Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные подходы к интерпретации гравитационных и магнитных аномалий при изучении платформенных областей 8
1.1. Основные задачи интерпретации гравитационных и магнитных аномалий 8
1.2. Современное состояние методов интерпретации 10
1.3. Обзор систем интерпретации потенциальных полей 17
1.4. Технология интерпретации гравитационных и магнитных полей в рамках пакета программ СИГМА-ЗО 21
ГЛАВА 2. Изучение рельефа поверхности кристаллического фундамента по данным магниторазведки 24
2.1. Проблема картирования кровли кристаллического фундамента 24
2.2. Сведения из теории особых точек потенциальных полей 25
2.3. Основы метода локализации особых точек по спектру аномальных полей 28
2.4. Алгоритм и работа программы ROMGAS 29
2.5. Результаты интерпретации 41
ГЛАВА 3. Изучение строения кристаллического основания платформенных областей по данным магниторазведки и гравиразведки 44
3.1. Петрофизическое моделирование погребенного фундамента 44
3.1.1. Основные возможности технологии REIST 45
3.1.2. Интерпретационная модель 50
3.1.3. Алгоритм и работа программы REIST 55
3.1.4. Примеры несоответствия модели реальной геологической среде з
3.1.5. Редуцирование 72
3.1.6. Дополнительные возможности 75
3.2. Картирование структурно-вещественных комплексов 78
3.2.1. Алгоритм и работа программы CLASS2 78
3.2.2. Карты структурно-вещественных комплексов 81
3.2.3. Особенности классификации 84
3.2.4. Дополнительные возможности 86
3.3. Результаты интерпретации 88
ГЛАВА 4. Изучение строение осадочного чехла 90
4.1. Картирование опорных горизонтов в осадочном чехле 91
4.2. Мультипольный анализ магнитных и гравитационных аномалий...
4.2.1. Магнитные аномалии квадрупольного типа 93
4.2.2. Гравитационные аномалии дипольного типа 102
Заключение 105
Литература
- Современное состояние методов интерпретации
- Основы метода локализации особых точек по спектру аномальных полей
- Основные возможности технологии REIST
- Магнитные аномалии квадрупольного типа
Введение к работе
Актуальность темы
Последние десятилетия XX века ознаменованы заметным прогрессом в технологиях полевых геофизических работ. Это связано с широким внедрением в практику приборостроения новой элементной базы и микропроцессорных технологий, разработкой и внедрением новых принципов регистрации физических полей. В полной мере этот процесс коснулся и потенциальных геофизических методов. Появились прецизионные гравиметры с чувствительностью 0.01 мГал, чувствительность применяемых магнитометров превышает в серийных приборах 1 пТл (10-3 нТл). В аэрогеофизике повышению качества полевых данных способствовало также возрастание точности плановой и высотной привязки точек наблюдения, благодаря внедрению в практику современных спутниковых методов навигационного обеспечения, созданию значительно более совершенных средств проводки летательного аппарата, обработки и увязки маршрутов.
Что касается интерпретации потенциальных полей, то российскими и зарубежными учеными активно развивались теоретические основы геофизических, в т.ч. потенциальных методов. Однако реализовывались и доводились до уровня производственных технологий лишь единичные идеи.
В результате возник определенный разрыв между характеристиками исходных данных и методами их истолкования: качество и объем полевых материалов значительно возросли, но методы их интерпретации, в большинстве случаев, остаются прежними. Необходимость повышения эффективности интерпретации современных данных магниторазведки и гравиразведки определяет актуальность данной работы.
Цель и задачи работы
Целью работы является разработка эффективных автоматизированных и интерактивных методов интерпретации гравитационных и магнитных аномалий при изучении платформенных областей, ориентированных на большие объемы исходной информации и неравномерные трехмерные сети наблюдений.
В соответствии с поставленной целью автором решается ряд конкретных задач, основными из которых являются:
1. Разработка технологии картирования верхней части разреза кристаллического основания древних платформ.
-
Упрощение и унификация геологической интерпретации магнитных и гравитационных аномалий при изучении строения кристаллического основания платформенных областей.
-
Разработка способов изучения структур осадочного чехла, позволяющих максимально полно извлечь информацию, которая содержится в материалах современных высокоточных съемок.
