Комплекс геофізичних методів при середньомасштабному геологічному картуванні

Геологічне картування – процес послідовного вивчення геологічної будови земних надр. Картування проводиться на всіх стадіях геологорозвідувальних робіт і заключається в складанні геологічних карт, які являються основою прогнозу пошуків і розвідки родовищ корисних копалин.

Середньомасштабне геологічне картування - один з провідних напрямків регіонального дослідження і виконується планомірно на всій території країни з метою складання геологічних карт і виділення перспективних для знаходження ділянок корисних копалин. До них відноситься геологічна зйомка масштабу 1: 200000, випереджуючи геофізичні і геохімічні зйомки того ж чи більш крупного масштабу, а також деталізаційно-оцінювальні роботи. Основний зміст середньомасштабного геологічного картування - визначення особливостей геологічної будови, складу і структурних умов кристалічного фундаменту і перекриваючих його осадових товщ, виділення структур і формації сприятливих для накопичення і локалізації різних корисних копалин. В результаті робіт визначаються прогнозні ресурси по категорії Р₃.

Основні геологічні задачі геофізичних робіт при середньомасштабному геокартуванні:

а) дослідження глибинної геологічної будови і геотектонічного районуванні;

б) структури картування осадових товщ закритих районів кристалічного фундаменту складчастих районів, виділення основних районах структур - нафтоносних, рудоносних, вугленосних;

в) розчленування розрізу осадових порід за складом і літологічне картування порід кристалічного фундаменту під осадовою товщею і чохлом рихлих відкладів, виділення нафтоносних, рудоносних і вугленосних формацій;

г) вивчення тектоніки досліджуваних районів, виділення зон зім’яття, глибинних розломів, зон дроблення і порушення їх просторового положення і елементів залягання, тектонічних вузлів;

д) дослідження магматизму, виділення інтрузій, в тому числі скритих, визначення їх складу, розмірів, морфології залягання нижньої і верхньої кромок, рівня зрізу, приблизного віку, їх металогенічні спеціалізації, складання попередньої геологічної основи площі з елементами прогнозу;

ж) виділення рудних поясів, районів і вузлів, нафтоперспективних внутрішніх впадин і валів, вугленосних мульд, визначення пошукових критеріїв.

Супутникова геофізика

Супутникова геофізика дозволяє виявити основні лінеаменти земної кори (глибинні розломи і розривні порушення), виділяти кінцеві структури і встановлювати їх зв’язок з тектономагматичними структурами, просліджувати складчасті системи під чохлом мезокайнозойських відкладів, визначати ознаки і структуру взаємодії літосферних плит, вияснити особливості гідрогеологічних і інженерно-геологічних умов району.

Гравіметрією встановлюється кореляція аномальних значень гравітаційного потенціалу з характеристикою руху і акумуляції глибинних мас. Гравітаційний потенціал залежить від потужності і складу земної кори, а також від складу мантійних мас.

Магнітометрією досліджується морфологія головного магнітного поля Землі і її залежність від особливостей глибинної будови земної кори. З допомогою повторних зйомок детально вивчаються зміни структури магнітного поля в часі. Світові, материкові і регіональні аномалії магнітного поля представляють інтерес для встановлення зв’язків процесів, які відбуваються в ядрі і мантії, з геотектонічними процесами, які проявилися в верхніх її шарах.

Найбільш широко використовується інформація інфрачервоних космічних зйомок. Накопичений досвід побудови температурних карт окремих регіонів Землі, на яких чітко проявляються лінійно-полосові аномалії під зонами розломів, кільцеві аномалії, обумовлені вулкано-тектонічними структурами, накладені впадини і інші елементи.

