WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для визуализации результатов интерпретации гравитационных аномалий кроме «плоских» отображений были использованы наборы трехмерных диаграмм квазиплотностей. Во многих случаях они с удовлетворительной точностью характеризуют геологический разрез на качественном уровне, но для перевода эффективных глубин и квазиплотностей в истинные глубины и истинные плотности необходимо решить обратную задачу.

Примененный адаптивный метод ADG-3D обладает следующими основными достоинствами:

- не накапливает ошибок округления, что позволяет решать системы с большим числом уравнений и неизвестных;

- позволяет находить решение, ближайшее к априорно заданному, в том случае, когда задача имеет множество решений.

Для того чтобы решить обратную задачу, используя пакет программ ADG-3D, в качестве приближенных моделей массивов были использованы решения обратной задачи по программе GRPR2.

В методе ADG-3D принята трехмерная слоистая модель среды с криволинейными границами раздела. Каждый слой в этой модели аппроксимируется параллелепипедами, плановые размеры которых задаются интерпретатором; в нашем случае были заданы размеры 2,5 х 2,5 км, а вертикальные определялись положением криволинейных границ. Плотность в пределах каждого блока-параллелепипеда полагалась постоянной. Путем решения обратной задачи были определены формы массивов и глубина их нижних кромок в трехмерном варианте (рис. 3).

Размеры блока в плане, для которого была решена задача, 60,0 х 42,0 км, глубина около 9,0 км.

Рис.1. Пример визуализации результатов интерпретации аномалий силы с помощью программы «VECTOR»: гравитационное поле, обусловленное горизонтальным слоем горных пород с эффективными глубинами h1=7 км (кровля) и h2=10 км (подошва): 1 - контуры массивов интрузивных пород: I - Верх-Исетский; II - Свердловский; III – Шарташский; 2 - контур предполагаемого гранитоидного батолита;

3 - изоаномалы (оцифрованы в мГал)

Рис. 2. Пример визуализации результатов интерпретации аномалий силы с помощью пакета программ ADG-3D: схема распределения плотности на истинной глубине 4 км:

1 - контуры массивов интрузивных пород:I – Верх-Исетский; II – Шувакишский; III – Уктусский; IV – Шарташский; V– Свердловский; VI - Широкореченский; 2 – контур предполагаемого гранитоидного батолита; 3 - изолинии равных плотностей (оцифрованы в г/см3)

Рис. 3. Трехмерная слоистая плотностная модель среды

Результаты интерпретации аномалий поля силы тяжести по профилю II-II представлены на рис. 4: верхний разрез - результат интерпретации поля силы тяжести по программе GRPR2, под ним расположен разрез - результат интерпретации по программе ADG-3D.

Рис. 4. Результаты интерпретации аномалий поля силы тяжести по профилю II – II:

1 - график наблюденного поля силы тяжести; 2 - график региональной составляющей поля силы тяжести; 3 - график локальной составляющей поля силы тяжести; 4 - график силы тяжести моделей массивов; а - плотностной разрез 2-D (программа GRPR2); б – плотностной разрез 3-D (программа ADG-3D)

Результаты интерпретации аномалий поля силы тяжести излагаются ниже.

Верх-Исетский гранитный массив залегает среди вулканогенных, вулканогенно-осадочных и интрузивных пород. В аномальном гравитационном поле Верх-Исетскому гранитному массиву и его Свердловскому сателлиту соответствует область относительно пониженного (отрицательного) поля. Изоаномалы гравитационного поля в этой области оконтурены в плане с этими массивами.

Свердловский массив, сложенный средне- и крупнозернистыми биотитовыми гранитами, рассматривается как сателлит Верх-Исетского батолита, от которого он отделен узкой зоной динамосланцев по вулканогенным породам.

В разрезе вдоль северного широтного профиля (560 56/) западный и восточный контакты Верх-Исетского массива падают на запад под углами

1 соответственно 30 и 450. Как показывают расчеты, на глубине 2,5 км горизонтальные размеры массива равны его ширине на дневной поверхности (около 15 км); начиная с глубины 2,5 км горизонтальные размеры массива резко уменьшаются, и он превращается в столбообразное вертикальное тело, нижний контакт которого находится на глубине около 8,5 км.

В разрезе вдоль широтного профиля II-II (560 51/) (см. рис. 4) оба массива вместе представляют пластообразное тело до глубины 2,5 км. Далее с глубиной горизонтальные размеры Свердловского массива уменьшаются, и на глубину около 5,0 км уходит только сужающаяся книзу «корневая» часть массива. Западный контакт пластообразного тела до глубины 1,5 км падает на запад, а с глубины 0,5 км – на восток под углом 1600; восточный контакт падает также на запад под тем же углом 1600.

