Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние комплексных геофизических исследований при изучении глубинного строения земной коры 16
1.1. Физические предпосылки, источники информации и типовые комплексы
геофизических методов
1.1.1. Физические предпосылки применения геофизических методов 1 б
1.1.2. Основные носители информации о глубинном строении 18
1.1.3. Типовой комплекс геофизических методов изучения глубинного строения земной коры и верхней мантии 18
1.1.4. Направления развития глубинных геофизических исследований 20
1.2. Сейсмические исследования на региональных профилях 22
1.2.1. Разведочные возможности МОВ и МПВ 22
1.2.2. Модификации сейсмических наблюдений при региональных исследованиях 24
1.2.3. Метод обменных волн землетрясений 29
1.3. Геоинформационные технологии комплексной интерпретации геофизических данных 30
Выводы 35
Глава 2. Технология комбинированной сейсморазведки при изучении глубинного строения 36
2.1. Целесообразность комбинированных сейсмических наблюдений 36
2.2. Технология полевых комбинированных наблюдений 38
2.2.1. Полевая система наблюдений 39
2.2.2. Аппаратурно-техническая база 50
2.2.3. Топографо-геодезическое обеспечение 53
2.3. Особенности организации работ при комбинированных наблюдениях 55
2.4. Обработка данных комбинированных наблюдений 57
2.4.1. Основные процедуры кинематической обработки 60
2.4.2. Основные процедуры динамической (специальной) обработки 61
2.4.3. Методика дифференциального суммирования 63
2.4.4. Интерактивная обработка 66
2.4.5. Обработка данных региональных сейсмических 68 исследований ГСЗ-КМПВ
2.4.6. Выявление и картирование тектонических нарушений и зон трещиноватости 70
2.5. Методология формирования геолого-геофизической модели
по результатам комбинированной сейсморазведки 72
Выводы 77
Глава 3. Комплексирование геофизических методов на геотраверсах . 78
3.1. Комплексирование комбинированной сейсморазведки с потенциальными и электромагнитными методами 78
3.2. Построение априорной модели геосреды 80
3.3. Технология построения апостериорной модели геосреды 83
3.3.1. Общие положения и основные элементы технологии 83
3.3.2. Особенности интерпретации данных сейсморазведки в комплексе с данными других методов 86
3.3.3. Создание геодинамической модели геосреды 91
3.3.4. Использование данных дистанционных и наземных наблюдений 93
Выводы 96
Глава 4. Комплексные геофизические исследования по геотраверсу уралсейс 97
4.1. Предпосылки и задачи исследований 97
4.2. Комплекс геофизических методов 100 4.2.1. Методика полевых работ и качество первичных материалов 100
4.3. Обработка результатов сейсмических наблюдений 107
4.3.1. Методика обработки материалов СГ-ОГТ с использованием стандартных обрабатывающих систем, 107
4.3.2. Обработка и интерпретация материалов ГСЗ 111
4.3.3. Результаты обработки по стандартным комплексам 112
4.4. Обработка материалов СГ-ОГТ по специальным технологиям 113
4.4.1. Методика дифференциальной сейсморазведки 113
4.4.2. Методика параметрической развертки отражений 114
4.4.3. Анализ и интерпретация волнового поля на основе гетерогенной модели среды 114
4.4.4. Использование технологии «КОСКАД-ГЕОТРАВЕРС» 117
4.4.5. Применение технологии «ПАНГЕЛ» 123
4.5. Минерагенический прогноз 123
Выводы 126
Глава 5. Комплексные геофизические исследования по геотраверсу 1 -ЕВ 129
5.1. Предпосылки и геологические задачи 129
5.2. Комплекс геофизических методов 132
5.2.1. Комбинированные глубинные сейсмические исследования 132
5.2.1.1. Методика и техника полевых работ 132
5.2.1.2. Обработка сейсмических материалов МОВ-ОГТ 134
5.2.1.3. Результаты обработки и интерпретации сейсмических материалов 145
5.2.1.4. Специальная обработка МДС 150
5.2.2. Геоэлектрические исследования 157
5.2.2.1. Методика и техника работ 157
5.2.2.2. Обработка и интерпретация данных. 160
5.2.3. Высокоточные гравиметрические исследования 161
5.2.3.1. Методика полевых работ 161
5.2.3.2. Обработка и интерпретация материалов 164
5.2.4. Геоэлектрохимические исследования 166
