Лекция 5.Магниторазведка. 1.8 Применение магниторазведки

Лекция 5.Магниторазведка

1.8 Применение магниторазведки

Магниторазведка в настоящее время имеет весьма широкое практическое применение. Физико-геологическими предпосылками применения магниторазведки для решения геологических задач являются дифференциация пород слагающих район исследования и руд по магнитным свойствам.

1.8.1 Применение магнитных методов при проведении геологических съемок

С помощью магниторазведки при проведении геологической съемки решаются следующие задачи: выявление и картирование интрузивных и эффузивных образований; выявление и картирование дизъюнктивных и пликативных структур, а также решение специальных задач: определение возраста пород, стратиграфическая корреляция, определение температуры формирования интрузивных пород. Решение этих задач выполняются либо с помощью магнитной съемки либо в комплексе с другими геофизическими методами.

Картирование интрузии кислого состава. По магнитным свойствам среди интрузий кислого состава распространены как магнитные так и немагнитные разности. Повышенными магнитными свойствами на Рудном Алтае характеризуются гранитоиды Змеиногорского комплекса. Их повышенная магнитная восприимчиовость (до 27-5×10-3ед. СИ) связана с присутствием магнетита, образования которого сингенетичны формированию интрузивных массивов. На рисунке 1.39 показан пример проявления в магнитном поле гранитного массива змеиногорского комплекса. Носителем магнитных свойств в этих образованиях являются магнетиты.

Рисунок 1.39 - План графиков ΔТ над интрузией кислого состава, перекрытой рыхлыми отложениями (по )

Большим распространением поль-зуются немагнитные интрузии кислого состава. На Рудном Алтае к таковым относятся интрузии калбинского комплекса. Проявление этих интрузий в магнитном поле возможно лишь при образовании в роговиках сформированных под их термоконтактовым воздействием ферромаг-нитных минералов магнетита или маггемита. Такие явления происходят при внедрении интрузии в породах фемического профиля. На плане графиков ΔТ, изображенных на рисунке 1.40, кольцеобразной аномалией картируется зона контаминации, связанная с термоконтактовым воздействием или поглощением интрузией туфогенно-осадочных образований фемического профиля.

Рисунок 1.40 - Картирование зоны контаминации по контакту кислой интрузии, залегающей в эффузивно-осадочной толще (по ): 1 – четвертичные отложения; 2 – песчаники, конгломераты, глины неогена; 3 – известняки, песчаники карбона; 4 – известняки, алевролиты силура; 5 – вулканогенно-осадочные образования ордовика; 6 – граниты; 7 – нерасчлененные интрузии; 8 – сиениты; 9 – гранодиориты, кварцевые диориты; 10 – разломы

В мигматитах – продуктах контаминации содержатся такие магнитные минералы как маггемит и магнетит. Типичным парагенезисом минералов является тридимит–гиперстен–кордиерит–магнетит–маггемит.

Аналогичным образом в магнитном поле картируются зоны контактово-метасоматических изменений пород, связанных с внедрением интрузий гранитоидного состава (рис.1.41).

Рисунок 1.41 - Проявление в магнитном поле ΔТ интрузии гранитоидного состава и зоны контактово-метасоматических изменений пород (по ): 1 – терригенные отложения, 2 – вулканогенно-осадочные образования, 3 – кислые эффузивы, 4 – эффузивы смешанного состава, 5 – эффузивы основного состава, 6 – габбро, 7 – граниты, 8 – эпидотизация, 9 – скарнирование, 10 – тектонические нарушения, 11 – контур интрузии по геофизическим данным, 12 – изодинамы ΔТ, нТл

На рисунке 1.42 показано детальное измерение по трем профилям с целью уточнения положения контактов гранитов с эффузивными породами.

Рисунок 1.42 - Поле ΔZ над гранитоидным массивом (а) и графики ΔZ, уточняющие границы массива (б) (по ): 1-3 – изолинии ΔZ: положительные (1), нулевые (2), отрицательные (3); 4 – эффузивные породы; 5 – граниты; 6 – границы интрузивного массива

На рисунке 1.43,а показано проявление в магнитном поле серпентинитов Чарского ультрабазитового пояса, характеризующегося высокими значениями магнитной восприимчивости (500·10-5 – 7000·10-5 ед. СИ) и остаточной намагниченностью (более 1000·10-5 ед. СИ). Носителями магнитных свойств являются магнетиты, образовавшиеся при автометаморфизме ультраосновных пород – пироксенитов и перидотитов.

