СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ Российский патент 1997 года по МПК G01V9/00 G01V11/00 

Изобретение относится к геологическим методам поисков и разведки и может быть использовано для геологического обоснования проведения поисково-разведывательных работ.

Методические разработки современных геологической науки опираются, как правило, на трудоемкие способы накопления и анализа информации, дальнейшее наращивание которой уже не влияет на эффективность исследований. Иное восприятие информационного массива, установление причины возникновения и характера развития геологического процесса в ходе геологической истории, позволит решать конкретные задачи наиболее оптимальным путем.

Неизбежность тех или иных преобразований материальной среды во времени имеет событийную пространственную привязку, проявляющуюся в виде тех или иных геологических особенностей. Их координаты, определяющие положение геологических структур, есть отражение эволюционных преобразований, а, как следствие, и внутренних сил. Возникающие при этом напряжения (сжимающие и растягивающие) приводит к деформационно-разрушительным последствиям, которые преодолевают облик земной поверхности. Термодинамическая концепция оценивает направленность эволюционных преобразований системы как стремление ее к уменьшению своей потенциальной энергии, к равновесно выгодным состояниям. Изменение режима состояния системы предопределяет последовательный ряд геологических событий. Наиболее четко прослежена эта взаимосвязь в работе Виньковецкого Я.А. Геология и общая теория эволюции природы, Л. Недра, 1971.

Проекция преобразований геологической среды на земную поверхность (наличие аномалий в виде горных хребтов, провалов, гидросистем и пр.) позволила осуществлять их идентификацию по геологическим и иным картам земной поверхности. На геологических картах эти изменения отражены в виде тектонически дислоцированных пород, линеаментов разной природы, протяженности и густоты. Следует отметить, что эволюционно любая система развивается в направлении нарастания сложности (энтропии). Количественно оценивая эту сложность (изменчивость геологической среды) по ее векторной направленности и вписывая эту направленность в окружность разной кривизны, возможно по скачкообразному изменению кривизны пространственно зафиксировать изменение режима состояния геологической системы, т.е. геологическое событие. Подобные положения традиционно используются для геологического прогнозирования. Наиболее интересна в этом отношении работа Кагана А.А. Инженерно-геологическое прогнозирование, М. Недра, 1984.

Геологическое прогнозирование путем анализа результатов геофизических исследований и выявления локальных аномалий широко используется при геологической разведке конкретных ископаемых на заданной территории исследований. Подобный способ раскрыт в заявке PCT N 93/03403, кл. G 01 V 3/08, 1.08.1991, приоритет Канады (47 стран). Способ и устройство для разведки на нефть и газ.

Использование картографируемых переменных параметров для изысканий месторождений защищено также патентом США N 5012675, кл. G 01 V 9/00, 25.07.1989.

В патенте РФ N 2003139, кл. G 01 V 9/00, 2.10.1992 рассмотрен способ идентификации грунтовых вод с использованием морфологического анализа рельефа. В авт. св. СССР N 1805433, кл. G 01 V 11/00, 20.05.1991 защищен способ поиска залежей саморудной серы путем выявления локальных аномалий по карте магнитных полей.

Однако приведенные выше работы требуют дорогих и длительных методов получения и накопления информации, а также сложных методов анализа для идентификации определенной геологической формации.

Наиболее близким известным решением к предложенному техническому решению определения пространственных координат геологических формаций является работа, изложенная в докладе Кузнецова О.А. Ковалевой В.А. Муравьева В.В. Синергетическая (импульсно-волновая) концепция интерпретации геофизических полей. (ВНИИГеосистем). Сб. тезисов докладов на Международной геофизической конференции, Санкт-Петербург, 15-20 июля 1995 года. В работе приведена методика структурно-геометрического анализа карт, визуализирующая скрытую волновую регулярность в распределении аномалий геополей. Установлена глобальная волновая регулярность и центральная симметрия структур геополей на основе анализа полей с позиции их изменчивости. Однако в теоретических обоснованиях отсутствует связь волновой регулярности с плотностью геологической среды, что приводит к ошибкам проекции геополя на поверхность земли. Подобные ошибки существенно снижают точность прогнозов, поэтому указанная выше методика может быть использована только для общих концептуальных геологических прогнозов на уровне региональных геологических формаций. Для уточнения геологического прогноза, полученного указанным методом традиционно необходимо дополнительное проведение съемочных и поисковых работ, что требует сложного оборудования и нескольких лет аналитических исследований.

Задача изобретения разработка оптимального способа идентификации геологической формации, пригодного для любого геологического объекта и обеспечивающего высокую точность прогнозирования геологического события.

