Количественная интерпретация данных магниторазведки.

1 . Общая характеристика количественной интерпретации. Аппроксимация аномалосоздающих объектов телами простой геометрической формы, определение их глубины, размеров, точного местоположения, интенсивности намагничения - основная цель количественной (расчетной) интерпретации, или решения обратной задачи магниторазведки. Математически решение обратной задачи магниторазведки неоднозначно, так как похожие аномалии могут быть созданы геологическими телами разной формы, размеров и интенсивности намагничения. Для более однозначной интерпретации магнитных аномалий, и, в частности, оценки размеров тел, необходимо знать интенсивность намагничивания тел , определяемую по измерениям магнитной восприимчивости образцов ( ), значениям напряженности поля Земли , а также дополнительные геологические сведения о наиболее вероятной форме объектов.

Как и в гравиразведке, для количественной интерпретации данных магниторазведки применяются прямые и косвенные методы. Среди прямых методов, используемых для обработки отдельных простых магнитных аномалий (локальных или региональных), наибольшее применение находят аналитические (или методы характерных точек) и палеточные (или методы сравнения). К косвенным относится ряд методов обработки сложных аномалий, в которых путем последовательного решения прямых задач методом подбора формы и глубины возмущающих масс добиваются совпадения наблюденной аномалии с теоретически рассчитанными. Эти методы базируются на использовании ЭВМ.

Начинается количественная интерпретация с определения местоположения, протяженности аномалосоздающих тел, их формы, глубины залегания. Далее аномалосоздающие объекты аппроксимируются телами простой геометрической формы. Для этого используются форма, знак аномалий и вся априорная информация о форме ожидаемых намагниченных объектов изучаемого района.

Если на карте изодинам имеются изoметрические аномалии, отличающиеся по поперечным размерам не более чем в 2 - 3 раза, то они могут создаваться либо телами столбообразной формы (при аномалиях одного, как правило, положительного знака), либо телами шарообразной формы (при наличии в центре аномалий одного знака, чаще положительного, а вокруг - кольцеобразных аномалий другого знака).

Примером столбообразных геологических объектов с глубоко залегающими нижними кромками могут быть столбообразные залежи железосодержащих руд, кимберлитовые трубки, штокообразные интрузии, куполовидные структуры и т.п.

Примером шарообразных геологических тел с неглубоко залегающими нижними кромками могут служить такие изометрические объекты, как брахиантиклинальные и брахисинклинальные структуры, ядра которых сложены породами с повышенными магнитными свойствами; некoторые интрузии и лакколиты; массивные или чечевицеобразные залежи таких полезных ископаемых, как железные руды, бокситы, марганцевые руды и др.

Если на карте изодинам имеются аномалии вытянутой формы с изолиниями в виде эллипсов, большая ось которых более чем в 3 - 4 раза превосходит малую, то они могут создаваться пластообразными (при аномалиях одного знака) или цилиндрическими телами (при наличии в центре аномалий одного знака, а вокруг - другого).

Аномалии одного знака создаются круто залегающими пластами, пластообразными интрузиями, зонами нарушений, пластами метаморфических и осадочных пород, пластообразными залежами полезных ископаемых и др.

Вытянутые аномалии одного знака, окруженные полем другого знака, образуются над такими цилиндрообразными геологическими объектами "бесконеч-ного" простирания, но ограниченными по глубине, как синклинальные и антиклинальные структуры, линзообразные и веретенообразные рудные тела и т.п.

На картах изодинам могут наблюдаться вытянутые аномалии с одной стороны одного, а с другой - другого знака (зоны резких градиентов). Они связаны с крутыми контактами двух толщ или сбросами (уступами).

Практика магниторазведки показывает, что все одиночные магнитные аномaлии с той или иной степенью приближения могут быть отнесены к рассмотренным пяти видам. Методы количественной интерпретации получены в результате анализа решений прямых задач над разными моделями (см. 4.3). Рассмотрим некоторые из них.

2. Метод характерных точек. Сущность метода характерных точек при решении обратной задачи магниторазведки сводится к определению глубины залегания, оценке намагниченности и размеров тел по характерным точкам на графиках и , которые при больших углах наклонения практически совпадают.

Методы характерных точек подробно рассмотрены на примере интерпретации гравитационных аномалий (см. 3.1). В магниторазведке их применение несколько проще, так как кроме формы аномалий на картах можно использовать и знак. Интерпретацию рассмотрим на примере , так как при обработке данных наиболее полно используется знак аномалий для подбора моделей.

