Description:

"Новые подходы к 3D моделированию поля силы тяжести при подсчете запасов на месторождениях сульфидных полиметаллических руд на примере данных по Большому Кавказу. Advanced 3D modelling of gravity field and mineral reserves of a pyrite-polymetallic deposit: A case study from the Greater Caucasus Л. В. Эппельбаум1 и Б. Е. Хезин2 представляют результаты своих работ на рудных месторождениях Большого и Малого Кавказа с применением современных методов 3D моделирования гравимагнитных полей. На анализ применения гравиразведки на рудных месторождениях (Davis et al. 1957; Frasheri et al. 1997; Hansen, 2001; Hearst & Morris, 2001; Jorgensen, 2000; Khesin et al. 1993; 1970; LKelaeminakno,p1f 9e9t 1a;l.Nabighian & Asten, 2002; Parasnis, 1997; Yarosh & Polyakov, 1963 и др.) показывает, что этот метод играет важную роль при определении положения рудных тел. Этот метод эффективен, поскольку между рудными телами и вмещающими породами существует значительный контраст плотностей. В то же время детальные съемки поля силы тяжести в горных районах, где обычно находятся рудные месторождения, затруднены по ряду разнообразных причин. Типичные рудные месторождения обычно находятся в деформированных областях, для которых характерны различные тектонические структуры и геологические тела с различными физическими свойствами. Влияние рельефа местности также является сильным возмущающим фактором. Все эти аспекты затрудняют выделение и интерпретацию аномалий поля силы тяжести. Геологическое строение Катехинского месторождения сульфидных полиметаллических руд расположено на южном склоне Большого Кавказа (север Азербайджана) в области с сильно изрезанным рельефом местности (рис. 1). По данным треста "Азербайджангеология" геологический разрез территории сложен в основном переслаиванием песчано-глинистых пород верхнеааленского возраста. Катехинское месторождение состоит из двух слоев, представленных субпараллельными пластообразными телами. Все известные рудные тела, пригодные для промышленной разработки, имеют тектонические границы. Преобладающий морфологический тип рудных тел линзовидный. Многочисленные субширотные и субмеридиональные разрывы сильно осложняют этот тип, и тела превращаются в набор столбообразных объектов. Катехинское месторождение исследовано бурением и горными выработками на глубину до 500 м. Некоторые специалисты указывают, что в связи со сложной тектонической обстановкой в ходе этих работ не удалось полностью установить границы рудных тел. Трехмерное моделирование поля силы тяжести рассматривается во многих работах. Среди публикаций недавнего времени можно отметить: Boulanger & Chouteau (2001); Chakravarthi & Sundararajan (2004); Furness (2000); Gallardo-Delgado et al. (2003); Holstein, H. (2003); Mauriello & Patella (2001); Zhang et al. (2004). В настоящей статье говорится об успешном применении авторами 3D моделирования гравимагнитных полей к данным по нескольким месторождениям руд Большого и Малого Кавказа. Впервые эффективность расчета влияния рельефа местности в ходе трехмерного физико-геологического моделирования была показана в ходе комплексных геофизических работ на месторождении золотых и сульфидных руд Кызылбулах (рудный район Мехмана, Большой Кавказ) (Khesin et al. 1993). Ниже рассмотрен самый яркий пример анализа поля силы тяжести, относящийся к Катехинскому месторождению (Белокань-Закаталыйский рудный район, север Азербайджана). Несейсмические и аэрометоды для руд Катехинского месторождения выявлено три типа текстур: массивные, жильно-обломочные и рассеянно-вкрапленные. Главными рудными минералами на месторождении являются пирит, сфалерит, халькопирит и галенит. Акцессорные минералы представлены гепатит-пиритом, вюрцзитом, арсенопиритом и мельниковитом; имеются также редкие металлы - серебро и золото (Мехтиев и др., 1976; Зайцева и др., 1988). Программы для 3D моделирования гравимагнитных полей Программа GSFC (Geological Space Field Calculation, вычисление полей в геологическом пространстве) разработана для решения специфических задач 3D гравимагниторазведки в сложных геологических условиях (Khesin et al. 1996). Программа предназначена для расчета полей g (как в редукциях Буге и Фая, так и результатов наблюдений), Z, X, Y, T, а также вторых производных потенциала силы тяжести, в условиях расчлененного рельефа и косой намагниченности. Геологический разрез аппроксимируется одновременным расчетом поля силы тяжести и магнитного поля; описанием рельефа местности значениями высот в произвольно заданных точках; расчетом эффектов границы "земля-воздух" методом выбора непосредственно в ходе интерпретации; моделированием по заданным профилям с учетом рельефа или на переменной высоте (высоты на профиле задаются по точкам); одновременным расчетом по нескольким профилям; описанием большого числа геологических тел и фрагментов. В основе алгоритма GSFC лежит решение 3D прямой задачи гравимагниторазведки для многогранной