Рисунок 1.43 - Карта магнитного поля (а) и карта элементов интерпретации (б): 1-3 – изолинии магнитного поля ΔТ: отрицательные (1), нулевые (2), положительные (3); 4 – серпентиниты; 5 – гранитоиды, не выходящие на эрозионный срез; 6 – контуры интрузий на глубинах 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 км; 7 – проекция интрузии на дневную поверхность

Применение магнитной съемки при картировании дизъюнктивных структур. С помощью магниторазведки представляется возможным выделять и прослеживать как региональные структуры типа ослабленных зон, так и локальных разломов, связанных с дайками основного и среднего состава, локализующихся в тектонических разломах; тектонические контакты пород с различными магнитными свойствами; зоны разломов секущих магнитные породы по которым развивались метаморфические процессы обуславливающие дифференциацию вмещающих пород (процессы калишпатизации, хлоритизации, окварцевания и т. д.).

На рисунке 1.44 показаны полосовидные аномалии ΔТ в рифтовой зоне срединоокеанического хребта, в центральной части которого происходит поперечный трансформный разлом. Исследования Научно-исследовательского судна (НИС) «Академик Курчатов» показали, что возвышенные участки дна сложены магнитными породами, а величины магнитных аномалий указывают на то, что верхняя кромка магнитоактивных масс находится на поверхности дна.

Рисунок 1.44 - Пример картирования трансформного разлома в рифтовой зоне Срединно-Атлантического хребта (6 рейс НИС «Академик Курчатов»): 1-3 - изолинии ΔТ>0, ΔТ<0, ΔТ=0 соответственно, 4 - границы зоны трансформного разлома

На рисунке 1.45 показано проявление в магнитном поле Южно-Аркатской ослабленной зоны насыщенной малыми интрузиями диоритов, гранодиоритов, содержащих в качестве акцессорных минералов титаномагнетит. На этом же рисунке четко фиксируется разлом в северной части выполненный дайкой основного состава, в южной части ограничивающей область распространения малых интрузий диоритового, гранодиоритового состава.

Рисунок 1.45 - Проявление в магнитном поле Южно-Аркатской ослабленной зоны (по ): (а) – план графиков ΔZ; (б) – тектономагматическая схема, построенная по результатам анализа карты корреляции магнитного поля: 1 – песчано-сланцевые образования коконьской свиты; 2 – эффузивно-осадочные образования донэнжальской свиты; 3 – туффогенно-осадочные образования сасыксорской свиты; 4 – туфогенные образования майданской свиты; 5-6 – контуры гранитных интрузий, выходящих на дневную поверхность (5) и невскрытых эрозионным срезом (6); 7 – порфиры; 8 – порфириты; 9-11 – границы интрузий по геолого-геофизическим данным: выходящих на дневную поверхность (9), контуры на глубине до 1-2 км (10), контуры на глубине более 2 км (11); 12-14 – разломы: глубинные, выделенные по гравиметрическим данным (12), границы Южно-Аркатской ослабленной зоны по магнитным данным (13), разрывные нарушения малоамплитудные, выделенные по магнитным данным и подтвержденные геологически (14); 15-16 – металлометрические ореолы: свинца и меди (15), молибдена (16); 17 – рудопроявления: меди (а), золота (б), молибдена (в); 18 – графики напряженности магнитного поля

На рисунке 1.46 приведен пример выявления и прослеживания разлома по резкой смене характера магнитного поля. Породы с повышенной магнитной восприимчивостью представлены базальтовыми, андезитовыми порфиритами, их туфами и интрузивными образованиями верхнекарбонового комплекса, содержащими вкрапленность титаномагнетитов. Немагнитные породы сложены осадочными образованиями.

Рисунок 1.46 - Пример выявления и прослеживания разломов по резкой смене характера магнитного поля (по ): (А) – геологическая карта, (Б) – карта графиков ΔZ; 1 – четвертичные и рыхлые отложения; 2-3 – образования нижнего-верхнего силура: туфогенные алевролиты, гравелиты с редкими горизонтами порфиритов (2), андезитовые порфириты и их туфы, редкие прослои песчаников (3); 4-6 – образования среднего и верхнего ордовика: конгломераты, песчаники, гравелиты (4), песчаники, алевролиты (5), базальтовые, андезитовые порфириты, их туфы с прослоями известняков (6); 7-12 – образования верхнекарбонового интрузивного комплекса: диоритовые порфириты (7), дайки кислого состава (8), аляскитовые граниты (9), граниты (10), диориты (11), монцониты (12); 13 – разрывные нарушения, прослеженные по данным: геологическим (а), магнитным (б), геолого-магнитным (в); 14 – графики ΔZ.

Дизъюнктивные структуры в магнитном поле четко выявляются в случае внедрения в них магнитных интрузивных образований. На рисунке 1.47 показано проявление в магнитном поле разлома, вмещающего серпентиниты

Рисунок 1.47 - Проявление в магнитном поле дизъюнктивной структуры, вмещающей серпен-тиниты: 1 - порфириты, 2 - песчано-сланцевые образования, 3 - граниты, 4 - серпентиниты, 5 - изолинии рельефа, 6 - буровые скважины

Применение магниторазведки при картировании пликативных структур. Проявление пликативных структур в магнитном поле возможно в случае присутствия в разрезе маркирующих магнитных горизонтов. Как было показано выше с помощью анализа пространственного положения векторов остаточного намагничения представляется возможным выделять пликативные структуры в слабомагнитных песчано-сланцевых толщах.

