Условия эффективного применения геофизических методов

Условиями для этого являются: 1) заметная дифференциация физических свойств искомых геологических объектов и вмещающей среды, 2) благоприятные геометрические размеры вызывающих аномалии объектов, 3) относительно низкий уровень помех геологического и негеологического происхождения.

Понятия о дифференциации (контрастности) физических свойствизменяются в зависимости от метода и решаемых геологических задач. Например, для гравиразведки контрастность свойств оценивают значением избыточной плотности (δ_п), а для электроразведки — соотношением удельных электрических сопротивлений (УЭС) объекта поисков (ρ₀) и вмещающей среды (ρ_ср). Для поисков рудных тел гравиразведкой необходима δ_п около 0,3-0,4 г/см³, а для решения структурных задач достаточно 0,1 г/см³, что связано с размерами разведываемых объектов. Для структурной электроразведки методом ВЭЗ ρ_п должны различаться как минимум в 1,2—1,5раза. Для поисков рудных тел методом индуктивного профилирования р₀ должно быть меньше ρ хотя бы в 10 раз. Кроме контрастности средних значений свойств важное значение имеет дисперсия Р. Ее принято определять по гистограммам,т. е. графикам зависимостей процента замеров (Р, %)с заданным значением (х) какого-нибудь физического свойства. При одинаковой разнице средних значений физических свойств, представленных для двух типов пород, те породы у которых меньшая дисперсия выделяются более надежно (рис.4.18).

Рис. 4.18. Вариационные кривые физических свойств пород двух типов (1,2) при разной дисперсии (а, б)

Удобной количественной мерой различия каких-нибудь признаков является надежность разделения γ =1 - q где q — отношение площади перекрытия вариационных кривых (S_oбщ)к сумме полных площадей под вариационными кривыми (S₁ + S ₂). Надежными для различия свойств считают значения γ от 75 до 100 %.

Величины аномалий от объектов определяются геометрическими соотношениями размеров объекта и глубины его залегания.Например, в электроразведке методом ВЭЗ надежное определение слоя возможно, если отношение его мощности (h) к глубине залегания (H) удовлетворяет условию h/H> 2-10. Слой практически не выделяется, если h/H < 0,1. Предельная глубина залегания изометричных тел, определяемая разными методами геофизики, зависит от отношения радиуса тела (R)к глубине (Н). Например, величины аномалий над сферой пропорциональны: для гравитационных — R³/H², для магнитных — R³/H³, для естественного электрического поля — R²/H², поэтому скорость убывания поля с удалением от источника, а следовательно, и глубина исследования этими методами будут различными. Различают «сильные» аномалии, выделенные визуально, и «слабые» аномалии, соизмеримые с уровнем помех и ниже этого уровня/

Еще одним важным условием применимости геофизических методов является уровень помех.Различают помехи геологического и негеологического происхождения. К первымотносят влияние перекрывающих и подстилающих пород, рельефа местности, неоднородности свойств вмещающих пород и т. д. Для электроразведки наибольшее значение имеют рыхлые проводящие отложения в верхней части разреза и слои высокого электрического сопротивления (каменная соль, ангидрит, межпластовые интрузии) на глубине, так называемые экраны.Экраны высокого сопротивления являются препятствием для методов электроразведки постоянным током, но проницаемы для методов переменного тока. Подстилающие породы оказывают заметное влияние на данные грави- и магниторазведки. Рельеф влияет на результаты электроразведки и очень сильно усложняет анализ данных гравиразведки. Толщи многолетнемерзлых пород, распространенные во многих районах нашей страны, создают трудности при проведении электро- и сейсморазведки (устройство заземлений, возбуждение упругих полей).

К помехам негеологического происхожденияотносят временные вариации геофизических полей. В гравиразведке такие вариации вызываются относительными перемещениями Солнца и Луны и считаются предсказуемыми; в магниторазведке — солнечной активностью и ее воздействием на ионосферу Земли, здесь они непредсказуемы и требуют учета. Искусственные электромагнитные поля искажаются вариациями магнитотеллурических полей, связанных с солнечной активностью, и блуждающих токов техногенного происхождения, а также вариациями полей грозовых разрядов. Для большинства методов электроразведки это — поля-помехи, которые надо подавить или учесть. Однако в некоторых методах элек­троразведки используют физические поля помех с целью получения полезной геологической информации. Приведенные факты подчеркивают относительность понятия помехи.

В геофизике все более заметными становятся помехи, порождаемые деятельностью человека. Сейсмическая вибрация, блуждающие электрические токи, железные предметы в земле и на ее поверхности, подземные горные выработки, техногенные температурные аномалии нередко оказывают заметное влияние на качество геофизических измерений, а в некоторых случаях делают такие работы невозможными. Борьбу с помехами ведут либо методическими приемами, либо аппаратными средствами.

К помехам также относят и погрешности измерений. Их делят на три категории; систематические, случайные и грубые (промахи). Систематические погрешности обу­словлены недостатками конструкции прибора или несовершенной методикой измерений и могут быть выявлены путем периодических поверок и устранены введением поправок (например, поправкой за сползание нуль-пункта прибора в грави- и магниторазведке). На случайные погрешности влияет множество причин, учесть и устранить которые не представляется возможным. Но влияние случайных погрешностей можно уменьшить статистическими приемами обработки.

Неоднозначность решения обратных задач геофизики или неопределенность решения имеет две стороны:одна из них касается качественного определения геологической природы выявленных геофизических аномалий, вторая — получения количественных геометрических характеристик объектов исследований: формы, размеров, глубины и других элементов залегания. К примеру, аномалии гравитационных, магнитных, электрических и других полей, обусловленные объектами исследования, очень часто не отличаются по форме, интенсивности и размерам от аномалий, создаваемых геологическими неоднородностями верхней части разреза, рельефом местности и другими факторами. Аномалии от вертикально залегающих рудных тел часто сходны с аномалиями от тектонических нарушений, по которым внедрялись гидротермальные растворы.

Рассмотрим пример однозначного решения задачи распознавания пород разных типов при картировании. Пусть свойства пород шести основных типов (А, Б, В, Г, Д, Е), слагающих район исследований, представлены в виде распределений физических свойств (рис. 126). Если значение магнитной восприимчивости опознаваемого комплекса χ ', то этот комплекс можно отнести к одному из трех типов пород А, В, Е. Наличие третьей характеристики — ка­жущегося сопротивления (ρ_к ΄) — позволяет однозначно определить его принадлежность к классу В. Анализ рис. 4.19 показывает, что любая из пород шести типов по данным трех методов (магнито-, грави- и электроразведки) опознается однозначно.