Комплексирование методов электроразведки и гравимагниторазведки для повышения геологической достоверности модели среды

Геологическая среда характеризуется сложной пространственной неоднородностью, включая слоистость, разломы, тектонические нарушения и вариации физических свойств, что затрудняет построение ее физико-геологической модели. Наиболее широко применяемые методы прикладной геофизики для исследования строения земной коры – сейсмо-, электро-, грави- и магниторазведка – имеют свои достоинства и ограничения, осложненные наличием помех геологического и негеологического происхождения. В частности, электроразведка эффективна для выявления зон с контрастной проводимостью, но каждый метод обладает своей разрешающей способностью по отношению к удельному электрическому сопротивлению (УЭС), а также имеет различную глубинность исследований; гравиразведка чувствительна к плотностным неоднородностям, но невысокое разрешение затрудняет выделение мелких объектов; применение магниторазведки ограничено при изучении слабомагнитных рудных тел, таких как, например, месторождения медистых песчаников.
С целью анализа эффективности разных видов комплексирования геофизических методов разведки для повышения геологической достоверности модели среды, компания ООО «ВЕГА» в сотрудничестве с ООО «Тензор-М» и ООО «Астрагео» провела опытно-методические работы на двух участках Ленинградской области.

Участок 1

Участок 1 расположен в районе д. Бор в Лужском районе Ленинградской области. Цель работ состояла в анализе перспективности участка на коренную алмазоносность методами электроразведки. Ранее КГЭ «Астра» на этом участке выполнены работы методами срединного градиента (ВП-СГ), аудиомагнитотеллурического (АМТ) зондирования и методом переходных процессов (МПП), по этим результатам установлена аномальная зона, предположительно связанная с кимберлитовым магматизмом и намечено заверочное бурение. Площадные работы по нерегулярной сети методом АМТ-МТ зондирований выполнены ООО «Вега» в сентябре 2016 г. в объеме 15 пунктов физических наблюдений для исследования перспективности участка на алмазоносность и совместного анализа с материалами предыдущих работ.

Положение участка работ на фрагменте геологической карты дочетвертичных отложений ВСЕГЕИ издания 2004 г. (слева) и результаты предыдущих работ (справа) с положением пунктов АМТ-МТ зондирования: 1 – границы участка работ; 2 – области УЭС 90 Ом-м по данным ВП-СГ; 3 –аномальная зона, предположительно связанная с кимберлитовым магматизмом по результатам МПП; 4 – положение пунктов АМТ-МТ зондирований 2016 года; 5 — зона глубинного разлома.

По материалам комплекта геологических карт масштаба 1:2 000 000 издания ВСЕГЕИ 2004 г. участок расположен в потенциально-алмазоносной зоне категории Р3 и находится в зоне отрицательных значений аномального магнитного поля и аномалий силы тяжести. Положение минимумов аномального магнитного поля и силы тяжести совпадает и находится к югу от участка. Участок находится в зоне угольного бассейна, не входит в зону известных сланцевых бассейнов и расположен рядом с зоной контакта двух ярусов – франкского и живетского.

Геологические материалы по Борскому перспективному участку позволяют с высокой степенью вероятности прогнозировать нахождение в его пределах алмазоносных коренных пород. К этим геологическим материалам относятся: 1)наличие высококонтрастного локального ореола рассеяния минералов-спутников алмазов в основании отложений верхнего девона; 2) наличие локального антиклинального поднятия в структуре рудовмещающего цоколя (средний девон); 3) своеобразная палеогеографическая обстановка, существовавшая во время размыва тел коренных источников и захоронения продуктов их разрушения; 4) наличие на площади трудно диагностируемых образований, являющихся не характерными для осадочного разреза территории Северо-Запада. Образования, выявленные на площади Лужского района, являются примером таких пород. Они встречены, в частности, в обрыве
р. Оредеж, в деревне Бор. Коренные выходы представлены (снизу вверх) белыми мелкозернистыми песчаниками среднего девона, которые через небольшой слой гравийных песчаников верхнего девона сменяются красноцветными мелко-среднезернистыми косослоистыми песчаниками верхнего девона. Разрез является типичным для Лужского района.

Интерпретация данных АМТ-МТ зондирований выполнена по результатам одномерной (по ТЕ и ТМ модам раздельно, а также детерминанта) и двумерной инверсий. Коррекция гальванических искажений выполнена с использованием данных магнитовариационного зондирования данных ближайшей к району работ магнитной обсерватории LNN (п. Воейково, Ленинградская область, СПбФ ИЗМИРАН) и региональных откликов для длинных периодов зондирования. Построены двумерные геоэлектрические разрезы по системе проектных профилей, поглубинные планы УЭС в интервале глубин 25 – 908 м и квазитрехмерная модель участка.

