Спосіб прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об’єктів

Реферат: Спосіб прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів належить до геолого-розвідувальної галузі та стосується вивчення геологічної будови територій. UA 72393 U (12) UA 72393 U UA 72393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до геолого-розвідувальної галузі та стосується вивчення геологічної будови територій, а саме до способу прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів з використанням даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Найбільш близьким до пропонованого за кількістю суттєвих ознак є спосіб прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів, під час якого виконують обробку і дешифрування космічних знімків досліджуваної території, а саме, виконують 3D-аналіз рельєфу і встановлюють блокові та кільцеві структури, за якими прогнозують перспективні щодо покладів корисних копалин об'єкти на досліджуваній території [Деклараційний патент Україна на винахід № 63073 А, МПК (2006) G01V 9/00, G01S 17/00, опубл. 15.01.2004, бюл. № 1]. Згаданий спосіб є мультиспектральним структурно-польовим методом прогнозування покладів нафти і газу. Даний спосіб базується на наявності генетичного зв'язку ландшафтів з розташованими під ними покладами вуглеводнів, а вирішення задачі їх прогнозування потребує виконання послідовних операцій в комплексі аерокосмічних, структурно-геоморфологічних і наземних досліджень, зокрема: - вивчення висотного і блокових полів ландшафту (структурно-геоморфологічні дослідження); - дистанційні дослідження, які виконуються за матеріалами багатозональної авіаційної і космічної зйомок у вузьких спектральних діапазонах; - формування банку даних за результатами наземних і дистанційних досліджень; - математична обробка результатів наземних і дистанційних вимірів, виявлення маршрутних і площинних оптичних аномалій. Недоліком цього способу є те, що він може бути використаний лише для прогнозування одного виду корисних копалин - вуглеводнів. Також його недоліком є і необхідність у виконанні значного обсягу польових робіт, що збільшує його трудомісткість і, як наслідок, потребує великих витрат на прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів. У основу корисної моделі поставлено задачу створення такого способу прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів, який би не був обмежений лише одним видом корисних копалин і одночасно був би менш трудомістким. Поставлена задача вирішується за рахунок використання геосинергетичного підходу для визначення і обґрунтування пошукових моделей перспективних щодо заданих корисних копалин об'єктів за матеріалами попередніх геолого-геофізичних досліджень та інтерпретації результатів дешифрування космічних знімків досліджуваної території. Пропонований спосіб прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів включає виконання обробки і дешифрування космічних знімків досліджуваної території, а саме: виділення лінеаментів, обчислення їх щільності, побудову роз-діаграм та визначення фрактальної структури лінеаментів об'єктів, а також виконання 3D-аналізу рельєфу і встановлення блокових та кільцевих структур, за якими прогнозують перспективні щодо покладів корисних копалин об'єкти на досліджуваній території, а у відповідності до корисної моделі, попередньо здійснюють аналіз матеріалів геолого-геофізичних досліджень та інтерпретацію результатів дешифрування космічних знімків досліджуваної території з використанням геосинергетичного підходу, а саме: з позиції геосолітонного механізму енергомасопереносу, вихрової тектоніки та нелінійної геодинаміки і визначають пошукову модель, яку застосовують у процесі прогнозування об'єктів, перспективних на заданий вид корисних копалин. Особливістю пропонованого способу є і те, що для підтвердження виявлених перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів додатково досліджують їх методами геотомографії. Як геоіндикатори або пошукові критерії, отримані при дешифруванні знімків, використовують лінійні та кільцеві структури, площадні (складчасто-блокові) об'єкти, літологостратиграфічні комплекси, зони подрібнення й гідротермального метаморфізму порід, різнопорядкові зони стиснення та розтягу. В основі геосинергетичного підходу лежить геосолітонний (імпульсно-вихровий) механізм формування геологічних структур і покладів корисних копалин. Геосолітони - це локалізовані вихрові