СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ЗОН ПОВЫШЕННОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТИ И ГЛУБИННЫХ РАЗЛОМОВ ЛИТОСФЕРЫ Российский патент 2004 года по МПК G01V9/00 

Заявляется изобретение - способ обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов, который может быть использован в геологии для изучения земной коры и литосферы в целом, а именно при геофизических исследованиях разломно-блоковой структуры литосферы, при региональном геологическом картировании, а также при комплексировании геофизических методов для поиска и разведки рудных полезных ископаемых и энергетического сырья. С помощью предлагаемого способа можно определять неизвестные региональные зоны повышенной трещиноватости и глубинные разломы, как на поверхности, так и в земной коре.

Глубинные разломы литосферы определяются различными геофизическими методами: гравиметрическим, магнитометрическим, сейсмическим и сейсмологическим. В седиментном слое глубинные разломы хорошо картируются методами сейсморазведки и электроразведки.

Если под глубинными разломами понимать не только морфологически выраженные, длительно развивающиеся, вертикальные, наклонные, но и горизонтальные глубинные поверхности срыва и скольжения, то определение глубинного разлома по конкретным геофизическим критериям значительно осложняется. Для субвертикальных глубинных разломов большей разрешающей способностью обладают данные гравиметрии и магнитометрии, а для горизонтальных - сейсмические и электрометрические материалы.

Значительно сложнее определить глубину проникновения разлома в земную кору и мантию. Относительно достоверные сведения о глубинности разломов дают ГСЗ (глубинное сейсмическое зондирование) и сейсмология. Задача определения направления и углов наклона разломов оптимально решается сейсмическими методами и менее уверенно - гравиметрическими.

В большинстве случаев наблюдается интегральная геологическая и, соответственно, геофизическая картина глубинных разломов, то есть последние выступают как сложные многопараметрические тектонические структуры, для которых трудно построить четкую классификацию. В связи с этим корректной и разрешимой задача непосредственного определения глубинных разломов становится только при использовании комплекса геологических и геофизических методов (см. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач. /Под ред. В.Е.Никитского и В.В.Бредового. - М.: Недра, 1976).

Известен способ картирования геофизических и геохимических полей на поверхности земли (см. пат. РФ №2168750, G 01 V 11/00, 23.11.1999 - аналог), который включает размещение в пунктах исследования миниатюрных датчиков физической величины, измерение полезного сигнала с датчиков, обработку эмпирических данных и картирование восстановленных зависимостей пространственного распределения физической величины. Этот способ позволяет получить наилучший эффект от использования в труднодоступной местности, но он является сложным и дорогостоящим.

Известен способ определения трещиноватости горных пород в скважинах (см. пат. РФ №2150720, G 01 V 3/18, 23.11.1998 - аналог), основанный на измерении естественных геофизических полей. Измеряют естественное электромагнитное поле вдоль оси скважины на нескольких заданных частотах. При наличии аномальных значений судят о наличии зоны трещиноватости. Способ позволяет также определять относительные размеры трещин.

При картировании зон разломов, тектонических нарушений, особенно тектонического контакта пород разного состава, наличие в зоне разлома мелких интрузивных тел и т.п. наилучшие результаты достигаются при использовании магнитной съемки. В комплекс геофизических исследований при крупномагнитной геологической съемке выборочно включают наземные магнитные съемки.

В практике магнитометрических исследований структур земной коры используются измерения вертикальной составляющей магнитного поля с помощью специально предназначенных для этих целей магнитометров. В магнитометрии наземные магнитные съемки выполняют при помощи переносных Z-магнитометров с оптико-механической системой: М-2, М-18, М-23, М-27. Точность съемки (среднеквадратичная ошибка) с магнитометрами М-23 и М-27 достигает ±5 нТ.

Магнитовариационные станции имеют магнитометры с оптической системой, состоящие из вариометров D, Н и Z и регистрирующей части. Вариационные приборы на этих станциях основаны на взаимодействии постоянного магнита с магнитным полем. Все эти магнитометры с малым периодом собственных колебаний, то есть магнит вариометра находится в неподвижном состоянии. Нормальная работа вариометров позволяет в любой момент времени оценить значения элементов магнетизма с определенной погрешностью: для склонения ±0.1D, для горизонтальной составляющей ±0.0001Н и для вертикальной составляющей ±0.0001Z. Таким образом, в задаче обнаружения региональных глубинных разломов применяется однотипная аппаратура как при использовании Z-магнитометра, так и магнитометров магнитовариационных станций.