Аерогеофізичні зйомки

Магнітна зйомка - основний метод комплексу. Призначається для вивчення складу і рельєфу кристалічного фундаменту, рідше порід осадової товщі, виділення рудоносних поясів і продуктивних формацій складчастих дислокацій, поясів інтрузивного магматизму, картування інструкцій, зон зім’яття і тектонічних порушень, зон проявлення регіонального метаморфізму. Застосування зйомок сприяє: диференціація порід по магнітних властивостях; збільшення магнітності із підвищенням основності порід, їх зміни в зонах розломів, зім’яття, дроблення під впливом метаморфізму, метасоматозу, гіпергенезу; різниця магнітних характеристик контактуючих блоків, інтрузій (в залежності від їх складу, морфології, часу внедріння); проявлення магнетитової мінералізації, масштаб зйомки 1: 100000 у відкритій місцевості і 1: 20000(в закритій). Відстань між маршрутами відповідно 1 і 2км, погрішність фотоприв’язки маршрутів ±60м. Зйомки середньої точності (5-15 нТл) можуть проводитись в умовах широкого розвитку магматичних комплексів, високої точності (< 5 нТл) - на площах розвитку слабомагнітних утворень. По опорних профілях глибинної сейсморозвідки і електророзвідки проводять повисотні аеромагнітні спостереження (для встановлення зв’язку глибинної і приповерхневої будови).

Для комплексного аналізу геологічних і геофізичних даних складають карти ізодинам Та, карти елементів геомагнітного поля, петромагнітні карти і інтерпретаційні схеми. На карти елементів геомагнітного поля виносяться осі додатних і від’ємних аномалій, сукупність яких дає уяву про розміщення і простягання основних формацій і структур.

Гамма-спектрометрична зйомка виконується в даних умовах в комплексі з аеромагнітною зйомкою в районах одноярусної будови з незначною потужністю рихлих відкладів (декілька метрів). ЇЇ роль в комплексі допоміжна - для виявлення металогенічних зон з підвищенням і кларками радіоактивних елементів, виділення формацій з рідкометалевою мінералізацією, картування інтрузій кислого і лужного складу, кислих вулканічних порід, тектонічних порушень, зон метаморфізму. Передумови для використання методу - підвищена радіоактивність інтрузивних і вулканогенних утворень кислого і лужного складу і мінімальна у основних і ультраосновних порід; її зміна під впливом метаморфізму в залежності від віку утворень.

Масштаб зйомки відповідає масштабу аеромагнітних зйомок, висота польотів 100 - 200м. При комплексному аналізі геофізичних даних використовуються карти загальної радіоактивності чи карти вмісту урану, торію, калію, карти їх відношення і інтерпретаційний параметрів (перспективності).

Електромагнітна зйомка може виконуватись як в комплексі з аеромагнітною зйомкою, так і самостійно, в рудних районах. Використана модифікація - зйомка електромагнітних полів (АЕМП). Призначення зйомки - вивчення блокової будови фундаменту, виділення зон дроблення і зім’яття, глибинних розломів, картування низькоомних порід. Вирішенню цих задач допомагає зміна електричних властивостей порід в зонах розломів, зім’яття дроблення під впливом розсланцювання, метаморфізму та метасоматозу, а також різкі відмінності в електричних властивостях контактуючих блоків. Найбільш надійні аномалії спостерігається над елементами геологічної будови, які мають відносно невисоку провідність і великі розміри. Для методу характерна значна глибинність досліджень (до 500-1000м).

Масштаб зйомки переважно 1: 200000. Висота польотів не нижче 200м, що пов’язана з необхідністю пониження рівня завад від приповерхневих геологічних утворень. Результативним матеріалом зйомок являються карти графіків тангенсів кутів нахилу вектора магнітної складової поля, карти елементів електромагнітного поля і інтерпретаційні карти і розрізи. При необхідності аерозйомки цим методом можуть бути замінені наземними роботами, які виконуються по системі маршрутів через 2-4км.

Інфрачервона (ІК) зйомка рекомендується для широкого використання в комплексі з іншими аерогеофізичними зйомками при виділенні глибинних розломів, зон зім’яття і дроблення, вивчення зон сучасної вулканічної і гідротермальної діяльності, грейзенізації, фумарол, грязевих вулканів, дослідження гідротермальних умов. Зйомка основана на використанні зображень, отриманих в області спектра інфрачервоного випромінювання (2-14). Цьому допомагає різниця теплофізичних властивостей геологічних утворень, прояв енергоперетворюючих геологічних процесів, зміна теплового потоку в різних геоструктурних умовах, різниця теплового режиму в залежності від характеру проявів тектонічних рухів, метаморфізму, магматизму, а також рух підземних вод і вологості порід.

