Геологические предпосылки гравиразведки

Геологические предпосылки гравиразведки

Из основной формулы (5.7) гравиразведки, связывающей гравитационное поле с параметрами геологической среды (контурами тел и их плотностью), следует, что геологические тела могут возмущать поле силы тяжести как за счет разности плотностей тела и вмещающей среды, так и за счет изменений морфологии контура тела, рельефа структурных поверхностей. Очевидно, что чем больше разность плотностей и чем резче изменяются границы тела, рельеф геологических границ, тем больше будет гравитационный эффект возмущающего тела. Рассмотрим эти два фактора в геолого-гравиразведочном  аспекте.

Прежде всего вспомним, что плотностью s называется физическое свойство вещества (горной породы), определяемое отношением его массы к его объему (объемная плотность). Удельный вес вещества (горной породы) d связан с объемной плотностью s соотношением s = d×g, где g – ускорение силы тяжести. Размерность плотности г/см3 (кг/м3). Плотность горных пород существенно зависит от их пористости.

Плотность пород осадочного чехла и кристаллического фундамента изучается в лабораторных условиях по керну из скважин. Анализ плотностных характеристик пород осадочного чехла показал, что значения плотности существенно зависят не только от литологических свойств пород, но от их возраста, тектоники региона и  глубины залегания. Так, плотность песчанистых, алевритовых и глинистых пород колеблется в пределах 1,6–2,8 г/см3, причем ее значения больше зависят от их пористости, чем от минерального свойства (плотность возрастает с уменьшением пористости). Плотность карбонатных пород изменяется в еще больших пределах – от 1,53 г/см3 до 3,04 г/см3, но чаще всего плотность известняков характеризуется плотностью 2,4–2,7 г/см3. Гидрохимические осадки, различающиеся по минеральному составу, имеют разную плотность: для ангидрита – 2,9 г/см3, гипса – 2,3 г/см3, для каменной соли – 2,1 г/см3. Особенно выдержанной плотностью характеризуется галит (2,12–2,22 г/см3).

У магматических пород плотность возрастает от кислых к основным разностям от 2,4 до 3,35 г/см3 за счет увеличения в составе пород  железисто-магнезиальных минералов (оливина, пироксена, биотита, роговых обманок и др.), для которых характерны высокие значения плотностей, 3,2–3,5 г/см3.

Плотность ультраосновных пород колеблется от 2,45 до 3,2 г/см3 и тесно связана с процессами серпентинизации и габброизации.

Плотность эффузивных пород в целом несколько ниже плотности интрузивных пород.

Рудные полезные ископаемые характеризуются очень высокими значениями плотностей – до 5,0 г/см3: для хромитовых и колчеданных руд они составляют 3,5–4,5 г/см3, для полиметаллических месторождений –  3,4–5,0 г/см3. Более низкие плотности имеют бокситовые (1,8–3,2 г/см3) и сульфидные (1,5–3,0 г/см3) руды.

Метаморфические породы обладают относительно высокой плотностью, 2,5–3,3 г/см3, по крайней мере выше, чем для осадочных пород. Их плотность определяется минеральным составом, она  -возрастает с увеличением степени метаморфизма. В процессе же гранитизации метаморфических пород плотность уменьшается за счет замещения минералов с высокой плотностью (амфибол, гранат, биотит) минералами с малой плотностью (кварц, микроклин).

Для территории Беларуси наиболее показательным по плотностным характеристикам осадочного чехла является Припятский прогиб. Здесь по значениям плотностей выделено четыре слоя. Первый слой представлен породами от самых молодых платформенных до карбоновых рифогенных. Он включает породы, лежащие на соленосных отложениях. Плотность пород этого слоя колеблется от 2,0 на кровле до 2,27 г/см3 на подошве. Максимальная мощность слоя – 1,6 км. Второй слой представлен глинисто-галитовыми отложениями позднефаменского возраста. Подошва слоя – поверхность верхнефаменских солевых отложений. Максимальная мощность слоя в межкупольных зонах около 2 км. Плотность пород слоя в среднем около 2,21 г/см3. Третий слой включает верхнефаменские солевые отложения. Нижнее ограничение – поверхность межсолевых отложений. Максимальная мощность слоя – в соляных куполах, до 3 км. Плотность хорошо выдержана и равна 2,18 г/см3. Наконец, четвертый слой объединяет пласты пород от венда до франкского яруса девона небольшой мощности в основании прогиба. Плотность пород этого слоя колеблется от 2,26 до 2,8 г/см3.

