Н.А. Лаврентьева, А.Ю. Давыденко, Ю.А. Давыденко, С.В. Бухалов

УДК 550.837
Н.А. Лаврентьева1, А.Ю. Давыденко2, Ю.А. Давыденко1, С.В. Бухалов1
ВЫЯВЛЕНИЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ ПО
КОМПЛЕКСУ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОИСКАХ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ЮГЕ ЯКУТИИ
Аннотация. При поисково-оценочных работ на подземные воды, связанные с зонами
тектонических нарушений, апробирован комплекс методов в составе: МПП (ЗСБ) и
аэромагниторазведка. Выявление дизъюнктивов осуществлялось по результатам инверсии магнитного
поля, а данные электромагнитных зондирований позволили уточнить положение разломов и водоносных
подразделений. Результаты бурения подтвердили эффективность комплекса геофизических методов.
Ключевые слова: электромагнитное зондирование, вызванная поляризация, переходные
процессы, аэромагниторазведка, магнитная восприимчивость, подземные воды.
Об авторах:
1
– Иркутский национальный исследовательский технический университет
2
– Иркутский государственный университет
Поисково-разведочные работы на подземные воды различного назначения
относятся к актуальным вопросам развития промышленности Восточной Сибири и
освоения нефтегазовых месторождений в этом регионе.
C целью изучения геоэлектрической структуры верхней части разреза и
выделения в разрезе водоносных подразделений были проведены электроразведочные
работы методом МПП (ЗСБ), которые были переобработаны и проинтерпретированы с
использованием программы MARS 1D [1]. Для
повышения эффективности
интерпретации подбор кривых осуществлялся для соосной и разнесенной петли
одновременно. При решении обратной задачи использован набор алгоритмов
минимизации: метод Нелдера-Мида, также известный как метод деформируемого
многогранника, симплекс-метод, алгоритм Левенберга-Марквардта и метод главных
осей (PrAxis) [3, 4]. Применение этих методов позволяет для корректно выбранной
модели находить устойчиво и с высокой скоростью положение глобального минимума
в многомерном признаковом пространстве. Уточнение результатов проводилось
вторичным подбором кривых после закрепления некоторых параметров модели на
основе априорной геолого-геофизической информации. С целью подавления
профильных аномалий и повышения качества сходимости на «крестах» профилей
использовался оригинальный подход, кривые осреднялись в эллипсе с заданными
осями. При осреднении использовалась робастная процедура, при этом вес кривой в
центре эллипса задавался выше, чем веса соседних кривых. По результатам инверсии
были отстроены геоэлектрические разрезы по профилям (рис.1).
В результате интерпретации данных МПП на разрезах удельных электрических
сопротивлений (УЭС) были выделены геоэлектрические горизонты, а на разрезах
поляризуемости – зоны многолетнемерзлых пород (ММП). Для зон ММП характерны
сопротивления 500-800 Омм, поляризуемость  до 40%, время релаксации  110-5 сек.
и показатель степени с = 0.9. Траппы характеризуются аналогичными значениями
поляризуемости, но большим временем релаксации ( 110-3 сек.) и высоким
сопротивлением (около 2000 Омм). Водоносные горизонты имеют низкое
сопротивление (как правило, ниже 50 Омм), и контрастно выделяются на фоне
вмещающих пород с более высоким сопротивлением (от 200 Омм и выше).
Перспективными на наличие водопритока являются дизъюнктивы, которые на
геоэлектрических разрезах отражаются в виде субвертикальных низкоомных областей,
коррелирующихся с разломами, выделяемыми в результате анализа результатов
инверсии магнитного поля.
Рис. 1. Геоэлектрический разрез по 5 профилю (см. рис.2)
Для выявления зон развития траппового магматизма и картирования
тектонических нарушений были использованы данные аэромагнитной съемки,
проведенной в 2006-2008 гг., с расстоянием между маршрутами около 500 м, при
высоте полета 640-660 м над рельефом, средняя высота которого около 390 м.