-
Программная реализация системы автоматизированной интерпретации данных гравиразведки и магниторазведки.
Научная новизна
-
Разработана технология оценки глубины кровли фундамента с помощью расчета в скользящем окне двумерных спектров Фурье по магнитным данным с учетом неравномерности исходных сетей наблюдения и высот точек наблюдения над поверхностью геоида.
-
Реализован новый подход к содержательной истокообразной аппроксимации потенциальных полей, обеспечивающий переход от анализа полей DT или Dg к анализу распределения физических свойств при решении различных геологических задач.
-
Создана система автоматического объемного экспресс-моделирования кристаллического фундамента по данным гравиразведки и магниторазведки, которая, в том числе, позволяет эффективно исключить влияние кристаллического фундамента из аномального поля и содержательно интерпретировать остаточное поле.
-
Разработан способ изучения пликативных и дизъюнктивных структур осадочного чехла путем аппроксимации остаточного магнитного (гравитационного) поля совокупностью квадруполей (диполей).
Практическая значимость
Практическая значимость исследования заключается в программной реализации разработанных научных подходов анализа и интерпретации потенциальных геофизических полей в условиях минимума априорной информации. Соответствующие технологии реализованы в виде программ системы СИГМА-3D.
Защищаемые положения
1. Анализ спектра Фурье аномального магнитного поля в скользящих окнах, с учетом высот точек наблюдения над геоидом и нерегулярности сети, позволяет
изучать морфологию главной магнитоактивной поверхности, которая является верхней огибающей совокупности особых точек и обычно представляет собой оценку рельефа поверхности кровли кристаллического фундамента.
-
Предложенная система экспресс-моделирования кристаллического фундамента позволяет эффективно осуществлять геологическое картирование, используя распределение эффективных петрофизических параметров (плотности и намагниченности), что исключает из рассмотрения особенности морфологии поля, связанные с нерегулярностью и разновысотностью сети наблюдения исходных полей, а также осложняющие экстремумы индукционного типа.
-
Мультипольный анализ остаточного поля, полученного в результате геологического редуцирования влияния кристаллического фундамента, помогает выявлять структуры осадочного чехла, выполненные субгоризонтальными магнитными пластами и инверсно-слоистыми толщами.
Реализация и апробация работы
Разработанная технология СИГМА-3D внедрена в производственный процесс ФГУ НПП «Аэрогеофизика», ЗАО «ПАНГЕЯ», АК «АЛРОСА», ЗАО «Гра-виразведка», используется во ВНИИГеосистем. С помощью программ системы обработаны материалы съемок более чем на 25% территории Российской Федерации.
Публикации и личный вклад в решение проблемы
Диссертация основана на методических и экспериментальных исследованиях, выполненных при непосредственном участии автора. Все результаты получены с помощью созданного автором пакета программ автоматизированной интерпретации гравимагнитных данных СИГМА-3D. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 115 страниц машинописного текста, 42 рисунка. Список литературы включает 88 наименований.
Диссертационная работа выполнена на кафедре ядерно-радиометрических методов и геофизической информатики. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору А.В. Петрову, доктору физико-математических наук, профессору Ю.И. Блоху, главному геофизику ФГУ НПП «Аэрогеофизика» П.С. Бабаянцу и доктору физико-математических наук, профессору А.А.Никитину за внимание, помощь, ценные советы и поддержку.
Современное состояние методов интерпретации
Трансформации гра вита ионного и магнитного полей Трансформации и сегодня являются наиболее распространенными способами преобразования и формального разделения полей и сводятся к фильтрации наблюденного поля с целью выделения полезной информации и подавления помех. Формальность подобного разделения заключается в том, что составляющие, на которые разделяются поля, могут не иметь никакого геологического смысла. Вместе с тем, при правильно выбранных параметрах трансформаций полученные компоненты могут оказаться весьма близкими к региональным или локальным аномалиям.
К настоящему времени предложены сотни трансформаций, различающихся формой применяемого скользящего окна, расположением узлов в нем и весовыми коэффициентами в узлах, определяющих смысл получаемых трансформант. Наиболее существенные особенности придают трансформациям весовые коэффициенты в узлах, определяющие физический смысл по лучаемых трансформант. С этой точки зрения основные трансформации относятся к трем группам: 1) способы сглаживания полей; 2) способы аналитического продолжения полей; 3) способы расчета высших производных наблюденных полей.