5.2.4.1. Методика работ 166
5.2.4.2. Обработка геоэлектрохимических измерений и ее результаты 167
5.3. Комплексная геолого-геофизическая интерпретация 169
5.3.1. Исходные данные 170
5.3.1 Л. Региональные сейсмические и сейсмологические данные 170
5.3.1.2. Гравиметрические и магнитометрические данные 170
5.3.1.3. Геоэлектрические данные 170 5.3Л.4. Геотермические данные 172
5.3.2, Разрез земной коры 172
5.4. Минерагенический прогноз 178 5.4.1 Частные последствия 179 5.4.2. Региональные последствия 181
5.5. Экспериментальный профиль-рассечка 4-В 183
5.5.1. Общие сведения 183
5.5.2. Основные особенности полевого эксперимента 185
5.5.3. Обработка и интерпретация сейсмических материалов 186
5.5.4. Результаты исследований 187
5.5.5. Минерагенические следствия 192 Выводы 192 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 193 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Физические предпосылки применения геофизических методов
- Технология полевых комбинированных наблюдений
- Технология построения апостериорной модели геосреды
- Комбинированные глубинные сейсмические исследования
Введение к работе
Наряду с национальными проектами, направленными на решение этих задач выполняемыми научными центрами США, Великобритании, Германии, Индии, Испании, Канады, Китая, Франции, Японии и других стран, существует и ряд международных программ и проектов, реализуемых на основе корпоративного объединения усилий ученых и практиков различных государств. Примером реализации таких программ на территории России являются исследования на экспериментальном геотраверсе УРАЛСЕЙС (Стерлитамак-Николаевка) на Южном Урале (проект URSEIS) и на рассечке 4В в Карелии (по проекту SVEKALAPKO) опорного геофизического трансевропейского профиля 1-ЕВ в рамках Международной программы EUROPROBE.
Изучение глубинного строения земной коры на территории России является одной из приоритетных проблем Министерства природных ресурсов.
В рамках двух федеральных целевых программ развития минерально-сырьевой базы (на 1994-2002 г.г. и на 2002-2010 г.г.) создается государственная сеть региональных опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин. Главная цель ее создания- обеспечение широкого круга недропользователей информацией о глубинном строении недр, необходимой для решения задач геологоразведки, проектирования и строительства крупных промышленных и гражданских объектов, прогноза опасных природных процессов и явлений.
В последние годы в мировой практике для изучения глубоко залегающих границ и объектов земной коры привлекаются наблюдения отраженных волн в области, близкой к источнику возбуждения, с использованием технологии многократных перекрытий - МОВ-ОГТ. Результаты каждой их этих двух модификаций сейсморазведки - МПВ-ГСЗ и МОВ-ОГТ - обеспечивают разные информационные базы данных, существенно дополняющие друг друга. По отраженным волнам достигается детальная расчлененность осадочного
чехла и консолидированной коры вплоть до поверхности Мохоровичича, а по преломленным получают сведения о региональных сейсмических границах и скоростях вдоль этих границ. До недавних пор обе технологии оставались автономными как по базам первичных данных, так и по аппаратурно-техническим средствам.
Цель и задачи работ. Целью работы является разработка технологии комбинированной сейсморазведки на опорных профилях (геотраверсах) для изучения глубинного строения земной коры и верхней мантии.
В соответствии с этим задачи работы формулируются следующим образом:
Научное обоснование и разработка технологии комбинированной сейсморазведки.
Разработка методологии формирования геолого-геофизической модели среды.
Научный анализ геологической эффективности и прогнозно-минерагенических последствий технологии комбинированной сейсморазведки и ее комплексирование с другими геофизическими методами на экспериментальных (УРАЛСЕЙС, 4В) и опорном (1-ЕВ) профилях (геотраверсах).
Обоснование направлений дальнейшего совершенствования МКС и возможностей его применения на регионально-поисковых работах.
