WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ВИНОГРАДОВ Владислав Борисович

МЕТОДИКА ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ОБЪЕКТОВ С ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ

И НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ

Специальность: 25.00.10 «Геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук,

профессор, заслуженный геолог

Российской Федерации

Филатов Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

доцент Писецкий Владимир Борисович

кандидат геолого-минералогических наук

Глухих Игорь Иванович

Ведущая организация – Горный институт УрО РАН

Защита диссертации состоится «25» декабря 2008 г. в 1400 час. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, 3-й учебный корпус, ауд. 3326.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан «24» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета А.Б. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Восполнение запасов полезных ископаемых требует совершенствования теории и методики геофизических исследований на всех этапах геологоразведочных работ. Создание новых способов и методик истолкования геофизических полей позволяет эффективно решать сложные геологические задачи. Актуальность работы обусловлена тем, что решение прямой задачи для сред с произвольным законом изменения свойств позволяет изучать участки со сложным геологическим строением, а изучение напряженного состояния геологической среды расширяет круг решаемых задач в условиях сокращения рынка геофизических услуг. Всестороннее изучение геологической среды позволяет полнее использовать имеющиеся ресурсы.

Цель и задачи работы. Цель работы – создание методики описания распределения плотности и намагниченности, адекватно отражающей реальную геолого-геофизическую ситуацию, предоставляющую возможность расчета полей и оценки напряженного состояния среды по гравитационному и магнитному полям.

Для достижения цели были решены следующие задачи:

- разработана методика аппроксимации геологической среды с непрерывным пространственным изменением плотности и намагниченности, отличающаяся возможностью оценки точности приближения;

- получены формулы расчета гравитационного и магнитного полей для тел с латеральной и вертикальной изменчивостью плотности и намагниченности с использованием кубических сплайнов;

- созданы программы для вычисления гравитационного и магнитного полей для геологической среды с произвольным законом пространственного изменения физических свойств;

- получены выражения компонентов тензора деформации и вектора смещения упругого полупространства, напряженно-деформированное состояние которого обусловлено плотностными неоднородностями правильной геометрической формы, для которых известны аналитические выражения вычисления гравитационного и магнитных полей;

- созданы программы для вычисления параметров напряженно-деформированного состояния среды (НДС) и выполнены расчеты компоненты тензора чистой деформации (КТД) и компоненты вектора смещения (КВС) для вышеназванных источников при различных параметрах тел (мощность, глубина до верхней и нижней кромки, угол падения, плотность и др.);

- установлены отличительные особенности взаимосвязей пространственного распределения гравитационного поля и параметров НДС для различных геолого-геофизических обстановок. Выделены три группы объектов с различными типами таких взаимосвязей;

- разработана методика вычисления компонентов вектора смещения и тензора чистой деформации для выделенных групп тел по измеренным гравитационному и магнитному полям;

- по наблюденным потенциальным полям проведена оценка напряженно-деформированного состояния геологической среды для конкретных геологических ситуаций.

Защищаемые положения:

Первое защищаемое положение: кубические сплайны являются эффективным способом описания закономерностей пространственного изменения плотности и намагниченности геологических объектов.

Второе защищаемое положение: установлено три типа зависимости параметров напряженно-деформированного состояния среды и силы тяжести для тел простой геометрической формы: взаимно однозначная, корреляционная и многозначная.

Научная новизна. Получены выражения для вычисления напряженности гравитационного и магнитного полей горизонтального слоя и прямоугольного параллелепипеда, свойства которых заданы кубическими сплайнами. На этой основе разработана методика вычисления физических полей для произвольной геолого-геофизической ситуации.

Получены аналитические выражения компонентов тензора чистой деформации и компонентов вектора смещения упругого полупространства, напряженно-деформированное состояние которого обусловлено плотностными неоднородностями правильной геометрической формы (уступ, прямоугольный параллелепипед, пластина и др.).

Разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния геологической среды по наблюденным геофизическим полям, отличающаяся более широким набором элементарных модельных тел и учетом характера взаимозависимостей силы тяжести и параметров напряженно-деформированного состояния геологической среды.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований обсуждались на сессиях международного семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (Днепропетровск, 1991, Ухта, 1998, 2008; Екатеринбург, 1999, 2002, 2006; Пермь, 2005), на конференции «Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях» (Томск, 2002), на региональной научно-практической на конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2008).

Практическая значимость работы. Разработанные петрофизические модели могут применяться при интерпретации геофизических данных для решения задач как нефтегазовой, так и рудной геологии разных масштабов. Результаты исследований внедрены в ПГО «Севвостгеология» и ПО «Сильвинит». Методики оценки НДС могут применяться при истолковании гравитационного и магнитного полей, при изучении тектонического строения изучаемых территорий. Методические разработки поддерживаются созданным автором программным обеспечением для ЭВМ. Программы расчета параметров НДС после небольшой модификации используются Днепровской экспедицией.

Достоверность получаемых результатов основана на результатах расчетов, выполненных для теоретических моделей.

Фактический материал и личный вклад. Представленные в работе методики моделирования сложных геологических сред, программы расчета полей и параметров НДС созданы автором. Практические примеры их применения основаны на материалах предоставленных для выполнения хоздоговоров, а некоторые из них основаны на опубликованных в печати материалах, что оговорено в тексте.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе одна статья в журнале из перечня ВАК.

Объем работы и структура. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом 105 страниц, 55 иллюстраций, 3 таблиц, списка литературы, включающего 110 наименований.

Работа выполнена в Институте геологии и геофизики УГГУ под руководством доктора геолого-минералогических наук В.В. Филатова, которому автор выражает благодарность за всестороннюю помощь и поддержку при выполнении работы.

Автор благодарит своих коллег В.И. Бондарева, С.М. Крылаткова, А.С. Долгаля, О.В. Зотеева, А.В. Давыдова, Ю.Н. Субботина, В.М. Сапожникова, В.В. Бабенко, В.А. Кочнева, чьими советами и помощью он неоднократно пользовался.

Автор выражает благодарность участникам семинара им. Д.Г. Успенского за обсуждение работы, сотрудникам объединения «Уралкалий», ПГО «Севвостгеология», ФГУП «Челябгеолсъемка», ОАО «Баженовская экспедиция», оказавшим помощь в процессе работы и предоставившим материалы для работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ литературных источников по теме диссертации, рассмотрены проблемы решения прямых задач для произвольной геолого-геофизической обстановки и оценки напряженного состояния геологической среды по гравитационному и магнитному полям.

Во второй главе приведена методика описания геологических поверхностей произвольной формы, эффективность которой подтверждена решением прямой задачи магниторазведки для конкретного примера. Предложена методика расчета гравитационных и магнитных полей с произвольным законом распределения плотности и намагниченности в пространстве. Рассмотрены соответствующие практические примеры.

В третьей главе рассмотрена взаимосвязь напряженного состояния верхней части земной коры и гравитационных аномалий тел правильной геометрической формы, для которых известны аналитические выражения расчета аномальных эффектов. Выделены три группы геологических объектов с различными типами такой связи.

В четвертой главе описана методика моделирования геологической среды с целью вычисления параметров НДС по гравитационному полю и по магнитному полю с учетом формы геологических объектов.

В той же главе описаны примеры применения методик исследования, рассмотренных в предшествующих главах на разных стадиях геологического изучения: для исследования территории Карамкенского золоторудного месторождения, площади Верхнекамского месторождения калийных солей, Полетаевской площади.

Защищаемые положения

Первое защищаемое положение: кубические сплайны являются эффективным способом описания закономерностей пространственного изменения плотности и намагниченности геологических объектов.

При проведении геологических исследований повсеместно отмечаются изменения вещественного состава пород, сопровождающиеся непрерывным изменением плотности и намагниченности (А.А. Логачев, Г.А. Соловьев, Л.Я. Ерофеев и др.). Непрерывное пространственное изменение плотности и намагниченности наблюдается на участках развития гидротермально измененных пород, в зонах разломов, на золоторудных, медноколчеданных, скарновых месторождениях и во многих других случаях.

В геологической практике встречается как скачкообразное, так и непрерывное изменение физических свойств (рис. 1). В прикладной геофизике при проведении интерпретации преимущественно используются модели с кусочно-постоянными свойствами. Подробно для эндогенных месторождений это явление рассмотрено Г.А. Соловьевым. Физико-геологические модели для отдельных типов месторождений с непрерывным латеральным изменением свойств предложены А.Н. Тимофеевым, Ю.П. Булашевичем, В.М. Новоселицким, Л.Я. Ерофеевым, З.М. Слепаком, В.И. Гольдшмидтом, В.Н. Страховым, А.И. Кобруновым и другими. Влияние формы объекта на распределение магнитных свойств рассмотрено Ю.И. Блохом. Закономерности изменения физических свойств под влиянием механических напряжений подробно рассмотрены В.В. Филатовым.

Однако использование для приближения тригонометрических и полиномиальных функций для описания пространственной изменчивости физических свойств оказывается эффективным только в сравнительно простых ситуациях. В сложных ситуациях требуются иные аппроксимирующие конструкции, которые до появления мощных вычислительных средств считались практически не реализуемыми. В 90-х годах ХХ века появилась возможность использовать алгоритмы, учитывающие сложное пространственное распределение плотности и намагниченности, в том числе обусловленное напряженным состоянием геологической среды.

Практика интерпретации потенциальных полей геологических объектов с изменяющимися в горизонтальном и вертикальном направлениях плотностью и намагниченностью в рамках модели кусочно-однородной среды приводит к грубым ошибкам определения глубины, мощности и других характеристик аномалиеобразующего объекта.

а б

Рис. 1. Примеры латеральной изменчивости магнитных свойств: зависимость остаточной намагниченности образца от расстояния (R) до оси разлома (по Л.Е. Шолпо) (а); изменение магнитной восприимчивости на золоторудном месторождении (по Л.Я. Ерофееву) (б)

Способы описания геометрии и физических свойств определяются конечной целью исследования. В петрофизических исследованиях необходимо установить закономерности пространственного изменения свойств, увязать их с изменением геологической обстановки. Поэтому в таких моделях должны присутствовать характерные параметры объекта: мощность, глубина, градиенты физических свойств и т.д. При решении прямых и обратных задач магниторазведки и гравиразведки возможность эффективного вычисления полей является главным критерием практической применимости методики моделирования на основе принятых математических конструкций.

В диссертации приведен пример расчета плотности магнитных зарядов по кровле и подошве рудного магнетитового тела Естюнинского железорудного месторождения на основе описания его поверхности сплайном. Результаты вычислений согласуются с данными наблюдений в скважине.

Автором предложены и детально разработаны способы описания геологических поверхностей в зависимости от их вида с помощью сплайн-функций различного типа: кубических, тригонометрических, параметрических [1]. Один из них – описание поверхности кубическим сплайном:

z(x)=ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2­ +di(x-xi)3, x[xi, xi+1], (1)

где ai, bi, ci, di – коэффициенты сплайна; xi – узлы сплайна; z(x) – аппликата поверхности. Выражение (1) включает в себя описание среды с неизменными свойствами как частный случай, в этом случае три первых коэффициента сплайна равны нулю. Совместное применение кусочно-постоянных функций и сплайн-функций для описания поверхностей обеспечивает адекватное описание любой геологической поверхности.

Сплайнами удобно определять изменение физических свойств. Например, сплайн плотности имеет вид:

Pages:     || 2 | 3 |






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