Способ определения пространственных координат геологических событий

 

Использование: для обоснования проведения поисково-разведочных работ, а также для прогнозирования геологических событий, например землетрясений. Сущность: выявляют пространственное поле напряжений в виде спиралевидной структуры. Находят спиралевидную структуру, симметрично подобную первой. Координаты геологических событий определяют в точках пересечения дуг спиралей с радиусами, проведенными из фокусов спиралей под углом, равным модулю сдвига среды от оси системы. Дополнительно определяют плотность среды. По корреляционным связям между плотностью и химическим составом вещества определяют тип полезных ископаемых. Технический результат: повышение эффективности и достоверности способа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к геологии и может быть использовано для обоснования проведения поисково-разведывательных работ, а также для прогнозирования иных геологических событий, например землетрясений.

Методические разработки современной геологической науки опираются, как правило, на трудоемкие способы накопления и анализа информации, дальнейшее наращивание которой уже не влияет на эффективность исследований. Настоящая работа предлагает новую интерпретацию информационного массива, установление причин возникновения и характера развития геологического процесса, которые позволят решать конкретные задачи наиболее оптимальным путем.

Неизбежность тех или иных преобразований материальной среды во времени имеет событийную пространственную привязку, проявляющуюся в виде тех или иных геологических особенностей. Их координаты, определяющие положение геологических структур, есть отражение эволюционных преобразований. В основе предлагаемой методики лежит установление взаимоотношений между энергетическим источником и формой его влияния на среду.

Из небесной механики и теории потенциала следует, что движения тел Солнечной системы возбуждают в каждом из них, содержащих жидкую или газообразную фазы, вихревые движения, порождающие ее колебания. Подобные колебания жидкой составляющей Земли порождают в сплошной среде апериодические и периодические напряжения и деформации, вызывающие пропорциональные им изменения термодинамических потенциалов - плотности, давления, температуры и т.д. Указанные напряжения являются основным фактором образования пород и минералов в результате фазовых превращений сплошной среды, другими словами, фактором образования полезных ископаемых.

Проекция эволюционных преобразований геологической среды на земную поверхность (наличие аномалий в виде горных хребтов, провалов, гидросистем и пр. ) идентифицируется по геологическим и иным картам земной поверхности. На картах эти эволюционные изменения отражены в виде тектонически дислоцированных пород, линеаментов разной природы, протяженности и густоты. Анализ картографического материала традиционно используется для геологического прогнозирования.

Наиболее близким решением к предлагаемому можно считать изобретение "Способ определения пространственных координат геологических формаций", патент РФ 2097794, МПК: G 01 V 9/00, 11/00, приоритет от 04.08.95. Способ основан на анализе геополей с позиций их изменчивости. Изменчивость геополей определяют в коэффициентах отклонения от нормального значения одной из его физических характеристик, приведенных к единице площади изучаемого геополя. Как показано на рисунках к патенту, изменение геополя может быть представлено в виде логарифмической спирали строго определенной формы. В результате анализа этих изменений прогнозируют пространственные координаты геологического события и физическую характеристику геологической формации.

Способ обеспечивает достаточно высокую степень достоверности прогнозирования координат геологических формаций. Однако дальнейшие многолетние научные исследования и практическое использование методики способа позволили дополнить его более глубокими теоретическими обоснованиями, что позволило, в свою очередь, упростить операции способа, повысить достоверность прогноза и расширить применение способа для прогноза не только местонахождения полезных ископаемых, но и других геологических событий.

Задача предлагаемого способа - упрощение операций способа, а также повышение эффективности и достоверности определения пространственных координат геологических событий.

Для решения поставленной задачи в способе определения пространственных координат геологических событий, основанном на анализе физических характеристик геологической среды, представленных на картографическом материале, в результате которого выявляют пространственное поле напряжений в виде спиралевидной структуры, дальнейший анализ геологической картины осуществляется иначе. Далее находят спиралевидную структуру, симметрично подобную первой, и обозначают ось системы линией, соединяющей фокусы двух спиралевидных структур. Координаты геологических событий определяют в точках пересечения дуг спиралей с радиусами, проведенными из фокусов спиралей под углом к прямой, соединяющей фокусы, причем угол равен модулю сдвига среды.

