Принято считать,что гравитационные ступени – это вытянутые зоны больших градиентов гравитационного поля. Они связаны, как правило, с участками быстрого погружения пород с большой избыточной плотностью, или контактов пород с различной плотностью. В процессе качественной интерпретации анализируют общий характер аномального поля, его индивидуальные особенности: знак и степень дифференцированности, наличие региональных и локальных аномалий, их размеры, форму, простирание, интенсивность
Количественные методы расчета параметров аномалиеобразующих объектов основаны, как правило, на использовании связей координат различных характерных точек интерпретируемой кривой Dg или ее производных с координатами аномалиеобразующих объектов и на аналитических выражениях, устанавливающих связь между значениями исследуемой функции и параметрами аномалиеобразующего объекта. Поэтому при интерпретации нужно делать предположения о форме тел, обусловивших аномалию. В практике же интерпретации сведений о форме аномалиеобразующих объектов обычно нет. Поэтому возникает необходимость в применении унифицированных аналитических выражений, использование которых не вызвало бы значительных погрешностей независимо от формы тел.
Была сделана попытка разработки универсального метода интерпретации функции Dg, позволяющего определить параметры аномалиеобразующего объекта простой формы независимо от его конфигурации и местоположения в разрезе. В основе метода – предположение, что все тела простой формы (и не только простой) имеют элементы горизонтальной и вертикальной материальных плоскостей, т. е. все тела имеют горизонтальные и вертикальные размеры
Из известных способов количественной интерпретации поля силы тяжести и его вторых производных способ количественной интерпретации (оценки) параметров наклонной ступени по кривым горизонтальных градиентов /1/ выбран из-за того, что он позволяет количественно оценивать максимально возможное число параметров, описывающих геометрические (глубины залегания верхних и нижних кромок, угол падения, расстояние от |Vzsmax| до выхода наклонной плоскости уступа на поверхность наблюдения), и вещественные (избыточная плотность) особенности объекта исследования без привлечения каких-либо сведений, кроме особенностей физического поля.
Использование горизонтальных градиентов |Vzs| для количественной интерпретации поля силы тяжести опирается на допущение, что с помощью систем наклонных уступов можно представить любые приемы, а призмами с достаточной степенью точности аппроксимировать тела произвольной формы /2/, т.е. любое тело произвольной формы можно представить, как систему наклонных ступеней. При этом, вертикальные и горизонтальные границы рассматриваются как частные случаи наклонных.
Вторые производные аномалии поля силы тяжести (горизонтальные градиенты) характеризуются меньшей зависимостью от влияния аномального эффекта от не смежных с ними гравитирующих объектов, аномалии | Vzs|, отделенные друг от друга промежутками нулевых и близнулевых значений, превышающие более чем в 3 – 5 раз поперечные линейные размеры аномалий, свободны от гравитирующего эффекта других плотностных границ.
Как все способы количественной интерпретации. способ Д.Г. Успенского применим при соблюдении ряда граничных условий. Помимо тех, что выдвинуты самим Д.Г. Успенским (1968). Нами установлено, что интерпретация может быть выполнена уверенно, если:
- соотношение глубины залегания нижней кромки к глубине залегания к глубине верхней кромки находится в интервале от 3 до 100;
- отношение длины аномалии │Vzs │к ее поперечному сечению на уровне 0,25 │Vzsмакс│ превышает 3. При меньшем соотношении аномалии не отвечают аномалии от наклонного уступа;
- аномалия │Vzs│от двух и более ступеней разделены полем близнулевых значений, величина которого превышает ширину аномалии на уровне 0, 25 │Vzsмакс│
Количество интерпретационных сечений определяется количеством аномалий горизонтальных градиентов |Vzs| . Опыт показал, что должны быть проинтерпретированы все аномалии |Vzs| . При протяженных аномалиях |Vzs| намечается два и более интерпретационных сечения с минимальным расстоянием между ними 2 см карты. Дополнительные сечения в пределах одной и той же аномалии |Vzs| намечаются и в тех случаях, когда меняется морфология аномалии (характер асимметрии, степень расхождения ветвей кривой и т.д.). Интерпретация по сечениям, расположенным близ концов аномалий (ближе, чем утроенная линейная величина между изолинией, ограничивающей полумаксимум |Vzsmax|) рассматривается как неуверенная. Такие сечения намечались лишь в том случае, если для характеристики какой-либо аномалии |Vzs| выбрать положение «нормального сечения» не представлялось возможным.