Планы УЭС для интервала глубин 25 – 908 м на схеме результатов предыдущих работ: 1 –аномальная зона, предположительно связанная с кимберлитовым магматизмом по результатам МПП; 2 – положение пунктов АМТ-МТ зондирований 2016 года; 3 — зона глубинного разлома.

Квазитрехмерная геоэлектрическая модель участка 1

По материалам анализа планов УЭС и разрезов по системе проектных профилей можно сделать заключение о наличии в разрезе трубчатого проводящего тела изометрической формы с размерами в плане порядка 100х80 метров, которое выходит к поверхности субвертикально. Прослеживается проводящий слой в верхних горизонтах, что может свидетельствовать о наличии россыпей. Полученные разрезы коррелируют как по виду, так и по значениям УЭС с типовыми геоэлектрическими разрезами при работах на алмазы в Архангельской области и Якутии. Результаты АМТ-МТ зондирований также хорошо согласуются с результатами предыдущих работ на участке. По комплексу признаков участок можно отнести к перспективному на коренную алмазоносность. Заверочное бурение проведено не было.

Участок 2

Участок 2 расположен в Ленинградской области на расстоянии порядка 90 км к северо-западу от г. Санкт-Петербург. Интерес к участку возник после представления результатов исследований методом радиомагнитотеллурического (РМТ) зондирования в мобильном варианте и в варианте с контролируемым источником РМТ-К, а также электротомографии (ЭТ) аппаратурой Сискал по этому участку А.А. Шлыковым на конференции Электроразведка-2024 в октябре 2024 г. В целях уточнения геологогеофизических представлений об участке и дальнейшего развития способов комплексирования геофизических методов разведки был поставлен комплекс работ в профильном варианте при участии представителей компаний ООО «ВЕГА», ООО «Астрагео», «ООО ТЕНЗОР-М», а также СПБФ ИЗМИРАН. Работы выполнены в декабре 2024 г. и включали исследования методом АМТЗ, ЭТ аппаратурой Скала, а также выполнение гравиразведки с шагом по профилю 100 м и магниторазведки с шагом 50 м с соответствующим геодезическим обеспечением.

Ожидаемый геологический разрез составлен в результате анализа комплекта государственной геологических карт Российской Федерации масштаба 1:1 000 000 издания ВСЕГЕИ 2000 и 2015 гг.. Северо-восточная часть профиля представлена двухслойным разрезом, юго-западная – трехслойным. Верхняя часть разреза сложена озерными образованиями (пески, супеси, суглинки) мощностью до 5 м. Второй слой югозападной части профиля представлен образованиями старорусской свиты (глины, аргиллиты, алевролиты, песчаники) мощностью 40-70 м. Нижняя часть разреза представлена образованиями Лахденпохского метаморфического комплекса (сланцы, плагиоклазы). Профиль пересекает в средней части зону предполагаемого разлома, отмеченную на государственных геологических картах и установленную западнее профиля работ по результатам интерпретации данных мобильного РМТ зондирования. Линия профиля пересекает р. Булатная, северо-восточная часть профиля проходит по линии фортификационных укреплений линии Маннергейма.

Положение участка 2 (квадратом, а), схема работ (б), результаты исследований методом мобильного РМТ зондирования, представленные А.А. Шлыковым на конференции Электроразведка-2024 (в) и ожидаемый геологический разрез (г). На схеме работ (б): 1 – профиль мобильного РМТ зондирования; 2 – профиль зондирования РМТ-К; 3 – профиль ЭТ аппаратурой Сискал; 4 – профиль ЭТ аппаратурой Скала; 5 – пункты АМТЗ. На ожидаемом геологическом разрезе (г): 1 – озерные образования. Пески, супеси, суглинки, гитии, торф (до 5 м); 2 – старорусская свита. Глины, аргиллиты, алевролиты, песчаники, туфы, редкогалечные конгломераты, песчаники (40-70 м); 3 – Лахденпохский метаморфический комплекс. Подкомплекс сланцев биотитовых, плагиоклазовых двуполевошпатовых с кордиеритом, гранатом, силлиманитом

Задачей этой работы было внутриметодное комплексирование данных электроразведки путем совместной инверсии данных АМТЗ и ЭТ, а также путем сопоставления их с результатами РМТ зондирования. Выполненная интерпретация данных аномалий потенциальных полей также использовалась для совместной интерпретации материалов. Представленный подход позволяет получить единое решение для всего интервала глубин разреза и компенсировать естественные ограничения методов. Интерпретация материалов по отдельности не противоречит ожидаемым геологическим представлениям о разрезе. Постановка комплекса работ позволила существенным образом детализировать геолого-геофизический разрез, а совместная инверсия данных разных методов электроразведки позволила учесть особенности методов, объединить их преимущества и в итоге получить более достоверное решение.