На оси системы строят равнобедренный треугольник в плоскости, перпендикулярной дневной поверхности Земли, с вершиной, равной 0,78 расстояния между фокусами, в точке пересечения боковых сторон треугольника находят эпицентр напряжения, сформировавшего анализируемую геологическую картину. По глубине нахождения эпицентра и параметрам треугольника судят о размерах геологического события.

В результате анализа параметров кривизны спиралевидных структур в зоне выявления геологического события определяют плотность вещества и по корреляционной связи между плотностью вещества и химическим составом определяют тип и вещественный состав геологического события.

Данный способ позволяет повысить достоверность прогнозирования как самого события, так и его пространственных координат.

Определение места нахождения и глубины эпицентра источника напряжения, явившегося причиной геологического события, а также расстояние между фокусами эллипса позволяют судить о значимости события, объеме территории, захваченной событием, и прогнозировать дальнейшее развитие события в исследуемой зоне.

По глубине залегания и характеру события можно судить о плотности материальной среды в исследуемой зоне, а по корреляционной связи между плотностью породы и химическим составом вещества судят о типе и вещественном составе геологического события.

Данный способ разработан на основании многолетних научных исследований и обработки большого количества статистических данных по известным геологическим событиям и уже открытым месторождениям полезных ископаемых. Способ был опробован при прогнозировании новых месторождений. Опыт использования предлагаемой методики дал положительные результаты.

Способ поясняется рисунками, где показаны: фиг.1 - общий вид спиралевидных структур, фиг.2, 3 - примеры выявления спиралей на земной поверхности, фиг.4 - график плотности горных пород, фиг.5 - таблица связи плотности с химическим составом породы.

Обоснованием предлагаемого способа служат следующие теоретические предпосылки. Представления о генезисе месторождений полезных ископаемых, вытекающие из теории потенциала, теории колебаний сплошной среды и нестатической термодинамики Гиббса-Курнакова, опираются на положения и факты, часть из которых давно известны, но они никогда не были сведены воедино и не использовались для объяснения механизма формирования полезных ископаемых и обоснования метода поиска месторождений.

Из небесной механики и теории потенциала следует, что движения тел Солнечной системы, содержащих жидкую или газообразную фазы, возбуждают в каждом из них вихревые движения, которые порождают колебания сплошной среды. Колебания жидкой составляющей Земли в соответствии с общими законами движения сплошной среды индуцируют колебания земной коры. Последняя испытывает апериодические и периодические напряжения и деформации, вызывающие изменения термодинамических потенциалов сплошной среды - плотности, давления, температуры и т.д. В силу этого указанные напряжения являются основными факторами образования пород и минералов, иными словами, полезных ископаемых.

Сфера влияния образовавшегося энергетического центра Е может быть описана окружностью вокруг центра. Он возникает при определенной термодинамической ситуации -"скрутке" силовых линий при экстремальных проявлениях физического состояния системы. Значимость этого события зависит от плотности материальной среды, где данные процессы развиваются. Взаимодействие внутренних сил напряжения и противоборствующих им внешних разряжающих сил в соответствии с волновой теорией приводит к расширению зоны действия энергетического центра и появлению двух эволюционных центров развития (+ и -), что может быть представлено в виде эллипса с двумя фокусами (фиг.1). Дальнейшие эволюционные процессы приводят к разрыву материальной среды внутри заданного объема и смещению в верхние слои поверхностей системы, что может быть представлено в виде двух спиральных ветвей разорванного эллипса (фиг.1), так как движение к равновесному состоянию системы по спирали - наиболее оптимальный путь. Как показал статистический анализ известных геологических событий, подобный разрыв возникает при соотношении полуосей эллипса, равном или превышающем 1/2,7. Именно подобные события становятся источником возникновения месторождений.