Научная новизна. На основании теоретических исследований соискателя и экспериментально-прикладного опробования и внедрения их результатов под руководством автора, при отработке региональных геотраверсов получены следующие новые результаты:
Разработана технология МКС на стадии полевых исследований - базовая система полевых наблюдений в составе 4-х встроенных подсистем различного функционального назначения. Система обеспечивает высокую плотность наблюдений в областях близвертикаль-ных (МОВ-ОГТ) и удаленных, широкоугольных, наблюдений (КМПВ-ГСЗ).
Предложены основные процедуры кинематической и динамической обработки данных МКС.
Обоснована методология формирования согласованной геолого-геофизической модели глубинного строения земной коры по результатам комбинированной сейсморазведки в комплексе с другими методами региональных геофизических исследований.
Многоаспектное применение различных, кроме стандартной, технологий комплексной обработки и интерпретации данных МКС и обеспечивающих геоинформационных технологий способствовало не только их совершенствованию, но и разработке и внедрению новых методических подходов (МДС, ПРО и др.) В результате сформулированы первоочередные задачи, определены перспективы и основные направления их решения.
5. Созданы на осноее комплексной интерпретации принципиально новые геолого-геофизические модели строения земной коры, характеризующие тектонические условия и вещественный состав крупных геоструктур и зон их сочленения в пределах Уральской горно-складчатой системы, Балтийского щита и Русской платформы. Реконструированы геодинамическис условия их. формирования и развития.
Практическая значимость. Разработанная технология комбинированной сейсморазведки в комплексе с потенциальными и электромагнитными методами внедрена в практику производственных работ на геотраверсах УРАЛСЕЙС, 1-ЕВ, 4В и др. Исследования на геотраверсах являются основой дальнейшего развития МКС и повышения аго геолого-экономической эффективности.
Накоплен ценный опыт обработки материалов региональных сейсмических исследований МОГТ-ВСМ и МОГТ-ВВ в условиях сложной геометрии профилей, интенсивной латеральной и вертикальной изменчивости сейсмогеологических обстановок, необходимости одновременной обработки больших массивов информации.
Высокая геологическая эффективность глубинной сейсморазведки МОГТ с применением виброисточников на этих профилях обусловила использование ее как основного метода региональных работ на нефть и газ в Мезенской, Московской синеклизах, в Предкав-казском прогибе и, в комплексе с другими методами, в пределах Волго-Уральской ангек-лизы в Поволжском регионе.
Геологические результаты работ на геотраверсах УРАЛСЕЙС, 1-ЕВ и профиле 4В позволили выполнить предварительные минерагенические прогнозы территорий вдоль профилей, локализовать - в их сечениях - перспективные участки на поиски месторождений рудных полезных ископаемых (магнезита, хрома, медных колчеданов, золота, платины, палладия, урана) и углеводородного сырья.
Защищаемые положения.
Созданная технология комбинированной сейсморазведки и ее главная составляющая -система синхронных полевых наблюдений МОВ-ОГТ —— МПВ, с использованием взрывных и виброисточников возбуждения упругих колебаний, обеспечивает равномерное освещение строения земной коры на всю ее мощность.
Предлагаемые процедуры кинематической и динамической обработки данных комбинированных наблюдений позволяют повысить эффективность исследований по изучению строения земной коры по региональным профилям.
Разработанные методические рекомендации по использованию результатов МКС и комплексной интерпретации геофизических данных (КОСКАД, ПАНГЕЯ, ПРО) обеспечивают формирование согласованных геолого-геофизических моделей земной коры по геотраверсам.
Основные принципы и методология формирования апостериорной геолого-геофизической модели среды по результатам комбинированной сейсморазведки, обеспечивающие с использованием обширной геолого-геофизической информации получение предельно корректных представлений о строении, составе и геодинамических условиях формирования земной коры изучаемого региона.
5- Новые корректные модели строения земной коры, характеризующие тектонические условия и вещественный состав крупных геоструктур и зон их сочленения в пределах Уральской горно-складчатой системы, Балтийского щита и Русской платформы. Реконструированы геодинамические условия их формирования и развития.
