nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"nznistu-69Research ArticleГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕ-МЫХGEOPHYSICAL METHODS OF DEPOSIT EXPLORATION AND PROSPECTINGИспользование одномерной и трехмерной инверсии для определения поляризационных параметров рудных тел на Горном АлтаеOne-dimensional and three-dimensional inversions in evaluating the ore bodies’ polarization parameters in the Altai MountainsБухаловС. В.BukhalovS. V.

ассистент кафедры прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем; инженер-геофизик

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83а, Россия

Assistant, Department of Applied Geology, Geophysics and Geoinformation Systems; Geophysicist

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia

83a, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia

xerorodger@yandex.ruБеловаА. Ю.BelovaA. Y.

аспирант; инженер-геофизик

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83а, Россия

Postgraduate; Geophysicist

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia83a, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia

bay@gelios-geo.comДавыденкоЮ. А.DavydenkoY. A.

кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем; ведущий инженер; генеральный директор

 

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83а, Россия

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Applied Geology, Geophysics and Geoinformation Systems; Lead Engineer; CEO

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, 

128, Lermontov St., Irkutsk, 664054, Russia

83a, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia

davidenkoya@gmail.comИркутский национальный исследовательский технический университет; ООО «Гелиос»РоссияIrkutsk National Research Technical University; Gelios, LtdRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университет; Институт земной коры СО РАН; ООО «Гелиос»РоссияIrkutsk National Research Technical University; Institute of the Earth’s Crust SB RAS; Gelios, LtdRussian Federation201908092020423312323Copyright © Бухалов С.В., Белова А.Ю., Давыденко Ю.А., 20202020Бухалов С.В., Белова А.Ю., Давыденко Ю.А.Bukhalov S.V., Belova A.Y., Davydenko Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/69

Цель данной статьи заключается в исследовании полиметаллического рудопроявления на Горном Алтае, выполненном в условиях естественного залегания с помощью микроустановок (измерительных установок с малым шагом) для качественного определения геоэлектрических характеристик рудных тел. Для определения геоэлектрических характеристик рудопроявления изучаемая среда возбуждалась последовательностью разнополярных импульсов тока в генераторным диполе, а электромагнитное поле регистрировалось приемной линией по технологии электромагнитного зондирования и вызванной поляризации. Для построения моделей среды применялась инверсия нестационарных электромагнитных полей в рамках одномерных и трехмерных моделей с учетом эффекта вызванной поляризации. Зоны с аномальными поляризационными характеристиками, полученные в результате одномерной инверсии, коррелируют с зонами повышенного содержания серебра и меди, установленными при детальном геохимическом опробовании канавы. В процессе трехмерного моделирования использовались граничные условия, когда геометрия рудных тел задавалась по геологическому разрезу, а их свойства - по данным одномерной инверсии. В результате нескольких итераций аномалии поляризационных параметров пространственно совпадали с положением рудных тел на геологическом разрезе. Расположенная за пределами электроразведочного профиля аномалия времени релаксации соответствует известной рудной жиле, которая не задавалась в начальном приближении, что говорит о высокой чувствительности технологии электромагнитного зондирования и вызванной поляризации к поляризационным характеристикам среды. Исследование микроустановками рудопроявлений с сульфидной минерализацией позволяет получать информацию о поляризационных характеристиках, пространственном положении, угле падения и размере рудных объектов. Данный подход может использоваться в процессе комплексной интерпретации геолого-геофизических данных площадных электромагнитных зондирований, поставленных с целью выявления перспективных рудопроявлений и оптимизации поискового бурения и горных работ.

