Применение гравиметрии в геологии. Гравиметрия при решении задач изучения строения земной коры

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ  ВПО  «Северо-Кавказский государственный  технический университет»

 

«Кафедра геофизических  методов поиска и разведки полезных ископаемых»

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «интерпретация гравитационных и магнитных аномалий »

На тему: « Применение гравиметрии в геологии. Гравиметрия  при решении задач изучения строения земной коры»

 

 

 

 

Выполнил: студент

4-ого курса ФНГ

Группы ГФН-081

Раев В. Э.

Проверил:

Бражник В. М.

 

 

 

 

Ставрополь 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..3

1. Выделение крупных глубинных структурных элементов с использованием гравиметрии………………………………………...4

1. 1 Геосинклинальные области……………………………………....5

1.2 Платформенные области…………………………………………..8

2.          Изучение глубинного строения Земли  с помощью гравиметрии..16

2.1 Теория изостазии…………………………………………………..18

          2.2 Изостатической компенсация……………………………………..20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….…25

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Гравитационная разведка — метод разведочной геофизики, основанный на изучении поля силы тяжести  на поверхности Земли или вблизи от нее. Изучение поля силы тяжести  — гравитационного поля Земли, его  анализ и интерпретация дают возможность  делать выводы о распределении неоднородных по плотности масс в земной коре, следовательно, и о строении земной коры.

Гравитационная разведка используется для изучения глубинного строения земной коры, тектонического и петрографического районирования  крупных регионов, геологического картирования закрытых территорий, поисков месторождений  нефти и газа, прогнозирования  залежей нефти и газа, поисков  и разведки твердых полезных ископаемых: угля, руд и нерудного сырья. Гравиразведка  применяется также при решении  некоторых задач инженерной геологии, геодезических задач — изучения фигуры Земли.

Круг геологических задач, решаемых гравиразведкой, весьма широк. В этом отношении гравиразведка является самым универсальным методом среди других методов разведочной геофизики.

Геологическая эффективность  применения геофизических методов  зависит от уровня их развития и, как  правило, от комплексного их использования. При изучении земной коры, тектоническом районировании, поисках нефти и газа, помимо гравитационного, широко используются сейсмический и магнитный методы. При поисках и разведке различных металлических и неметаллических полезных ископаемых гравиразведка обычно применяется вместе с магниторазведкой, электроразведкой, металлометрией. Задачи геодезической гравиметрии решаются с использованием астрономии и геодезии.

 

 

 

1. Выделение крупных глубинных структурных элементов с использованием гравиметрии

Детальные геологосъемочные и поисковые работы планируют и проводят на основе ранее проведенных региональных геологических исследований. Важнейшей задачей, решаемой этими исследованиями, является выделение крупных глубинных структурных элементов, распределение и взаимоотношение которых играло основную роль в геологической истории исследуемого региона, предопределившей основные особенности его строения и распределение в его пределах районов, перспективных на различные полезные ископаемые.

Гравитационный метод  имеет важнейшее значение при  тектоническом районировании. Региональные структурные элементы, особенно в  геосинклинальных областях, как правило, четко отображаются значительными по площади и интенсивности гравитационными аномалиями, характер которых в значительной степени связан с соответствующими особенностями глубинного строения земной коры. В типичных платформенных областях интенсивность гравитационных аномалий, связанных с региональными структурами, обычно много меньше (в связи с уменьшением влияния особенностей глубинного строения земной коры). При тектоническом районировании гравитационный метод комплексируется прежде всего с магниторазведкой и сейсморазведкой, иногда также с электроразведкой.

Данные магниторазведки  вместе с данными гравиразведки  позволяют получить достаточно ясное  и полное представление о внутренней складчато-глыбовой структуре кристаллического фундамента, о рельефе его поверхности, о расположении в нем крупных зон разломов, магматических -формаций и т. д. Это позволяет, в свою очередь, дать уточненный вариант интерпретации гравитационных данных и на их основе дать наиболее правдоподобную интерполяцию сейсмогеологических данных для участков, расположенных между сейсмическими профилями.

 

1. 1 Геосинклинальные области

Характерной особенностью геосинклинальных областей является большая интенсивность гравитационных аномалий, связанных с основными региональными структурами — синклинориями и антиклинориями. Для этих структур типичным является «обратный гравитационный рельеф» — минимумы над антиклинориями, относительные максимумы над синклинориями (рисунок 1.1).