В разрезе вдоль меридионального профиля VII-VII Верх-Исетский массив представляет собой тело сложной чашеобразной формы с четырьмя сужающимися корневыми частями клиновидной формы, которые пространственно связаны с разломами. Западный контакт массива вблизи поверхности падает запад под углом 250, а начиная с глубины около 1,0 км - на восток под углом 1300. Восточный контакт вблизи поверхности падает на запад под углом 400. Вертикальная мощность массива увеличивается с 3,0 км в южной части до 8,0 км в северной, т.е. в южном направлении массив выклинивается.

Таким образом, оба массива приурочены не к антиклинальной, а синклинальной структуре. И сформировались они, предположительно, путем заполнения ее магматическим веществом, которое поступало по вертикальному каналу, о чем свидетельствует наличие столбообразного тела в разрезе вдоль северного профиля.

Шарташский массив, расположенный на восточной окраине Екатеринбурга, сложен гранитами трех интрузивных фаз. Шарташскому гранитному массиву соответствует область пониженного (отрицательного) аномального гравитационного поля. Поскольку Шарташский массив расположен в стороне от других массивов, то обусловленная им аномалия силы тяжести хорошо выражена (локализована). Ее интерпретация показала, что контакты массива падают в сторону вмещающих пород, что указывает на расширение массива в глубину. Предполагается, что массив представляет собой часть Большого Шарташского плутона, вертикальные размеры которого оцениваются в 7,5 км.

Так, например, западный контакт падает на запад под углом 300, восточный – на восток под углом 1750, т.е. массив действительно в нижней своей части шире примерно в три с половиной раза, чем в верхней. Глубина залегания нижней части Большого Шарташского массива изменяется от 1,5 до 7,5 км. Под массивом предполагается столбообразное наклонное тело. Оно падает на запад под углом около 700, его вертикальные размеры оцениваются в 5,6 км, а ширина – приблизительно в 2 км.

Шарташский массив, таким образом, следует рассматривать как лакколит. Столбообразное тело, вероятно, образовалось в канале, по которому происходило внедрение кислой магмы, сформировавшей лакколит.

Большой Шарташский плутон имеет несколько выступов, самый значительный из них, находящийся в западной части, выходит на поверхность в виде Шарташского массива. Восточнее расположены Шпанчевский и Становлянский массивы. Становлянский не имеет выхода на дневную поверхность.

У всех гранитных массивов основная (по количеству) масса гранитного материала сосредоточена в самых верхних частях земной коры, до глубины 3 км. На большую глубину уходит только резко сужающаяся книзу «корневая» часть массивов. Такой своеобразный «корень»-клин может быть расположен как в центре, так и на периферии массива.

Шувакишский массив расположен в северной части Екатеринбурга. Его размеры в плане 4х17 км; он сложен в основном габбро. Шувакишскому массиву габбро соответствуют области наиболее высоких (положительных) значений аномального гравитационного поля. Контакты массива с вмещающими породами тектонические; падение западного и восточного контактов (простирание массива меридиональное) крутое, встречное под углами 65-750. Нижний контакт массива находится на глубине 2,5-3,0 км (Копанев, Калугина и др., 1999).

По результатам интерпретации аномалии силы тяжести параметры массива несколько иные: западный и восточные контакты падают на запад под углами 60 и 650, нижний контакт находится на глубине 2,5 км.

Уктусский массив расположен в южной части Екатеринбурга. Область относительного повышения аномального гравитационного поля в южной части Екатеринбурга и его пригородов имеет субширотное простирание. Наиболее высокие значения поля соответствуют поднятию Уктусских гор, сложенных основными и ультраосновными породами.

Массив состоит из трех тел - Северного, Центрального и Южного, которые сложены в основном дунитами, оливинитами, клинопироксенитами, верлитами и тылаитами.

Интерпретационный профиль V-V пересекает Центральное тело массива. В разрезе по этому профилю западный контакт имеет восточное падение под углом 1600, восточный контакт массива имеет западное падение под углом 250; глубина залегания нижнего контакта массива составляет около 8 км. Такой же вывод о том, что вертикальные размеры массива составляют 6-8 км, был сделан предыдущими авторами (Копанев, Калугина и др., 1999). С глубиной (около 1,5 км) падение контактов массива резко изменяется: западный контакт падает на запад под углом 600, восточный - падает на восток под углом 1400. В северной части массив выклинивается и достигает глубины только 2,5 км.