The purpose of the work is to study natural-mode polymetallic ore occurrences in the Altai Mountains using microinstallations (small-step measuring devices) for a qualitative evaluation of the ore bodies’ geoelectric characteristics. To evaluate the ore bodies’ geoelectric characteristics, the investigated medium was excited by a sequence of multidirectional current pulses in a generator dipole, and the electromagnetic field was registered by the receiving line by the technique of electromagnetic sounding and induced polarization. For the purposes of the medium modeling, an inversion of the non-stationary electromagnetic fields was applied within one-dimensional and tree-dimensional models with the account of the induced polarization effect. The zones with anomalous characteristics that were obtained with the one-dimensional inversion, correlate with the high silver- and copper-content zones defined by the means of the detailed geochemical sampling of the ditch. The three-dimensional modeling process used the following border conditions: the geometry of the ore bodies was set by the geological section, and their properties, by the one-dimensional inversion data. The polarization parameter anomalies obtained after several iterations have shown a spatial coincidence with the ore bodies position on the geological section. The relaxation time anomaly that is beyond the electrical survey profile corresponds to the known ore seam that had not been set in the initial approximation, which suggests a high sensitivity of the electromagnetic sounding and induced polarization technique to the polarization characteristics of the ore bodies. The study of the sulfide-mineralization ore bodies with the microinstallations provides information on the ore bodies’ polarization characteristics, spatial position, angle of incidence, and size. The suggested approach can be used in the geological-geophysical interpretation of the areal electromagnetic sounding data to define promising ore occurrences and optimize the prospect drilling and mining.