Каждое интерпретационное сечение ориентируется перпендикулярно длинной оси аномалии |Vzs |и величина его определялась задачами полной характеристики интерпретируемой кривой и окружающего «нормального» поля. На каждом интерпретационном сечении выставлялась стрелка - направление роста поля силы тяжести.
При традиционном подходе в гравиметрии не определяется и не учитывается угол наклона плотностных границ, что делает невозможным оценку картины латеральных перемещений геологических масс. Выводы о наличии зон (режима) сжатия и растяжения практически ничем не доказываются, а только постулируются, в лучшем случае, из анализа геологических данных, характеризующих большей частью приповерхностные процессы, экстраполяция которых на глубину порой весьма проблематична.
С целью ликвидации неоднозначности при обобщении фрагментов ступеней в единые гравитационные ступени принят предельно формализованный подход, при котором фрагменты, представленные отдельными интерпретационными сечениями, объединяются при процедуре создания Карты объемного распределения плотностных неоднородностей в одну ступень при условии сохранения (перечисление дано в порядке значимости) элементов:
1. Направление роста поля силы тяжести.
2. Направление наклона границы.
3. Сопоставимости или близости (в идеале) глубины залегания нижних кромок.
4. Выдержанности избыточной плотности.
5. Выдержанности угла наклона и глубин залегания верхних кромок.
Работа по интерпретации делится на два основных этапа: формальный и содержательный
Во время формального этапаизмеряется изменение поля силы тяжести в каждой точке. Вводятся все необходимые поправки за мешающие факторы. Потом по ним проводятся изаномалы. Подгонка под возникшее представление о геологическом строении не возможна
Во время формального этапа создается плотностная модель без учета каких-либо геологических фактов, чтобы под них нечаянно не подстраивать. Никакой интерпретации во время формального этапа не предусматривается.
Алгоритм формального этапа
1.Берется карта с построенными изаномалами
2.Наноситься сетка 0,5х0,5см
3.Проводяться(или прикладывается линейка) и измеряется кратчайшее расстояние в км между изаномалами .Зная масштаб карты измеряется в мм ,которые затем переводятся в км.
4.В зависимости от масштаба карты значение между изаномалами постоянно (2,5…Мгл).Это числ делиться на измеренное расстояние в км с уменьшением этого расстояния в 10 раз(0,1).Находиться значение, которое записывается в точке посередине измеренного расстояния.
5. Количество точек с расчетными значениями в этвешах должно быть равномерно распределено по сетке 0,5х0,5см.
6.По значениям этвешах проводятся изолинии с шагом 3,5,10,20,100,200,300
7.По выявленным аномалиям строятся кривые горизонтальных градиентов с определением угла падения плоскости наклонного пласта, глубину залегания нижней грани верхней и нижней кромки пласта, избыточную плотность по палеткам, предложенным Д.Г.Успенским /1/.
Во время содержательного этапа его независимые геологическая и геофизические модели взаимодополняются, взаимосопоставляются и взаимоконтролируются геологические и геофизические модели. В этот этап выполняется неуверенная и уверенная интерпретация.