Первый этап интерпретации методом характерных точек сводится к выделению на картах одиночных аномалий и сопоставлению создавших их тел с телами простой геометрической формы: вертикальный столб, шар, вертикальный пласт, горизонтальный цилиндр и другие, для которых решена прямая задача (см. 4.3.3 и 6.1.2.1).

Для количественной интерпретации через середины выделенных аномалий, вкрест простирания аномалий, строится интерпретационный график . Ниже приведены примеры количественной интерпретации таких графиков на основе приведенных в 4.3.3 способов решения обратных задач. Центр тела залегает под центром главного (большего) экстремума (как правило, максимума ), и лишь уступ располагается между и . Абсцисса эпицентра тела принимается за начало координат, и от нее влево и вправо находятся абсциссы следующих характерных точек: 1) для аномалий одного знака, в которых ; 2) для аномалий двух знаков, в которой (можно взять и другие характерные точки графика, на которых равна какой-нибудь доле от ).

Зная и , с помощью табл. 2.2 можно определить глубину залегания верхней кромки для тел, глубоко уходящих вниз, или глубину залегания центра тел ограниченного распространения по глубине. Зная интенсивность намагничения ( ), можно рассчитать размеры намагниченных объектов. Средняя относительная погрешность определения глубин методом характерных точек составляет 10 - 30%.

Т а б л и ц а 2.2

Интерпретационная таблица для расчета параметров вертикально намагниченных тел простой геометрической формы методом характерных точек ( в нТл, в ед. СИ, линейные размеры в метрах)

Форма и знак аномалий	Геометрическая модель	Формула расчета,	Глубина залегания, или	Размеры
Изометрические	один знак	вертикальный столб	\frac{Jsh}{\mu ({x}^{2} + {h}^{2} )^{3/2}}
два знака	шар
Вытянутые	один знак	вертикальный тонкий пласт
два знака	горизонтальный цилиндр

Из-за сложности выражений для над уступом простых аналитических зависимостей между глубинами его залегания и абсциссами характерных точек не существует.

Нижние кромки намагниченных тел }, ограниченных по глубине ( ) и ширине ( ), можно оценить по формуле для вертикальных пластов: , где - абсциссы точек с минимальными ; - ширина пласта; - глубина залегания верхней кромки, - глубина центра тел.

3. Метод касательных и другие оценочные методы. На основе аналитических методов решения прямых и обратных задач магниторазведки для тел простой геометрической формы разработан ряд графических и палеточных способов интерпретации.

Из графических способов обработки магнитных аномалий рассмотрим простой способ приближенной количественной интерпретации - метод касательных. Сущность метода заключается в следующем. На графиках проводятся касательные, параллельные оси x, через максимум, минимум (если они есть), а также касательные вдоль боковых сторон аномалий через точки перегиба (рис. 2.8). Далее находятся точки пересечения всех касательных и определяются абсциссы точек пересечения . Если на кривой минимумов нет (аномалии одного знака), то за точки и берутся точки пересечения наклонных касательных с осью x. Приближенная глубина залегания верхней кромки тела, создавшего данную аномалию, рассчитывается по формулам: и . Среднее из полученных двух значений и служит для оценки глубины залегания верхней кромки тела.

Рис. 2.8. Интерпретация аномалий вертикальной составляющей геомагнитного поля методом касательных

В зависимости от формы и отношения поперечных размеров к глубине истинная глубина залегания может меняться от , когда размеры тел больше глубины их залегания, до , если размеры тел меньше глубины их залегания.

В теории магниторазведки разработан ряд оценочных методов интерпретации. Так, максимальная глубина залегания верхней кромки вертикально намагниченных тел любой формы может быть оценена по формулам:

4. Методы интерпретации с использованием ЭВМ. Существуют различные алгоритмы и программы обработки, интерпретации данных магниторазведки с помощью ЭВМ. Так, разработаны методики автоматического построения карт магнитных аномалий, построения интерпретационных графиков через центры аномалий, пересчетов наблюденных полей в верхнее и нижнее полупространство, специального анализа полей. Однако самым важным применением ЭВМ является косвенная интерпретация путем последовательного сравнения наблюденных аномалий с теоретическими для разных моделей с меняющимися геометрическими и магнитными параметрами. Однако при любых методах интерпретации без достаточного количества геологической и другой независимой информации добиться единственности решения обратной задачи практически невозможно.