Неоднородность осадочного чехла по плотности  и мощности обусловливает аномальное гравитационное поле.

Плотность пород кристаллического фундамента Припятского прогиба в среднем равна 2,75 г/см3. Это значение значительно выше средней плотности осадочного чехла. Но поскольку рельеф фундамента в Припятском прогибе изменяется в пределах нескольких километров, то, следовательно, поверхность кристаллического фундамента Припятского прогиба создает высокий гравитационный эффект и тем самым является объектом гравиразведки.

Аналогичная плотностная картина характерна и для Оршанской впадины, где  в осадочном чехле выделяются  девонский комплекс (2,56 г/см3), волыно-валдайская серия (2,13 г/см3), вильчанская серия (2,20 г/см3) и рифейский комплекс (2,35 г/см3), которые лежат на кристаллическом фундаменте плотности 2,75 г/см3. Колебания рельефа – от 0,4 до 2,8 км. Большая резкость плотностей фундамента и осадочного чехла и четко выраженный рельеф благоприятствуют значительному гравитационному эффекту.

Плотность пород кристаллического фундамента Беларуси подразделяется на одиннадцать групп и изменяется в среднем от 3,12 г/см3 для первой группы до 2,64 г/см3 для одиннадцатой. В первую группу входят габбро, габбро-диабазы, диабазы и амфибол-пироксеновые кристаллические сланцы. К одиннадцатой группе отнесены породы, представленные пегматитами и аплитами, образующими жилы. Граниты, гранитогнейсы, кварциты и ряд других пород фундамента по плотностям занимают в этой иерархии среднее положение и характеризуются значениями 2,65–2,75 г/см3.  В среднем породам фундамента соответствует плотность 2,75 г/см3. Следовательно, различные тела, интрузии в фундаменте обладают разностью плотностей от 3,12–2,75 = +0,37 г/см3 до 2,64–2,75 = –0,11 г/см3.   Это  значит, что  плотностные  неоднородности  фундамента, обусловленные его внутренним строением и вещественным составом, могут создавать аномалии силы тяжести.

Для оценки плотности глубинных частей земной коры и верхней мантии обратимся к исследованиям украинского геофизика С. С. Красовского, который показал, что плотность глубинного вещества линейно связана со скоростью продольных сейсмических волн VР соотношением

s = 0,7269 + 0,3209VP.                                              (5.18)

Отсюда следует, что плотность вещества нижней части коры, где VP = 7,0–7,5 км/с, равна 2,98–3,15 г/см3, а плотность подкорового вещества, характеризующегося  скоростями 8,0–8,2 км/с, – 3,35–3,40 г/см3. Поскольку граница земной коры и верхней мантии – поверхность Мохо – колеблется по глубине в широких пределах (для Беларуси от 35–40 км до 50–60 км), то разность плотностей между подкоровым веществом и веществом нижнего слоя коры может  создавать большие значения гравитационного поля.

Суммируя изложенное, можно сказать, что реальная геологическая среда неоднородна по плотности. Эти неоднородности выражаются в форме и рельефе геологических границ. Главными факторами, возмущающими гравитационное поле Земли, являются рельеф границ и плотностные неоднородности в осадочном чехле, рельеф кристаллического фундамента и плотностные неоднородности его вещественного состава, глубинные плотностные неоднородности земной коры и в первую очередь рельеф ее подошвы (границы Мохо).

Все это благоприятствует применению гравиразведки для решения геологических задач.

29 октября 2012 /
Похожие новости
Основные черты тектоники и геодинамики территории Беларуси и смежных областей
Геологические  условия  сейсморазведки
Геологическая интерпретация гравитационных аномалий
Практические приложения теории гравитационного поля 
Геологические условия сейсморазведки
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Введите слово "фикус" (без кавычек)
Ответ:*
Введите код: