ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 6, с. 68-87
УДК 550.837:551
МЕТОДИКА РУДНОГО АУДИОМАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ
© 2004 г. В. В. Белявский1, В. В. Сухой2
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр региональных геофизических и геоэкологических исследований им. ВВ. Федынского", г. Москва
geon@dol.ru 2Национальная академия наук Украины, Украинский государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики и маркшейдерского дела (УкрНИМИ) ukrnimi@ukrnimi.donetsk.ua Поступила в редакцию 20.06.2002 г.
В статье описана методика применения метода аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ) при поисках рудных месторождений. Она опробована на золоторудных месторождениях Донбасса и в пределах Украинского щита. Наиболее представительные результаты получены в Западном Приазовье, где с помощью метода АМТЗ прослежены рудные зоны и поля, выделены перспективные на золотое оруденение площади. Основное внимание в статье уделено вопросам обработки, интерпретации регистрируемого МТ-процесса и анализа полученных результатов.
Ключевые слова: фаза импеданса, коррекция, аппроксимация, 2Б-инверсия
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время рудные месторождения полезных ископаемых, залегающие достаточно близко к дневной поверхности, в основном уже обнаружены. Дальнейший поиск рудных полей и месторождений на закрытых территориях с помощью дорогостоящего поисково-разведочного бурения в отсутствие убедительных геологических сведений о строении рудных районов может оказаться экономически нецелесообразным. В этом случае при проведении бурения существенную помощь могут оказать данные, полученные из магнито-теллурических наблюдений. Опыт работ при поиске месторождений золота в Донбассе и Украинском щите свидетельствует о целесообразности привлечения метода АМТЗ, в комплексе с другими электроразведочными методами, для решения задач по выделению площадей, перспективных на промышленное оруденение.
Отличительной особенностью рудной электроразведки является необходимость выделять проводящие объекты на глубинах от дневной поверхности до нескольких сотен метров. Для этого приходится выполнять АМТЗ с малым шагом, часто в условиях интенсивных техногенных помех, когда оценки импеданса могут быть сильно искажены. Эта специфика выдвигает следующие требования к методу АМТЗ:
- иметь мобильную аппаратуру, выполняющую наблюдения в диапазоне 4000-0.1 Гц,
- оперативно обрабатывать многие мегабайты регистрируемой МТ-информации с построением полных тензорных оценок импеданса,
- выполнять Ш-2Б-интерпретацию кривых АМТЗ в полевых условиях.
Требуется совершенствовать алгоритмы обработки МТ-процесса для достижения необходимой точности и оперативности в построении частотных кривых АМТЗ и эффективного проведения их дальнейшей Ш-2Б-интерпретации. Этим вопросам в рамках обобщения опыта проведения многочисленных АМТ-зондирований на золоторудных и нефтяных полях Украины и посвящена настоящая работа.
Предлагаемая технологическая линия обработки, анализа и Ш-инверсии реализована в интерактивной среде МаШсаё 2001 и позволяет оперативно проводить исследования возможности применения тех или иных алгоритмов для анализа МТ-процесса. Ее основными этапами являются: анализ временных МТ-рядов, вычисленные компонент тензора импеданса, построение сглаживающих сплайн-операторов, коррекция кривых МТЗ, их одномерная инверсия для построения стартовых Ш геоэлектрических разрезов, двумерная инверсия кривых рху, рух и фух, фху, итоговое построение 3Б-моделей на основании синтеза двумерных представлений.
1. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ АППАРАТУРА
Рассматриваются полевые наблюдения АМТЗ, выполненные аппаратурой АМТЕ, предназначенной для широкополосной регистрации естественного электромагнитного поля Земли в диапазоне частот 0.1-4000 Гц. Данная аппаратура [Федоров и др., 1988] разработана и изготовлена в 1995 г. в ВИРГ - Рудгеофизика (г. Санкт-Петербург, Россия). Она включает 8 каналов измерения МТ-про-цесса, осуществляет подавление сигналов на частотах 50 и 150 Гц не менее 40 дБ, имеет диапазон изменения усиления сигналов 20-80 дБ, четвертый порядок подавления сигнала в ФВЧ и восьмой в ФНЧ. Динамический диапазон измерения сигналов электрического поля - от 1 мкВ/м до 200 мВ/м и магнитного поля - от 6 фТл до 3000 пТл в частотном диапазоне 4000-0.1 Гц.
В процессе эксплуатации аппаратуры в Укр-НИМИ проведена ее модернизация. Первоначально единый среднечастотный диапазон измерений (600-0.1 Гц), условно называемый М-диапазон, был разбит на два поддиапазона - М1 (600-0.1 Гц) и М4 (30-0.1 Гц), при частоте дискретизации сигнала 3200 Гц в М1 и 100 Гц в М4. Частота среза НЧ-фильтра 30 Гц для диапазона М4 позволяет избежать проникновения в измерительную схему наиболее сильных промышленных помех в частотах, близких к 50 Гц (их ослабление обеспечено на уровне 80 дБ) и, соответственно, повысить достоверность измерений.
