|
ПОИСКИ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК МЕТОДОМ АМТЗ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТУРЫ АКФ
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В настоящее время значительную актуальность имеет вопрос выбора наиболее эффективных методов электроразведки для поисков кимберлитовых трубок. Это обусловлено с одной стороны открытием в последние годы практически немагнитных высокоалмазоносных трубок, не выделяющихся при помощи магниторазведки, а с другой стороны связано с недостаточной эффективностью импульсных методов электроразведки, которые традиционно применяются при поисковых работах. Метод аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ) имеет ряд преимуществ перед импульсными методами при изучении неоднородных сред: более простая структура первичного поля (плоская волна), реализация тензорных измерений, позволяющих изучать малоконтрастные аномалии и обеспечивающих более достоверную интерпретацию данных в сложных геологических условиях.
В статье рассмотрены результаты первого применения метода АМТЗ в 2000 г . для решения поисково–картировочных задач на алмазоперспективных площадях в Якутии и Архангельской области. При проведении работ использовалась двухканальная аппаратура АКФ–2, разработанная и изготовленная в С.–Петербургском государственном университете, и четырехканальная аппаратура АКФ–4, разработанная в СПбГУ и выпускавшаяся в 1995–1996 г.г. ФГУ ГП «Геологоразведка».
ОСНОВЫ МЕТОДА АУДИОМАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Метод АМТЗ основан на изучении поверхностного импеданса естественного электромагнитного поля Земли в диапазоне частот от единиц герц до первых тысяч герц [6]. Основным источником электромагнитных полей звукового диапазона частот является, по мнению многих исследователей, грозовая активность
в экваториальной части Земли, и эти поля имеют шумовой характер. Измерения естественных электромагнитных полей в рассматриваемом диапазоне частот позволяют изучать геоэлектрический разрез в диапазоне глубин от первых десятков метров до первых километров. При этом обеспечивается высокая производительность измерений при относительно невысокой стоимости проведения работ, что позволяет применять метод АМТЗ для площадных поисковых работ.
Важным достоинством метода АМТЗ является возможность аппроксимации первичного поля плоской вертикально падающей волной. Это наиболее простая модель поля, и для нее детально разработаны способы интерпретации результатов измерений для случаев горизонтально–слоистой и горизонтально–неоднородной сред. В изучаемом частотном диапазоне естественное поле не обладает выраженной поляризацией, что позволяет реализовать тензорные измерения и получать информацию о строении горизонтально–неоднородных сред. Алгоритмы используемых программ интерпретации данных позволяют отбраковать проводящие объекты в составе перекрывающей толщи от протяженных на глубину кимберлитовых тел. При этом можно изучать изменчивость свойств геоэлектрического разреза по глубине и использовать для выявления трубок наиболее контрастные по отношению к вмещающим породам части трубочных тел.
В настоящее время значительно повышена точность наблюдений (до 2 % по кажущемуся сопротивлению и 1 градуса по фазе импеданса) и достоверность интерпретации данных АМТЗ. Случайные флуктуации сигналов большой амплитуды надежно отбраковываются при помощи алгоритмов обработки, реализованных в программном обеспечении аппаратуры АКФ. Оставшаяся шумовая часть сигнала практически стационарна, а линейные связи между сопряженными компонентами поля не зависят от времени суток.
Рассмотренные особенности метода АМТЗ дают возможность считать метод АМТЗ надежным средством картирования сложных в геоэлектрическом отношении и слабоконтрастных геологических структур и выявления кимберлитовых трубок.
Аппаратура АКФ–4 позволяет регистрировать четыре автокорреляционные функции сигналов, поступающих с двух ортогонально ориентированных индукционных магнитных датчиков и двух заземленных электрических линий, а также шесть взаимных корреляционных функций между всеми парами сигналов. Рабочий диапазон частот аппаратуры составляет 1–3200 Гц. Расчет корреляционных функций проводится в реальном времени сигнал — процессором ADSP2105. Длина автокорреляционных функций составляет 256 временных точек, количество циклов накопления может меняться в широких пределах, но практически используется 128 или 256 циклов. Для расчета корреляционных функций использован алгоритм, который позволил получить значения функций с одинаковым весом при всех временных сдвигах. При длительности накопления сигнала 128 циклов статистическая ошибка оценки корреляционной функции вполне приемлема для получения устойчивых спектральных характеристик сигналов.
