Геофизическая аномалия
(a. geophysical anomaly; н. geophysikalische Anomalie; ф. anomalie geophysique; и. anomalie geofisica) — отклонение значений физ. поля Земли от нормального, обусловленное различием физ. свойств г. п. и неоднородностью её состава и строения. По Г. а. изучают внутр. строение Земли и земной коры, особенно её верх. части, проводят поиск и разведку м-ний п. и., решают гидрогеол. и инж. задачи.
Различают естеств. нормальные поля (магнитное, гравитационное и геотермическое) и искусственно возбуждаемые (напр., электрич. поля постоянных токов). В последнем случае нормальным считают поле заданного источника в однородной среде.
При решении задач разведочной геофизики (малые размеры изучаемых неоднородностей) однородная среда отождествляется с полупространством (часть пространства, расположенная ниже поверхности Земли). Естественные нормальные поля описываются нек-рыми аналитич. выражениями, при этом исходят из предположения, что Земля является однородным шаром или сфероидом. Напр., для магнитного и гравитационного полей нормальное поле описывается определ. кол-вом членов разложения по сферич. функциям, коэфф. к-рых определяются по данным наземных или спутниковых наблюдений на всей земной поверхности или в околоземном пространстве.
Любое аномальное поле представляет собой суперпозицию аномалий разл. порядков. В зависимости от их размеров выделяют материковые, региональные (площадь тыс. и десятки тыс. км2) и локальные (до тыс. км2) аномалии. При изучении локальных аномалий, имеющих наибольшее значение для Разведочной геофизики, за нормальное поле принимается сумма нормального поля Земли и материковых и региональных аномалий. Осн. задача при изучении аномального поля состоит в обнаружении и выделении Г. а., связанных с изучаемыми объектами, и в разделении аномального поля на составляющие разл. природы. При этом применяются методы матем. фильтрации, основанные на использовании моделей источников полей, аналитич. свойств полей и особенностей морфологии и структуры поля.
После выделения отд. аномалий и разделения поля на составляющие разл. природы осуществляется физ.-геол. интерпретация Г. а. Она включает установление геол. природы аномалий (напр., Г. а., связанные с м-ниями п. и., — рудные, нефтяные и др.; структурные — характеризующие геол. структуры, тектонич. нарушения, контакты пород; глубинные — определяемые строением земной коры и Земли в целом), количеств. описание источников аномалий. Геол. природа Г. а. наиболее надёжно определяется при комплексных геофиз. исследованиях. Осн. методы нахождения количеств. характеристик источников аномалий — определение обобщённых или интегральных характеристик источников; методы подбора, состоящие в построении матем. модели источников, параметры к-рых характеризуют форму и размеры изучаемых объектов и т.п. и соответствуют изучаемым объектам. Количеств. характеристики источников определяются обычно с невысокой точностью. Повышение точности достигается за счёт привлечения дополнит. информации (геол.-геофиз. данных, результатов геол. съёмки, данных бурения и т.п.). Трудности выделения аномалий и нахождения количеств. характеристик их источников определяются гл. обр. влиянием помех, к-рые подразделяются на случайные, обычно устраняемые спец. приёмами обработки наблюдений полей, и неслучайные — методами разделения полей. Понятия аномалии и помехи тесно связаны между собой: в общем случае под помехами понимаются все те изменения полей, к-рые не связаны с изучаемым объектом.
Г. а. считается достоверной или надёжной, если её амплитуда в 2-3 раза превосходит среднеквадратич. уровень помех не менее чем в трёх соседних точках наблюдения. При большом числе аномальных точек это требование снижается, и в общем случае достоверность оценивается по величине отношения аномалии и помехи, равного для некоррелир. помех отношению энергии аномалии (т.е. суммы квадратов её амплитудных значений) к дисперсии помех.