Одно из интенсивно развиваемых направлений в трансформациях - вероятностно-статистическое. Оно базируется на представлениях о сложных гравитационных и магнитных аномалиях как о случайных функциях, что позволяет привлечь для их обнаружения и разделения статистическую теорию оптимальной фильтрации. Под оптимизацией понимают построение таких вычислительных схем, которые удовлетворяют некоторому принятому критерию их качества (критериальный подход к выбору весовых коэффициентов). В настоящее время на практике используют преимущественно три таких критерия: 1) минимум среднеквадратического отклонения трансформанты от априорно заданной функции (критерий Колмогорова-Винера); 2) максимум пикового отношения трансформанты к помехе; 3) максимум энергетического отношения трансформанты к помехе.
Благодаря работам А.А. Никитина, С.А. Серкерова, В.И. Аронова, А.В. Петрова и др. на базе указанных критериев разработаны многочисленные вычислительные схемы. Методы особых точек Методики, относящиеся к концепции особых точек появились еще в XIX веке на заре развития магниторазведки, но формально сама концепция впервые была сформулирована В.Н. Страховым в 1960 году и независимо чуть позже Г.Я. Голиздрой. Эта концепция не только помогла прояснить, какие именно параметры однозначно определяются без привлечения априорной информации, но и перевела создание практических методик в рамки детально проработанной теории аналитических функций. За прошедшее время на базе данной концепции было предложено довольно много универсальных методов. Некоторые из них широко употребляются на практике, другие менее популярны. К самым популярным относятся методики В.Н. Страхова [73], В.М. Березкина [8] и Г.А. Трошкова [80], с помощью которых можно в общем случае достаточно просто найти верхние особые точки, чаще всего расположенные на верхней кромке геологических объектов, создающих аномальные поля.
Помимо отмеченных существуют и другие методики, идейно близкие к методу Г.А. Трошкова. Здесь надо в первую очередь отметить методику Г.М. Воскобойникова и Н.И. Начапкина, а также так называемую деконволюцию Эйлера. При этом надо признать, что в этих методах, как и в методе Г.А.Трошкова заложена идея за счет дифференцирования подчеркнуть эффект от особенности, ближайшей к центру скользящего окна, и пренебречь при подборе параметров эффектом всех других особых точек. В результате эти методики оказываются менее устойчивыми, нежели методики В.Н. Страхова и В.М. Березкина.
В основе методики деконволюции Эйлера лежит одноименное уравнение для однородных функций. Эта методика впервые была предложена американцем Д.Томпсоном в 1982 г. в профильном варианте [100], а в 1990 г. была распространена британскими геофизиками во главе с А.Рэйдом на трехмерный случай [98], после чего вошла во все основные интерпретационные системы. С ее помощью в скользящем окне путем решения линейной обратной задачи для уравнения Эйлера определяются координаты единственной особенности заданного типа, характеризующей большую часть энергии поля в этом окне. Результаты применения данной методики представляют собой облака точек, как правило, приуроченных в плане к градиентным зонам аномального поля. Точность определения глубин особенностей с помощью деконволюции Эйлера в руководствах к современным интерпретационным системам оценивается в 15%. Несмотря на то, что в итоге применения этой методики, на картах остаются огромные лакуны, вообще не содержащие особых точек, деконволюцию Эйлера зачастую рекомендуют как основной метод быстрой оценки параметров аномалиеобразующих источников [50].
К данной методике в некотором смысле близка так называемая декон 13 волюция Вернера, впервые предложенная С.Вернером в 1953 г. для определения параметров тонких пластин [101] и в дальнейшем модифицировавшаяся многими исследователями. Она также фактически сводится к решению линейной обратной задачи при аппроксимации поля в скользящем окне выражениями типа рациональных дробей. Недавно М.Набигян и Р.Хансен указали на возможность унификации этих двух методик для трехмерных моделей [96].