Зйомку потрібно проводити в масштабі аеромагнітної зйомки з використанням фотоелектричних і теплових приладів. Для інфрачервоного випромінювання характерне краще проходження через атмосферну димку і невеликої щільності тумани в порівнянні з видимим, підвищена дальність “фотографічної ” видимості (в 4-8) в умовах чистої атмосфери, можливість виконання зйомок в темноті і ін.

Різниця в інтенсивності теплового поля окремих геоструктур обумовлені різницею їх геологічної будови і історії геологічного розвитку. Серед локальних аномалій найбільш розповсюджені флуктації теплового потоку, викликані гідрогеологічними факторами і енергоперетворюючими геологічними процесами. В процесі аналізу матеріалів ІЧ-зйомки можуть бути використані карти геотемпературного поля.

Наземні роботи

Гравіметрична зйомка – основний вид наземних робіт – виконується з метою вивчення геотектонічної будови і складу складчастого фундаменту, внедріння інтрузій, їх диференціація по складу і часу внедріння, картування зон тектонічних порушень, дроблення, зім’яття, метаморфізму, виділення і вивчення плікативних структур. Цьому сприяє диференціація порід по щільності, відбиття в гравітаційному полі, зміни складу і умов залягання порід, інтрузій, гранітоїдів (мінімуми), основного і ультраосновного складу (максимуми), зміна щільнісних характеристик порід в зонах порушення, зім’яття, дроблення, а також під впливом метаморфізму та метасоматозу. Масштаб зйомки 1: 200000. Перед зйомкою складають опорну сітку, щільність якої складає один пункт на 100 – 400км², а похибка ^-5 м/с². Сітка спостережень (3 – 5)*1км при вивченні витягнутих по простяганню структур і (2 – 3)*2км – близьких до ізометричних. У високогірних районах проводиться зйомка маршрутного характеру. Середня квадратична похибка визначення аномалій сили тяжіння складає . Гравірозвідка разом з електророзвідкою ВЕЗ дозволяє враховувати вплив рихлого покрову і погребеного рельєфу. При комплексному аналізі враховуються карти ізономал сили тяжіння в редукції Буге (спостереженого поля) і карти трансформованого поля, карти елементів гравітаційного поля, петрощільнісні карти, елементи структурно-літологічних карт і прогнозу.

Електророзвідка представлена в комплексі однією з модифікацій електрозондування – ВЕЗ, ДЕЗ, ЗСП, ЧЕЗ, вони дозволяють вирішити такі задачі: структурне картування осадових товщ і складчастої основи, визначення глибини залягання фундаменту, рельєфу цієї поверхні, потужності і складу перекриваючих осадових товщ, картування зон розломів, гідротермальної переробки. Цьому дозволяє диференціація за електричними властивостями осадових, метаморфічних і магматичних порід, різниця електричних характеристик у порід фундаменту і осадових відкладів у порід, які складають ядра і крила структур.

Масштаб зйомки 1: 200000 методом ВЕЗ переважно вивчаються структури на невеликих глибинах (до 300 – 500м), ДЕЗ і ЧЕЗ – до 1000 – 2000м і більше, ЗСП – до 4000 – 5000м. Метод ВЕЗ застосовується для вивчення чохла рихлих відкладів, які перекривають корінні породи. Сітка зйомки (4 – 5)*2; 3*2; 2*1; 2*0, 5км. За даними зйомки будуються гіпсометричні карти по опорних горизонтах і карти ізопотужності рихлих відкладів, які можуть служити основою для районування території за умовами ведення робіт. ДЕЗ і ЗСП частіше використовуються для структурного картування складчастої основи. У закритих районах досліджувана площа покривається системою профілів через 5 – 10км, точки спостереження розміщуються через 1 – 2км. Метод ЗСП ефективний при наявності в розрізі електричних екранів (високоомних).

Сейсмологічні дослідження включаються в комплекси для виділення сейсмогенних структур, дослідження гіпсометрії опорних горизонтів. Хороші умови для застосування методу – різні кінематичні і динамічні особливості хвильового поля в різних блоках, різка зміна сейсмологічних умов в зоні розлому, сейсмічна активність окремих структур. Реєстрація поздовжніх Р і поперечних S хвиль від близьких землетрусів (до 1000км) дозволяє встановити положення фундаменту і неглибоких границь розділу сейсмогенних структур джерел землетрусів. Спостереження потрібно виконувати при груповому використанні 10 – 20 станцій по взаємно перпендикулярних профілях. Відстань між станціями 2, 5 - 5км, в порівняно відкритих і напівзакритих районах роботи потрібно проводити по окремих перетинах, в закритих – площадні дослідження з густотою профілів через 10 – 15км.