Основные положения диссертации апробированы более чем в 20-ти докладах на геофизических межведомственных научно-практических совещаниях и семинарах (Чимкент, 1988; Минск, 1989; Киев, 1990), международных научных симпозиумах и конференциях-выставках, в том числе в Москве (1992-1995,1999,2003), С.-Петербурге (2001,2002), Страссбурге (Франция,2001), Ламми (Финляндия,2001,2002), Ставангере (Норвегия,2003).
По результатам выполненных исследований опубликовано 50 работ в России и за рубежом (в Венгрии, Германии, Испании, Финляндии, Франции, США), в том числе 3 монографии. Основные положения диссертации содержатся в 50-ти публикациях, из них в 10-ти - в зарубежных изданиях.
Работа выполнена в ФГУ ГНПП «Спецгеофизика», в котором с 1961 по 1981 г. соискатель прошел путь от старшего техника-оператора полевой геофизической партии до первого руководителя, возглавляя предприятие последние 22 года.
За консультации, критические замечания и советы в процессе исследований и практических - внедренческих - работ соискатель выражает глубокую признательность и благодарность д.г-м.н. Ю.А. Воложу, д.г-м.н. А.С. Егорову, д.т.н. А.П. Жукову, д.ф-м.н. Н.А. Караеву, д.ф-м.н. O.K. Кондратьеву, д.г-м.н. М.В. Минцу, д.г-м.н. И.А. Мушину, д.ф-м.н. А.А. Никитину, д.г-м.н. Б.К.Остистому, д.ф-м.н. А.В. Петрову, д.ф-м.н. В.Б. Пийп, д.т.н О.А. Потапову, д.т.н. М.Б. Рапопорту, д.т.н., акад. B.C. Суркову, д.г-м.н. А.К. Урупову, Д.т.н. И.С. Чичинину, д.т.н. М.Б. Шнеерсону, д.г-м.н. Ю.М. Эринчеку, к.т.н. О,С. Аккура-тову, к.г-м.н. Ю.Н. Андрющенко, к.т.н. В.П. Васильеву, к.т.н. А.В. Липилину, д.г-м.н. А.В. Самсонову, к.т.н. А.К. Сулейманову, В.О. Михайлову, В.М. Ступаку, Р.З. Ченборисовой.
Физические предпосылки применения геофизических методов
При высокой пространственной анизотропии естественных полей и физических Параметров земной коры и верхней мантии, физические предпосылки применения геофизических методов их изучения обеспечивают вполне корректную геологическую интерпретацию получаемых результатов [1, 18, 26, 33, 43, 44, 60, 77, 86]. Главные из них охарактеризованы ниже.
Особенности распределения скоростей упругих волн: при закономерном увеличении их с глубиной, на границе Мохоровичича (М) происходит скачок в интервале 7-8,2 км/с и интенсивный рост скорости в переходной зоне мантии на глубине 400 км. Отмечается достаточно устойчивое отражение поверхности М (подошвы земной коры) в геосейсмическом разрезе, спорадическое проявление поверхности Конрада (кровля базальтового слоя) в сейсмическом и гравитационном полях.
Расслоение земной коры и верхней мантии по плотности: средние ее значения для гранитного слоя - 2,67-2,78 г/см3, базальтового слоя - 2,9 г/см3, верхней мантии - 3, 25 г/см3.
Наличие хорошо проводящих зон в глубинных слоях, создающих региональные аномалии геомагнитного поля. Ширина их достигает нескольких километров при протяженности от первых десятков до сотен километров.
Аномальная электропроводимость в рифтовых зонах, связанных с очагами повышенного разогрева пород. При этом отмечается наличие слоя высокой продольной проводимости в астеносфере и падение сопротивления мантийного вещества на глубинах 300 км и более до одного Ом т.
Различная магнитная восприимчивость изверженных пород; слабая -кислых, средняя - средних и высокая - пород основного и ультраосновного состава; наличие региональных аномалий геомагнитного поля, обусловленных теллурическими токами в земной коре.
