Введение к работе
Актуальность работы
Построение вещественных моделей земной коры и верхов мантии различных геологических структур является основным, завершающим этапом изучения глубинного строения. Они существенно расширяют знания о палео- и современных геологических процессах и явлениях, происходящих на больших глубинах исследуемых территорий и вносят значительный вклад в решение фундаментальных проблем эволюции этих регионов.
Определяющими параметрами при создании петрофизической модели, в первую очередь, являются скоростные и плотностные характеристики образцов пород из определенных комплексов, отобранных в верхних горизонтах земной коры, а затем экспериментально изученных при высоких PT-условиях, а также информация о строении земной коры по данным ГСЗ и гравиметрии. При этом предполагается, что глубинные горизонты земной коры могут быть представлены ассоциациями тех же пород, которые входят в срез докембрия, но находящихся в высоких PT-условиях. Это предположение базируется на данных, полученных при бурении сверхглубоких скважин. Построенные в настоящее время вещественные (петрофизические) модели, в основном, являются вероятностными моделями. Однако оценка вероятности вещественного состава на разных глубинах, как правило, не проводится, по сути, это качественный прогноз.
Исключительная важность петрофизических моделей земной коры и верхов мантии при разработке как фундаментальных, так и прикладных проблем требует оценки степени их достоверности, т.е. вероятности прогноза. Для их получения необходим алгоритм, основанный на вероятностно-статистическом подходе.
Большой объем базы петрофизических данных пород Воронежского кристаллического массива (ВКМ), данные о глубинном строении являются хорошей основой для статистического анализа и создания основанной на нем вероятностной петрофизической модели литосферы региона.
Цель работы
Целью работы является построение вероятностно-статистической петрофизической (вещественной) модели земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива. Реализация поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
сбор и систематизация геологических и геофизических данных о строении литосферы ВКМ, выделение основных типов пород, представляющих поверхность докембрийского фундамента ВКМ;
выявление зависимости физических свойств образцов основных типов корообразующих пород ВКМ от высоких давлений и температур;
анализ базы петрофизических данных образцов пород ВКМ (в том числе при высоких PT-условиях), реализация их классификации по совокупности физических характеристик на основании алгоритма Байеса;
построение вероятностной вещественной модели литосферы Воронежского кристаллического массива.
Научная новизна
на основе анализа большого объема информации о петрофизических характеристиках основных типов пород докембрия ВКМ, как при нормальных, так и высоких РТ-условиях, показано, что их свойства (плотность и скорость) варьируют в широком диапазоне значений. Это связано не только с некоторым изменением вещественного состава в пределах одного типа пород, но и, в первую очередь, со степенью «уплотнения-разуплотнения»;
определены диапазоны изменения скорости продольных волн и плотности для различных глубинных уровней в кристаллической коре ВКМ на основе обобщения и анализа данных ГСЗ и одномерных плотностных моделей;
впервые обоснован вероятностно-статистический подход к оценке вещественного состава глубоких горизонтов кристаллической коры ВКМ;
впервые была создана вероятностная вещественная модель литосферы ВКМ, позволяющая оценить вероятность нахождения определенных типов пород в каждом из слоев с известными физическими параметрами.
Защищаемые положения:
-
-
Петрофизические характеристики при нормальных и высоких РТ-условиях различных типов горных пород ВКМ и данные о глубинном строении региона являются необходимой и достаточной информацией для построения вещественной модели земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива.
-
Применение критерия Байеса с целью классификации горных пород позволило построить вероятностную вещественную модель литосферы ВКМ на основе петрофизических характеристик и данных о глубинном строении региона.
-
Создана вероятностная вещественная модель земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива, позволяющая оценить вероятность содержания определенного типа пород на конкретном глубинном уровне.
Фактические материалы и методы исследования
Результаты исследования базировались на опубликованных многочисленными авторами работах по геологическому строению ВКМ, базе петрофизических данных, полученной Н.С. Афанасьевым (ВГУ) и обобщенной петроскоростной модели литосферы ВКМ, разработанной Л.И. Надежка и А.И. Дубянским (ВГУ). Обработка петрофизической информации осуществлялась при помощи комплекса программ: BORLAND C++ BUILDER, STATSOFT STATISTICA, MATHWORKS MATLAB, MICROSOFT EXCEL.
Личный вклад автора
Автор участвовал в обработке и интерпретации петрофизических данных (более 2000 образцов), отобранных из глубоких скважин, локализованных на территории ВКМ. Автор подготовил данные к исследованию на ЭВМ. Программы классификации и вычисления вещественного состава слоев были реализованы автором на языке программирования программной среды MATLAB, визуализация полученных результатов представлена автором с помощью табличных и графических редакторов.
Практическая ценность работы
Результаты работы представляются важными при исследовании глубинного строения и вещественного состава литосферы ВКМ. Предложенный метод построения вероятностной вещественной модели литосферы может быть использован в других закрытых в геологическом отношении регионах (Балтийский щит, Сибирская платформа и пр.).
Апробация
Результаты работы докладывались на X, XI, XII конференциях "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о земле" ИФЗ РАН (г. Москва, 2009, 2010, 2011 гг.); XVI международной конференции «Свойства, структура, динамика и минерагения литосферы Восточно-Европейской платформы» (г. Воронеж, 2010 г.); на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (г. Москва). Основные результаты работы были доложены и обсуждались на объединенных семинарах Лаборатории экспериментальных исследований физических процессов в литосфере ИФЗ РАН.
Благодарности: работа выполнена под руководством доктора геол.-мин. наук, гл.н.с. ИФЗ РАН А.Я. Салтыковского, которому автор выражает искреннюю благодарность. Автор глубоко благодарит кандидата геол.-мин. наук, доцента ВГУ Л.И. Надежка за неоценимую помощь и поддержку на всех этапах работы. Автор выражает глубокую признательность доктору физ.-мат. наук, проф. ВГУ М.Е. Семенову за постоянное внимание к работе и обсуждение алгоритма классификации, доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 306 ИФЗ РАН А.В. Пономареву, доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 205 ИФЗ РАН С.А. Тихоцкому и доктору физ.-мат. наук, заведующему лаб. 309 ИФЗ РАН Ю.О. Кузьмину за ценные замечания и рекомендации в процессе подготовки работы, кандидату геогр. наук В.В. Мацковскому за участие в реализации математических алгоритмов на ЭВМ, ст. редактору журнала «Геофизические исследования» Н.И. Тимофеевой и И.Н. Сафроничу за поддержку и помощь в оформлении графических материалов, М.А. Ефременко, Э.И. Золототрубовой, Ю.И. Борисовой и Д.Ю. Нескоромному за внимание и обсуждение отдельных разделов работы. Автор искренне благодарит коллег И.Е. Бушмину, Ю.Ф. Соколову, Г.С. Кушнира, Ф.Н. Яковлева за отзывчивость и поддержку в ходе подготовки работы.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав основной части, заключения и приложения. Объем работы 136 страниц, 28 рисунков, 8 таблиц. Список использованных источников включает 143 наименования.
Похожие диссертации на Построение вероятностной петрофизической модели литосферы Воронежского кристаллического массива
-