Наиболее изученными являются нормальные Гравитационное поле земли, Геомагнитное поле и геотермич. поле. В наблюдённые значения силы тяжести при Гравиметрической разведке вводится поправка, учитывающая высоту точки наблюдения над уровнем моря (аномалия Фая), а также и действие масс, расположенных между уровнем океана и физ. поверхностью Земли (плотность масс принимают равной ρ = 2670 кг/м3) — аномалия Буге. Если учитывается рельеф, то аномалии Буге иногда называют также топографическими. При проведении наблюдений силы тяжести в горн. выработках аномалиями Буге наз. также аномалии силы тяжести, в к-рые введены поправки, учитывающие влияние пустых камер, выработок, зон обрушения пород и т.д. (см. Подземная геофизика). Аномалии, полученные после введения поправок за изостатич. уравновешенность разл. блоков земной коры, наз. изостатическими (см. Изостазия). При высокоточных измерениях вводят поправки за притяжение Луны и Солнца, к-рое изменяется во времени (поправки за лунно-солнечные вариации). Локальные аномалии силы тяжести обычно имеют величину от долей мгал до десятков мгал (1 гал — 0,01 м/с2), региональные — десятки и сотни мгал.
Нормальное магнитное поле изменяется во времени в связи с явлением зап. дрейфа сев. магнитного полюса и поэтому периодически рассчитывается для определ. эпох (годов), при этом в другие годы вводятся соответств. поправки. На поверхности Земли наблюдается 6 материковых (мировых) аномалий, наиболее интенсивной из к-рых является Восточно-Азиатская (величина аномалии для вертикальной составляющей магнитного поля равна 13,5 А/м для эпохи 1950). Локальные аномалии, изучаемые, напр., Магнитной разведкой, имеют интенсивность от 10-104 гамм, региональные — 103 — 105 гамм (1 гамма = 7,96·* 10-4 А/м). Уникальной локальной аномалией (ок. 100 А/м) является КМА, связанная с железистыми кварцитами.
Под нормальным полем в геотермич. методах разведки понимается установившееся геотермич. поле в однородной толще г. п. при отсутствии в них источников тепла и кондуктивном (без массопереноса) характере теплопередачи. Нормальное поле задаётся линейной зависимостью изменения темп-ры с глубиной. В терморазведке, кроме поля темп-ры, изучают также поля Геотермического градиента и плотности Теплового потока, выделяя региональные и локальные аномалии. При этом региональные аномалии обычно изучают путём анализа полей градиента и плотности теплового потока, локальные — путём анализа поля темп-ры. Примером региональной аномалии, характеризующейся пониженным значением плотности теплового потока до 0,03 Вт/м2, является КМА. Локальные аномалии темп-ры для нефтегазовых м-ний достигают неск. градусов, для рудных залежей — в осн. десятые доли градуса.
В горн. деле на основе анализа и интерпретации Г. а. изучаются особенности геол. строения окрестностей горн. выработок и скважин, а также массивов пород, залегающих между горн. выработками, скважинами и дневной поверхностью. Это позволяет решать задачи поисков и разведки п. и., техн. обслуживания действующих горнодоб. предприятий, инж. геологии и гидрогеологии. Так, по магнитным аномалиям фиксируются залежи сильномагнитных руд (магнетита), расположенные в стороне от горн. выработки, по аномалиям ускорения силы тяжести при Гравитационном каротаже выделяются рудные залежи с избыточной плотностью, определяются их форма и размеры; по аномалиям поглощения радиоволн (при Радиоволновых методах разведки) обнаруживаются рудные зоны п. и., характеризующиеся по сравнению с вмещающими породами пониженным сопротивлением. По аномалиям поглощения сейсмич. волн проводится выявление подземных полостей и зон обрушения, по термич. аномалиям обнаруживают очаги подземных пожаров, вызванных, напр., самовозгоранием сульфидных руд. Аномалиями высокой проводимости при Электрической разведке фиксируются рудные тела, направление и скорость движения подземного водного потока.
Литература: Заборовский А. И., Электроразведка, М., 1963; Андреев Б. A., Клушин И. Г., Геологическое истолкование гравитационных аномалий, Л., 1965; (Тархов А. Г., Бондаренко В. М., Коваленко В. Ф.), Подземная геофизика, М., 1973; Tархов А. Г., Бондаренко В. М., Никитин A. A., Принципы комплексирования в разведочной геофизике, М., 1977; Логачев A. A., Захаров В. П., Магниторазведка, 5 изд., Л., 1979.
В. Н. Страхов, А. А. Никитин.