Для решения поставленной задачи в способе определения пространственных координат геологических формаций, основанном на анализе геополей с позиций их изменчивости, изменчивость геополей определяют в коэффициентах отклонения от нормального значения, приведенных к единице площади излучаемого геополя, строят векторные диаграммы коэффициентов изменчивости, рисуют векторную огибающую, находят ее фокус, соединяют его с точкой максимальной изменчивости на векторной огибающей и прогнозируют в этой точке геополя геологическое событие, а по длине радиуса огибающей прогнозируют физическую характеристику данного геологического события, км:
при радиусе 3 4 наличие воды;
при радиусе 24 34 наличие полиметаллических месторождений;
при радиусе 60 70 наличие никеленосных месторождений;
при радиусе 110 120 наличие алмазно-углеродных труб;
при радиусе 150 300 наличие нефтегазоносных месторождений;
при радиусе выше 300 наличие осадочно-вулканогенных пород.

Для повышения достоверности прогнозирования повторяют последовательность анализа изменчивости геополей с разными физическими характеристиками, относящихся к одной территории, и по совпадению результатов прогноза корректируют пространственные координаты геологического события.

Для повышения точности пространственных координат геологического события повторяют последовательность анализа изменчивости геополей при разных масштабах их изображения и по совпадению результатов анализа корректируют пространственные координаты геологического события.

Использование предлагаемого метода прогнозирования позволяет повысить достоверность прогнозирования геологического события, что исключает потребность в проведении съемочных и поисковых стадий геологической разведки. Способ обеспечивает сокращение поисковых работ в среднем на 5 лет и позволяет существенно сократить затраты на разведку месторождений полезных ископаемых, а также водных и строительных ресурсов.

В качестве подлежащих анализу геополей могут быть использованы различные карты, отражающие физические характеристики земной поверхности: геологические, топографические, гравитационные, геоморфологические, карты магнитных полей либо фрагменты этих карт. Масштаб карт также может быть любым, при этом достоверность прогнозирования обратно пропорциональна масштабу карты.

Для измерения изменчивости геополей на единицу площади изучаемую территорию делят на равные квадраты. В каждом квадрате изучают скорость изменения отмеченного на выбранной карте параметров (единицы значения поля). Это может быть либо количество линий параметра, либо длина линеаментов. Вычисляют коэффициент отклонения от нормы параметра в каждом квадрате геополя. Точки с одинаковыми значениями коэффициентов соединяют между собой изолиниями. Получают замкнутые участки. По вычисленным коэффициентам изменчивости строят векторные диаграммы из квадратов с меньшим коэффициентом в квадрате с максимальным коэффициентом. Через вектор проводят огибающую. Как показали многолетние исследования, все аномалии укладываются в лог-спирали с разными радиусами.

Следующий этап исследований заключается в нахождении фокуса полученной векторной огибающей. Для этого проводят несколько касательных к огибающей в разных точках и опускают к ним перпендикуляры. Точка пересечения перпендикуляров идентифицирует фокус огибающей. Этот фокус соединяют с точкой пересечения огибающей с вектором максимальной изменчивости с точкой пересечения огибающей с вектором максимальной изменчивости, которая в геологии называется особой точкой или "точкой катастроф".

Геологическое событие прогнозируют в зоне, заключенной внутри изолинии, в которую попадает "особая точка". По радиусу огибающей определяют физическую характеристику геологического события, т.е. по расстоянию (в масштабе выбранного изображения геополей или карты) между фокусом векторной огибающей и "особой точкой" можно судить о наличии в прогнозируемой территории определенной геологической формации.

Радиус векторной огибающей является проекцией динамики геополей разных радиусов глубинности. Многолетнее изучение автором особенностей глубинных залеганий различных геологических формаций и громадный накопленный статистический материал по этому вопросу позволил однозначно идентифицировать по глубине залегания (равной радиусу векторной огибающей) физическую характеристику прогнозируемого геологического события.

Данный способ позволяет повысить достоверность как самого геологического события, так и его пространственных координат.

При проведении анализа изменчивости геополей с различными физическими характеристиками, т. е. по различным картам (например, топографическим, геологическим, гравитационным и др.) одной и той же территории, которые отражают разноуровневое состояние геологической среды выявленные зоны геологических формаций будут несколько смещены. В этом случае геологические события прогнозируют по плотности признака, т.е. по участку территории, совпадающему на всех выявленных зонах. Таким способом добиваются уточнения пространственных координат выявленного геологического события.

Точность прогнозирования может быть увеличена за счет повторения процедуры анализа изменчивости геополей на картах с разными масштабами (от крупных до мелких). При этом пространственные координаты определяют по плотности признака на заданной территории.

Данный способ прогнозирования геологических событий разработан автором на основании многолетних научных исследований и обработки большого количества статистических данных по существующим известным месторождениям полезных ископаемых. Автору удалось применить свой метод при прогнозировании около десятка месторождений. Опыт использования данной методики дал положительный результат.