Связь регионального теплового поля с возрастом тектогенеза, а его аномалий - с гидрогеологическими факторами и энергопреобразующими процессами, а также разная излучательная способность поверхностей различных геологических образований.
Сейсмические разрезы и карты изолиний скоростей. В число параметров, характеризующих толщину земной коры, ее консолидированность и степень деформированности, входят: Н - глубина границы Мохо, V - средняя скорость продольных волн в толще пород коры, реже величина АН/Дх - средний наклон поверхности М, где Ах = 30 - 50 км.
Разрезы земной коры по данным ГСЗ и обобщенные скоростные колонки по результатам метода обменных волн землетрясений (МОВЗ) и ядерных взрывов с граничными скоростями распространения продольных волн вдоль поверхности Мис элементами разломной тектоники.
Плотностные неоднородности Земли. Фиксируются в виде аномалий силы тяжести в редукциях Буге, Фая и изостатической. Аномалии в редукции Буге соответствуют стандартному значению плотности промежуточного слоя в 2,67 г/см3 и отражают неоднородности распределения плотности в верхней части литосферы до глубин 40 - 60 км.
Длиннопериодные вариации электромагнитного поля, устанавливаемые по магнитотеллурическим зондированиям на глубинах до 100 - 300 км. В интервале глубин 100 - 200 км электрическая проводимость равна приблизительно 10 3 См, а с 300 км резко возрастает до 1 См, с увеличением от Ш"3 до 102 См, в интервале глубин 60 - 120 км. Региональные вариации отклонений от осредненной зависимости могут достигать одного-двух порядков.
Аномалии геомагнитного поля отражают изменения вещественного состава фундамента и структурные особенности верхних слоев земной коры.
Многоспектральные космо- и аэрофотосъемки позволяют оконтурить кольцевые структуры и линеаменты земной поверхности.
К концу 80-х годов прошлого столетия, на основании отечественного и зарубежного опыта исследований по региональным профилям (геотраверсам) с целью изучения глубинного строения земной коры и верхней мантии геофизическими методами, сформировался [43, 44, 102] их типовой комплекс, включающий: низкочастотную сейсморазведку МПВ - ГСЗ и сейсмологические исследования методом обменных волн землетрясений (МОВЗ); средне- и мелкомасштабные гравиметрические съемки; региональные магнито-теллурические и электрозондирования; аэро-гравимагнитные и электрометрические, а также инфракрасные съемки со спутников и самолетов.
Низкочастотная сейсморазведка - глубинные сейсмические зондирования по трассам протяженностью от нескольких сотен до нескольких тысяч километров со средней глубиной исследования 50 - 70 км (на материках - до 100 км, на акваториях -до 20 км). Основная задача ГСЗ - исследование строения земной коры и верхней мантии, получение опорных геосейсмических разрезов с погрешностями определения глубины поверхности MB2V4KM.
Сейсмологические исследования МОВЗ выполнялись не только с использованием энергии землетрясений, но и ядерных взрывов и регистрацией продольных, поперечных и обменных волн в диапазоне частот 0.5 - 10 Гц. Основные задачи МОВЗ - выявление и изучение глубинных границ раздела земной коры, региональных структур осадочного чехла фундамента и тектонически активных зон.
Гравиметрические съемки масштабов 1:1 000 000 - 1:200 000 имели целью изучение региональных структур, поведения границ раздела и картирования интрузивных поясов, глубинных разломов, глубины и морфологии фундамента.
Региональная электрометрия (МТЗ и АМТЗ) позволяет выделять и изучать геоэлектрические горизонты земной коры и верхней мантии в интервале глубин от нескольких десятков до сотен километров, строение поверхности фундамента закрытых регионов, а электрозондирования (ЧЭЗ, ДЭЗ до 5 км, ЗСП) - структурные условия осадочных толщ и фундамента.
Технология полевых комбинированных наблюдений
Понятие технологии полевых комбинированных наблюдений объединяет Несколько составляющих, среди которых главными являются: система полевых наблюдений, их техническая база, топографо-геодезическое обеспечение, а также организация работ и средства обеспечения контроля качества в ходе полевых работ.