Расчет спектральных плотностей мощности изучаемых сигналов проводится на основе быстрого преобразования Фурье программой CR4 после сброса корреляционных функций на Notebook. Для оценки достоверности результатов полевых измерений используется значения когерентности сигналов от магнитных датчиков и электрических линий. Комплекс программ AMTACF4 позволяет рассчитать по главным направлениям тензора импеданса кажущиеся сопротивления и фазы импеданса Rк1, F1 и Rк2, F2, а также азимуты главных направлений тензора импеданса. В том случае, если на участке работ имеются двухмерные структуры, указанные пары кривых кажущихся сопротивлений и фаз импеданса отвечают Е– и Н– поляризованным полям. Разделение пар кривых на два массива данных является важным этапом интерпретации материалов полевых наблюдений по профилям и в целом по площади.
Аппаратура АКФ–2 имеет два канала регистрации сигналов, поступающих с индукционного датчика магнитного поля и ортогонально расположенной заземленной электрической линии. Результаты обработки корреляционных функций позволяют получить спектры кажущегося сопротивления, фазы импеданса и парной когерентности по направлению раскладки приемной линии в диапазоне частот 8–300 Гц. Двухканальная аппаратура АКФ–2 более производительная, чем четырехканальная АКФ–4, однако, ее применение рекомендуется в относительно более простых ситуациях для однородных сред или известном и выдержанном простирании двухмерных структур. При наличии двухмерных объектов и несовпадении направления измерительной установки с простиранием или падением пород или при наличии трехмерных объектов когерентность регистрируемых сигналов снижается до значений 0,5–0,7, в то время как на горизонтально однородных участках когерентность во всем диапазоне частот превышает величину 0,9.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ В ЯКУТИИ
Опытно–методические работы с аппаратурой АКФ–4 были выполнены на участке локализации кимберлитовой трубки Амакинская (Мирнинское кимберлитовое поле). Трубка практически выходит на дневную поверхность. Она состоит из двух тел, при этом большее тело имеет форму эллипса с размерами длинной оси около 180 м , а короткой — около 80 м . Вмещающими трубочное тело являются карбонатные породы кембрия и ордовика. В разрезе на глубинах от 200 до 500 м присутствует горизонт низкого удельного сопротивления, связанный с региональным водоупором минерализованных вод (метегерская свита кембрия). В 250 м восточнее трубки находится Западный региональный разлом, залеченный трапповой дайкой с зоной дробления около нее. Верхняя кромка дайки расположена на глубине 200 м .
По данным индукционного каротажа удельное электрическое сопротивление R кимберлитов трубки Амакинская составляет 30–60 Омм, причем менее проводящими являются приконтактовые зоны и верхняя часть трубки. Для вмещающих терригенно–карбонатных пород в верхней части разреза характерны значе-ния R = 150–300 Омм.
Целью работ на участке трубки Амакинская была оценка возможностей метода АМТЗ при изучении разреза и выбор наиболее информативных характеристик измеряемого поля для выявления трубочных тел с целью их дальнейшего использования в более сложных ситуациях при поисках трубок на закрытых площадях. Зондирования выполнены по трем широтным профилям с расстоянием между ними 100 м . Каждый профиль имел длину 3500 м . Расстояние между точками зондирований в районе трубочного тела составляло 40–60 м, а на удалении 100–200 м. Нумерация точек зондирований осуществлялась от центра трубки. Первый профиль проходил через центр трубки, второй — по ее кромке, а третий — в 100 м севернее кромки трубки. Всего на трех профилях выполнены зондирования на 110 точках.
По результатам обработки полевых наблюдений получены пары кривых Rк1, F1 и Fк2, F2 в диапазоне частот от 8 до 170 Гц. Разделение кривых зондирований на два массива было проведено по величине кажущегося сопротивления. К первому массиву отнесены значения с меньшим кажущимся сопротивлением, а ко второму — с большим. Кривые первого массива обозначены Rк min, Fmin, кривые второго массива — Rк max, Fmax.