«Неуверенная интерпретация» - это возможные ошибки при разбалансе функции при таких углах наклона. Дальше делаются попытки повысить их достоверность сопоставлением с данными по сечениям с уверенной интерпретацией по той же предполагаемой границе по изменению физического поля, направление наклона границы и так далее. Заключительный аккорд - сопоставление с геологическими фактами и более или менее доказанными геологическими закономерностями. При уверенной интерпретации данные геофизические и геологические равноправны и ищется объяснение наличия различий в них оценкой жестокой достоверности тех и других. При неуверенной интерпретации предпочтение от дается доказанным геологическим данным и особенно выявленным не нашими построениями доказанным геологическим закономерностям. Уверенно интерпретируемых аномалий вообще 15-20 процентов на картах объемного распределения плотностных неоднородностях. Если оставить только их - никакой картины в принципе не получим, но объединяя неуверенно интерпретируемые с уверенно интерпретируемыми хотя бы условными границами (а это обязательно должно быть отражено в рисовке самих линий), мы создаем первую картину. Смотрим, отвечают ли они фактическому материалу, геологическим фактам и зафиксированным именно здесь геологическими закономерностями. К неустойчивым решениям больше внимание, и они тщательнее проверяются геологическими данными и геологическими закономерностями. Ни одно сечение просто нельзя выбрасывать, так как пропуск границ приводит к большим погрешностям, чем любая ошибка в вычислениях.
Для Канады удалось построить Карту распределения плотностных неоднородностей только в избыточных плотностях, так как данных о реперных массах для данного масштаба не оказалось. Исходные карты были любезно предоставлены Г.Джексоном для продолжения совместной работы, начатой в рамках Программы «Алдан-Канада». К сожалению, по независящим причинам продолжение работ не состоялось и пришлось ограничиться составлением Карты объемного распределения плотностных неоднородностей Канады в масштабе 1:5000000 в избыточных плотностях (Рис. 1).
Пример применимости метода
На рис.,2,3, даны данные интерпретации участка Канады восточнее залива Бофорта. За основу также взято геологическое строение карты 2005 года (Десятилетие геологии Северной Америки в масштабе 1:5000000). На эту карту наложили результаты интерпретации горизонтальных градиентов согласно вышеприведенной методики. Кроме того, отдельно приводится карта градиентов
В дополнении к имеющимся на геологической карте тектоническим нарушениям на западе приведенного участка выделяется крупная кольцевая структура с бортами падающими по углом 40-550 и прослеживаемая на глубину 168км, глубина верхней кромки ступени от 2,8 до11, 2км. Юго-восточнее отмечены еще две подобные структуры, но значительно меньшего размера. К югу от кольцевой структуры виден участок грабена с углами падения сторон 55-600 и прослеживаемые на глубину от 65 до 230 км. В прибрежной зоне участка выделяются протяженные, крутопадающие на восток под
60-70 0 ступени, подчеркивающие надвиг континента на океан. В западной части прослеживается до глубины 116 км с глубиной верхней кромки 8,3км протяженная ступень меридионального направления с падением на запад под углом 700 . Эта ступень изменяет свое направление до субширотного с падением на север под углом 300. На востоке выделяется структура в виде грабена, ограниченная ступенями, с глубиной верхней кромки от 5,8 до 8,0 км и прослеживаемые до глубины 88,0-108 км при углах падения ступеней от 70 до 800.
Южнее Невольничьего озера (рис.4) можно наблюдать не отображённые на геологической карте глубинные структуры, выявленные по гравиметрическим данным. Серповидную с падением на север, восток и юг под углами 65-550 прослеживаемую на глубину125 км, с глубиной верхней кромки от 1,3 до 4,4 км. С севера на эту структуру накладывается более молодой грабеном с падающими на северо-запад ступенями под углом 600 прослеживанием нижней кромки на глубину 34 км. Юго-западнее серповидной структуры прослежены северо- западного направления практически параллельно кальдер ер ступени с падением до 600 на северо- восток.Южнеее серповидной структуры отображается отрицательная синклинальновидная с углами падения от 30 до 600 и глубиной залегания нижней ступени 113 км. Южнее наблюдается аналогичная синклинальная структура, но уже с глубиной нижней кромки не более 30км
Следует отметить, что приведенные примеры касается только небольшой части Канады. Аналогичный материал по всей Канаде с описанием возможно сделать по имеющейся карте неоднородностей (рис.1).Но было бы целесообразней имея геологическую основу провести содержательный этап интерпретации канадскими специалистами
Ниже даются лишь основные положения и выводы, которые в первом приближении можно сделать исходя из анализа уже имеющихся данных
На основе приведенного материала возможно уже сделать ряд металлогенических прогнозов.