Первый опыт комбинирования систем регистрации успешно осуществлен ГНПП «Спецгеофизика» с российскими и зарубежными партнерами по проекту «Уралсейс» на опорном геофизическом профиле по южному Уралу (рис. 3), свидетельствует о возможности и высокой эффективности их использования при глубинных сейсмических исследованиях.
Профиль «Уралсейс» оказался лучшим экспериментальным полигоном как по апробированному комплексу сейсмических исследований по различным методикам и технологиям, так и по полноте обеспеченной им информационной базы в сложнейших сейсмогеологических условиях [29]. Аналогичные работы были проведены в Московской синеклизе и также подтвердили целесообразность комбинирования методов. На основе накопленного опыта, а также исходя из усредненных параметров строения земной коры, представляется возможным предложить базовую систему комбинированных наблюдений [3, 7, 8, 11, 14, 15, 32, 98].
Система обеспечивает резкое повышение плотности наблюдений в областях как близ вертикальных (МОВ-ОГТ), так и удаленных - широкоугольных -наблюдений (КМПВ-ГСЗ). Система состоит из четырех встроенных подсистем и характеризуется следующими особенностями (рис. 4, табл. 1): а) все подсистемы являются совмещенными, т.е. имеют общие пункты возбуждений, но различаются максимальной длиной годографа и взрывным интервалом; б) все наблюдения записываются единой многоканальной телеметрической станцией с использованием широкополосных сейсмоприемников; в) в качестве базовых характеристик регистрирующей системы могут быть приняты следующие: длина - 20000 м, шаг между пунктами приема (ПП) 50-100 м, количество активных каналов телеметрической станции 400, группа сейсмоприемников из 11 шт. на базе 50 м.
Подсистемаї- детальные наблюдения МОГТ (рис. 5) - предназначена для регистрации близвертикальных отраженных волн с последующей обработкой по методике ОГТ.
Ожидаемая информация; - временной сейсмический разрез на всю толщу земной коры, включая границу М; - скоростная модель осадочной толщи и, возможно, верхней части коры; - детальная информация по всему разрезу. Ф Подсистема2- удаленные разреженные наблюдения МОВ (рис. 5) предназначена для регистрации преломленных волн в первых вступлениях от границ в осадочном чехле и от относительно неглубоко залегающего фундамента Ф; отраженных волн - от крутопадающих и резко несогласных границ в верхах кристаллической коры. При отработке данной подсистемы со взрывным источником получаемая сейсмическая информация может быть контрольной для оценки качества материалов, полученных с вибрационными источниками. Ожидаемая информация: - скорости в осадочном чехле, необходимые для изучения «статических» поправок; ш - граничные скорости по фундаменту в случае его неглубокого залегания; - скоростные модели отдельных блоков в верхах кристаллической коры и их геометрия; - определение скоростной характеристики коры по отражениям от М (на базе 20 000 м кинематическая поправка составляет величину порядка 500 мс).
На сейсмограмме МОВ (рис. 6), полученной в Московской синеклизе, до удалений 24 000 м, кроме отраженных волн зарегистрированы, в первых вступлениях, преломленные волны от слоев в осадочном чехле (Рос) и от фундамента (Pg).
ПодсистемаЗ- преломленные волны средней удаленности МПВ -предназначена для регистрации преломленных волн в первых вступлениях от Ф повсеместно; отраженных волн от глубокозалегающих коровых границ и околокритических отражений от М.
Ожидаемая информация: - граничные скорости и рельеф фундамента; - определение вертикального градиента скорости по рефрагированным волнам в верхней части кристаллической коры; - сравнение данных отраженных и преломленных волн; - скоростная характеристика кристаллической коры вплоть до границы М; - структура нижней части кристаллической коры и рельеф глубинных границ, включая М. Подсистема4- ГСЗ - предназначена для регистрации преломленных волн от границы М; околокритических и закритических отражений от М; рефрагированных волн в верхах кристаллической коры. Ожидаемая информация: - рельеф и граничные скорости раздела М; - сравнение данных по отраженным и преломленным волнам; - рельеф и средние скорости, характеризующие М; - наличие или отсутствие переходного слоя в низах коры (сравнение с нормальными отражениями); - определение вертикального градиента в верхней части коры, наличие или отсутствие волноводов.