Способ поясняется фиг. 1, где приведена последовательность выявления геологической формации путем предварительного анализа изменчивости геополей. На фиг. 1,а показан участок геополя 1 с параметрами в виде линий 2 различной формы. Поле 1 разбито на равные квадраты 3. В каждом квадрате подсчитано количество проходящих через него линий 2, т.е. параметры изменчивости. На фиг. 1, б в квадратах 3 проставлены цифры, соответствующие количеству проходящих через него линий 2. Квадраты с равными параметрами изменчивости соединены изолиниями 4 (по существующим правилам проведения изолиний). Выделены те участки, где коэффициент изменчивости превышает нормальное значение. Норма рассчитывается как отношение количества параметров изменчивости (сумма линий в квадратах) на количество квадратов. Для каждой территории, для каждого параметра изменчивости норма может меняться. Как показала практика, при коэффициенте отклонений от нормы в 2,5 раза вероятность прогнозирования геологического события близка к 100% На фиг. 1,в на сетке геополя 1 показаны только зоны вероятных геологических формаций 5, т.е. участки, где коэффициент изменчивости выше нормального фона. На фиг. 1,г показаны участки геополя с превышением коэффициента изменчивости по двум параметрам, которые выявлены по разным картам, например, гравитационным и геологическим. Заштрихованные участки являются зонами, в которых результаты прогнозов по двум параметрам совпадают. Вероятность обнаружения в заштрихованных зонах прогнозируемых геологических формаций повышается. На фиг. 1,д показано то же геополе с результатами прогнозирования по трем параметрам. Как видно из фиг. 1,д совпадение прогноза по трем параметрам имеется только в двух зонах, которые и следует учитывать при определении пространственных координат прогнозируемого геологического события. Таким образом точность прогнозирования повышается. На фиг. 1, б показан процесс построения огибающей 6 векторов 7 коэффициентов изменчивости. Как показали статистические данные, эта огибающая 6 укладывается в лог-спираль строго определенной формы. Результат построения векторной огибающей 6 показан на фиг. 1е. В зоне пересечения огибающей 6 с вектором 7 максимальной изменчивости прогнозируется (заштриховано черным) геологическое событие.

Далее определяется фокус 8 огибающей спирали путем построения касательных 9 к огибающей 6 и проведения к ним нормалей 10. На пересечении нормалей 10 определяется фокус 8. Линия, соединяющая фокус 8 огибающей 6 и точку 10 пересечения огибающей 6 с вектором 7 максимальной изменчивости, определяет радиус векторной огибающей. По его длине определяют физическую характеристику прогнозируемого геологического события.

В некоторых случаях векторная огибающая может быть получена без длительной процедуры подсчетов коэффициентов изменчивости параметров геополя. Так по очертаниям материка Южной Америки можно сразу вычертить лог-спираль векторной огибающей она проходит по северной оконечности материка (фиг. 2). Кружками выделения зоны наибольшей изменчивости геологического параметра, а точкой Ф фокус огибающей. Как видно из рисунка, в зонах пересечения векторов наибольшей изменчивости с огибающей находятся залежи полезных ископаемых. По длине радиуса можно проверить физическую характеристику указанных геологических формаций.

Использование: в геологических методах поисков и разведки для геологического обоснования проведения поисково-разведывательных работ. Сущность изобретения: способ основан на анализе геополей с позиций их изменчивости. Изменчивость геополей определяют в коэффициентах отклонения от нормального значения одной из его физических характеристик, приведенных к единице площади излучаемого геополя. Затем строят векторные диаграммы коэффициентов изменчивости, проводят векторную огибающую и прогнозируют в точке пересечения огибающей с вектором максимальной изменчивости геологическое событие. По расстоянию между фокусом векторной огибающей и точкой пересечения ее с вектором максимальной изменчивости с учетом масштаба выбранного изображения геополя или карты прогнозируют физическую характеристику геологической формации. Точность определения пространственных координат может быть повышена при анализе геополей одной и той же территории по параметрам с разными физическими характеристиками, а также по картам, изображенным в разных масштабах. В изобретении решена задача разработки оптимального способа идентификации геологической формации, пригодного для любого геологического объекта и обеспечивающего высокую точность прогнозирования геологического события. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения пространственных координат геологических формаций, основанный на анализе изменчивости геополя, отличающийся тем, что изменчивость геополя определяют в коэффициентах отклонения от нормального значения одной из его физических характеристик, приведенных к единице площади изучаемого геополя, строят векторные диаграммы коэффициентов изменчивости, проводят векторную огибающую и в точке пересечения векторной огибающей с вектором максимальной изменчивости прогнозируют геологическое событие. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по расстоянию между фокусом векторной огибающей и точкой пересечения ее с вектором максимальной изменчивости с учетом выбранного изображения геополя или карты прогнозируют физическую характеристику геологической формации: при расстоянии 3 4 км - наличие воды, при расстоянии 24 34 км наличие полиметаллических месторождений, при расстоянии 60 70 км наличие никеленосных месторождений, при расстоянии 110 120 км наличие алмазно-углеродистых труб, при расстоянии 150 300 км наличие нефтегазоносных месторождений, при расстоянии выше 300 км наличие осадочно-вулканогенных месторождений. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что изменчивость геополей определяют на основе различных карт, относящихся к одной территории и отражающих различные физические характеристики земной поверхности, и по совпадению результатов прогноза по разным картам корректируют координаты геологического события. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что изменчивость геополей определяют на основе карт, относящихся к одной территории, но отличающихся масштабами изображения.