Полученные материалы изображаются в виде исходных характеристик поля и результатов интерпретации кривых зондирований. На рис. 25а приведена одна из форм представления исходных характеристик поля — площадная схема минимальных значений кажущегося сопротивления на частоте 14 Гц. Как показал сравнительный анализ, значения Rк min более информативны с точки зрения выделения аномалии от трубки по сравнению с Rк max. На схеме трубка отмечается пониженными значениями Rк min. Контур трубки показан полуовалом вблизи точки 0. Кроме трубки пониженными значениями кажущегося сопротивления в интервале профиля 200–500 м отмечается зона дробления около Западного разлома.
Рис. 25 ПЛОЩАДНАЯ СХЕМА КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ЧАСТОТЕ 14 ГЦ (А), ВЕКТОРЫ ГЛАВНОГО НА-ПРАВЛЕНИЯ ТЕНЗОРА ИМПЕДАНСА (Б), ИЗОЛИНИИ ВЕКТОРОВ к. MIN (В)
Трубка Амакинская. Миркинский район
Векторы главных направлений тензора импеданса также являются параметрами, получаемыми при обработке данных АМТЗ [1, 2]. Они могут быть использованы для оценки структурных особенностей изучаемой толщи пород. При выдержанном простирании пород эти векторы ортогональны. При этом Rк, min направлено по простиранию более проводящего пласта, а Rк max — в ортогональном направлении. В более сложных по структуре средах эти векторы разворачиваются, нарушается их ортогональность. При решении задачи поиска кимберлитовых трубок векторы главных направлений являются весьма информативными параметрами, позволяющими не только установить наличие аномалиеобразующего объекта, но и определить его возможное положение относительно точек зондирования.
Азимуты, отвечающие векторам Rк min в районе трубки Амакинская на частоте 14 Гц, показаны на рис. 25б. Из рисунка видно, что на удалении от трубки векторы Rк min достаточно выдержаны по направлению и ориентированы соответственно по меридиану. Вблизи трубки векторы Rк min огибают трубку. Для большей наглядности были построены изолинии направлений этих векторов (рис. 25в). Изолинии векторов Rк min окружают трубку и ее влияние заметно на расстоянии около 100 м от края трубочного тела (более заметное влияние наблюдается в широтном направлении от трубочного тела). Характерный вид изолиний рассматриваемых векторов наряду с другими параметрами может служить поиско-вым признаком кимберлитовых тел изометрической формы.
1–D интерпретация кривых АМТЗ была выполнена методом эффективной линеаризации (МЭЛ) [4]. Особенностью данного типа 1–D интерпретации является отказ от параметризации разреза (например, в виде набора слоев с постоянными значениями удельного сопротивления). Использованный подход позволяет детализировать искомый разрез в тех областях глубин, о которых имеется информация в исходном наборе значений кажущегося сопротивления и фазы импеданса. В тех областях глубин, о которых в исходных данных информации недостаточно, решение стремится к начальному приближению. В качестве начального приближения обычно выбирается однородное полупространство. При этом стремящееся к минимуму значение невязки обеспечивает высокий уровень соответствия исходным данным найденного решения. Результатом интерпретации являются кривые зависимости удельного электрического сопротивления от глубины R(h), которые могут быть получены по любой паре исходных данных: Rк min и Fmin, Rк max
и Fmax или эффективных значений Rэфф (среднее геометрическое Rк min и Rк max) и Fэфф (среднее арифметическое Fmin и Fmax). Пример кривой R(h), полученной по минимальным кривым Rк min и Fmin на одной из точек зондирований, приведен на рис. 26а. Как видно из рисунка, значения удельного сопро-тивления пород в интервале глубин от 50 м до 2000 м меняются в основном от 30 Омм до 200 Омм.
По результатам 1–D интерпретации кривых Rк min, Fmin получен геоэлектрический разрез по профилю 1 (рис. 26б). На разрезе кимберлитовая трубка отчетливо выделяется низкими значениями удельного сопротивления. Помимо трубки на разрезе выделяется проводящая зона дробления около Западного разлома и слой пониженного удельного сопротивления в интервале 250–450 м, соответствующий метегерскому горизонту вмещающей толщи терригенно–карбонатных пород.
Рис. 26 РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ АМТЗ УЧАСТКА КИМБЕРЛИТОВОЙ ТРУБКИ АМАКИНСКАЯ
а – пример кривой интерпретации методом МЭЛ,
б – разрез 1–D по профилю 1,
в – разрез 2Д,
г – площадная схема удельного сопротивления
слоя на глубине 150 м .