Сейсмические данные показывают, что глубинные границы земной коры (Конрада и Мохоровичича) в геосинклинальных областях также имеют обратную структуру по отношению к приповерхностным слоям: антиклинориям, выраженным обычно также и современными поднятиями рельефа, соответствуют прогибы глубинных границ и соответствующие утолщения земной коры, образующие «корни гор», а синклинориям — подъемы глубинных границ и утоньшения коры. Б. А. Андреевым указано , что это соотношение во многих случаях хорошо соответствует некогда существовавшей доинверсионной структуре геосинклинальной области (рисунок  1.2). Вероятная причина такого рода соответствия объясняется тем, что глубинные структуры земной коры представляют, по всей видимости, реликты древнего структурного рельефа геосинклинальных областей, который, возможно, был выражен значительно более резко в глубинных слоях и в большинстве мест не был преобразован в процессе инверсии геотектонических условий. Нe все структуры образовались в результате инверсии тектонических движений, в частности некоторые поднятия сохранялись на всех стадиях развития геосинклинальной области, и характеризуются региональными максимумами силы тяжести (рисунок 1.2).

 

 

Стадии развития геосинклинальной области: I, II, III — до инверсии; IV, V — после инверсии. 1 — формации внутренних впадин; 2 — молассовая формация; з — лагунная формация; 4.— фли-шевая каустобиолитовая формация; 5 — известняковая формация; в — нижняя терригенная формация;. 7 — грубообломочные отложения; 8 — формации предыдущих циклов; 9 — вулканы; 10 — эффузивы и пластовые интрузии; 11 — трещинные интрузии; 12 — батолиты; 13 — малые интрузии; 14 — диапиры; 15 — тектонические разрывы; 16 — кривая аномалии силы тяжести.

Описанные выше соотношения  региональных структур и гравитационных аномалий типичны для мезозойских геосинклиналей, т. е. для областей завершенной складчатости. Иначе обстоит дело в областях альпийской складчатости, в частности на островных дугах. Для таких областей характерно прямое соотношение региональных гравитационных аномалий с современным структурным рельефом (максимумы на поднятиях, минимумы — над прогибами). Можно предположить, что в указанных геосинклиналях, возможно, еще не завершена инверсия геотектонических условий и современный структурный рельеф таким образом является доинверсионным.

Указанные выше взаимоотношения  гравитационных аномалий с региональными  структурами геосинклинальных областей установлены эмпирически. Наличие такого рода взаимоотношений показывает возможность использования гравитационных данных при палеотектони-ческих построениях. Первое указание на подобную возможность на примере Юго-Восточного Закавказья было сделано В. В. Вебером и В. В. Федынским в 1947 г.; впоследствии оно получило многочисленные подтверждения, а в указанной выше форме было сформулировано Б. А. Андреевым (1960-1965 гг.).

Гравитационные данные можно  использовать при металлогеническом  характера региональных гравитационных аномалий и структурно-метал-логенических аномалий в геосинклинальных областях. Оказывается, что во многих случаях  с зонами положительных региональных гравитационных аномалий ассоциируются зоны мезократового оруденения (хром, никель, медь, золото и серебро, колчеданные свинец — цинк), а с зонами отрицательных или близких к нулю аномалий—зоны лейкократового оруденения (свинец — цинк жильные, молибден, вольфрам, олово). Указанное взаимоотношение подтвердилось во многих рудных районах, причем относящихся не только к молодым (альпийским) геосинклиналям, но и более древним (герцинским и даже каледонским) .

 

2. Платформенные области

В платформенных областях, в отличие от геосинклинальных, региональные гравитационные аномалии относительно малы по интенсивности и в основном обусловлены строением верхних слоев земной коры, а именно совокупностью следующих влияний:

1. Внутренней структуры кристаллического фундамента;
2. Рельефа поверхности фундамента;
3. Строения и состава толщи осадочных пород.

Эти же факторы влияют на характер   гравитационных аномалий и в.геосинклинальных областях, но их влияние здесь маскируется интенсивными  аномалиями, связанными со строением глубинных слоев земной коры.