На рис. 1.48 показан пример выделения локального поднятия пород синейского и кембрийского возрастов, представленными в основном алевролитами, песчаниками и глинистыми сланцами. Резкое переменное магнитное поле вокруг этого локального поднятия вызвано траппами основного состава. В геосинклинальных областях, характеризующихся значительным развитием процессов метаморфизма, сопровождающихся перераспределением магнитных минералов и перемагничиванием пород, выделение складчатых структур по магнитным данным весьма затруднительно. Лишь в случае сохранения первичного остаточного намагничивания представляется возможным выделить пликативные структуры даже при отсутствии маркирующих горизонтов по результатам изучения ориентировки векторов.

Рисунок 1.48 - Выделение локального поднятия по характеру морфологии магнитного поля (по ): 1 – пески, суглинки, глины палеогена-мела; 2 – пластовые интрузии траппов; 3 – юрские пески, глины; 4 – туфогенная толща С2-P1; 5 – угленосная толща карбона; 6 – известняки, доломиты нижнего кембрия; 7 – терригенная толща нижнего кембрия; 8 – известняки, доломиты среднего кембрия; 9 – алевролиты, песчаники синия; 10 – песчаники, алевролиты синия

На рисунке 1.49 показан пример применения магниторазведки при поисках антиклинальных структур. Это стало возможно с появлением квантовых магнитометров. Исследования показали, что нижний предел разности магнитной восприимчивости осадочных пород, обнаруживаемый квантовым аэромагнитометром, составляет 1·10-5ед. СИ. это позволяет успешно картировать дислокации терригенных пород, магнитная восприимчивость которых составляет n·10-5ед. СИ. Отмечаются следующие разновидности магнитных аномалий над складками (см. рис.1.48): а) положительная локальная аномалия ΔТ над антиклиналями с неразмытым сводом, б) аномалии, картирующие крылья складок с размытым сводом, в) отрицательные изомерные аномалии над грязевыми вулканами, контролируемыми зонами разломов.

Рисунок 1.49 - Применение магниторазведки при поисках антиклинальных структур по с небольшими изменениями: а - сопоставление структурной карты по горизонту в продуктивной толще и магнитных аномалий, б - магнитные аномалии над антиклиналью с размытым сводом, в - магнитные аномалии над грязевыми вулканами, 1 - линии равных глубин в м, 2 - изодинамы ΔТ в гаммах, 3 - область размыва свода, 4 - графики ΔТ, 5 - грязевые вулканы

При решении специальных задач используются различные виды микромагнитной съемки. Под микромагнитной съемкой понимаются высокоточные наземные измерения геомагнитного поля на какой-то площади с целью выявления слабых (порядка нескольких единиц - первых десятков гамм) аномалий. Такие аномалии характерны, например, для некоторых структур в осадочных толщах (антиклинали, сбросы), для слабомагнитных руд (бокситы, бурые железняки, марганец), входящих в практически немагнитные породы, или, наоборот для немагнитных образований (каменная соль, кварцевые жилы), залегающих среди пород с повышенной магнитной восприимчивостью. Многие слабые аномалии характеризуются небольшими линейными или площадными размерами. Опыт микромагнитных съемок показывает, что фиксация слабых аномалий и изучение их особенностей требуют маневренной сети наблюдений, т. е. своевременного сгущения ее в процессе съемки, и применения высокоточной аппаратуры.

Геологические возможности микромагнитной съемки в полной мере, по-видимому, еще не определены. В этом отношении показательны исследования геофизиков из ГДР во главе с профессором Лейпцигского университета Р. Лаутербахом. Этими исследованиями установлено следующее. Если на малых участках (не более 50X50м), равномерно распределенных по площади, провести высокоточные измерения вертикальной составляющей геомагнитного поля по очень густой сети наблюдений (5X5; 3X3; 1X1м) и зафиксировать все доступные данному прибору мельчайшие особенности строения магнитного поля - «элементарные» магнитные аномалии или «микроаномалии», то можно установить вполне определенные связи последних с литолого-петрографическими или структурными особенностями пород, слагающих площадки, и использовать эти связи для общих геологических построений.