процеси виносу речовин і енергії з ядра Землі. В мантії вони проявляються у вигляді колонок щільності речовини і градієнтної зміни геофізичних полів, у земній корі як субвертикальні ділянки тріщинуватості (деструкції), а на поверхні Землі як кільцеві структури. Прогнозування родовищ корисних копалин методами ДЗЗ базується на виявленні геоіндикаторів структур, що сформувалися у результаті геосолітонного енергомасопереносу. Пропонований спосіб здійснюють шляхом послідовного виконання наступних операцій. - Теоретичного обґрунтування можливості використання методів ДЗЗ при геолого-пошукових роботах в даному регіоні на певні види корисних копалин (нафта, газ, руди, підземні води тощо). 1 UA 72393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Таке обґрунтування включає дослідження взаємозв'язку родовищ корисних копалин з основними геологічними структурами: розломами, підняттями, блоками, кільцевими утвореннями та їх геоіндикаторами на матеріалах космічних зйомок в оптичному, інфрачервоному, тепловому і радіолокаційному діапазонах. Відображення глибинних геологічних об'єктів в ландшафті земної поверхні відбувається в процесі безперервного обміну енергією і речовиною між надрами і поверхнею Землі. Рельєф і різні компоненти ландшафту представляють результат взаємодії висхідного і низхідного потоків маси - енергії. Енергія надр передається наверх шляхом диференційованих рухів окремих блоків земної кори, обумовлених ротаційним режимом Землі і глибинними процесами геосолітонної дегазації, що відбуваються у мантії та ядрі. Будь-яка ділянка земної кори постійно зазнає сумарного впливу глобального, регіонального і локального полів напруженості. Наслідком цього впливу є роздробленість земної кори на безліч різних по величині блоків, які знаходяться в безперервному відносному русі і вібрації. Розміри крупних блоків характеризуються сотнями кілометрів, а дрібних - сотнями метрів. Існує ієрархічна підпорядкованість порядків розломів і блоків, що розділяються ними. Механічний взаємозв'язок між блоками обернено пропорційний рангам розломів: чим більшим є розлом, тим більш ослаблений зв'язок між блоками. Під впливом вертикальної компоненти напруженості найбільші відносні переміщення відбуваються уздовж границь крупних блоків. Переміщення блоків уздовж крупних розломів частково знижують напруженість у розломах меншого рангу, що приводить до їх відособлення. Найімовірніше, цим і пояснюється властивість генералізації космічних знімків, на яких зі зменшенням просторового розрізнення починають проявлятися більш крупні блоки. У межах підняттів на ландшафт впливають як механічні переміщення самої поверхні, так і тріщинуватість, що виникає в процесі тектонічних рухів (тобто густина і розкритість тріщин над склепіннями і схилами підняттів). Щільність тріщинуватості збільшується на більш напружених елементах структур: зони підвищеної тріщинуватості приурочені до зон максимальних градієнтів рухів і ділянок найбільших перегинів пластів. Деформація останніх відображається в ландшафті також завдяки своєму впливу на перенесення речовини. Винесення легкорозчинних часток призводить до утворення над підняттями і їх схилами мікрозападинних форм, винесення органічної речовини - до освітлення ґрунтового покриву, внаслідок змиву рихлих відкладень зменшується їх потужність. Низхідні рухи створюють сприятливу обстановку для заболочування території і широкого розвитку болотяних утворень. У ландшафтних індикаторах, а отже і в обумовлених ними особливостях зображення, фіксується процес перетворення осадових товщ над локальними підняттями або в зонах розривних порушень. Кільцеві аномалії, що виникають над підняттями, розглядаються як результат вихрової тектоніки, яка спричиняє деформації центрального типу, прояв осередкової напруженості геодинамічного поля, завдяки чому на земній поверхні виникає своєрідний каркас, який складається з системи концентричних або овальних розломів (концентрів), що оперяються радіальними порушеннями або зонами тріщинуватості. Геологічні об'єкти мають певні характеристики напружено-деформованого стану земної кори і специфічного набору параметрів геофізичних полів. Виходячи з наявності тісного зв'язку ландшафтоутворюючих процесів з такими полями, геофізичні аномалії викликають певні зміни земної поверхні, що також відображається на знімках. Важливу роль в передачі інформації про глибинну структуру на земну поверхню відіграє