электромагнитные зондированиявызванная поляризациясульфидная минерализацияодномерная инверсиятрехмерная инверсияelectromagnetic soundinginduced polarizationsulfide mineralizationone-dimensional inversionthree-dimensional inversionReferencesПат. № 2574861, Российская Федерация. Способ измерения и обработки переходных процессов с заземленной линией при импульсном возбуждении поля электрическим диполем с целью построения геоэлектрических разрезов и устройство для осуществления этого способа с помощью аппаратно-программного электроразведочного комплекса (АПЭК «МАРС») / Ю.А. Давыденко, А.Ю. Давыденко, И.Ю. Пестерев, С.В. Яковлев, М.А. Давыденко, А.В. Комягин, Д.М. Шимянский. Заявл. 01.08.2012; опубл. 10.02.2016.Davydenko YuA, Davydenko AYu, Pesterev IYu, Yakovlev SV, Davydenko MA, Komyagin AV, Shimyanskii DM. Measurement and processing method for grounded-line transient processes under the pulse excitation of the field by an electric dipole for constructing geoelectric sections, and a device for the method implementation using the hardware-andsoftware electric prospecting complex (HSEPC "MARS"). Patent RF, no. 2574861; 2016. (In Russ.)Marshall D.J., Madden Th.R. Induced polarization, a study of its causes // Geophysics. 1959. Vol. 26. P. 790–816.Marshall DJ, Madden ThR. Induced polarization, a study of its causes. Geophysics. 1959;26:790–816.Гурин Г.В., Тарасов А.В., Ильин Ю.Т., Титов К.В. Оценка объемного содержания электронопроводящих минералов по данным метода вызванной поляризации // Вестник Санкт-Петербургского университета. Геология и география. 2014. № 3. С. 4–19.Gurin GV, Tarasov AV, Il'in YuT, Titov KV. Ore volumetric content from induced polarization data. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Geologiya i geografiya = Saint-Petersburg University Bulletin. Geology and Geography. 2014;3:4–19. (In Russ.)Bleil D.F. Induced polarization, a method of geophysical prospecting // Geophysics. 1953. Vol. 18. P. 636–661.Bleil DF. Induced polarization, a method of geophysical prospecting. Geophysics. 1953;18:636–661.Постельников А.Ф. К вопросу о природе вызванной поляризации в осадочных горных породах // Геология и разведка. 1959. Vol. 2. P. 126–136.Postel'nikov AF. On the nature of induced polarization in sedimentary rocks. Geologiya i razvedka = Geology and Exploration. 1959;2:126–136. (In Russ.)Постельников А.Ф. О природе и механизме образования вызванной поляризации на образцах электроннопроводящих горных пород // Труды Центрального научно-исследовательского горноразведовательного института. 1964. № 59. С. 153–164.Postel'nikov AF. On the nature and mechanism of induced polarization formation on the electron- conductive rock samples. Trudy Tsentral'nogo nauchno-issledovatel'skogo gornorazvedovatel'nogo instituta = Proceedings of the Central Research Mining Prospecting Institute. 1964;59:153–164. (In Russ.)Bhattacharyya B., Morrison H. Some theoretical aspects of electrode polarization in rocks // Geophysical Prospecting. 1963. Vol. 11 (2). P. 62–72.Bhattacharyya B, Morrison H. Some theoretical aspects of electrode polarization in rocks. Geophysical Prospecting. 1963;11(2);62–72.Семенов А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля. Л.: Недра, 1980. 446 с.Semenov AS. Electrical survey by the selfpotential method. Leningrad: Nedra; 1980. 446 p. (In Russ.)Sumner J.S. Principles of induced polarization for geophysical exploration. Amsterdam: Elsevier, 1976. 277 p.Sumner JS. Principles of induced polarization for geophysical exploration. Amsterdam: Elsevier; 1976. 277 p.Titov K., Gurin G., Tarasov A., Akulina K. Spectral induced polarization: frequency domain versus time domain // 3rd International Workshop on Induced Polarization (6–9 April). Oléron Island, France, 2014. P. 78–79.Titov K, Gurin G, Tarasov A, Akulina K. Spectral induced polarization: frequency domain versus time domain. 3rd International Workshop on Induced Polarization, 6–9 April. Oléron Island, France; 2014. p.78–79.Flis M.F., Newman G.A., Hohmann G.W. Induced-polarization effects in time-domain electromagnetic measurements // Geophysics. 1989. Vol. 54 (4). P. 514–523.Flis MF, Newman GA, Hohmann GW. Induced-polarization effects in time-domain electromagnetic measurements. Geophysics. 1989;54(4):514–523.Куликов А.В., Шемякин Е.А. Электроразведка фазовым методом вызванной поляризации. М.: Недра, 1978. 157 с.Kulikov AV, Shemyakin EA. Electrical survey by the phase method of induced polarization. Moscow: Nedra; 1978. 157 p. (In Russ.)Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorption in dielectrics. Alternating current characteristics // Journal of Chemical Physics. 1941. Vol. 9 (4). P. 341–351.Cole KS, Cole RH. Dispersion and absorption in dielectrics. Alternating current characteristics. Journal of Chemical Physics. 1941;9(4):341–351.Pelton W.H., Ward S.H., Hallof P.G., Sill W.R., Nelson P.H. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency IP // Geophysics. 1978. Vol. 43. P. 588–609.Pelton WH, Ward SH, Hallof PG, Sill WR, Nelson PH. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency IP. Geophysics. 1978;43:588–609.