Осуществление магниторазведки в современных условиях требует использования дорогостоящей аппаратуры (магнитометров высокой чувствительности) в сочетании с применением электроразведки и других геофизических способов.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы, являющегося наименее затратным и позволяющим использовать ранее полученные результаты измерений магнитного поля Земли.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение достоверного результата о состоянии земной коры на предмет наличия разломов и трещин на основе анализа данных, полученных с использованием сети наземных магнитовариационных станций.

Указанный результат достигается тем, что осуществляют измерение магнитного поля Земли и определение геомагнитных координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов.

Отличие от известных способов заключается в том, что производят выделение из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, затем осуществляют измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью двух магнитовариационных станций, расположенных на одной геомагнитной широте так, что первая находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности, а вторая - в исследуемой зоне, и сравнение полученных данных. При наличии аномальных значений величины горизонтальной составляющей магнитного поля определяют положение зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома, по величине превышения значения горизонтальной составляющей, полученной на второй станции, определяют активность или неактивность разломов.

Путем сравнения значений горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, одно из которых получают с помощью второй станции, перемещаемой в зоне обнаружения разломов до тех пор, пока значения горизонтальной составляющей, полученные с помощью двух станций, не сравняются, определяют размеры зоны разломов.

Использование банка данных, в котором по геологическому картированию определено расположение магнитовариационных станций, находящихся вне разломов, обусловлено тем, что в процессе исследований было обнаружено, что некоторые крупнейшие разломы литосферы находят свое отражение в параметрах горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Использование такого банка данных существенно снижает затраты на проведение исследований литосферы.

Применение известных, широко используемых устройств - магнитовариационных станций для получения данных, позволяющих определить региональные зоны повышенной трещиноватости и глубинных разломов, также обуславливает снижение затрат на проведение комплексных геофизических исследований.

Сравнение величин горизонтальных составляющих магнитного поля Земли на двух станциях может осуществляться в любые моменты мирового времени независимо от солнечно-земной активности, то есть как в спокойные дни, так и в возмущенные. Величина превышения горизонтальной составляющей на рассматриваемой станции, находящейся над разломом, постоянна и независима от солнечной активности.

Анализ выявленных при поиске информации источников показал, что заявляемая совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники, что подтверждает соответствие заявленного решения критерию “новизна”.

Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить новый технический результат, отличающийся от того, что обеспечивает известные способы, можно утверждать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Предлагаемое техническое решение осуществимо (промышленно применимо), что подтверждается ниже приведенными сведениями.

Предлагаемый способ поясняется с помощью следующих графиков, представленных на фиг.1-6, где на фиг.1 и фиг.2 представлены измеренные значения спокойного и возмущенного поля северной компоненты Х (март 1991 г.) на двух станциях: Соданкюля и Лопарская, геомагнитные координаты Хултквиста которых соответственно равны (63.8°; 108.0°) и (64.0°; 114.8°). Станция Лопарская находится над тектонически спокойной областью, в пределах Норвежско-Кольского массива. Станция Соданкюля расположена на крупном разломе Северо-Западного простирания, ограничивающем с севера Лапландский кристаллический массив. На этих же фигурах представлена разность составляющих ΔХ геомагнитного поля с учетом широтной поправки на 0,2°. Из него видно, что северная составляющая геомагнитного поля на станции Соданкюля, находящейся над узлом пересечения разломов, на 261 нТ (нанотесла - единица измерения магнитного поля) больше, чем на станции Лопарская, расположенной вне разлома для спокойного поля, и на 260 нТ больше - для возмущенного. Такая тенденция величины северной составляющей геомагнитного поля сохраняется в экспериментальных данных и в апреле 1996 года. На фиг.3 и фиг.4 приведены спокойное и возмущенное геомагнитное поле (горизонтальная составляющая Н, март 1964 г.) для двух станций: Москва (Красная Пахра) и Казань (Займище). Геомагнитные координаты Хултквиста станций (50.8°; 111.9°) и (51.0°; 121.7°) соответственно. Станция Москва находится над узлом пересечения глубинных разломов фундамента субширотного (Волго-Камского) и Юго-Восточного (Пачелмского) направлений в приповерхностной структуре, проявленных в виде линеаментов. Станция Казань расположена вне разлома вблизи зоны субширотного линеамента и является геодинамически пассивной зоной. Измеренное спокойное геомагнитное поле на станции Москва, находящейся над узлом пересечения глубинных разломов, больше на 513 нТ, чем в Казани. Эта же тенденция сохраняется и для возмущенного геомагнитного поля. На фиг.5 и фиг.6 приведены наблюденные значения спокойного и возмущенного геомагнитного поля (горизонтальная составляющая Н, март 1964 г.) еще для двух станций: Ленинград (Воейково) и Лове. Геомагнитные координаты Хултквиста станций составляют (55.7°; 108.1°) и (55.8°; 97.8°) соответственно. Станция Лове находится над активной зоной разломов, определяющих южную границу Аландского порога в Балтийском море (между Балтикой и Ботническим заливом) и сопряженных с субширотным линеаментом по южной границе Центрально-Финляндского массива. Другая станция - Ленинград, находится вне разломов, вблизи пассивного узла пересечения широтного линеамента реки Нева. Измеренное спокойное геомагнитное поле на станции Лове больше на 188 нТ, чем на станции Ленинград. Эта же тенденция сохраняется и для возмущенного геомагнитного поля (ΔН=189 нТ). В процессе исследований изучено большое количество пар станций, расположенных в разных регионах, на которых сохраняется вышеуказанная закономерность.

