественного поля, вызванной поляризации и переходных процессов — как детализационные); гравиразведка масштаба 1 : 50 000; сейсморазведка по отдельным профилям на открытых районах и площадная — на закрытых.

В качестве другого примера укажем на прогноз нефтегазоносности в осадочных басейнах, при котором решаются задачи: картирования литолого-стратиграфического комплекса и структурно-фациальных зон; выделения нефтегазолерспективных резервуаров, качественная и количественная оценка перспектив нефтегазоносности; выбор объектов для дальнейших исследований. При этом типовой комплекс включает: гравиметриче­скую и аэромагнитную съемки масштаба 1 : 200 000-1 : 100 000; электроразведку ЗСБ по системе опорных пересечений; сейсморазведку методами отраженных и преломленных волн, глубинное сейсмическое профилирование по системе опорных пересечений, а также параметрическое бурение на опорных профилях в различных структурно-фациальных условиях с проведением геофизических исследований скважин.

2. Рациональный комплекс, представляющий геологически и экономически обоснованное сочетание геофизических методов и сопровождающих их геологических и геохимических видов исследований с целью эффективного решения поставленной задачи. Особенностью рационального комплекса является его привязка к определенным, а не к типовым геологическим, геоморфологическим и геолого-экономическим условиям конкретного объекта. При этом необходима хотя бы приблизительная оценка информативности и экономических затрат для включаемых в комплекс геофизических методов. Рациональный комплекс создается на основе типового комплекса при наличии достаточного объема априорной информации, позволяющей оценить информативность отдельных методов и их различных сочетаний.

3. Внутриметодное комплексироваяие, при котором для решения задачи используются различные модификации одного геофизического метода, например, электропрофилирование и электромагнитное зондирование, комплекс методов отраженных и преломленных волн в сейсморазведке и т. д.

4. Внешнее комплексирование, представляющее собой сочетание геофизических методов с геохимическими и горно-геологическими исследованиями.

5. Технологический комплекс — сочетание геофизических методов, связанных единой технологией проведения работ по месту и по уровню наблюдений. В качестве технологических комплексов выступают: спутниковая геофизика, включающая измерения магнитного поля Земли, альтиметрию над океанами по измерениям обусловленного гравитирующими массами отклонения спутников от сферической орбиты, инфракрасную тепловую съемку в различных диапазонах спектра; аэрогеофизика с измерениями магнитного, гравитационного полей, сверхдлинноволновым радиопрофилированием, гамма-спектрометрическими измерениями (U, Th, К и общего канала), а также высотомером; геофизические исследования скважин (каротаж) с измерениями электрических полей с потенциал- и градиент-зондами, измерениями магнитной восприимчивости, волнового поля (акустический каротаж) и различных полей естественной и искусственной радиоактивности; морская геофизика, также представляющая собой технологический комплекс, поскольку на судне обычно одновременно проводятся измерения нескольких физических полей: магнитного, гравитационного, волнового; подземная (или шахтно -рудничная) геофизика — измерения физических полей в горных выработках и скважинах.

Следует отметить возможность изменения геофизических комплексов в пространстве, что отражает факт изменения физических полей на площадях с неодинаковым геологическим строением, хотя при этом может решаться одна и та же задача на одной и той же стадии работ.

Проектное задание разделу: Комплексирование геофизических методов

1. Составить схему классификации геофизических методов по решаемым геологическим задачам.

2. Охарактеризовать основные принципы комплексирования геологических, геофизических, геохимических и геоэкологических методов для решения геологических задач.

3. Дать определения типовых и рациональных комплексов.

4. Составить основные требования к составлению физико-геологических моделей.

5. Обосновать необходимость комплексирования наземных и дистанционных (аэрогеофизических и аэрокосмических) методов для решения геологических (поиски и разведка месторождений нефти, газа, руд, угля строительных материалов и др.) и геоэкологических (аварийные разливы нефти, утечки из магистральных продуктопроводов, подтопление территорий, мониторинг загрязнения промышленных и гражданских объектов и др.) задач.

6. Назвать основные принципы выбора геофизического комплекса и виды комплексирования геолого-геофизических методов.

7. Обосновать эффективность применения геофизических методов в гидрогеологии, инженерной геологии, мерзлотоведении, гляциологии, мелиорации, при экологических и техногенных исследованиях.

Тесты рубежного контроля по разделу: Комплексирование геофизических методов

1. Вопрос: Зачем необходимо геофизическое комплексирование?

Ответ: Чтобы получить возможно максимальную информацию об объекте исследований. Из-за неединственности и некорректности решения обратных задач геофизики. Для решения геологических задач при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Чтобы заменить более дорогостоящее бурение геологоразведочных скважин.

2 Вопрос: В чем суть физико-геологического моделирования?

Ответ: В решении прямых задач геофизики для проведения интерпретации аномалий в рамках решения обратных геофизических задач. В правильном определении размеров, формы и физических характеристик геологических объектов. В проведении измерений или математических расчетов над макетами геологических образований с целью получения аномальных эффектов.

3. Вопрос: Чем вызвана необходимость комплексирования наземных и дистанционных (аэрогеофизических и аэрокосмических) методов при решении геологических задач?

Ответ: Удешевлением геологоразведочных работ за счет сокращения объемов бурения. Ландшафтными и климатическими условиями и возможностью сокращения сроков работ. Анализом типовых и выбором рациональных комплексов геофизических исследований.

4..Вопрос: Каковы причины неоднозначности решения обратных задач геофизики?

Ответ: В неправильно выбранном комплексе геофизических методов. В теоретической (разные геологические объекты создают одинаковые аномалии) и практической (совпадение аномалий от различных объектов) эквивалентности. В отсутствии соответствующих программ обработки геофизической информации.

5. Вопрос: Как осуществляется выбор геофизических комплексов?

Ответ: На основе принципов оценки наибольшей информативности и экономической целесообразности применения геофизических методов. По критериям подобия с ранее проведенными работами. Путем выяснения степени неоднозначности в решении геологической задачи известных геофизических технологий. На основании инструкций и директивных документов.

• Критерии оценки по разделу Комплексирование геофизических методов.

Коллоквиум.

Литература к разделу: Комплексирование геофизических методов

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 254-273.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 277-287.

3. Ники тин А.А., Хмелевской В.К. Комплексирование геофизических методов: учебник для вузов. –Тверь: ООО «Изд-во ГЕРС», 2004. – 294 с.

Дополнительная:

1. Геоэкологическое обследование предприятий нефтяной промышленности /Под ред. Проф. В.А.Шевнина и доц. И.Н.Модина. – М.:РУССО, 1999.

2. Огильви А.А. Основы инженерной геофизики: Учеб. Для вузов/Под редакцией В.А.Богословского. – М.: Недра, 1990.

При подготовке лекций автор использовал известные учебники и учебные пособия, и справочники по геофизики. В числе этих источников работы Богословского В.А. и др (под ред. В.К. Хмелевского, 2007), Вахромеева Г.С. и Давыденко А.Ю. (1989), Мишона В.М. (1993), Огильви А.А. (1990) Орлёнка В.В.(2000), Хмелевского В.К.(1997), а также лекции профессора ЮФУ Фоменко Н.Е..

Авторам этих работ я выражаю благодарность за возможность применить их замечательные наработки в своих лекциях.

240