ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

Кафедра ГЕОФ

РЕФЕРАТ

Решение задач гравиразведки и магниторазведки

Выполнил: студент гр. 2а03

Штейнбах Д.А.

Проверил:

Устинова В.Н.

Томск 2011

Гравиразведка

Гравиметрическая или гравитационная разведка (сокращенно гравиразведка) —

это геофизический метод исследования строения литосферы, поисков и разведки полезных ископаемых, базирующийся на изучении гравитационного поля Земли. Основным измеряемым параметром этого метода является ускорение свободного падения. При измерении параметров гравитационного поля в воздухе, на земной поверхности, акваториях морей и океанов наблюдают их изменения, обусловленные в основном

двумя причинами. Во-первых, планетарными особенностями Земли (скорость вращения, масса, форма поверхности, внутреннее строение), создающими плавно изменяющееся поле, называемое нормальным. Во-вторых, различием плотности горных пород и руд, связанным с плотностными неоднородностями среды, образующими аномальное поле силы тяжести. В задачи гравиразведки входят измерения значений параметров поля силы тяжести, выделение аномальных составляющих гравитационного поля и их геологическая интерпретация.

От других геофизических методов гравиразведка отличается сравнительно большой производительностью полевых наблюдений и успешно применяется при решении самых различных геологических задач с глубинностью исследований от нескольких метров (при разведке окрестностей горных выработок) до десятков километров (при определении мощности земной коры и литосферы).

Интерпретация данных гравиразведки состоит в определении источников аномалий, форме и глубине залегания плотностных границ и в установлении связи этих границ с геологическими границами. Очень часто такое соответствие имеется, что и определяет эффективность гравиразведки как метода. Интерпретацию данных гравиразведки подразделяют на качественную и количественную.

Качественная интерпретация заключается в анализе особенностей аномального поля. Основа метода качественной интерпретации – метод аналогий. Данные гравиразведки сравнивают с данными других геофизических методов, бурением, а также с данными гравиразведки на уже изученных территориях.

По результатам качественной интерпретации составляют схему распределения аномалий для тектонического районирования территории.

Количественная интерпретация заключается в решении прямой и обратной задачи. Прямая задача сводится к вычислению гравитационного эффекта тел, составляющих модель. Для этого должны быть заданы форма, размеры, глубина залегания, плотность тел. Обратная задача сводится к определению параметров аномалиеобразующих тел – формы, глубины залегания, плотности по гравитационным аномалиям. Прямая и обратная задачи взаимосвязаны, но их решения имеют принципиальное различие. В гравиразведке прямая задача всегда имеет устойчивое и единственное решение. Обратные задачи, за исключением особых случаев, не имеют единственного решения, и, как правило, неустойчивы.

Создание вычислительных комплексов для интерпретации гравитационных и магнитных аномалий способствовало решению трудных прикладных задач в геофизике. Из года в год запасы полезных ископаемых на верхней части Земли (близко расположенные к земной поверхности), которые можно было обнаружить простыми классическими методами и геологоразведочной аппаратурой, исчерпываются. В настоящее время исследование и интерпретация данных разведки для более глубоких слоев Земли являются важными и актуальными. Проведение буровых работ, организация геологоразведочных партий, изобретение более точной аппаратуры требуют огромных людских и материальных затрат. Поэтому, в последние 20-25 лет, все шире используются математические методы моделирования в геофизических задачах. Создаются и все шире эксплуатируются автоматизированные системы интерпретации на базе современных ЭВМ.

Применение эвм для решения задач гравиразведки и магниторазведки

Для эффективного и быстрого решения любых прикладных задач на ЭВМ требуется хорошее математическое обеспечение. Все чаще встречающиеся геофизические задачи невозможно решать с помощью тех средств, которые традиционно излагаются в литературе по гравиразведке и магниторазведке. Использование классических формул для вычисления аномалий от тел правильной геометрической формы, номограммы, палетки и других средств ручного счета для решения сложных (линейных и нелинейных) задач теории интерпретации не дают должных результатов. Проводимые космические и другие современные съемки представляют огромный объем информации, который требуется быстро обработать и принимать решения. В последние годы основной упор в работе исследователей был сделан на применении ЭВМ при решении сложных задач, на создание эффективных алгоритмов в гравиразведке и магниторазведке. Тем не менее, еще слабо развивается математическое обеспечение вычислительных комплексов для интерпретации гравитационных и магнитных аномалий, не применяются, или почти не применяются, современные быстрые методы вычислительной математики. В частности, не нашли должного отражения в задачах геофизики хорошо развитые методы теории разностных схем.

Основной задачей магнитометрии является определение аномальных тел, лежащих в толще Земли, по априорным данным, полученным в результате измерений и съемок, проводимых, главным образом, на земной поверхности. Эта задача называется обратной задачей магниторазведки и она принадлежит к классу некорректно поставленных. Решение обратной задачи предполагает определение формы и расположения тел, их плотности и объема. Решение этой сложной задачи обычно проводится в несколько этапов.

Аномальное поле, создаваемое неоднородными массами, характеризуется потенциалом (гравитационный и магнитный), его первыми производными, а также производными более высоких порядков по всем направлениям.

Первым этапом в процессе решения обратных задач и моделирования геофизических процессов является решение прямой задачи. Она состоит в определении аномального поля (гравитационный и магнитный потенциалы и их производные), создаваемого телами определенной формы, плотности при известных условиях залегания.

Другой класс задач это задачи трансформации (пересчета) поля на некоторый другой уровень в полупространство, свободное от аномальных масс. Такие задачи являются корректно поставленными и широко используются при интерпретации данных магниторазведки. Пересчет поля на другой уровень уменьшает шумы, случайные помехи, сглаживает ошибки измерений. Трансформация поля позволяет определить другие элементы аномальных полей (например, производные по направлениям и т.д.).

Наиболее важным этапом является продолжение потенциала или его производных, заданных на поверхности Земли или на каком-либо другом уровне, в сторону аномальных (возмущающих) масс. Задача продолжения в сторону возмущающих масс является неустойчивой относительно входных данных, поэтому она некорректно поставлена [3]. Эта задача играет большую роль в практике, так как ее решение дает ценную информацию об условиях залегания возмущающих масс, позволяет получить качественную информацию об аномальных телах, а иногда даже решить обратную задачу.

Существуют другие классы задач, типа задач о контактной поверхности, продолжения полей в вертикальную плоскость, приведение к уровню относимости, учета влияния рельефа местности, сглаживания априорной информации, обработки входных данных и т.д.

Приведем краткий обзор применяемых методов решения тех или иных задач в геофизике на современном этапе.