За рубежом при интерпретации магнитных аномалий активно используется подход аналитического сигнала - расчет в частотной области модуля полного градиента. Если вычисляется модуль более высокой производной, его называют амплитудой аналитического сигнала п-го порядка. На базе «аналитического сигнала» строятся наиболее популярные сейчас за рубежом методики полуколичественной интерпретации. График модуля полного градиента поля (амплитуды аналитического сигнала) для простейших моделей намагниченных тел: вертикальный уступ (контакт), тонкий пласт (дайка) представляет собой симметричную колоколообразную кривую, максимум которой независимо от направлений нормального поля и вектора намагниченности расположен непосредственно над контактом или над пластом. Ширина же этой колоколообразной кривой пропорциональна глубине верхней кромки модели, откуда следует возможность ее нахождения даже классическими методами характерных точек, например по абсциссе полумаксимума. Эти методики начали применяться с 70-х годов М.Набигяном [95]. Н.Дебеглия в 1997г. [86] обобщил данную методику для трехмерного случая.
Основы метода локализации особых точек по спектру аномальных полей
Одной из систем параметров, однозначно определяемых по аномальному полю без привлечения какой-либо априорной информации, является система особых точек функций, описывающих аномальные поля. Понятие особенности как точки, в которой функция теряет свою аналитичность, известно из курса теории функций комплексной переменной. Особые точки функций, описывающих гравитационные и магнитные аномалии, теснейшим образом связаны с создающими их объектами и могут нести информацию об их местоположении и форме. Концепция особых точек для интерпретации гравитационных и магнитных аномалий впервые предложена В.Н. Страховым и независимо, но несколько позднее Г.Я. Голиздрой. В дальнейшем ее развитии участвовали многие отечественные и зарубежные геофизики. Особые точки в принципе однозначно определяются по полю, однако, поле ими полностью не определяется.
Изолированными особыми точками аналитической функции/(г) в области D называются такими, в которых эта функция теряет свойства аналитичности. В зависимости от того, как ведет себя функция/(г) в окрестности особой точки, различают устранимую особую точку, полюс и существенно особую точку. Особая точка а называется устранимой при условии, что lim/(z) = С (конечен), называется полюсом при условии, что lim/(z) = со и называется существенно особой точкой в случае, если этого предела не существует. Гармонические функции не имеют существенно особых точек.
В окрестности полюса аналитическая функция может быть как однозначной, так и многозначной. У однозначной функции продолжение ее по любой замкнутой кривой в области г-а Я не изменяет ее значения, у многозначной функции в исходную точку на плоскости /(г) можно попасть только после к оборотов на плоскости независимого переменного z.
Значение особых точек для исследования аналитических функций и для интерпретации аномалий определяется теоремой Ж.Лиувилля, которая формулируется следующим образом. Если функция аналитична во всей плоскости и ограничена, то она является постоянной. Из теоремы следует, что любая аналитическая функция, отличная от тождественной постоянной, должна иметь особые точки. Другими словами, если потенциальное поле отлично от тождественной постоянной, то есть содержит аномалии, то функция, описывающая его, должна иметь особые точки.
Под особыми точками потенциального поля, как аналитической функции, понимается система точек в пространстве, в которых нарушается аналитичность функции, т.е. в окрестностях такой точки она неразложима в ряд Тейлора.
Интерпретация гравитационных и магнитных аномалий методами особых точек базируется на знании связей между особыми точками функций, описывающих различные элементы аномальных полей, и формой их источников.
У двумерных тел, сечение которых в вертикальной плоскости представляет собой выпуклый многоугольник, особыми точками, очевидно, будут углы сечения. Для сложных моделей положение особый точек внутри области, занятой источниками, не так очевидно, как в случае рассмотрения тел простой формы (выпуклые и звездные многогранники; области, ограниченные поверхностями 2-го порядка; полубесконечные объекты, ограниченные системой плоскостей и т.п.), даже при постоянных значениях плотности или намагниченности аномалообразующих тел. При залегании замкнутых тел на большой глубине информация о деталях строения тел в аномальном поле как бы стирается и локализуются лишь особенности наиболее простых моделей, практически эквивалентных по полю исходному сложному объекту. Для модели субгоризонтальной границы раздела двух сред с различными плотностями или намагниченностями, действие которой эквивалентно действию совокупности локальных объектов, расположенных под выпуклостями (вогнутостями рельефа), особые точки будут располагаться под этими выпуклостями тем глубже, чем больше радиус их кривизны.