По профилю 1 также была выполнена 2-D интерпретация данных с использованием программы REBOCC [5]. Для интерпретации были рассчитаны значения кажущегося сопротивления и фазы импеданса на направления вдоль профиля (кривые Н–поляризации) и кривые ортогональные профилю (кривые Е– поляризации). Интерпретация проведена по кривым Е– поляризации с использованием результатов 1–D интерпретации (рис. 26в). На полученном разрезе отмечается кимберлитовое тело и проводящая зона дробления
в районе Западного разлома. В отличие от результатов 1–D интерпретации в этом случае фиксируется наклон трубочного тела в сторону дайки, что совпадает с данными бурения. В глубинной части разреза от 250 до 450 м выделяется слой пониженного удельного сопротивления, соответствующий метегерской свите. Этот слой наиболее близок к поверхности в районе трубки и соседнего с ней разлома. На разрезе по результатам 1–D интерпретации он отмечается менее отчетливо. Следует заметить, что картирование подобных горизонтов во вмещающих породах имеет большое значение для оконтуривания алмазоносных районов. Контур Мирнинского кимберлитового поля соответствует перегибу кровли метегерской свиты [3].
Наряду с рассмотренными выше срезами по частоте значений кажущегося сопротивления (рис. 26а) для геологических построений и задания проверочных скважин целесообразно использовать схемы распределения полученных по результатам интерпретации значений удельного сопротивления пород на различных глубинах. На рис. 26г такая схема приведена для глубины 150 м . Кимберлитовая трубка отмечается пониженными значениями удельного сопротивления по профилям 1 и 2.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ В АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
Работы методом АМТЗ с использованием четырехканальной аппаратуры АКФ–4 были выполнены на одной из кимберлитовых трубок, перекрытых песчано–глинистыми отложениями четвертичного возраста мощностью около 50 м . Трубочное тело в верхней части сложено туфогенно–осадочными породами кратерной фации. Нижняя часть трубки глубже 150 м представлена массивными кимберлитами. Вмещающими породами является аргиллито–алевролито–песчанистая толща вендского возраста. Целью работ была оценка возможностей метода АМТЗ при выявлении объектов такого типа на поисковых участках Архангельской области.
По профилю через трубку было сделано 11 зондирований с расстоянием между точками 100–150 м. По значениям Fmin, Rк min построены псевдоразрезы, представляющие собой зависимости значений фазы импеданса и кажущегося сопротивления от частоты (рис. 27а, 27б). Кимберлитовая трубка уверенно выделяется на псевдоразрезе Rк min пониженными значениями кажущегося сопротивления (границы трубки, установленные по данным бурения, показаны вертикальными пунктирными линиями).
Рис. 27 ПСЕВДОРАЗРЕЗЫ ФАЗЫ ИМПЕДАНСА (А), КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ (Б) И ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ 1-D (В)
Кимберлитовая трубка, Архангельская область.
Геоэлектрический разрез по профилю через трубку по результатам 1–D интерпретации методом МЭЛ приведен на рис. 27в. Как видно из рисунка, наблюдаются различия в значениях удельного сопротивления верхней и нижней частей трубочного тела. Наиболее проводящими и контрастными по удельному сопротив-лению являются корневые части трубки в интервале глубин 250–400 м. Приведенный пример показывает необходимость использования при решении поисковых задач методов зондирований с глубинностью не менее 300 м .
Наряду с перспективами выявления кимберлитовых тел метод АМТЗ целесообразно использовать для картирования алмазоперспективных площадей и изучения структурных особенностей кимберлитовмещающей толщи. При решении картировочных задач необходимо выполнять площадные работы, и при этом первостепенную важность приобретает фактор высокой производительности измерений. В работах 2000 г . для этой цели использовалась двухканальная аппаратура АКФ–2, при помощи которой выполнялось около 100 зондирований за один рабочий день. Всего на участках Архангельской области в осенний период 2000 г . на трех участках было сделано около 3000 зондирований.
Участок С105 расположен в пределах Золотицкого кимберлитового поля. Мощность перекрывающих четвертичных отложений составляет около 50 м . Зондирования были выполнены в 1200 точках по 40 широтным профилям с расстояниями между профилями и точками 50 м . По результатам обработки данных построены площадные схемы распределения значений кажущегося сопротивления и фазы импеданса в диапазоне частот от 8 до 300 Гц, а после интерпретации кривых зондирований методом МЭЛ — несколько срезов по значениям удельного сопротивления пород на глубинах от 40 до 500 м .