призмы, ограниченной по простиранию (рис. 3). В алгоритме интегрирование по объему сводится к интегрированию по поверхности аномалиеобразующего тела. Аналитическое выражение первой вертикальной производной потенциала силы тяжести (m-1)-угольной призмы (рис. 3) получено интегрированием общего аналитического выражения. Рис. 2. Типы геологических тел в моделях Рис. 3. Расчет производных потенциала силы тяжести для горизонтальной многогранной призмы (1) трехмерными телами, (2) телами, полубесконечными по падению, а также (3) телами, бесконечными по простиранию, сечение которых может быть замкнутыми или незамкнутыми с одной стороны или с обеих сторон (рис. 2). Геологические тела аппроксимируются горизонтальными многогранными призмами (рис. 3). Результаты 3D моделирования поля силы тяжести Комбинированное 3D моделирование поля gBouguer и магнитного поля Z выполнено по следующей схеме. По генерализованным данным Мехтиева (Мехтиев и др., 1977) и Зайцевой (Зайцева и др., 1988) была составлена детальная физикогеологическая модель Катехинского месторождения на участок длиной 800 м до глубины 400 м. Затем были использованы все доступные данные по плотности (Гаджиев и др., 1984) и магнитной восприимчивости (Измаил-заде и др., 1983) пород. Для улучшения учета влияния рельефа местности составлена цифровая модель местности. В связи с наличием на территории Катехинского месторождения регионального тренда высот в направлении ЮЗ-СВ потребовалась цифровая модель местности (ЦММ) по прямоугольной сети на участок 20 км в длину и 600 м в ширину (геологический профиль длиной 800 м расположен в геометрическом центре ЦММ). ЦММ содержит 1000 точек, более частых в центре и с разрежением по краям. Результаты первой итерации моделирования гравимагнитных полей показаны на рис. 4. Графики Z and UЕП (потенциал естественного электрического поля) Рис. 4. Расчет поля силы тяжести (А) и магнитного поля (В) по известному геологическому разрезу Катехинского месторождения сульфидных полиметаллических руд. График (С) - результаты полевых работ методом ЕП; детали на рис. 5 колеблются около нуля и не дают полезной информации о целевых объектах на глубине. Это объясняется особенностями минерального состава руд Катехинского месторождения. В них практически отсутствует магнитный минерал пирротин, поэтому руды почти немагнитные. С другой стороны, значительное содержание руды замедляет течение окислительновосстановительных процессов, необходимых для образования сильных аномалий ЕП. Таким образом, можно прийти к выводу, что существенная геофизическая информация может быть получена только из графика gBouguer. Из сопоставления наблюденного и расчетного полей силы тяжести (рис. 4) следует, что в стартовой физикогеологической модели имеется дефицит аномальных масс. После примерно 25 итераций (расчетов 3D прямой задачи) получен результат, показанный на рис. 5. В югозападной и северо-восточной частях месторождения выделены два массивных рудных тела, которых не было в исходной модели. Следует отметить, что вывод о наличии скрытых рудных тел соответствует результатам независимых изысканий, включавших подземные геотермические исследования и наземную геохимическую съемку. На участке 250-300 м штольни 8 в ходе подземных геотермических работ выявлена аномалия температуры 0.50 - 0.80°C. На поверхности в прилегающей зоне размером 150-200 м отмечены существенные содержания свинца и цинка (согласно Гинзбургу (Гинзбург и др., 1981) и данным треста "Азербайджангеология"). Рис. 5." Ключевые слова: азербайджан, разрез, hearst, показать, zhang, поле, особый тема, field, полиметаллический, хезина, гаджиев, geophysical prospecting, ход, связь, геологический тело, тяжесть, khesin, потенциал, рудный месторождение, alexeyev, несейсмический аэрометод, nabighian, производный потенциал, кавказ, плотность, сила, eppelbaum, break ноябрь, тема, рельеф, баку, катехинский месторождение, азербайджангеология, рудный тело, метод, рудный, holstein, особый, южный склон, редукция буг, сильный, глубина, трест, высота, hansen, geophysical, тектонический, дать, гравимагнитный, магнитный, результат, сложный, потенциал сила, месторождение сульфидный, рельеф местность, parasnis, каркошкин, гравиразведка, geophysics, детальный, свойство, геологический, аэрометод, физический, алексеев, сульфидный, модель, производный, снесенный, davis, расчёт, eage, моделирование гравимагнитный, призма, моделирование, программа, morris, jorgensen, массивный, аномалия, катехинский, тип, полиметаллический руда, значительный, горный, сила тяжесть, район, местность, deposit, расположить, отметить, гравимагнитный поле, петрофизический, трёхмерный, london, ноябрь, применение, поле сила, тело, еп, порода, задача, месторождение, break, незамкнутый, несейсмический, моделирование поле, геофизический, профиль, сульфидный полиметаллический, многогранный, многогранный призма, представить, потапов, gravity, prospecting, влияние, asten, магнитный поле, руда