Качественная спектральная обработка магнитного поля Тулийокского месторождения. Часть 2. Линеаментно-спектральная оценка

магнитного поля

Мовчан Игорь Борисович,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Национального минерально-сырьевого университета «Горный», г. Санкт-Петербург.

В пределах полигона, составленного месторождениями Тулийок и Олений Ручей, рассмотренных в первой части настоящей работы, измерения разностного магнитного поля  выполнены лишь для Тулийокской палеоструктуры. Как следует из его карты изолиний (рис.1,а) простирания осей аномалий меняются от субширотных до субмеридиональных, а переход от одной аномальной зоны к другой осуществляется через резкие градиентные области с перепадом значений до 900 нТл. Ближе к центральной части Тулийокской палеоструктуры в магнитном поле наблюдается формирование в тренде положительной изометричной аномалии, на фоне которой выделяются цепочки локальных аномалий и протяженные градиентные зоны. Визуально в структуре карты изолиний  локализуем четыре области. Первая попадает на север полигона и отличается субмеридиональным простиранием вытянутых аномалий, малым пространственным градиентом значений  (от 0 до 2 нТл) на фоне сильной изрезанности изолиний. Вторая область, захватывающая северо-западную часть полигона, имеет в среднем субширотное простирание. Она отделена от соседних аномальных участков магнитного поля зоной резкого пространственного градиента с перепадом значений  до 150 нТл. Третья область фиксируется в центральной части полигона. В ней на фоне регионального максимума зарегистрированы шесть разобщенных локальных аномалий, для которых максимальные величины магнитного поля различаются на 300-500 нТл. На востоке и юге полигона вторая и третья области разделяются четвертой, где магнитное поле характеризуется слабодифференцированной структурой семейства изолиний с вариацией значений  от –3 до 300 нТл.

Наиболее контрастны по магнитной восприимчивости  в геологическом разрезе полигона дайки ультраосновного состава, для которых  ед.СГС, - они маркируют зоны трещиноватости. Пирокластические породы, сульфитизированные и метаморфизованные до роговиков, характеризуются значениями  ед.СГС. Пятнистые фойяиты и фойяиты тектонической зоны сопоставимы по магнитным свойствам и в среднем они обладают магнитной восприимчивостью  ед.СГС. Фойяиты, гранито-гнейсы архейского и протерозойского возраста, а также трахиты и массивные фойяиты обладают близкими значениями , которые можно назвать фоновыми. Наименьшая величина магнитной восприимчивости зафиксирована для массивных фойяитов и составляет  ед.СГС.

Сопоставление карты изолиний  и материалов бурения демонстрирует, что области развития туфо-брекчий, сульфитизированных и метаморфизованных до стадии ороговиков, обогащенных тонкими включениями пирротина, пирита, магнетита и магматических пород, соответствуют второй и третьей областям в структуре магнитного поля. Отмеченные выше первая и четвертая области, где магнитное поле по своим значениям близко к фону, коррелируются с развитием фенитизированных роговиков и фойяитов. Области пониженных значений  имеют линейные контуры, подчеркивая ведущую роль структурно-тектонического фактора в локализации процесса фенитизации.

Для обоснования метасоматической природы породных комплексов полигона следовало восстановить, прежде всего, его структурный план, свидетельствующий о наличии палеовулканического аппарата. Такого сорта задача предполагает восстановление источника геофизических аномалий, отталкиваясь от ее амплитудно-частотного состава, но не от эмпирических сведений об источнике. В нашем случае реализованы методы анализа структуры наблюденного магнитного поля (фильтрация, преобразование в подсвеченный рельеф, дешифрирование) и приемы его аналитического продолжения, предполагающие волновую природу структурирования геологической среды [1], с аппроксимацией разреза этой среды системой квазиволновых поверхностей.

Сравнительный анализ аэрокосмических снимков и карт изопахит дневного рельефа показывает, что его структурные особенности становятся более очевидными при представлении дневной поверхности всюду неразрывной, изображенной в полутоновой форме. Закономерные чередования светлых и темных пятен, нормированных в диапазоне от 0 (черный тон) до 260 (белый тон), определяется полем отраженного света, характером его рассеяния. Последнее зависит от выходящих на поверхность породных комплексов, а также от углов падения/отражения света и соотношения отраженного луча и нормали к поверхности объектива фотокамеры. Структурная интерпретация площадных геофизических полей также может быть сведена к их представлению в виде всюду неразрывной (гладкой или кусочно-гладкой) поверхности, полутоновое представление которой, как и в космических снимках, определяется характером рассеяния отраженного света, углом его падения и преломления. В формировании моделируемого поля отраженного света от «поверхности» наблюденного потенциального поля основную роль играют латеральные и амплитудные соотношения аномалий.