Технология построения апостериорной модели геосреды
Построение апостериорной модели геосреды базируется на комплексной интерпретации геофизических данных.
На региональных профилях такая интерпретация необходима ввиду неоднозначности решения обратной задачи по одному из геофизических полей, как в части установления геологической природы аномалий, так и в оценке количественных параметров исследуемых объектов (формы, глубины и элементов залегания). Кроме того, материалы различных геофизических методов по-разному отражают основные черты геологического строения.
Основными задачами комплексной интерпретации геофизических данных [31] при построении апостериорной модели геосреды являются: - установление распределения вертикальных и горизонтальных неоднородностей земной коры и верхней мантии, выявление закономерностей латеральной изменчивости скоростных, плотностных и магнитных параметров геосреды; - изучение природы глубинных геофизических границ и слоев (структурно-вещественных комплексов и динамических границ) в земной коре и верхней мантии, генезиса и закономерностей геологической эволюции крупных геологических структур (глубоких осадочных бассейнов, щитов, синеклиз, антеклиз), рифтов, зон субдукций и формирования их минерагенического потенциала; - создание объемной петрофизической и геодинамической моделей блоков литосферы и геологических структур с разной минерагенической специализацией; - исследование эндогенных процессов, мониторинг среды очаговых зон сильных землетрясений, выяснение строения и природы, флюидопроницаемых глубинных зон.
Существующие геоинформационные технологии комплексной интерпретации можно разделить на две группы: технологии комплексного анализа геологических данных для решения задач районирования и технологии количественной комплексной интерпретации, главным образом, данных лишь двух методов.
Для решения задач районирования по комплексу геополей наиболее эффективными являются геоинформационные системы (ГИС): ГИС-ПАРК (ООО ЛАНЭКО), ГИС-INTEGRO (ВНИИГеосистем), ГИС-ПАНГЕЯ (ВНИИГеофизика), ГИС-КОСКАД (МГГА).
Использование ГИС-технологий на первом этапе интерпретации геологических данных для решения задач районирования территории на отдельные блоки, выделения интрузивных комплексов и прослеживания тектонических нарушений является необходимым как на опорных профилях, так и на полигонах детальных работ.
Большинство приемов количественной комплексной интерпретации данных двух геофизических методов ориентируется на сейсмическую модель геосреды, что позволяет реализовать построение согласованных моделей по скорости и плотности; по скорости и электропроводности, определяемой по методу ЗСП, с построением сейсмоэлектрических временных разрезов (СЭВР).
Ряд технологий комплексной интерпретации данных сейсморазведки и геофизических исследований скважин - ИНТЕГРАН (ВНИИГеосистем), ЗАЛЕЖЬ (ВНИИГеофизика) и др., - предназначен, главным образом, для решения задач отологического расчленения разреза в пределах первых километров по глубине и диагностики углеводородов на полигонах детальных работ.
Технология построения апостериорной модели геосреды по опорным региональным профилям базируется на минимальной информационной основе, обеспечиваемой комплекеированием комбинированной сейсморазведки с другими методами геофизических исследований.
МП В - ГСЗ - динамические разрезы по преломленным и отраженным волнам, поляризационный анализ сейсмических записей трехкомпонентных наблюдений, результаты кинематического моделирования.
МОВ - МОГТ - временные и глубинные (с миграцией и без миграции) разрезы, спектры скоростей, результаты кинематического моделирования.
Электроразведка (МТЗ и АМТЗ) - аномалии проводимости в верхних частях земной коры, приуроченные к корневым системам древних рифтовых и троговых структур, анализ тензорных и пространственно-частотных свойств импеданса и его трансформаций, решения обратных 2D задач для Е-поляризации и результаты двумерного моделирования МТ-полей.
Гравимагниторазведка - результаты разделения поля на региональную и локальную составляющие, гравитационного и магнитного корреляционного зондирования, пересчета полей в нижнее полупространство (по методам подбора Трошкова, Страхова, Цирульского), результаты районирования по комплексу статистических показателей (среднее, дисперсия, интервал корреляции, градиенты по х и у, полный градиент, направление полного градиента, крутизна изолиний поля), рассчитанных в скользящем окне, а также результаты моделирования плотностного разреза и разреза значений магнитной восприимчивости.