геохімічний чинник. Можливість такої передачі пояснюється наявністю, з одного боку, висхідних потоків глибинних флюїдів, а, з іншого боку, нерівномірною проникністю геологічного середовища, спричиненою утворенням перколяційних кластерів під впливом напруженодеформованого стану окремих його ділянок. - Аналізу геолого-геофізичних матеріалів попередніх досліджень, у тому числі, даних геотомографіі (сейсмічної, термометричної, геоелектричної, гіпсометричної). У процесі такого аналізу виконують збір, систематизацію та інтерпретацію геологознімальних, геофізичних (гравірозвідувальних, магніторозвідувальних, сейсморозвідувальних, електророзвідувальних і термометричних), геохімічних матерів і даних буріння по території досліджень та суміжних площах. - Визначення пошукової моделі перспективних об'єктів. Формування пошукової моделі перспективних об'єктів здійснюється на основі геосинергетичного підходу, в основі якого лежить геосолітонний (імпульсно-вихровий) механізм формування геологічних структур і родовищ корисних копалин. Геосолітони - це локалізовані імпульсно-вихрові процеси виносу речовини і енергії з ядра Землі. У мантії вони проявляються у вигляді мантійних колонок неоднорідностей 2 UA 72393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 щільності і градієнтної зміни геофізичних полів, в земній корі як субвертикальні зони тріщинуватості (деструкції), а на поверхні Землі як кільцеві структури. Як пошукові моделі перспективних об'єктів використовуються: перколяційні кластери, як рудоутворюючі системи, багатопластові поклади, що формуються завдяки трубі дегазації, структури, що формуються в результаті геосолітонної флюїдодинаміки та вихрової тектоніки, кільцеві утворення як індикатори субвертикальних зон деструкції, складчасті структури з корисними копалинами та багатопластові поклади корисних копалин. - Створення дистанційної та картографічної основи. Створення дистанційної основи передбачає нормалізацію і різноманітні перетворення вихідних даних дистанційного зондування. - Обробки та дешифрування даних дистанційного зондування. До інформації, що має геолого-пошукове значення, відносять лінійні та кільцеві структури, площинні складчасті та блокові об'єкти, літологостратиграфічні комплекси, зони дроблення, метаморфізму порід. Окрім того, за матеріалами космічних знімків, в комплексі з геологічними та геофізичними даними, виділяються також різнопорядкові зони стискання, розтягнення і зміщення, виявлення яких важливе для прогнозування корисних копалин. Дешифрування полягає у виділенні на знімках таких елементів зображення земної поверхні, які можуть відображати геологічні об'єкти різної глибинності. Використовують структурний і геоіндикаційний методи дешифрування. При вивченні нафтогазоносних територій, що є закритими в геологічному відношенні, неодмінними умовами застосування структурного методу для отримання порівнювальних результатів при дешифруванні різних знімків мають бути єдність ландшафтної обстановки, умов зйомки і обробки знімків. При геоіндикаційному методі об'єктами дешифрування є індикатори геологічних структур. Такими індикаторами є особливості в поширенні, складі і будові поверхневих відкладень (літоіндикатори), різноманітні геоморфологічні і ландшафтні утворення або їх характеристики (відповідно морфоіндикатори і ландшафтні індикатори). - 3D-аналіз рельєфу. Такий аналіз виконують на регіональному та локальному рівнях з метою виявлення прихованих періодичних змін висот рельєфу уздовж профілів різного простягання за допомогою вейвлет-аналізу. Встановлення факту наявності періодичності у сучасному рельєфі дозволяє визначати зв'язок між поверхнею кристалічного фундаменту і сучасною геоморфологічною поверхнею. Екстремуми періодограми вказують на переважні розміри блоків різних порядків. - Лінеаментний аналіз. Лінеаменти - це лінійні аномалії рельєфу і зображення, що генетично пов'язані з розломами і тріщинами земної кори, активними на неотектонічному етапі. Результатом дешифрування чи формалізованої обробки космічних знімків із виділенням прямолінійних елементів зображення є вихідна схема лінеаментів. Її складовими є різноспрямовані лінії - елементарні лінеаменти відповідного порядку. Порядок лінеаментів визначається масштабом і розрізненням вихідного зображення. Отримані в процесі дешифрування схеми лінеаментів, як правило, відрізняються великою насиченістю і безпосередня ідентифікація по ним розривних