Геологічні передумови гравиразведки
З основної формули (5.7) гравиразведки, що зв`язує гравітаційне поле з параметрами геологічного середовища (контурами тіл і їх щільністю), випливає, що геологічні тіла можуть обурювати поле сили тяжіння як за рахунок різниці щільності тіла і вміщає середовища, так і за рахунок змін морфології контуру тіла, рельєфу структурних поверхонь. Очевидно, що чим більше різниця щільності і чим різкіше змінюються межі тіла, рельєф геологічних кордонів, тим більше буде гравітаційний ефект обурює тіла. Розглянемо ці два фактори в геолого-гравіразведочном аспекті.
Перш за все згадаємо, що щільністю s називається фізична властивість речовини (гірської породи), яке визначається ставленням його маси до його об`єму (об`ємна щільність). Питома вага речовини (гірської породи) d пов`язаний з об`ємною щільністю s співвідношенням s = d g, де g - прискорення сили тяжіння. Розмірність щільності г / см3 (Кг / м3). Щільність гірських порід істотно залежить від їх пористості.
Щільність порід осадового чохла і кристалічного фундаменту вивчається в лабораторних умовах по керну зі свердловин. Аналіз плотностних характеристик порід осадового чохла показав, що значення щільності істотно залежать не тільки від літологічних властивостей порід, але від їх віку, тектоніки регіону і глибини залягання. Так, щільність піщанистих, алеврітових і глинистих порід коливається в межах 1,6-2,8 г / см3, причому її значення більше залежать від їх пористості, ніж від мінерального властивості (щільність зростає зі зменшенням пористості). Щільність карбонатних порід змінюється в ще більших межах - від 1,53 г / см3 до 3,04 г / см3, але найчастіше щільність вапняків характеризується щільністю 2,4-2,7 г / см3. Гідрохімічні опади, що розрізняються по мінеральному складу, мають різну щільність: для ангідриту - 2,9 г / см3, гіпсу - 2,3 г / см3, для кам`яної солі - 2,1 г / см3. Особливо витриманою щільністю характеризується галит (2,12-2,22 г / см3).
У магматичних порід щільність зростає від кислих до основних різницям від 2,4 до 3,35 г / см3 за рахунок збільшення в складі порід залізисто-магнезіальних мінералів (олівіну, піроксену, буттям, рогових обманок і ін.), для яких характерні високі значення щільності, 3,2-3,5 г / см3.
Щільність ультраосновних порід коливається від 2,45 до 3,2 г / см3 і тісно пов`язана з процесами серпентинизации і габброізаціі.
Щільність ефузивних порід в цілому трохи нижче щільності інтрузивних порід.
Рудні корисні копалини характеризуються дуже високими значеннями щільності - до 5,0 г / см3: Для хромітових і колчеданових руд вони складають 3,5-4,5 г / см3, для поліметалічних родовищ - 3,4-5,0 г / см3. Нижчі щільності мають бокситові (1,8-3,2 г / см3) І сульфідні (1,5-3,0 г / см3) Руди.
Метаморфічні породи мають відносно високою щільністю, 2,5-3,3 г / см3, принаймні вище, ніж для осадових порід. Їх щільність визначається мінеральним складом, вона -возрастает зі збільшенням ступеня метаморфізму. У процесі ж гранитизации метаморфічних порід щільність зменшується за рахунок заміщення мінералів з високою щільністю (амфібол, гранат, біотит) мінералами з малою щільністю (кварц, микроклин).Для території Білорусі найбільш показовим по Плотностние характеристикам осадового чохла є Прип`ятський прогин. Тут за значеннями щільності виділено чотири шару. Перший шар представлений породами від наймолодших платформних до карбонових рифогених. Він включає породи, що лежать на соленосних відкладах. Щільність порід цього шару коливається від 2,0 на покрівлі до 2,27 г / см3 на підошві. Максимальна потужність шару - 1,6 км. Другий шар представлений глинисто-галітових відкладеннями позднефаменского віку. Підошва шару - поверхня верхнефаменскіх сольових відкладень. Максимальна потужність шару в межкупольних зонах близько 2 км. Щільність порід шару в середньому близько 2,21 г / см3. Третій шар включає верхнефаменскіе сольові відкладення. Нижня обмеження - поверхня межсолевих відкладень. Максимальна потужність шару - в соляних куполах, до 3 км. Щільність добре витримана і дорівнює 2,18 г / см3. Нарешті, четвертий шар об`єднує пласти порід від венда до франкського ярусу девону невеликої потужності в підставі прогину. Щільність порід цього шару коливається від 2,26 до 2,8 г / см3.
