Стадийность совместной интерпретации геологических и геофизических данных
Яковлева Александра Анатольевна,
кандидат физико-математических наук, доцент.
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург.
Введение
Разработан системный подход для прогнозирования и обнаружения рудного объекта вплоть до определения его основных пространственных параметров. Работы выполняются как при наличии оптимального набора исходных данных (см.ниже), так и в условиях минимума априорной информации. Высокий процент успеха в решении задачи опережающего прогноза в нашем случае обусловлен накопленной базой знаний по рудолокализующим процессам. На разных стадиях работы включают полевые измерения (геологосъемка, детальный пробоотбор и т.д.), а также развернутую (качественную и количественную) и камеральную подготовку материалов, которая обеспечивает высокий уровень соотношений сигнал-шум (сигнал – отклик от искомых геологических аномалий). Последнее является одной из инноваций предлагаемых методов: часто численные алгоритмы некорректно применяются к разнородным геологическим данным в силу отсутствия понимания их взаимосвязи.
Исходные данные
Методика ориентирована на решение задач прогноза и обнаружения геологических аномалий в условиях минимума априорной информации. Необходимый минимум сведений включает географическую позицию полигона и указание типа искомого объекта. Объем исходных сведений о полигоне прямо пропорционален надежности итоговых прогнозных реконструкций. Оптимальный перечень начальных данных:
- материалы аэровоздушной фотографической, тепловизионной и радарной съемок;
- космические мультиспектральные стереоскопические снимки [1];
- карты изолиний геофизических полей (магнитного поля, гравитационного поля, поля кажущегося удельного сопротивления и т.д.);
- данные аэрогаммаспектрометрии: карты изолиний массового содержания по урану, торию и калию (желательно, в формате *.grd, Surfer);
- результаты количественного анализа пробоотбора: карты изолиний концентрации геохимических элементов, образующих вторичные ореолы рассеяния (элементы – Cu, Sr, Zn, Pb, Au, Ag, Hg, Cs; U-Th-K);
- геологическая основа (геологические карты с легендой и с привязкой обучающих эталонных объектов);
- географическая основа (топографические карты с изображением рельефа поверхности, транспортных магистралей и населенных пунктов, археологических памятников).
В качестве дополнительных практикуются работы силами производственных подразделений:
- полевые геологосъемочные детальные оценки;
- экспресс-пробоотбор;
- детальные наземные магниторазведка, гравиразведка, электроразведка (метод срединного градиента, вертикальное электрическое зондирования, электромагнитное зондирование, метод вызванной поляризации);
- камеральная подготовка материалов.
Последовательность работ, основные результаты
Реализация анонсируемых методик предлагается в рамках строго заданной стадийности:
1-6 месяц – сведение всех материалов в единый формат, оцифровка аналоговых карт, взаимная увязка разнородных полей, введение начальных поправок и расчет базовых трансформант, составление ГИС-основы первичной фактуры прогнозных работ;
6-12 месяц – качественная и количественная интерпретация геофизических и геохимических полей, структурные реконструкции по дистанционной основе, распознавание образов без обучения и с обучением, выезд на местность и формирование детальной обучающей выборки, детальная заверка;
12-18 месяц – выделение перспективных ореолов, планирование сети наземного пробоотбора с последующей разбивкой серии опорных скважин, формирование картографического продукта фондовой и полевой экспресс изученности участка с предварительными металлогеническими характеристиками;
18-24 месяц – детальная заверка объектов на местности, планирование поисково-разведочного бурения, написание сводного отчета, актуализация геологической основы, ГИС-сопровождение.
Методика работ
Предлагается избыток обучающих эталонных объектов, составленных разведанными приповерхностными рудниками, отмеченными древними карьерами, что само по себе помогает определить закономерность пространственного и структурного контроля прогнозируемых «слепых» геологических аномалий. В основе ожидаемого нами успеха лежит технологическая возможность получения информации в условиях антропогенного воздействия на первичный поверхностный покров (почвенно-растительный покров) исследуемого региона, что автоматически означает малые искажения косвенных признаков особенностей геохимических полей.
Основной элемент методической новизны связан с материалами дистанционного зондирования. Первый этап обработки спутникового сигнала состоит в выявлении системы косвенных признаков в оптическом поле мультиспектральных снимков, трассирующих ландшафтные составляющие, маскирующие литологический субстрат. Анализ упорядоченности областей пространственной стационарности оптического поля космоснимка и алгоритмически выделенных градиентных зон структурно-вещественных комплексов допускают построение вертикальных сечений литологического субстрата и формирование структурного прогноза. Структурная реконструкция опирается на авторский алгоритм прослеживания следов глубинных линейных и дуговых границ, маркирующих геологические структурные элементы, а также петро и лито-физические границы между структурно-вещественными комплексами. Эта структурная реконструкция выполняется на разных уровнях детальности, что в соответствии с гидродинамической аналогией отвечает разной глубинности [2].