Подавляющее большинство известных месторождений Канады тяготеет к полосе, находящейся между границей США – Канада и 560 северной широты, то есть в обжитой части Канады. Севернее 560 северной широты существуют геологические условия, где возможно наличие различных месторождений полезных ископаемых, зафиксированных в южной части Канады
Пока ясно лишь одно, что нефте-газоносная провинция, прослеживающаяся из провинции Саскечеван через провинцию Альберта в Британскую Колумбию с севера контролируется глубоко проникающими (нередко сквозькоровыми) разломами, ограничивающими скрытыми под чехлом рыхлых отложений микроплиту Бэр-Слайв. Для этой же провинции характерно низкое гравитационное поле, что в сочетании с развитием не только мезозойских, но и кайнозойских отложений чехла (третичные) позволяет предполагать большую мощность отложений чехла. Вероятно, существенную роль в распределении газовых земель (Вайтлау в провинции Альберта) нефтяных (Нормандвилль - Гольд Крик в провинции Альберта, Альберфельде – Норт-Антлер в Саскачеване и других) четко обусловлена разломной тектоникой фундамента. Так, большая часть месторождения Вайтлау тяготеет к висячему борту надвига, крупное нефтяное месторождение озера Миннехак – Бак и Вильсон – Крик тяготеет к сопряжению разломов, которые, вероятнее всего, также являются надвигами.
Нефтеносная провинция, представленная более чем 50 месторождениями нефти Альберфельде, Норт-Антлер в Саскачеване, находятся в пределах структур, сформированных несколькими левыми сдвигами северо-восточного простирания. Какую роль в формировании контура этой провинции, которая, возможно, может быть продолжена на север от месторождений Моос–Валле и Хазелвуд еще на 75 км и от месторождения Инесс на 50 км к западу, играл левый сдвиг субширотного простирания не ясно, но на востоке четко видна роль этого сместителя и субдолготных ступеней им смещаемых.
Структурные условия близкие к условиям нефтегазоносных провинций, расположенных между озерами Онтарио, Эри и Гурон фиксируются на севере между нижним течением реки Маккензи и проливом Амундсена, где фиксируются под чехлом из силурийско - ордовикских отложений скрытое восточное окончание зоны диасхизиса Гудзонова залива.
Опыт прогнозирования потенциально-алмазоносных провинций, зон, полей в пределах Сибирской платформы, Австралии, Высокой и Низкой Африки позволяет: во-первых считать, что в целом Канадская платформа является более близким аналогом северным платформам (Сибирской, Восточно- Европейской) и Низкой Африке нежели Высокой Африки и Австралийской платформе. Во-вторых, известные провинции тяготеют к границам, проникающим весьма глубоко (более 100 к м) в мантию, разделяющим области различными по времени консолидации с интервалом около 1 миллиарда лет. Потенциально-алмазоносные поля находятся в тех местах, где эти границы активизированы более поздними сместителями. Предпочтительны границы взбросо- надвигового характера, так как в этом случае создается больший эффект противодействия выходу вещества на поверхность и создаются условия для эффекта взрыва. Анализ рассмотренного выше материала позволяет предположить, что наиболее благоприятны для «оживления» участков глубоко проникающих границ, контролирующих положение алмазо-кимберлитоносных провинций, вероятно, места пересечения их дугообразными системами, где создаются условия для быстротечного подъема мантийного вещества.
Характер движений по дугообразным системам с равной степенью вероятности может быть и сдвиговый, и взбросо-надвиговый с образованием тектонических чешуй, наклоненных большей частью в южные румбы.
Связь кимберлитовых полей в пределах пересечения минерагенических провинций с дугообразными системами подтверждается и пространственным совпадением известных кимберлитовых полей, и их ориентировкой вдоль сколовых трещин активизации.
Таким образом, намечаются три критерия алмазоносности, отражающие полицикличность процесса:
1. Разломы, достигающие подошвы древних литосферных плит, окрестности которых являются возможными алмазоносными провинциями.
