Геофизические исследования

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2018, том 19, № 3, с.23-40. https://doi.org/10.21455/gr2018.3-2

УДК 550.838.2, 550.837.32

Аннотация  Литература  Полный текст

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДВУМЕРНОГО ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРАКТАЛЬНЫХ СВОЙСТВ МАССИВОВ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ НА ПРИМЕРЕ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ В МОНЧЕГОРСКОМ РУДНОМ РАЙОНЕ

© 2018 г. В.А. Любчич

Полярный геофизический институт, г. Мурманск, Россия

Исследованы фрактальные свойства массивов геофизических данных, полученных при проведении площадных магнитных съемок и электроразведочных работ методом мелкомасштабного заряда (ММЗ) в Мончегорском рудном районе. Рудный район расположен в центральной части Печенгско-Варзугской рифтогенной структуры, что обусловливает наличие в нем иерархически организованной системы тектонических нарушений разного масштаба и направления. Главные структурообразующие продольные осевые разломы рифтогенной зоны северо-западного направления и трансформные разломы северо-восточ­ного направления совместно с оперяющими тектоническими зонами меньшего масштаба, контролируя размещение интрузивных массивов основных и ультраосновных пород, определяют структуру месторождений и рудопроявлений богатых эпигенетических медно-никелевых руд и формируют единую Мончегорскую рудно-магма­тическую систему центрального типа.

Иерархическая организация геологических систем определяет фрактальные свойства массивов геофизических данных, получаемых при проведении площадных измерений над такими системами. Так, сеть тектонических нарушений отображается в геофизических полях множеством аномальных зон  повышенной электропроводности, фрактальная размерность которого, оцениваемая клеточным методом, составляет d_f=1.38±0.02. Широкое распространение магнитных рудных минералов, таких как пирротин и магнетит, способствует четкому отображению рудных зон в магнитном поле. С использованием результатов проведенной в Мончегорском рудном районе магнитной съемки показано, что удобным инструментом для исследования фрактальных свойств массивов геофизических данных является двумерный вейвлет-анализ, позволяющий выявлять иерархическую структуру организации геологической системы в целом и делать выводы о ее локальных свойствах, например, о рудоперспективности отдельных участков. Количественной характеристикой неоднородности магнитного поля в пределах исследуемого участка может служить среднее значение локальных показателей сингулярности a_l, рассчитанных для отдельных хребтов скелетона вейвлет-преобразования. Для участков, перспективных на обнаружение богатых эпигенетических медно-никелевых руд, для которых характерно крайне неоднородное магнитное поле, локальные показатели сингулярности имеют пониженные значения. Для участков с преимущественно редко- и средневкрапленным оруденением с более спокойным магнитным полем локальные показатели сингулярности близки к единице.

Ключевые слова: медно-никелевые руды, тектонический разлом, магнитное поле, метод мелкомасштабного заряда, фрактальная размерность, вейвлет-преобразование, локальный показатель сингулярности.

Литература

Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. 1996. Т. 166 (11). С.1145–1170.

Горяинов П.М., Иванюк Г.Ю. Самоорганизация минеральных систем. Синергетические принципы геологических исследований. М.: ГЕОС, 2001. 312 с.

Любчич В.А. Изучение фрактальных свойств геологических сред методами геоэлектрики. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co, 2012. ISBN: 978-3-8465-9959-4. 117 с.

Любчич В.А. Исследование фрактальных свойств массива данных магнитной съемки Печенгского рудного района с использованием двумерного вейвлет-анализа // Геология и геофизика. 2017. Т. 58, № 9. С.1422–1432.

Медно-никелевые месторождения Балтийского щита / Под ред. Г.И. Горбунова, Х. Папунен. Л.: Наука, 1985. 329 с. 

Родкин М.В., Зотов И.А., Граева Е.М., Лабунцова Л.М., Шатахцян А.Р. Степенные распределения в рудо- и нефтегенезе – интерпретация и порождающие механизмы // Российский журнал наук о Земле. 2010. Т. 11. RE3005. doi: 10.2205/2009ES000408

Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. М.: ДМК Пресс, 2005. 304 с.

Bansal A.R., Dimri V.P. Gravity evidence for mid crustal structure below Delhi fold belt and Bhilwara super group of western India // Geophysical Research Letters. 1999. V. 26. P.2793–2795.

Bansal A.R., Dimri V.P. Depth determination from nonstationary magnetic profile for multi scaling geology // Geophysical Prospecting. 2005. V. 53. P.399–410.

Chamoli A., Dimri V.P. Evidence of continental crust over Laxmi Basin (Arabian Sea) using wavelet analysis // Indian Journal of Marine Sciences. 2007. V. 36, N 2. P.117–121.

Chamoli A., Srivastava R.P., Dimri V.P. Source depth characterization of potential field data of Bay of Bengal by continuous wavelet transform // Indian Journal of Marine Sciences. 2006. V. 35, N 3. P.195–204.

Chamoli A., Pandey A.K., Dimri V.P., Banerjee P. Crustal configuration of the northwest Himalaya based on modeling of gravity data // Pure and Applied Geophysics. 2011. V. 168. Is. 5. P.827–844.

Feder J. Fractals. New York: Plenum Press, 1988. 312 p.

Fedi M., Quarta T., Sanits A.D. Inherent power-law behavior of magnetic field power spectra from a Spector and Grant ensemble // Geophysics. 1997. V. 62. P.1143–1150.

Fractal Behaviour of the Earth System / Ed. V.P. Dimri. New York: Springer, 2005. 207 p.

Gumiel P., Sanderson D.J., Arias M., Roberts S., Martin-Izard A. Analysis of the fractal clustering of ore deposits in the Spanish Iberian Pyrite Belt // Ore Geology Review. 2010. V. 38. Is. 4. P.307–318.

Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. San Francisco: W.H. Freeman & Co, 1982. 460 p.

Maus S., Dimri V.P. Scaling properties of potential fields due to scaling sources // Geophys. Res. Lett.  1994. V. 21. P.891–894.

Maus S., Dimri V.P. Potential field power spectrum inversion for scaling geology // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P.12605–12616.

McCaffrey K.J.W., Johnston J.D. Fractal analysis of a mineralized vein deposit: Curraghinalt gold deposit, County Tyrone // Mineralium Deposita. 1996. V. 31. P.52–58.

Pilkington M., Todoeschuck J.P. Fractal magnetization of continental crust // Geophys. Res. Lett. 1993. V. 20. P.627–630.

Raines G.L. Are fractal dimensions of the spatial distribution of mineral deposits meaningful? // Natural Resources Research. 2008. V. 17. Is. 2. P.87–97.

Turcottee D.L. Fractals and Chaos in Geology and Geophysics. New York: Cambridge University Press, 1992. 221 p.

Wavelets and Fractals in Earth System Sciences / Eds. E. Chandrasekhar, V.P. Dimri, V.M. Gadre. Boca Raton, London, New York: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2013. 306 p.