порушень ускладнена, тому на базі такої схеми будуються карти щільності лінеаментів, роз-діаграми схем лінеаментів та лінії витягнутості їх векторів. - Наземна перевірка результатів дешифрування. Наземна перевірка результатів дешифрування виконується з метою контролю результатів попереднього дешифрування і отримання додаткової інформації про особливості прояву в рельєфі і інших ландшафтних характеристиках геологічної будови території, що вивчається. - Інтерпретація результатів дешифрування і геолого-геофізичних даних. Вивчення геологічної природи виявлених при дешифруванні об'єктів проводять шляхом їх порівняння з даними геолого-геофізичних досліджень, яке починають з елементів розривної тектоніки. Послідовно порівнюють віддешифровані лінеаменти і розломи, що встановлені за геологогеофізичними даними у фундаменті, у різних сейсмічних горизонтах і т. п. Необхідно враховувати, що частина лінеаментів, яка відповідає розломам фундаменту, як правило, в осадовому чохлі не виражається розломами з переміщенням блоків або амплітуди таких переміщень незначні. Відображення їх в елементах земної поверхні пояснюється наявністю над розломами фундаменту в осадовому чохлі зон підвищеної тріщинуватості, які характеризуються більшою проникністю, що підкреслюється рослинністю, лінійним розташуванням гідромережі та інших природних об'єктів. Розривні порушення являють собою каркас тектонічної структури досліджуваної території, а рухи вздовж них багато в чому визначають утворення геологічних структур і формування родовищ корисних копалин. В процесі інтерпретації послідовно намічають загальний малюнок мережі розривних порушень і основні закономірності в їх розподілі і виділяють крупні зони 3 UA 72393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розломів і окремі розривні порушення, які проявляються у вигляді смуг підвищеної щільності дрібніших оперяючих розривів і тріщин, що протягуються уздовж основного розлому. Останній, в свою чергу, може складатися з декількох кулісоподібно з'єднаних гілок. Такі смуги називають зонами розломів. Їх виявлення - одне із завдань інтерпретації лінеаментів, оскільки до них, зазвичай, приурочені складчасті структури і флексуроподібні вигини порід, які можуть бути пастками для вуглеводнів та рудних розчинів. Важливою задачею є вивчення вузлів перетину і розщеплення розломів і зон підвищеної тріщинуватості. Вони включають наступні ділянки: сполучення основного розриву з тими, що оперяють, зчленування розривів зв'язаних систем, пересічення розривів різного віку і різних етапів деформацій, розщеплення основного розриву на ряд бокових гілок, перетин розривів з лінійними зонами підвищеної тріщинуватості, які відображають приховані розломи фундаменту або перетин таких зон одна з одною. Для з'ясування геологічної природи площинних об'єктів, за якими прогнозують плікативні дислокації осадового чохла, структурні підняття і виступи фундаменту, використовують наступні принципи: 1. Принцип аналогії, згідно з яким прогнозування геологічних об'єктів проводять на основі використання просторового збігу між певними індикаторами і типами геологічних об'єктів, що закономірно повторюються. 2. Принцип індикаційного підтвердження, з якого випливає, що достовірність прогнозування нових геологічних об'єктів вища, якщо вони виділяються за сукупністю індикаторів. 3. Принцип співмірності (пропорційності), який стверджує, що глибина залягання прогнозованих геологічних об'єктів корелюється з розмірами об'єктів, виділених при дешифруванні. 4. Принципи структурного парагенезису (структурної організації) та ієрархічної підпорядкованості структур, згідно з якими тектонічні структури, розвинені в межах території, що вивчається, розглядають, по-перше, як системи взаємозв'язаних структурних елементів, і, подруге, як закономірно розташовані саме в цій частині регіону елементи крупнішої блоковорозломної структури. Складовою частиною прогнозування геологічних об'єктів за результатами дешифрування в процесі інтерпретації є оцінка їх глибинності, тобто прив'язка віддешифрованих елементів до певних структурних поверхів. В процесі порівняння даних дешифрування з геолого-геофізичними матеріалами проводять кореляцію геологічних об'єктів, виділених при дешифруванні, з їх аналогами на геологогеофізичних матеріалах: прояв лінеаментів в геофізичних полях, зв'язок площинних об'єктів з позитивними і негативними аномаліями поля сили тяжіння, магнітного