На рис. 28а, б (цв. вклейка) приведены срезы по удельному сопротивлению на глубинах 40 и 150 м . На глубине 40 м срез отражает изменения удельного со-противления перекрывающих четвертичных отложений, а на глубине 150 м — вмещающих пород венда. Сравнение этих двух рисунков показывает существен-ное их различие в характере распределения пород с различными свойствами. В перекрывающей толще выделяется несколько зон, отличающихся уровнем R, эти зоны не имеют выраженной направленности. С другой стороны, во вмещающих породах более четко проявляются субмеридиональные дугообразные зоны повышенного удельного сопротивления пород. Следует заметить, что такие зоны отмечаются и для других срезов по глубине во всей толще вмещающих пород.
Характерной особенностью выделенных зон является увеличение их крутизны в восточной части участка. Можно предположить, что эти зоны связаны с деформациями геологической среды, причем центр напряжений находится на расстоянии примерно в 200–300 м к востоку от изученного участка. Отмеченные структурные особенности кимберлитовмещающих пород не выделялись ранее другими геофизическими методами. Представляется целесообразным в дальнейших работах изучить их связь с проявлениями кимберлитового магматизма.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
В результате выполненных работ методом АМТЗ с аппаратурой АКФ–4 на участке кимберлитовой трубки Амакинская Якутской алмазоносной провинции установлен ряд особенностей, позволяющих выделять кимберлитовое тело среди неоднородной и слабоконтрастной вмещающей среды.
Трубка проявляется как в исходных характеристиках поля (срезах по частоте значений кажущегося сопротивления, планах векторов главных направлений тензора импеданса), так и результатах интерпретации (геоэлектрических разрезах и горизонтальных срезах на различных глубинах значений удельного сопротивления). Показана высокая информативность тензорных измерений естественного электромагнитного поля. Опробованные способы обработки, интерпретации и представления результатов метода АМТЗ и установленные особенности поля следует использовать в более сложных ситуациях при поисках трубок на закрытых площадях.
Оценены возможности метода АМТЗ при изучении геоэлектрического разреза вмещающей трубку Амакинская терригенно–карбонатной толщи. На разрезах, полученных по результатам 1–D интерпретации кривых АМТЗ, уверенно выделяется трубочное тело и проводящая зона дробления около Западного разлома. На глубинах около 250–450 м в разрезах 2–D выделяется и прослеживается по площади слой пониженного удельного сопротивления, соответствующих метегерской свите кембрия. Картирование подобных горизонтов во вмещающих породах имеет большое значение для оконтуривания алмазоносных районов, т.к. контур Мирнинского кимберлитового поля соответствует перегибу кровлиметегерской свиты.
Показана возможность выявления по данным метода АМТЗ с аппаратурой АКФ–4 перекрытой чехлом осадочных отложений кимберлитовой трубки в Архангельской провинции. Установлено, что наиболее контрастно проявляются проводящие корневые части трубки на глубинах 300–400 м. Это свидетельствует о необходимости использования при решении поисковых задач в данном регионе методов зондирований с глубинностью не менее 300 м .
При проведении площадных поисково–картировочных исследований с аппаратурой АКФ–2 в Архангельской области была достигнута высокая производительность работ (около 100 зондирований в день). Установлена высокая информативность метода АМТЗ при изучении структурных особенностей кимберлитовмещающей толщи. На площадных картах результатов АМТЗ проявляются субмеридиональные дугообразные зоны повышенного удельного сопротивления пород, которые не выделяются другими геофизическими методами. Выделенные зоны, возможно, обусловлены деформациями геологической среды. В дальнейшем целесообразно изучить связь подобных структур с проявлениями кимберлитового магматизма.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бердичевский М. Н. Электрическая разведка методом магнитотеллуриче-ского профилирования. М., 1967. 255 с.
2. Berdichevsky V. I., Dmitrriev V. I., Pozdnjakova E. E. On two–dimensional inter-pretation of magnetotelluric soundings. Geophys. J. Int. 133, 1998. P. 586–606.
3. Ваганов В. И. Алмазные месторождения России и мира (Основы прогнози-рования). М., ЗАО «Геоинформмарк», 2000, 371 с.
|