Поставленная задача решается следующим образом. Для определения нахождения зон повышенной трещиноватости или глубинного разлома в земной коре можно воспользоваться измерениями элементов земного магнетизма, а в частности, горизонтальной составляющей геомагнитного поля, измеренными при помощи двух наземных магнитометров типа Б.Е. Брюнелли, М. Боброва или Ла Кура, находящихся примерно на одной геомагнитной широте Хултквиста и в одном регионе. Для этого одна станция берется из банка данных, определяющего расположение станции вне глубинных разломов, другая станция выбирается для района, где нужно определить наличие глубинного разлома литосферы. Далее на этих двух станциях измеряются величины горизонтальных составляющих магнитного поля Земли и сравниваются между собой по величине. Если измеренные величины горизонтальных составляющих на этих двух станциях примерно одинаковы, то в рассматриваемом регионе глубинного разлома нет, следовательно, обе станции расположены над тектонически спокойной областью, где нет глубинных разломов. Если же на станции в рассматриваемом регионе величина горизонтальной составляющей геомагнитного поля значительно больше, чем на другой станции, расположенной вне разлома, то делается вывод, что в рассматриваемом регионе существует глубинный разлом или зона повышенной трещиноватости и тогда определяются координаты расположения этой зоны. Кроме того, по величине этого превышения можно дать качественную оценку активности глубинного разлома: активный разлом или неактивный, т.е. отмирающий разлом. Поскольку глубинные разломы литосферы обладают разной геодинамической активностью, то величина расхождения в измерениях Н-компоненты на двух станциях, расположенных на одной исправленной геомагнитной широте, по величине будет тем больше, чем больше активность глубинного разлома литосферы. Далее расположение найденного глубинного разлома заверяется при помощи комплекса других данных геолого-геофизического картирования, которыми подтверждается достоверность выделенной зоны разломов, и делается заключение о выявлении новых зон региональной трещиноватости или глубинных разломов.

Этот способ позволяет определить координаты региональной зоны повышенной трещиноватости и глубинных разломов и не требует больших капиталовложений, так как можно воспользоваться существующей на сегодняшний день сетью наземных магнитовариационных станций. Он может использоваться как дополнительный способ при комплексных геофизических исследованиях в регионах.

Изобретение предназначено для обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и может быть использовано в геологии для изучения земной коры и литосферы. Способ включает измерение магнитного поля Земли и определение геомагнитных координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов. В способе также производят выделение из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, затем осуществляют измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью двух магнитовариационных станций, расположенных на одной геомагнитной широте так, что первая находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности, а вторая - в исследуемой зоне, и сравнение полученных данных. Наличие аномальных значений величины горизонтальной составляющей магнитного поля определяет положение зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома, по величине превышения значения горизонтальной составляющей, полученного на второй станции, определяют активность или неактивность разломов. Путем сравнения значений горизонтальной составляющей, одно из которых получают с помощью второй станции, перемещаемой в зоне обнаружения разломов до тех пор, пока значения горизонтальной составляющей, полученные с помощью двух станций, не сравняются, определяют размеры зоны разломов. Технический результат: создание более информативного и экономичного способа. 6 ил.

Способ обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы, включающий измерение магнитного поля Земли и определение геомагнитных координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов, отличающийся тем, что производят выделение из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, затем осуществляют измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью двух магнитовариационных станций, расположенных на одной геомагнитной широте так, что первая находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности, а вторая в исследуемой зоне, и сравнение полученных данных, наличие аномальных значений величины горизонтальной составляющей магнитного поля определяет положение зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома, по величине превышения значения горизонтальной составляющей, полученного на второй станции, определяют активность или неактивность разломов, а путем сравнения значений горизонтальной составляющей, одно из которых получают с помощью второй станции, перемещаемой в зоне обнаружения разломов до тех пор, пока значения горизонтальной составляющей, полученные с помощью двух станций, не сравняются, определяют размеры зоны разломов.