Сейсморозвідка (середньочастотна) широко використовуються в закритих районах, рідше – в складчастих районах. Основне її призначення – дослідження глибинної будови, визначення глибини залягання і структурне картування складчастого фундаменту, виділення і прослідковування регіональних розломів, дослідження складу і морфології крупних інтрузивних плутонів, розчленування і вивчення структурних умов осадової товщі. Передумовою застосування сейсморозвідки є різниця швидкостей (середніх, пластових, граничних) розповсюдження пружних хвиль в складчастому фундаментів і осадовій товщі, утворення в них поздовжніх і поперечних, обмінних, відбиваючих, заломлених і хвиль інших типів, наявність дифракції пружних коливань в зонах порушення.

Застосовані методи – МВХ і КМПХ. Роботи проводяться по системі профілів через 20 – 40км. Глибинність дослідження до 8 – 10км обумовлена необхідністю вивчення осадової товщі у верхній частині гранітного шару. В платформенних областях, в міжгірських і передгірських впадинах, а також в закритих районах складчастих областей сітка сейсмічних профілів може бути більш густою. КМПХ використовується переважно для встановлення рельєфу, складу і структурних відкладів поверхні кристалічного фундаменту, виділення основних границь розділу в осадовому чохлі, МВХ – основний метод вивчення складнопобудованих структур фундаменту, інтрузивного магматизму, детального розчленування осадової товщі і уточнення його структурних умов. Ці методи доповнюються свердловинними дослідженнями методами каротажу (СК і АК) і вертикальним сейсмічним профілюванням (ВСП). Вони використовуються для вивчення швидкісного розрізу і ув’язки сейсмогеологічного і геологічного розрізів.

У склад комплексів геофізичних методів входять рекогносцировані геохімічні зйомки, які сприяють встановленню зв’язку геофізичних полів з розміщенням корисних копалин і виділення рудоперспективних аномальних зон. Виконуються вони після електророзвідувальних робіт методом ВЕЗ, по даних яких виділяються доступні площі. Вибір того чи іншого геохімічного методу базується на геохімічному районуванні території. Геохімічними методами знаходять потоки і поля розсіювання елементів-індикаторів, в комплексі з геофізичними даними вибирають перспективні площі для пошуків. Використанню цих зйомок сприяє наявність механічної, фізико-хімічної і біогенної міграції хімічних елементів, прояв сингенетичного і епігенетичного розсіювання елементів утворення механічних і сольових ореолів розсіювання полів і потоків розсіювання.

Найбільш розповсюдженим їх видом є літохімічна зйомка потоків і полів розсіювання, які застосовують в комплексі на порівняно відкритій площі рудних районів (рихлий покров до 10-15м). Виконується вона в масштабі 1: 200000 по сітці профілів чи маршрутів (через 2км). Відстань між точками відбору проб 50-100м. Аналіз проб напівкількісний спектральний (на 30-40 елементів).

Гідрохімічну зйомку потрібно використовувати в закритих районах з потужністю рихлого покрову більше 15-20м. Вона здійснюється шляхом опробування водних джерел. Зйомка призначається для виявлення гідрохімічних аномалій, обумовлених прихованим зруденінням. Водногелева зйомка включається в комплекс на площах перекритих осадовою товщею і рихлим покровом значної потужності (більше 50-100м). Зйомка заснована на наявності зон різної проникності і геодинамічної активності різних форм знаходження гелію в надрах (твердої, рідкої, газоподібної), зв’язку підвищених концентрацій гелію з глибинними розломами, а також на високих пружних властивостях гелію. Це допомагає вирішенню таких задач, як вивчення проникності земної кори, виявлення тектонічних вузлів, мобільних розломів над потужними відкладами.

За результатами робіт будують карти ізоконцентрат елементів розміщення полів і потоків розсіяння гідрохімічних елементів, розповсюдження гелію.