О подобных построениях можно судить по рисунку 1.50. На рисунке видно, что контакт порфиритов и красноцветной толщи, перекрытой делювием, при густоте сети пунктов наблюдений 3м (рис.1.50, А) отчетливо характеризуется сменой форм микро-аномалий, тогда как среднее значение напряженности поля остается почти одинаковым для обоих комплексов пород и при более редкой сети (рис.1.50, Б) и не позволяет зафиксировать их смену. Из рисунка 1.50 становится также ясно, что площадки микромагнитной съемки выполняют роль своего рода искусственных обнажений изучаемых комплексов пород; тем самым исключается дорогостоящее сплошное покрытие площади. Плотность наблюдения должна обеспечивать выявление в пределах каждой площади достаточного числа микроаномалий.

Рисунок 1.50 – Пример выделения контакта порфиритов и красноцветной толщи в плане (А) и в разрезе (Б) по данным микромагнитной съемки (по Р. Лаутербаху): а, б - редкая сеть наблюдений, в - более густая сеть наблюдений, 1-изолинии ΔZ, 2-наносы, 3-порфириты, 4-красноцветная толща

Размеры площадок микромагнитной съемки (обычно квадратных, одинаково ориентированных относительно магнитного меридиана), а также густота сети наблюдений (для микроаномалий изометричных, полосчатых, ячеистых - квадратная, прямоугольная, или треугольная) выбираются опытным путем.

Полученные для каждой площади значения ΔZ и планы изодинам наряду с анализом амплитуд и градиентов наблюденных аномалий (вертикальный градиент при этом определяется по наблюдениям на разных уровнях положения прибора) статистически обрабатывают с целью получения объективного представления о преобладающем направлении осей микроаномалий. Один из способов такой обработки заключается в построении «розы направлений изодинам». Каждую изолинию делят на отрезки в 5-10мм. Определяют азимут направления каждого отрезка по азимуту касательной к середине отрезка кривой. Подсчитывают число точек с одинаковыми азимутами, округленными до 5°. В плоскости круга (или полукруга) по радиусам, идущим от центра через каждые 5°, откладывают в определенном масштабе расстояния, пропорциональные числам повторяемости азимутов.

Для пояснения геологических возможностей метода и наглядности статистического анализа приведены несколько иллюстраций из работ Р. Лаутербаха. На рисунке 1.51 приведен план изолиний ΔZ микромагнитной съемки по сети 5X5м на площадке 25X25м, расположенной над филлитами, а также соответствующая ему роза направлений изолиний в сопоставлении с розами трещиноватости, полученными по результатам геологических наблюдений на расположенных поблизости выходах филлитов. Связь микроаномалий с трещиноватостью вполне очевидна.

Рисунок 1.51 – Пример отражения трещиноватости филлитов в данных микромаг-нитной съемки (по Р. Лаутербаху и К. Зерхингеру): а - план изолиний ΔZ (сечение изолиний через 5 гамм), б и г - розы трещиноватости по данным геологических наблюдений на соседних обнажениях филлитов, в - роза направлений изолиний ΔZ

Перспективна микромагнитная съемка для определения направления седиментации молодых осадочных пород, поскольку предполагается, что в процессе транспортировки материала происходит гравитационная сортировка магнитных и немагнитных фракций с распределением вдоль направления движения или (при условии ритмичности) перпендикулярно к нему. Связь микроаномалий с направлением осадконакопления установлена в результате наблюдений над аллювиальными, флювиогляциальными, эоловыми и молодыми песчанистыми морскими отложениями (рис.1.52).

Рисунок 1.52 – План изолиний ΔZ микромагнитной съемки с сечением изолиний через 5 гамм (а) и роза направлений изолиний ΔZ (б), указывающие направление движения древнего потока, отложившего аллювий (по Р. Лаутербаху)

Также есть возможность использования микромагнитной съемки для выявления и изучения флюидальных текстур в эффузивных породах, закрытых рыхлыми образованиями небольшой мощности. Особенно четкими являются результаты съемок над порфиритами (рис.1.53). На плане изолиний (рис.1.53,а) изолиниями через 10 гамм оконтуриваются аномалии ΔZ ярко выраженного широтного простирания, что и соответствует розе направлений изодинам, изображенной на рисунке 1.53,в. Она практически полностью повторяет розу флюидальной текстуры (рис.1.53,г), составленную по результатам 100 отдельных измерений шлифов и более, и не совпадает с розой трещиноватости (рис.1.53,б). Таким образом, удается не только разделить эти два фактора, определяющие микромагнитное поле, но и высказать предположение о том, что трещиноватость пород, по-видимому, не сопровождалась изменением их состава по трещинам.

Рисунок 1.53 – Пример отражения флюидальной текстуры порфиритов в данных микромагнитной съемки (по М. Тангельсу и Р. Коху, согласно Р. Лаутербаху): а – план изолиний ΔZ с сечением изолиний через 10 гамм, б – роза трещиноватости по данным геологических наблюдений на соседних обнажениях порфиритов, в – роза направлений изолиний ΔZ, г – роза флюидальной текстуры