Очевидно, для однозначного определения местоположения и типа особенностей необходимо знать абсолютно точное, с бесконечным числом значащих цифр интерпретируемое поле в бесконечном числе точек. На практике конечно абсолютной точности достичь нельзя, поэтому важнейшее значение приобретают вопросы устойчивости локализации особенностей. Известно, что, вообще говоря, обратные задачи неустойчивы: даже бесконечно малая помеха в исходных данных может приводить к существенным погрешностям в решении. При локализации особых точек неустойчивость может приводить не только к погрешностям в определении их местоположения, но и к изменению типа. Кроме этого, геологические помехи, связанные с верхней частью разреза, вносят искажения в получаемые результаты и приводят к появлению «ложных» особых точек. Ради справедливости следует отметить, что от отрицательного влияния подобных помех не свободны и другие способы интерпретации.
Основные возможности технологии REIST
Очевидно, что при разработке новых технологий интерпретации геофизических полей принимаются некоторые допущения, упрощения и ограничения как по отношению к анализируемому полю, так и по отношению к параметрам исследуемой среды. Другими словами, исследователь исходит из некоторой априорной модели эксперимента. Эффективность же разрабатываемой технологии в первую очередь зависит от степени адекватности этой модели реальным обстоятельствам.
Модель субгоризонтального слоя с латерально изменяющимися физическими свойствами, использованная в программе, выбрана для аппроксимации аномальных полей из следующих соображений. Как известно, обратная задача (восстановление характеристик среды по значениям поля) для потенциальных полей в общей постановке имеет бесконечное множество решений. Снижение неоднозначности возможно либо привлечением априорной геологической информации, либо ограничением классов возможных объектов. Учитывая требование сохранения работоспособности при минимуме априорной информации, было решено остановиться на модели, для которой единственность решения обратной задачи была строго доказана В.М.Новоселицким [54], при условии задания формы контактных поверхностей. Такая модель достаточно универсальна: подобные геологические ситуации встречаются как при решении региональных задач, так и при поисках нефтегазовых и рудных месторождений, хорошо аппроксимирует строение кристаллического фундамента [24]. Кроме того, данная модель предельно проста, что дает возможность на ее базе создавать программы для обработки максимально возможных по объемам массивов исходной информации за приемлемое время. Таким образом, именно в такой модели применительно к рассматриваемым задачам оптимально разрешаются традиционные противоречия между практической полезностью аппроксимирующей конструкции и единственностью получаемого для нее решения, что и позволяет применять эту методику в самых разнообразных геологических условиях.
В магниторазведке единственность решения обратной задачи для данной модели достигается при задании направления вектора намагниченности пород. В программе REIST это направление считается совпадающим с направлением главного геомагнитного поля на участке работ. Таким образом, считается, что большая часть намагниченности пород является индуктивной и направленной по современному полю, а их остаточная намагниченность -преимущественно вязкая [62]. Это предположение достаточно адекватно и было проверено при работе в разных регионах. Тем не менее, отдельные участки, где это предположение не выполняется, встречаются. Чаще всего это связано с аномально высокой естественной остаточной намагниченностью горных пород, но в регионах, где имеются залежи руд с высокой магнитной восприимчивостью, это может быть вызвано также проявлением эффектов размагничивания. Выявление объектов с аномально высокой остаточной намагниченностью в ряде случаев может представлять и самостоятельный геологический интерес.
Форма контактных поверхностей, ограничивающих субгоризонтальный слой, может задаваться по-разному. При моделировании фундамента наиболее предпочтительно использование надежной априорной геолого-геофизической информации, то есть задание поверхностей по данным бурения, сейсморазведки, электромагнитных зондирований и т.д. Тем не менее, программа REIST может вполне эффективно применяться и при отсутствии такой априорной информации. Тогда могут быть привлечены разнообразные методы локализации особых точек (например, по данным программы ROMGAS). Нижняя контактная поверхность принимается, как правило, горизонтальной, хотя аналогично верхней может быть переменной. Ее альтитуда оценивается по спектру интерпретируемого поля или на основе априорной информации. При этом, если для магнитного поля при значительной глубине залегания нижней кромки изменение ее положения по вертикали в достаточно больших пределах практически не имеет значения, то для гравитационного поля дело обстоит не так. Конечно, геометрия объектов в этом случае практически не изменяется, но довольно в широких пределах может изменяться величина подобранной избыточной плотности.