Неоднорідність осадового чохла по щільності і потужності обумовлює аномальне гравітаційне поле.
Щільність порід кристалічного фундаменту Прип`ятського прогину в середньому дорівнює 2,75 г / см3. Це значення значно вище середньої щільності осадового чохла. Але оскільки рельєф фундаменту в Прип`ятському прогині змінюється в межах декількох кілометрів, то, отже, поверхня кристалічного фундаменту Прип`ятського прогину створює високий гравітаційний ефект і тим самим є об`єктом гравиразведки.
Аналогічна плотностная картина характерна і для Оршанской западини, де в осадовому чохлі виділяються девонський комплекс (2,56 г / см3), Волинсько-Валдайская серія (2,13 г / см3), Вільчанская серія (2,20 г / см3) І Ріфейскій комплекс (2,35 г / см3), Які лежать на кристалічному фундаменті щільності 2,75 г / см3. Коливання рельєфу - від 0,4 до 2,8 км. Велика різкість щільності фундаменту і осадового чохла і чітко виражений рельєф сприяють значному гравітаційному ефекту.
Щільність порід кристалічного фундаменту Білорусі підрозділяється на одинадцять груп і змінюється в середньому від 3,12 г / см3 для першої групи до 2,64 г / см3 для одинадцятої. До першої групи входять габро, габро-діабази, діабази і амфібол-піроксенових кристалічні сланці. До одинадцятої групи віднесені породи, представлені пегматитами і апелюють, що утворюють жили. Граніти, гранітогнейси, кварцити і ряд інших порід фундаменту по плотностям займають в цій ієрархії середнє положення і характеризуються значеннями 2,65-2,75 г / см3. В середньому породам фундаменту відповідає щільність 2,75 г / см3. Отже, різні тіла, інтрузії в фундаменті мають різницею щільності від 3,12-2,75 = +0,37 г / см3 до 2,64-2,75 = -0,11 г / см3. Це означає, що плотностние неоднорідності фундаменту, обумовлені його внутрішньою будовою та речовим складом, можуть створювати аномалії сили тяжіння.
Для оцінки щільності глибинних частин земної кори і верхньої мантії звернемося до досліджень українського геофізика С. С. Красовського, який показав, що щільність глибинного речовини лінійно пов`язана зі швидкістю поздовжніх сейсмічних хвиль VР співвідношенням
s = 0,7269 + 0,3209VP. (5.18)
Звідси випливає, що щільність речовини нижньої частини кори, де VP= 7,0-7,5 км / с, дорівнює 2,98-3,15 г / см3, а щільність подкорового речовини, що характеризується швидкостями 8,0-8,2 км / с, - 3,35-3,40 г / см3. Оскільки межа земної кори і верхньої мантії - поверхня Мохо - коливається по глибині в широких межах (для Білорусі від 35-40 км до 50-60 км), то різниця щільності між подкорового речовиною і речовиною нижнього шару кори може створювати великі значення гравітаційного поля.
Підсумовуючи викладене, можна сказати, що реальна геологічне середовище неоднорідна по щільності. Ці неоднорідності виражаються в формі і рельєфі геологічних кордонів. Головними факторами, возмущающими гравітаційне поле Землі, є рельєф кордонів і плотностние неоднорідності в осадовому чохлі, рельєф кристалічного фундаменту і плотностние неоднорідності його речового складу, глибинні плотностние неоднорідності земної кори і в першу чергу рельєф її підошви (кордону Мохо).
Все це сприяє застосуванню гравиразведки для вирішення геологічних завдань.