Геометрия движения колеблющейся сплошной среды позволяет определить поверхности, остающиеся при этих движениях неподвижными. Это спиральные поверхности, у которых как образующие, так и направляющие представляют собой дуги логарифмических спиралей.

Пересечение дуг спиралей с дневной поверхностью Земли 1 суть плоские логарифмические спирали 2 и 3 (фиг.1a,б), определяющие геометрию наблюдаемых на картах линеаментов - береговых контуров, русел рек, разломов и т.д. (фиг. 2 и 3 ). Как показал анализ ранее выявленных месторождений, их эпицентры совпадают с фокусами экстремальных состояний, определенными как точки пересечения осей вращения с поверхностью Земли. Оси представляют собой аналоги линий токов, вдоль которых развиваются однонаправленные напряжения, деформация и переносы вещества.

Так как полная логарифмическая спираль состоит из двух ветвей и имеет два фокуса, то симметрия спирали позволяет утверждать, что, если один из фокусов совпадает с эпицентром особенностей геологической структуры, то тем же свойством обладает и второй фокус. На фиг.2 на фоне изображения материков Земли показан пример нахождения двух спиральных ветвей разорванного эллипса. Как видно из фигуры, если фокус одной ветви находится на выступающей части Земной поверхности (горы), то фокус второй ветви попадает на компенсационные участки земной поверхности (моря, обрывы и пр.). В прототипе анализ изменчивости геополя проводился только в рамках одной ветви спирали.

Перераспределение массы внутри заданного объема зоны напряжения происходит за счет изменения плотности вещества под влиянием взаимодействия разнонаправленных сил внешних и внутренних раздражителей. В физике твердого тела такое состояние определяется системой взаимоотношений сжимающих и растягивающих напряжений.

Как показали исследования, средняя плотность вещества на поверхности земли также определяется цифрой σ₀ = 2,7 г/см³, что соответствует линии устойчивого состояния. Для Земли эта цифра знаковая, так как соотношение площади воды к площади суши также составляет 2,7 г/см³. Исследования также показали, что плотность пород внутри объемов, обозначенных спиралевидными структурами, существенно различается. Так если в одном объеме она выше 2,7 г/см³, то в другом объеме - ниже 2,7 г/см³, что и обеспечивает устойчивое состояние системы.

На фиг.4 показана связь плотности среды с формой эволюционного движения системы и химическим составом горных пород. Плотность среды, в свою очередь, имеет связь с параметрами кривизны спиралей.

Теоретические исследования показали связь между возникновением центра напряженности, эволюционным развитием, зоной его воздействия и переноса к верхним слоям поверхности земли вещества из зоны напряженности. Последующие эволюционные преобразования вещества определяют его химический состав и другие характеристики, которые имеют четкую связь с плотностью вещества.

Отражение устойчивых состояний указанных этапов эволюционного развития земной поверхности можно установить при анализе картографического материала - морфологии земной поверхности, для чего необходимо использовать физические карты, топогеодезические, гравитационные, аномального магнитного поля, результаты космических съемок.

После выявления характерных геометрических фигур, связанных с особенностями геологического строения Земли, путем анализа и математической обработки характерных точек этих фигур можно определить координаты геологического события, объем зоны действия этого события, химический состав веществ в зоне события, а также прогнозировать дальнейшее развитие этой зоны.

Способ осуществляют следующим образом. На картографическом материале выявляют в заданной зоне пространственное поле напряжений, описываемое спиралевидной поверхностью, у которой как образующие, так и направляющие представляют собой дуги логарифмических спиралей.

Далее находят симметрично-подобную ей вторую спиральную структуру (фиг. 1, 1a, б). В результате выявляются две соединенные между собой спиралеобразные ветви одной системы. Соединяют фокусы этих двух спиралей F₁ и F₂. (F - точка скручивания, которая геометрически выражается в пределах ограниченной формы - концентр, окружность, эллипс, парабола и т.д.). На пересечении линии F₁-F₂ с линией перехода одной ветви спирали в другую находят проекцию С эпицентра Е события.