2. Места «оживления» (активизации) этих секущих их сместителей – участки сместителей, наиболее благоприятные для создания условий для быстротечного подъема мантийного вещества для формирования кимберлитовых полей.
3. Если близ дневной поверхности имеются условия упора, то создается эффект взрыва, достаточный для образования алмазов. Если такого упора не было, то кимберлитовая трубка оказывается не алмазоносной.
Практически все алмазоносные провинции Африкано-Аравийской, Австралийской, Сибирской платформ тяготеют к блокам, ограниченным ступенями, прослеженными до глубин более 200 км. Принято сопоставлять кимберлитовые трубки и поля Сибирской платформы с Южно-Африканскими (Высокая Африка). По близости поля силы тяжести, мощности коры и ожидаемой плотности (вещественного состава) верхней части мантии к Сибирской платформе ближе Либерийская провинция западной (Низкой Африки) и, может быть, Танганьикская.
Такими участками в пределах гренвильской зоны диасхизиса являются ступень юго-восточного ограничения близ пролива Белла Нетс и в районе озера Мистансини на северном ограничении ее.
В пределах Гудзонской зоны диасхизиса более или менее годится ступень близ озера Вагер.
В пределах границы между блоков Бэр и Слайв интересна зона Коронейшн.
На западе блока Унгава – юго-восточное побережье Гудзонова залива.
В пределах западной части микроплиты Фокс-Комити представляет интерес остров Принца Уэльского.
Представляет также интерес границы платформа – щит севернее озера Большое Невольничье (как граница между блоками Бэр и Слайв).
Анализ металлогенической обстановки базируется на известной зависимости металлогенической зональности от тектонической зональности, обусловленной горизонтальными движениями геологических масс. Известно /3/, что зональность железа, молибден-золото, медь- полиметаллы, - олово, вольфрам отвечают зональности: передовой прогиб – форланд – рюкланд – тыльная часть рюкланда. Когда эта металлогеническая зональность сопровождается соответствующей магматической зональностью, то в миогеосинклиналях передового прогиба развиты эффузивы преимущественно основного состава. В форланде – наличие физико-химической пары: интрузий (или эффузий) кислого состава и основного состава, в рюкланде - те же условия, но в зонах растяжения с преобладанием эффузивной составляющей и, наконец, когда в тыльной части рюкланда находятся щелочные и кислые породы в виде малых (чаще) интрузий и эффузий.
По наличию железорудных месторождений на восточной окраине блока Унгава, вправе предположить наличие золоторудных месторождений в долине реки Черчилл и Ромайнс и еще далее на юго-восток полиметаллическая минерализация.
В Фронте Нельсон тектоническая зональность с юго-востока (рюкланд) на северо – запад (форланд). Вправе ожидать в излучине реки Виниск, где встречается сочетание гранитных интрузий с эффузивами и интрузивами основного ряда полиметаллические месторождения. На юге округа Киватин следует ожидать железорудные месторождения близ побережья Гудзонова залива (к западу от побережья) помимо месторождения в районе озера Атабаска, а под чехлом отложений и полиметаллические месторождения
Ряд полиметаллических – золоторудных месторождений в районе озера Большое Невольничье может быть продолжено железорудными и титановым месторождениями севернее, где палеорифты фиксируются положением полей позднеархейских и протерозойских пород.
Таким образом с учетом приведенной методики возможно проводить количественную интерпретацию гравиметрических данных с получением дополнительных материалов по тектоническому строению и прогнозированию металлогении территорий.
. При рассмотрении «Карты неоднородностей»(рис1) положение ступеней, их горизонтальная протяженность, направление и угол падения, прослеженная глубина достаточно полно отражены на карте
Следует заметить, что к использованию «Карт объемного распределения плотностных неоднородностей» необходимо подходить с весьма критических позиций. При этом обязательно должна быть учтена градация по уверенности выделения границу, плотностной и так далее. Желательно обращать внимание на совпадение и не совпадение геологического строения и объемного распределения плотностных неоднородностей, . На это же должны быть нацелены и способы проверки модели или заключения о геологическом строении, вытекающие из анализа плотностной и геолого-геофизической модели.