Внутренняя структура  фундамента наиболее отчетливо и ярко проявляется в аномальном гравитационном поле в районах кристаллических щитов и их склонов, где фундамент расположен на небольшой глубине. При этом отмечаются следующие три характерные разновидности гравитационных аномалий (рисунок 1.3):

1. Полосовидные линейные  аномалии, связанные со складчатыми комплексами в фундаменте, выделяющимися по повышенной или пониженной средней плотности, либо с осадочно-магматическими комплексами пород, заполняющих грабенообразные впадины внутри древнего фундамента;

2. «Гравитационные ступени» (линейные ограничения крупных  зов: повышенных или пониженных  значений Ag), характеризующие краевые-части крупных блоковых структур в фундаменте и представляющие,, как правило, глубинные разломы в земной коре;

3. Более или менее изометричные (в плане) аномалии, связанные обычно с интрузивными комплексами, с массивами метаморфических пород.

Примеры линейных полосовидных гравитационных аномалий, отражающих складчатую структуру фундамента, описаны в ряде работ для железорудных бассейнов типа КМА и Кривого Рога, Урала и других регионов. Крупная, весьма протяженная (свыше 1200 км) линейная зона положительных и отрицательных гравитационных аномалий, связанная с древней зоной разломов в фундаменте, соответствующая системе грабенообразных впадин, заполненных осадочно-вулканогенной формацией (серия Кьюиноу), описана для центральных районов США.

Многочисленные аномалии типа «гравитационной ступени», которым  на глубине соответствуют краевые  зоны крупных блоков фундамента, можно  видеть на любой карте, показывающей распределение региональных гравитационных аномалий больших территорий, например США, Европы и Северной Африки и т. д.

Из гравитационных аномалий, связанных с магматическими породами в фундаменте, весьма обычны и характерны гравитационные минимумы, связанные  с массивами гранитов, отличающихся обычно пониженной плотностью. Крупным минимумом сипы тяжести отмечается Выборгский массив гранитов — рапакиви в докембрийском фундаменте южной части Балтийского щита; по характеру сопутствующей ему отрицательной гравитационной аномалии можно предполагать, что этот массив распространяется на большую часть акватории Финского залива .

Анализ гравитационных аномалий и данных о плотности магматических и метаморфических пород может дать очень ценные результаты при их картировании. Интересный и весьма поучительный пример, подтверждающий это обстоятельство, опубликован по одному из районов Канадского щита. Здесь, в поле развития докембрийских гнейсов, представлявшихся по первоначальным данным геологосъемочных работ весьма однотипными и однородными, гравитационная съемка отметила интенсивный (до 30 мгл) гравитационный максимум на участке с поперечными размерами в несколько десятков километров. Изучение плотности пород показало, что гнейсы на этом участке представлены более основными разностями (амфиболовыми) и имеют среднюю плотность 2,85 г/см³, а за пределами этого участка преобладают гранито-гнейсы, средняя плотность которых составляет всего 2,69 г/см³. Количественная интерпретация гравитационной аномалии позволила, исходя из указанных данных и с использованием палеток для трех мерных тел, определить форму массива амфиболовых гнейсов.

По гравитационным аномалиям  можно получить приблизительные  данные о глубине залегания и  рельефе поверхности фундамента; однако решение подобной задачи осложняется  во многих случаях сильным влиянием на аномальное гравитационное поле плотностной неоднородности фундамента, связанной с его внутренним строением. Это влияние меняется в зависимости от глубины залегания, а также от состава и возраста фундамента: оно наибольшее в районах с докембрийским (обычно неоднородным по составу и плотности) фундаментом, залегающим на небольшой глубине, и наименьшее в районах с более однородным по составу и плотности палеозойским или мезозойским фундаментом, залегающим на значительной глубине.

Примерами впадин палеозойского  фундамента, весьма отчетливо выраженных гравитационными минимумами, могут  служить многие впадины Средней Азии и Западно-Сибирской низменности. Для многих из них, пользуясь опорными данными сейсморазведки и бурения, можно установить довольно надежную и близкую к линейной корреляцию между величиной гравитационной аномалии и глубиной залегания фундамента. При этих сопоставлениях целесообразно исключить из наблюденного поля Ag влияние регионального фона и пользоваться остаточными гравитационными аномалиями. Такого рода корреляционная зависимость получена (рис. 178) для Южно-Минусинской впадины в восточной части Западно-Сибирской низменности. Установлены различного вида зависимости для западной и для восточной частей впадины, что, по-видимому, можно связывать с различной средней плотностью фундамента в этих