Методи каротажу виконуються для дослідження розрізу опорних і картованих свердловин. З їх допомогою вивчають літохімічний склад порід розрізу, його структурних умов, виділяють кору вивітрювання, виясняють природу геофізичних і геохімічних аномалій, а також визначають геофізичні властивості порід в природних умовах. В комплекс входять методи електричного (КС, ПС), магнітного (КМВ), радіометричного (ГК, ГГК) і сейсмічного (СК, АК) каротажу. В опорних свердловинах обов’язково застосовуються також методи дослідження технічного стану свердловин(інклінометрія, кавернометрія і термометрія)

Геологічні види робіт в комплексі призначаються для вивчення геологічної природи геофізичних і геохімічних аномалій, по можливості розкриття аномально утворюючих об’єктів, відбору геологічних зразків для вивчення фізичних властивостей і попередньої оцінки перспектив аномальних зон. В склад цих робіт входять: геологічне дослідження аномалій(у відкритій місцевості), проходка контрольних легких вибірок (в слабо закритій) і буріння неглибоких (до 100-150м) картованих свердловин (в закритій), геохімічне опробування свердловин.

Всі вказані вище методи застосовуються у визначеній послідовності:

1) аерофізична зйомка з повітряною і наземною деталізацією;

2) гравіметрична зйомка з електрозондуванням;

3) геохімічні дослідження з деталізацією геохімічних аномалій;

4) геологічні дослідження аномалій і комплексні геолого-геофізичні спостереження по інтерпретаційних профілях відбір зразків для визначення фізичних властивостей;

5) глибинні електрозондування, сейсмологічні дослідження сейсморозвідка МВХ і КМПХ профільна і площадна, буріння картованих свердловин, параметричне спостереження, каротаж свердловин;

6) комплексні (сейсмо-, електро-, граві-, магніторозвідка) спостереження по опорних профілях, каротаж опорних свердловин.

В результаті комплексного аналізу матеріалів геофізичних робіт надаються:

1) карта геофізичної вивченості масштабу 1: 200000;

2) карта ізоліній і графіків магнітного поля і карти ізоліній в масштабі 1: 200000;

3) граміметричні карти масштабу 1: 200000 – карти ізоаномал в редукції Буге і карти трансформованого гравітаційного поля і кінцевих аномалій;

4) карта ізогіпси покрівлі кристалічного фундаменту масштабу 1: 200000 по матеріалам електророзвідувальних (ВЕЗ, ДЕЗ), сейсморозвідувальних робіт і буріння;

5) геохімічна карта – карта вторинних ореолів розсіювання різних елементів чи їх груп за відкритими площами в масштабі 1: 200000 (крім ореолів розсіяних металів, на геологічну карту наносять також результати гідрохімічного опробування);

6) карта поля гамма-радіоактивності в масштабі 1: 200000;

7) петромагнітна карта масштабу 1: 200000; складається з використанням матеріалів вивченості фізичних властивостей і розрахункових даних кількісної інтерпретації аномалій магнітного поля;

8) схематична геологічна карта домезозойського фундаменту (геолого-геофізична карта) масштабу 1: 200000; є основним результативним матеріалом (на ній повинна найти розшифрування геологічної природи по можливості всіх основних елементів спостережених геофізичних полів, які представляють інтерес для вивчення глибинної геологічної будови);

9) геолого-геофізичні розрізи масштабу 1: 200000 (розрізи – один-два – складаються на кожен лист масштабу 1: 200000; по можливості вони суміщуються з лініями свердловин або сейсмічними профілями);

10) схема елементів прогнозу в масштабі 1: 200000; підготовлюється у вигляді відповідної карти-накладки по сумі геофізичних, геохімічних і геологічних даних; за ступенем перспективності і з врахуванням геолого-геофізичної вивченості виділяються пошукові площі першої, другої і третьої черги.

Список використаної літератури

1. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач. Под редакцией Никитского В.Е. и Бродового В.В.-М.: Недра, 1976.-495с.

2. Тарханов А.Г., Бондаренко А.М., Никитин А.А. Комплексирование геофизических методов.- М.: Недра, 1982.-295с.

3. Клушин И.Г. Комплексное применение геофизических методов для решения геологических задач. - Л.: Недра, 1986.-311с.

4. Матеріали VI Міжнародної наукової конференції " Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища", м. Київ, 6-8 жовтня 2005р. - К., 2005.-234с.