Моделирование подсвечивания «поверхности» потенциального поля, измеренного по площади, предполагает некоторые упрощения: источник света считаем точечным, а испускаемый им пучок световых лучей – гомоцентрическим; отражение света от каждого участка освещаемой поверхности удобно принимать диффузным и, наконец, в-третьих, интенсивность источника света задаем неизменной. Учитывая эти упрощения, получаем, что освещенность участка поверхности зависит только от угла  падения луча:

,                                                          (1)

где  - первая производная, взятая от измеренного потенциального поля по координате  (например, по широте),  - по координате ,  - угол между географическим меридианом и проекцией падающего светового луча на горизонтальную плоскость,  - угол, образуемый самим лучом и его проекцией на горизонтальную плоскость. С геологической точки зрения достоинство подобной процедуры состоит в выделении наложенных структурных планов (рис.1,б,в), минуя частотную и амплитудную фильтрации интерпретируемого поля, которые часто искажают его структуру неинформативными аномалиями.

При картировании особенностей дизъюнктивной тектоники обращают внимание не только на вытянутые геофизические аномалии или протяженные цепочки локальных изометричных аномалий, но и на протяженные зоны пространственного градиента геофизических полей. Для контрастирования этих зон в данной работе заимствован из оптики дифференциальный оператор Собела , применяемый к интерпретируемому полю совместно с процедурой свертки:

,                                                                                      (2)

где  имеет матричное представление и формально имеет вид скользящего по планшету окна размером 3х3, элементами которого служат значения исходного поля . Значения остаточного поля , аномалии которого пространственно отмечают положение градиентных зон исходного поля, присваиваются центру окна:

,                           (3.1)

где

,                                                                                          (3.2)

,                                                 (3.3)

.                                                 (3.4)

Методы классификации, а также (1)-(3) для наглядного представления структур, отображенных в измеренном по площади геофизическом поле, удобны при его визуальном линеаментном дешифрировании. Дополнительно к нему создана система автоматизированного прослеживания линейных и кольцевых структур.

В основе системы лежит анализ как исходного поля, так и модуля его горизонтального градиента, для которых на первом этапе структурного дешифрирования определяется положение точек экстремумов. Формально линеамент задается отрезком с центром в точке экстремума поля или в точке максимума его горизонтального градиента. Для удобства длина этого отрезка на первом этапе подбора предполагается фиксированной так, чтобы на линеамент попадало не менее пяти значений геофизического поля (его горизонтального градиента). С учетом локальных координат (географических или прямоугольных), в которых задано данное поле, координаты концов линеамента  меняются в соответствии с известной процедурой поворота:

.                                                                                (5)

В (5) угол поворота  меняется с постоянным шагом в интервале от 0⁰ до 180⁰, при этом вдоль линии вращаемого отрезка отбираются значения поля (его горизонтального градиента) с последующим расчетом их дисперсии . Преобразование координат (5) завершается построением функциональной зависимости вычисленной дисперсии от угла поворота , определяющей оптимальное простирание линеамента: ему соответствует угол , для которого в зависимости  наблюдается минимум дисперсии значений поля (его горизонтального градиента). Итогом действия такого алгоритма является карта, где сигнал в виде изолиний измеренного по площади геофизического поля замещен на поле оптимально расположенных линеаментов (рис.2).

а.                                                                           б.                                                           в.

Рис. 1. Первичный структурный анализ измеренного магнитного поля по месторождению Тулийок: а – карта изолиний измеренного поля; б – его полутоновое представление с моделированием подсветки северо-западного азимута; в – то-же, что и б, но с подсветкой юго-западного азимута.

Рис. 2. Линеаментно-спектральное дешифрирование структуры измеренного магнитного поля: уточненная геологическая карта с нанесенными линейными и циркоидными разломами на фоне береговой линии.

Литература

1.                  Петров О.В. «Нелинейные явления термогравитационной неустойчивости и внутренние гравитационные волны Земли»// ДАН СССР, т. 326, №3, 1992. с. 506-509.

Поступила в редакцию 20.02.2013 г.