Для численного решения соответствующих обратных задач построенный таким образом субгоризонтальный слой аппроксимируется совокупностью квадратных либо треугольных в плане вертикальных однородных призм, расположенных в один слой - элементов модели. Выбор размера призм в плане является основным регуляризующим приемом в программе. Очевидно, этот параметр зависит от характера решаемой задачи, но обычно выбирается исходя из средней глубины залегания верхней границы слоя, и примерно равен ей. Если его взять слишком большим, модель будет чересчур обобщенной. Если его взять слишком маленьким, модель станет слишком «гибкой» и начнет подбирать помехи, - итерационный процесс будет расходиться. Согласуя этот параметр с погрешностью входных данных, можно получить устойчивое решение задачи фактически за счет более «грубой» схемы его решения. Таким образом, разрешающая способность технологии по отношению к размерам и положению объектов в плане определяется поперечными размерами элемента модели.
Размер призм в плане постоянен, однако для учета краевых эффектов, элементы модели, находящиеся на границе площади, искусственно продлеваются за пределы исходного участка на расстояние, равное пяти глубинам нижней кромки модели. Выстраиваемое обрамление учитывает пространство за пределами исследуемой территории.
Интерпретируемый результат получается и при выполнении формального разделения полей. В этом случае региональная составляющая вычисляется как поле горизонтального слоя (верхняя и нижняя кромки - горизонтальные плоскости) с эквивалентным распределением намагниченности, параметры которого определяются из анализа двумерного спектра поля. При работе в открытых районах (на щитах), верхняя кромка может совпадать с рельефом дневной поверхности, размер же элементов может задаваться разумно небольшим.
Таким образом, истокообразная аппроксимация при анализе и разделении потенциальных полей дает возможность последовательного редуцирования исходного поля с исключением составляющих, обусловленных влиянием объектов с заданными характеристиками. При этом даже если стартовая модель задана с ошибками, в остаточное поле (не подобранную часть) не вносятся дополнительные помехи, как в случае применения методов фильтрации, оно сохраняет истокообразность и для его интерпретации можно использовать весь спектр доступных методов, в т.ч. количественных.
Магнитные аномалии квадрупольного типа
Рассмотрим сначала особенности аномалий магнитного поля над пли-кативными структурами. Среди осадочных отложений в разрезе чехла платформ встречаются такие породы, намагниченность которых заметно повышена. Субгоризонтальные пласты этих намагниченных пород, расположенные в немагнитной среде, создают слабые, но весьма специфические магнитные аномалии, которые могут быть выявлены с помощью специальной методики. Для понимания специфики
Особенности намагничения горстовидной структуры: а) исходная структура; б) эквивалентная модель при вертикальном намагничении; в) распределение фиктивных магнитных масс при вертикальном намагничении, создающее поле квадрупольного типа; г) эквивалентная модель при горизонтальном намагничении и фиктивные магнитные массы на торцах, создающие поле дипольного типа. таких аномалии достаточно рассмотреть простейшие примеры. Когда бесконечный однородно намагниченный пласт является строго горизонтальным, он, очевидно, вообще не создает аномального поля. После поточечного вычитания намагниченности такого пласта в любом разрезе, общее аномальное поле не изменяется. Магнитные аномалии от пласта могут появляться только при наличии локальных структур.
На рис. 4.2а показана модель пласта, часть которого по разломам смещена вверх на высоту, равную мощности пласта. На рис. 4.26 показана эквивалентная ей модель, полученная поеле вычитания целого горизонтального пласта. Очевидно, что магнитная аномалия подобной структуры эквивалентна полю двух дипольных пластинок с противоположно направленными эффективными намагниченностями. Верхняя пластинка в данном случае имеет намагниченность, направленную вниз, а нижняя - вверх.