Комбинированные глубинные сейсмические исследования
Методика полевых работ обоснована по результатам экспериментального изучения особенностей волнового поля на двух участках профиля в диапазоне 0-25 с и при удалении 0-10 км с учетом особенностей вибрационных излучателей.
Полевая система наблюдений (рис. 27-29) обеспечивает комплексное изучение строения земной коры по скоростным характеристам (МОВ-КМПВ, ГСЗ) и уточнение структуры ее отдельных блоков по изменению характера волнового поля (МОВ-ОГТ).
Основа аппаратурного комплекса - 500-канальная телеметрическая станция 1/0-2. Параметры комбинированных сейсмических наблюдений приведены в табл. 6.
Использованы комплексы ULTRA-SPARC-2 в обрабатывающей системе PROMAX и ПЭВМ Р-5 с применением SDS-PS и MDS-2 по следующей технологической схеме: 1. Стандартная обработка - динамическая и кинематическая. 2. Специальная обработка по методике дифференциального суммирования (МДС). 3. Обработка преломленных волн. Стандартная обработка МОВ-ОГТ проводилась с учетом сеисмогеологических особенностей среды с включением в граф обработки следующих процедур: - инсталяция геометрии профиля, ввод данных о координатах и высотах точек профиля; - сортировка трасс для суммирования по ОГТ с учетом истинного положения глубинных точек в плане (бинированис) в связи с криволинейностью профиля; - восстановление амплитуд и нормализация трасс; - выбор процедур регулировки амплитуд для сохранения максимальной динамической выразительности записи; - режекция высокоскоростных помех; - деконволюция исходных и суммарных трасс; - определение скорости оптимального суммирования по ОГТ; - ДМО - преобразование сейсмограмм ОГТ; - выполнение интерактивной автоматической коррекции статических поправок для каждого этапа корреляции кинематических поправок; - уточнение скоростей суммирования после ДМО; - полосовая фильтрация; - миграция временного разреза (посстэкмиграция); - пересчет временного разреза в линейный масштаб глубин.
Основная проблема при обработке материалов МОВ - ОГТ - подбор скоростей суммирования Voir и выбор средних скоростей для проведения процедуры миграции и построения сейсмического разреза.
Основными критериями при подборе Vorr являлись наибольшая выразительность отражающих элементов на временном разрезе, максимальная и устойчивая насыщенность достаточно протяженных осей синфазности. Диапазон изменения скоростей принят от 5,0 км/с (вблизи поверхности) до 6,0-7,7 км/с (на времени 6 с) и до 10-12 км/с на времени 25 с.
Для создания скоростной модели использованы данные КМПВ, ГСЗ по профилю, скоростные разрезы для верхней части земной коры по данным МПВ, МДС и скорости МОВ-ОГТ.
Итоговыми результатами обработки являются временной и глубинный разрезы, приведенные к +50 м в масштабе 1:500 000, представляющие фактологическую основу для проведения геологической интерпретации.
Специальная обработка по МДС на участке II этапа профиля оказалась наиболее сложной в его южной части в сравнении с остальными участками геотраверса от СГ-3 до Московской синеклизы. Основными осложняющими факторами явились:
1. Недостаточная геолого-геофизическая изученность территории (отсутствие глубокого бурения, петрофизических данных). Сейсморазведка МОВ- ОГТ ранее здесь не проводились за исключением отработанного в 1999 г. профиля Р2-2, пересекающего геотраверс в районе Лодейного Поля.
2. Наличие осадочного чехла мощностью до 500-700 м, состоящего из рыхлых терригенных образований посткарельского возраста - вплоть до девонских отложений. Различия скоростных характеристик осадочного чехла и кристаллического фундамента создают высокий градиент средних скоростей в верхней части разреза, который зависит от мощности чехла и достаточно изменчив по латерали. Такая ситуация требует детального подхода при обработке данных каждого геологического участка.