Широкореченский массив расположен юго-западнее Екатеринбурга. На три четверти он сложен габбро. Сведения о нем скудны, в поле силы тяжести он не картируется локальной аномалией. Эти обстоятельства создали трудности в определении его формы. По результатам интерпретации форма массива чашеобразная, вертикальная мощность Широкореченского массива в южной части менее 1,0 км, в северной около 2,5 км.

Анализ силы тяжести, выполненный нами, позволил впервые получить представление о форме и условиях залегания всех плотностных неоднородностей (источниках аномалий) района Екатеринбурга, которые отождествляются с интрузивными массивами. Ранее путем интерпретации аномалий гравитационного поля, была определена форма только Шарташского массива.

ПОЛОЖЕНИЕ 2. Гравитационные силы, обусловленные гранитными и гранитоидными массивами, определяют режим растяжения; ультраосновные массивы режим сжатия в геологической среде.

Для изучения состояния геологической среды в пределах Екатеринбургского мегаполиса нами были использованы результаты измерения силы тяжести. Физико-математической основой применения гравиметрии для решения этой задачи является зависимость между компонентами вектора смещения частиц среды при ее деформировании и потенциалами силы тяжести (Филатов, 1990). Компоненты вектора смещений, обусловленных гравитационными силами, определяются следующими выражениями:

, (1)

где P - коэффициент, зависящий от модулей упругости и гравитационной постоянной; - коэффициент Пуассона; W- гравитационный потенциал плотностной неоднородности; Сx, Сy, Cxzo, Cyzo, Czzo – некоторые безразмерные функции, зависящие от потенциала. Произведение этих функций на потенциал соответственно

, (2)

где - избыточная (дефект) плотность, которой характеризуется неоднородность; V, dV – объем и элемент объема неоднородности; x, y- координаты точек, в которых определяются смещения на плоскости наблюдения поля g (z=0); xо, yо, zo – координаты точек плотностной неоднородности; R – текущее расстояние между этими точками.

Компоненты вектора смещений (1) являются промежуточным результатом. Они служат только основой для вычисления по формулам Коши компонентов тензора чистой деформации:

(3)

Метод исследования поля силы тяжести, построенный на этой зависимости, названный тектонофизическим анализом гравитационного поля, позволяет вычислять главные значения и главные направления тензора чистой деформации и другие деформационные характеристики.

Расчет деформационных характеристик, вызванных плотностными неоднородностями, был проведен с помощью программы RUMD (Виноградов, Овруцкий, 1994), которая вычисляет упруго-мгновенные значения тензора чистой деформации на дневной поверхности. Термин «упруго-мгновенные» означает, что строго выполняется закон Гука (линейная связь напряжение – деформация) в момент приложения нагрузки, т. е. отсутствуют релаксационные явления: течения, сдвиги и т. п. Среда принимается упруго-однородной, для расчета задаются параметры: модуль Юнга и коэффициент Пуассона, которые одинаковы на всем упругом полупространстве. В данном случае модуль Юнга и коэффициент Пуассона для гранитов 4,6х109 и 0,25. Рассчитываются компоненты тензора чистой деформации exx, eyy, ezz, exy, exz, eyz, а затем вычисляются главные значения и главные направления деформаций e1, e2, e3, зависящие только от свойств деформируемого тела. Три главных значения и девять направляющих косинусов, характеризующих три главных направления, являются основной информацией о напряженно-деформированном состоянии среды, извлекаемой из результатов гравиметрических съемок.

Анализ поля деформации показывает, что оно, благодаря значительной дифференциации геологической среды по плотности, существенно неоднородно. Неоднородность проявляется в закономерном пространственном изменении величины и знаков главных значений и ориентировке главных осей деформации. Каждый интрузивный массив в зависимости от знака относительной плотности (избыток масс или дефект масс) и формы характеризуется только ему присущим полем деформации.

Тектонофизический анализ поля силы тяжести показал, что под действием гравитационных сил (плотностной неоднородности среды в виде интрузивных массивов) гранитный и гранитоидный массивы создают в среде деформации растяжения. Главные оси этих деформаций, лежащие в горизонтальной плоскости, ориентированы субширотно и субмеридионально. Массивы, сложенные ультраосновными породами, создают деформацию сжатия. Небольшие по размерам, эти массивы не оказывают существенного влияния на общий характер деформирования среды, на большей части территории Екатеринбурга он представляет собой растяжение и сдвиг, то есть среда здесь находится в разгружаемом состоянии. Главные оси деформации растяжения ориентированы вкрест простирания (первая главная ось) и вдоль простирания разломных структур. На рис. 5 представлено поле деформации; длина стрелок на нем прямо пропорциональна величине относительной деформации (растяжение или сжатие) в каждом узле, а направление стрелок указывает на ориентировку осей деформации.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»