2. ОБРАБОТКА ДАННЫХ АМТЗ
Обработка АМТ-данных заключается в оценивании импеданса как линейного оператора, связывающего горизонтальные компоненты электрического и магнитного полей. Рассматривается традиционный и наиболее мобильный вариант метода с независимым проведением зондирований в отдельных точках. В этом случае отсутствуют синхронные наблюдения с других точек зондирования, необходимые для организации помехопо-давляющей обработки, характерной для многих более глубинных современных схем МТ-метода [Варенцов и др., 2003]. Поэтому необходимо искать дополнительные ресурсы подавления помех в рамках простейшей одноточечной схемы оценивания импеданса.
Будем искать эти ресурсы в стандартной трех-канальной схеме определения импеданса методом обобщенного гармонического анализа через взаимные и автоспектры МТ-процесса [Безрук и др., 1964; Семенов, 1985]. В этой схеме обычно рассматриваются две альтернативные оценки:
импедансная:
XI = ( 8нн)-18ен (1)
и адмитансная:
ZA = (SEH)1SEE. (2)
Здесь SEE, SHH и SHE - матрицы, составленные из соответствующих авто- и взаимных спектров горизонтальных компонент магнитного H и электрического Eполей.
В практике АМТ-зондирований часто приходится сталкиваться с квазидвумерной структурой тензора импеданса, определяемой двумя скалярными компонентами. Поэтому в ряде случаев, когда измерительные линии размотаны в направлении осей двумерных геоэлектрических структур, анализ можно начинать в рамках наиболее простой двухканальной (скалярной) схемы оценивания импеданса.
2.1. Последовательность этапов обработки данных
Предлагаемый авторами граф обработки АМТ-данных [Азаров, 1999] состоит из ряда как традиционных, так и оригинальных этапов и реализован в программе SPEKTRUM [Белявский и др., 2001], разработанной для среды Mathcad 2001 [Дьяконов, 2000]. В программе используется метод Уэлча [Марпл, 1990], и она выполняет:
- ввод 4-х временных рядов (двух электрических Ex, Ey и двух магнитных Hx, Hy) реализации МТ-процесса с первичных записей аппаратуры АМТЗ;
- разбиение каждой реализации (длиною 30 с для диапазона М1 и 500 с для диапазона М4) на совокупность наполовину перекрывающихся выборок одинаковой длины (числом более 64), при этом длина реализации определяется конкретными частотными диапазонами и составляет 10000 и более дискретов;
- многоэтапную фильтрацию МТ-процесса в пределах выборки путем центрирования процесса, низкочастотной фильтрации (с вычитанием кубического полинома третьей степени, подбираемого методом наименьших квадратов), повторного центрирования и заключительной фильтрации с помощью окна Натолла [Марпл, 1990] для ограничения влияния конечного интервала выборки;
- вычисление по отфильтрованной выборке коэффициентов ряда Фурье с помощью встроенных в Mathcad функций БПФ (для частот общим количеством не более 1024) и оценивание соответствующих авто- и взаимных спектров;
- статистическое осреднение авто- и взаимных спектров по 60 и более выборкам путем вычисления среднего арифметического с контролем стационарности МТ-процесса по близости итоговых спектров при разной организации выборок;
- высокочастотную фильтрацию ("выкусыва-ние") спектральных оценок на отдельных участках, соответствующих узким линиям техногенных помех (например, кратных гармоник 50 Гц), с последующей линейной интерполяцией на интервалах выкусывания;
- вычисление обычной, частной и множественной когерентностей между соответствующими электрическими и магнитными каналами (например, Ех-Ну), характеризующих качество линейных связей, выражаемых матрицей импеданса Ъ;
- вычисление компонент тензора импеданса Ъ для двух альтернативных статистических оценок: импедансной (1) и адмитансной (2), имеющих разную чувствительность к помехам в электрических и магнитных каналах;
- частотное сглаживание компонент тензора Ъ с помощью встроенных в МаШеаё функций зирзшсюШ и квтооШ;
- фазовую коррекцию амплитуд главных компонент тензора Ъ на основе известной формулы Вайдельта 1972; Бердичевский, Дмитриев, 1992], устанавливающей приближенную связь между фазой и амплитудой импеданса;
- стыковку (с весовым осреднением) значений модулей и фаз компонент импеданса в среднечас-тотном диапазоне М1 с их перекрывающимися значениями в низкочастотном М4 и высокочастотном Н диапазонах для обеспечения непрерывности импеданса по частоте;
- сглаживающую проекцию полученных оценок импеданса и итоговую сетку с частотами, изменяющимися в геометрической прогрессии;
- каталогизацию итоговых частотных зависимостей полного тензора импеданса как основного объекта дальнейшего анализа и инверсии материалов АМТЗ при построении геоэлектрических моделей.
Ниже мы остановимся на двух ключевых этапах представленного графа обработки: фазовой коррекции амплитудных компонент импеданса и построении их сглаживающей проекции на итоговую сетку частот. Первое обеспечивает надежность построений импедансных кривых, а второе -их естественную частотную дискретизацию для дальнейшей инверсии.
2.2. Достоверность определения компонент импеданса
В программе SPEKTRUM достоверность построения кривых магнитотеллурического зондирования контролируется величиной когерентности спектров электрических и ма
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.