Из фокусов F₁ и F₂ под углом к линии F₁-F₂, равным модулю сдвига, проводят радиусы до пересечения с дугами спирали. В точках пересечения дуг с радиусами определяют пространственные координаты геологических событий (фиг. 3). Как показали исследования, месторождения могут быть обнаружены, если угол, под которым проводят радиус, превышает величину 1/2,7 рад.

Далее можно определить глубину нахождения эпицентра напряжения. Для этого из точки 0 опускают перпендикуляр длиной 0,78 расстояния между фокусами (F₁-F₂) в масштабе выбранной карты. Вершина перпендикуляра Е укажет местонахождение эпицентра. Соединив ось системы, проходящую через фокусы F₁-F₂ с точкой Е, получим треугольник, который является сечением конуса, ограничивающего зону поиска. Внутри конуса расположены все подводящие каналы, образовавшиеся в результате события, которое произошло в точке Е.

Таким образом будут определены пределы системы, в рамках которой преобразования подчинены внутренним законам перераспределения. Параметры этой системы позволяют сделать вывод об этапе ее эволюционного развития, а также прогнозировать дальнейшие процессы.

Знание геометрии объекта и его внутреннего состояния позволяет выстроить логику последующей обработки информационного массива и определить координаты наибольшего практического интереса.

Для этого в пределах исследуемой площади анализируются параметры ее кривизны (К) через радиус R относительно фокуса напряжения F: K=1/R.

Далее определяется плотность вещества σ (г/см³). Это можно сделать с применением известных методик либо по справочным таблицам, либо путем обработки гравитационных карт и т.п.

По известной корреляционной связи между плотностью σ (г/см³) и химическим составом вещества (%, SiO₂, MgO) - таблица на фиг.5 - можно определить конкретный тип пород в пределах заданной области. На основании многолетних исследований автору удалось дополнить и скорректировать таблицу корреляционной связи.

Таким образом предлагаемый способ позволяет путем анализа ранее накопленных сведений и картографических изображений прогнозировать геологическое событие, определить его пространственные координаты, а также тип и вещественный состав пород в зоне геологического события. Предлагаемый способ может найти широкое применение при поиске полезных ископаемых, а также при изучении различных явлений, например землетрясений. Способ отличается от известных простотой, эффективностью и информативностью, что доказал опыт нахождения нескольких месторождений.

Формула изобретения

1. Способ определения пространственных координат геологических событий, основанный на анализе физических характеристик геологической среды, представленных на картографическом материале, в результате которого выявляют пространственное поле напряжений в виде спиралевидной структуры, у которой как образующие, так и направляющие представляют собой дуги логарифмических спиралей, отличающийся тем, что находят симметрично-подобную первой спиралевидную структуру и обозначают ось системы линией, соединяющей фокусы двух спиралевидных структур, а пространственные координаты геологических событий определяют в точках пересечения дуг спиралей с радиусами, проведенными из фокусов спиралей под углом, равным модулю сдвига среды от оси системы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на оси системы строят равнобедренный треугольник в плоскости, перпендикулярной дневной поверхности Земли, с высотой, равной 0,78 расстояния между фокусами, в точке пересечения боковых сторон треугольника находят эпицентр напряжения, а по глубине его нахождения и параметрам треугольника судят о размерах геологического события, затем определяют плотность среды и по корреляционным связям между плотностью и химическим составом вещества определяют тип полезных ископаемых.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество Научно-производственная компания "Высокие технологии" (ОАО "НПК "Высокие Технологии")

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Закрытое акционерное общество Нефтяная Компания "Нобель Ойл"

Договор № РД0011953 зарегистрирован 12.09.2006

Извещение опубликовано: 20.10.2006        БИ: 29/2006

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

---