поля, гіпсометрією фундаменту тощо. - Визначення пошукових критеріїв покладів корисних копалин. До таких критеріїв відносять сукупність всіх даних, що вказують на можливість виявлення корисних копалин. Вони можуть бути тектонічними, літолого-формаційними, гідрогеологічними, геодинамічними, неотектонічними тощо. - Прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів на основі виконаних досліджень і виявлених геоіндикаторів структур, які сформувалися в результаті геосолітонного енергомасопереносу. Пропонований спосіб прогнозування пройшов апробацію в різних нафтогазоносних регіонах України: Волино-Поділлі, Північному Донбасі, Дніпровсько-Донецької западини. Зокрема, на замовлення ТОВ "Укрнафтогазрозвідка" виконана робота на тему "Виявлення нафтогазоперспективних об'єктів в межах Базаліївської ліцензійної ділянки засобами дистанційного зондування Землі". Основними завданнями роботи були: збір та аналіз геологічних, геофізичних, геохімічних даних по території дослідження; створення дистанційної та картографічної основи; 3D - аналіз рельєфу; обробка та дешифрування космічних знімків; наземна перевірка результатів дешифрування; комплексна інтерпретація дистанційних та геолого-геофізичних даних; встановлення критеріїв та прогнозування нафтогазоперспективних об'єктів. В процесі виконання роботи були отримані наступні результати: 1. Картографічна та дистанційна основи Базаліївської площі. 2. Схеми лінеаментів, щільності лінеаментів та блокових структур за матеріалами дешифрування матеріалів ДЗЗ. 3. 3D-модель рельєфу (регіональний та локальний рівні). 4. Карта розломно-блокової тектоніки з прогнозними об'єктами. 5. Рекомендації з подальших пошукових робіт. 4 UA 72393 U 5 10 15 20 Проведені роботи дозволили отримати принципово нові уявлення про структурно-тектонічні особливості Базиліївської площі: - встановлено, що практично вся площа знаходиться в міжблоковій розломній зоні; - виділені нові ймовірні тектонічні порушення; - встановлено, що зональними та локальними порушеннями площа розбита на десятки блоків різного розміру; - за всіма критеріями перспектив нафтогазоносності (структурно-тектонічними, неотектонічними, геодинамічними та іншими) площа віднесена до перспективних земель; - за різними критеріями виконана прогнозна оцінка перспективності окремих блоків. Всього в межах площі виділені шість більш перспективних блоків та чотири перспективних блоків в кам'яновугільних відкладах і шість ділянок у кристалічному фундаменті. За результатами роботи рекомендовані ділянки для подальших пошукових робіт, у тому числі, сейсморозвідки, електророзвідки та буріння свердловин. Пропонований спосіб був також використаний для прогнозування кімберлітових трубок при пошуках родовищ алмазів в Приазов'ї. Таким чином, пропонований спосіб прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів не обмежений якимось одним видом корисних копалин і одночасно є менш трудомістким за спосіб-прототип, оскільки об'єм польових робіт при його застосуванні є незначним, бо більша частина робіт виконується під час дешифрування космічних знімків і визначення геоіндикаторів або пошукових критеріїв, характерних для певного виду корисних копалин. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Спосіб прогнозування перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів, під час якого виконують обробку і дешифрування космічних знімків досліджуваної території, а саме: виділяють лінеаменти, обчислюють їх щільність, будують рози-діаграми та визначають фрактальну структуру, а також виконують 3D-аналіз рельєфу і встановлюють блокові та кільцеві структури, за якими прогнозують перспективні щодо покладів корисних копалин об'єкти на досліджуваній території, який відрізняється тим, що попередньо здійснюють аналіз матеріалів геолого-геофізичних досліджень та інтерпретацію результатів дешифрування космічних знімків досліджуваної території з використанням геосинергетичного підходу, а саме: з позиції геосолітонного механізму енергомасопереносу, вихрової тектоніки та нелінійної геодинаміки, і визначають пошукову модель, яку застосовують у процесі прогнозування об'єктів, перспективних на заданий вид корисних копалин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для підтвердження виявлених перспективних щодо покладів корисних копалин об'єктів додатково досліджують їх методами геотомографії. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5