Как известно, характер магнитных аномалий различных моделей достаточно просто анализировать, переходя к рассмотрению фиктивных магнитных масс, распределенных по границам намагниченных тел. Плотность простого слоя таких масс рассчитывается в каждой точке поверхности раздела как проекция вектора намагниченности тела на направление внешней нормали в данной точке. На рис. 4.2в показано, что аномальное поле рассматриваемой структуры определяется тремя простыми слоями. На верхней и нижней кромках эквивалентной модели распределены отрицательные магнитные массы, а в середине модели, на границе раздела расположен простой слой положительных магнитных масс с удвоенной плотностью. Такое распределение масс создает аномальное магнитное поле квадрупольного характера (квадруполь является совокупностью двух диполей, параллельных друг другу, но противоположно направленных и находящихся на некотором бесконечно малом расстоянии друг от друга), а общий магнитный (дипольный) момент модели равен нулю. Такую модель можно называть квадрупольной пластинкой.
Интерпретацию квадруполя можно получить также, рассматривая разложение магнитного потенциала в ряд по сферическим функциям. Первые несколько членов этого разложения имеют определенный физический смысл [84]. Каждая шаровая функция, входящая в ряд Гаусса, представляет собой магнитный потенциал особого распределения, называемый мультиполем и имеющий соответствующие оси, число которых определяется порядком функций. Кроме того, каждому мультиполю соответствует магнитный момент, который можно назвать магнитным моментом того же порядка, какой имеет сама функция. Так, первый член разложения Гаусса представляет со бой потенциал, создаваемый однородно намагниченным шаром (дипольная составляющая). Члены второго порядка соответствуют потенциалу квадру-поля. Таким образом, в результате знакопеременного чередования намагниченности, дипольные члены ряда сокращаются, остаются мультиполи более высокого порядка.
Естественно, если направление намагниченности пласта отличается от вертикального, аномалия будет иметь другой характер. На рис. 4.2г показано, что в горизонтальном намагничивающем поле данная модель создает аномалию, эквивалентную двум противоположно направленным вертикальным диполям, расположенным по торцам модели. В принципе такое поле также имеет квадрупольный характер, однако, если структура имеет достаточно большие размеры, эти диполи должны проявляться в аномальном поле независимо друг от друга как две изолированные аномалии дипольного типа. При наклонном намагничении аномалии двух этих типов складываются, что приводит к появлению полей достаточно сложной морфологии даже для одиноч ной структуры. На рис. 4.36 показана аномалия А7" над двумерной квадру-польной пластинкой в намагничивающем поле с наклонением 60.
Особенности намагничения антиклинальной структуры: а) исходная структура; б) эквивалентная модель при вертикальном намагничении; в) распределение фиктивных магнитных масс при вертикальном намагничении, создающее поле квадрупольного типа; г) эквивалентная модель при горизонтальном намагничении и фиктивные магнитные массы на торцах, создающие поле дипольного типа.
Пликативные структуры также создают аномалии квадру-польного типа и сложной морфологии, зависящей как от формы пласта, так и от характера его намагниченности. На рис. 4.4 показаны эквивалентные модели и распределения фиктивных магнитных масс для пликативной антиклинальной структуры. Их анализ фактически приводит к тем же выводам, которые были получены для квадрупольной пластинки.
На рис. 4.5а и рис. 4.56 показаны аномалии AT над двумерными моделями антиклинальной и синклинальной структур в вертикальном намагничивающем поле, на которых видно, что эти аномалии представляют собой практически зеркальные отображения друг друга. Это значит, что квадрупольные моменты таких структур отличаются знаками: антиклиналь характеризуется аномалией с положительным квадрупольным моментом, а синклиналь - аномалией с отрицательным квадрупольным моментом. Таким образом, именно по квадрупольному характеру магнитные аномалии от структур осадочного чехла можно пытаться целенаправленно выявлять и выяснять: антиклиналь это или синклиналь.
Квадрупольный характер источников приводит также к тому, что их магнитные аномалии имеют амплитуду, равную нескольким нТл и лишь редко превышающую 10 нТл. Эти аномалии наблюдаются на фоне интенсивных полей от нескольких сотен до нескольких тысяч нТл, связанных с породами кристаллического фундамента но, аномалии от пород фундамента отличаются дипольным характером, а их источники залегают на большей глубине. Таким образом, структуры осадочного чехла можно пытаться обнаружить лишь, выделяя магнитные аномалии квадрупольного характера на фоне значительно более интенсивных аномалий дипольного типа. При этом, магнитные аномалии от интрузий в осадочном чехле и поля техногенного происхождения также имеют дипольныи характер и принципиально отличаются от аномалий структур осадочного чехла.