Дополнительно к интерпретации непотенциального оптического поля аэро-космоснимка методика включает полный цикл интерпретационных процедур геофизических и геохимических полей: фильтрацию с выделением аномалий, маркирующих эталонные объекты; структурную реконструкцию, подобную той, что применялась к дистанционной основе; пересчеты полей в различные показательные трансформанты (энтропию, поле стационарности и т.д.); совместный многофакторный анализ с трехмерной глубинной реконструкцией «слепых» объектов; распознавание образов с обучением и без него; структурную реконструкцию геологического пространства полигона на основании шести независимых модельных подходов, сужающих класс эквивалентных решений [3].
Итог представлен:
1) обновлением геологической и структурно-тектонической карт на участок работ и его обрамление;
2) 3D глубинной структурной реконструкцией полигона работ;
3) привязкой выявленных структурных особенностей к эталонным (обучающим) объектам с формированием системы прогнозных структурных признаков, например, приуроченностью указанных объектов к периферической зоне кольцевых структур определенного ранга и т.п.;
4) камеральным выявлением и полевой заверкой аномальных зон, перспективных на промышленное рудопроявление;
5) подготовкой задания на проведение детальных геолого-разведочных работ на оцениваемом участке.
Новизна:
1) оптимизация обработки с исключением воздействия на структуру геолого-геофизических данных антропогенных эффектов;
2) применение универсальных интерпретационных критериев как к потенциальным геофизическим (гравитационному и магнитному) полям, так и к непотенциальным геологическим (геохимическим и оптическому полю аэро- и космического снимка) полям;
3) применение мультиспектральных стереоскопических космоснимков для компенсации низкой разрешающей способности прочих геолого-геофизических материалов;
4) чувствительность методики к обнаружению «слепых» объектов, под которыми в общем случае понимаем системы рудных тел, залегающих на глубинах 200-300 метров.
Объекты применимости методики
Заявляемая нами программа работ включает:
- первичную обработку начальных данных по геологическим объектам;
- площадные качественные реконструкции;
- глубинные количественные реконструкции;
- подготовку сводной прогнозной карты, сводных разрезов и анимированных трехмерных блок-диаграмм.
Эта методология была апробирована в течение 15 лет на месторождениях и рудопроявлениях благородных металлов, месторождениях марганцевых руд, полиметаллических месторождениях. В перечень объектов апробации вошли кимберлитовые и лампроитовые тела в связи с прогнозом алмазоперспективных участков, гидротермально измененные зоны, в частности, пегматиты в связи с планированием добычи самоцветов и доизвлечением редкометалльных примесей. Имеет место ограниченный опыт по локализации нефте-газоперспективных участков и по решению задач инженерной геологии. Представленный разброс возможных типов исследуемых объектов определяется спецификой методики, которая на основе формальных критериев, применимых к любым геолого-геофизическим полям, ориентирована на выявление рудоконтролирующих структурных (структурно-вещественных) факторов по латерали, по вертикали и в трехмерном варианте. Анонсируемые интерпретационные подходы организованы для анализа на разных уровнях генерализации (детальности) с выделением эффекта унаследованности между геологическими объектами разного ранга. Учитывая возможность работы в условиях минимума априорной информации методика допускает формирование экспертного заключения об общей перспективности заявленных участков с локализацией границ прогнозируемых объектов для их последующей детальной наземной заверки.
Литература
1. Мовчан И.Б., Яковлева А.А. Стереоскопические карты: интерпретация и инновационные алгоритмические элементы // Журн.научн. публикаций аспирантов и докторантов, №1, 2010. С.122-124.
2. Мовчан И.Б., Яковлева А.А. Прогноз эндогенных оруденений по материалам поверхностных измерений // Сб. материалов II-й международн. конф. «Наука и современность – 2010», часть 1. Новосибирск, 16.04.10. С. 88-95.
3. Яковлева А.А., Мовчан И.Б., Падерин П.Г. Спектральные алгоритмы прогнозирования новых золоторудных объектов в окрестности суперкрупного месторождения «Сухой Лог»// Журнал «Региональная геология и металлогения», №38, 2009. С. 92-106.
Поступила в редакцию 20.03.2015 г.