Для расчета инверсии аэромагнитных данных использовался программный
комплекс GelioSMI [2], позволивший комплексировать данные электроразведки с
результатами площадных грави- и магниторазведочных съемок. Программа позволяет
проводить трёхмерную инверсию потенциальных полей с определением
пространственного распределения избыточной плотности по данным гравиразведки и, в
зависимости от модели магнитной среды, распределение составляющих вектора
суммарной намагниченности или магнитной восприимчивости. Инверсия проводится
для полей, заданных на плоском или реальном рельефе для сетки ячеек в виде
прямоугольных призм с регулируемыми горизонтальными и вертикальными
размерами. Параметры инверсии определяются также количеством дополняющих ячеек
для компенсации эффектов от объектов, находящихся за пределами сети наблюдений,
значением параметра регуляризации, функцией взвешивания по глубине, количеством
итераций для нахождения решения. Для того, чтобы сделать возможным инверсию
больших объёмов данных без привлечения дорогих высокопроизводительных
платформ, реализован так называемый метод опорной области [3], который позволяет
локализовать зону влияния каждой точки измерения в модели и пренебречь эффектами,
относительный вклад которых весьма мал. Для данных, измеренных на больших
площадях, подобный подход позволяет значительно снизить объём требуемой памяти и
времени при решении обратной задачи.
Инверсия аромагнитных данных с определением составляющих вектора
намагниченности проводилась для четырех слоев: 0-200; 200-400; 400-900 и 900-1900
м, что позволило проследить тектонические нарушения с глубиной и закартировать на
площади распространение траппов. Сопоставление результатов инверсии магнитного
поля с геоэлектрическими разрезами позволило определить места задания скважин и
уточнить положение водоносных подразделений до глубины около 350м (рис. 2, 3).
Рис. 2. Схема тектонических нарушений, совмещенная с магнитным полем, обусловленным
источниками в интервале глубин 0-200м
Рис. 3. Разрез про профилю 5
Библиографический список
1. А.с. № 2012660743 " Программа одномерной инверсии «MarslD»". Автор: Пестерев И.Ю.Заявка
№ 2012618705 от 16.10.2012. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28 ноября 2012 г.
Правообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Версофт».
2. Давыденко А.Ю., Грайвер А.В. Программный комплекс многомерного статистического анализа
структуры геофизических полей GelioSMI. Свидетельство о государственной регистрации программы
для ЭВМ № 2012613705.
Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19.04.2012 г.Martin
Cuma M., Wilson G.A. and Zhdanov M. Large-scale 3D inversion of potential field data // Geophysical
Prospecting. - 2012. - Vol.60. - Issue 6. - p. 1186–1199.
3. Kozhevnikov N.O., AntonovE.Yu. Inversion of TEM data affected by fast-decaying induced
polarization: Numerical simulation experiment with homogeneous half-space // Journal of Applied Geophysics.
2008. V 66. P 31–43.
4. Richard Brent, Algorithms for Minimization without Derivatives, Dover, 2002,ISBN: 0-486-41998-3,
LC: QA402.5.B74.
N.A. Lavrenteva, A.Yu. Davydenko, Yu.A. Davydenko, S.V. Bukhalov
The identification of tectonic disturbances using a combination of geophysical
methods for groundwater exploration in the south of Yakutia
Abstract. When exploration and evaluation activities on groundwater associated with the zones of
tectonic disturbances, tested set of methods consisting of: WFP (TEM) and aeromilitaria. Identification of
disjunction was based on the results of the inversion of the magnetic field, and electromagnetic sounding data
clarified the position of faults and to determine the position of aquifers. The drilling results have confirmed the
effectiveness of geophysical methods.
Keywords: electromagnetic sensing, induced polarization, transient, aeromagnetic, magnetic
susceptibility, ground water.