Персова М.Г., Соловейчик Ю.Г., Вагин Д.В., Домников П.А. Сравнение различных подходов к численному моделированию трехмерных полей вызванной поляризации // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2011. № 2. С. 123–139.Persova MG, Soloveichik YuG, Vagin DV, Domnikov PA. Comparison of different numerical modeling approaches for three dimensional induced polarization. Proceedings of the Russian Higher School Academy of Sciences. 2011;2:123–139. (In Russ.)Tarasov A., Titov K. Relaxation time distribution from time domain induced polarization measurements // Geophysical Journal International. 2007. Vol. 170. P. 31–43.Tarasov A, Titov K. Relaxation time distribution from time domain induced polarization measurements. Geophysical Journal International. 2007;170:31–43.Fiandaca G., Auken E., Gazoty A., Christiansen A.V. Time-domain induced polarization: full-decay forward modeling and 1D laterally constrained inversion of Cole-Cole parameters // Geophysics. 2012. Vol. 77. P. 213–225. https://doi.org/10.1190/geo2011-0217.1.Fiandaca G, Auken E, Gazoty A, Christiansen AV. Time-domain induced polarization: full-decay forward modeling and 1D laterally constrained inversion of Cole-Cole parameters. Geophysics. 2012;77:213–225. https://doi.org/10.1190/geo2011-0217.1.Fiandaca G. Line Meldgaard Madsen and PradipKumar Maurya. Re-parameterisations of the Cole-Cole model for improved spectral inversion of induced polarization data // Near Surface Geophysics. 2018. Vol. 16. P. 385–399. https://doi.org/10.3997/1873-0604.2017065.Fiandaca G. Line Meldgaard Madsen and Pradip Kumar Maurya. Re-parameterisations of the Cole-Cole model for improved spectral inversion of induced polarization data. Near Surface Geophysics. 2018;16:385–399. https://doi.org/10.3997/1873-0604.2017065.Кормильцев В.В., Мезенцев А.Н. Электроразведка в поляризующихся средах. Свердловск: Изд-во УрО АН СССР, 1989. 128 с.Kormil'tsev VV, Mezentsev AN. Electrical survey in polarizing media. Sverdlovsk: Ural Branch of the Academy of Sciences of the USSR; 1989. 128 p. (In Russ.).Давыденко Ю.А., Айкашева Н.А., Башкеев А.С., Фаустова А.Ю., Богданович Д.В. Результаты применения импульсной электроразведки при поиске месторождений рудных полезных ископаемых на горном Алтае // Инженерная и рудная геофизика 2018: сб. стат. XIV науч.-практ. конф. и выставки (г. Алматы, 23–27 апреля 2018 г). 8 с. [Электронный ресурс]. URL: http://www.earthdoc.org/publication/publicationdetails/?publication=91717 (03.09.2019).Davydenko YuA, Aikasheva NA, Bashkeev AS, Faustova AYu, Bogdanovich DV. The results of the pulse electrical survey application in prospecting for ore mineral deposits in the mountainous Altai. Inzhenernaya i rudnaya geofizika 2018: sbornik statei 14 nauchno-prakticheskoi konferentsii i vystavki = Engineering and mining geophysics in 2018: collected works of the 14th Science-to-practice Conference and Exhibition, 23–27 April 2018, Almaty. 8 p. Available from: http://www.earthdoc.org/publication/publicationdetails/?publication=91717 [Accessed 3nd September 2019].Persova M.G., Soloveichik Y.G., Trigubovich G.M. Computer modeling of geoelectromagnetic fields in three-dimensional media by the finite element method // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2011. Vol. 47. № 2. P. 79–89.Persova MG, Soloveichik YG, Trigubovich GM. Computer modeling of geoelectromagnetic fields in three-dimensional media by the finite element method. Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2011;47(2):79–89.Persova M.G., Soloveichik Y.G., Tokareva M.G., Trigubovich G.M. Methods and algorithms for reconstructing three-dimensional distributions of electric conductivity and polarization in the medium by finite-element 3D modeling using the data of electromagnetic sounding // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2013. Vol. 49. № 3. P. 329–343.Persova MG, Soloveichik YG, Tokareva MG, Trigubovich GM. Methods and algorithms for reconstructing three-dimensional distributions of electric conductivity and polarization in the medium by finite-element 3D modeling using the data of electromagnetic sounding. Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2013;49(3):329–343.Белова А.Ю., Гуревич Д.В., Богданович Д.В., Айкашева Н.А., Башкеев А.С., Бухалов С.В. [и др.]. Поиск скрытых медно-молибденовых оруденений в Северном Казахстане с помощью технологии электромагнитного зондирования и вызванной поляризации (ЭМЗ-ВП) // Инженерная и рудная геофизика 2019: сб. стат. XV науч.-практ. конф. и выставки (г. Геленджик, 22– 26 апреля 2019 г.). 11 с. [Электронный ресурс]. URL: http://earthdoc.eage.org/publication/publicationdetails/?publication=96758 (03.09.2019).Belova AYu, Gurevich DV, Bogdanovich DV, Aikasheva NA, Bashkeev AS, Bukhalov SV, et al. Exploration for concealed copper-molybdenum ore deposits in Northern Kazakhstan using the techniques of electromagnetic sounding and induced polarization. Inzhenernaya i rudnaya geofizika 2019: sbornik statei 15 nauchno-prakticheskoi konferentsii i vystavki = Engineering and Mining Geophysics 2019: collected works of the 15th Researchto-practice Conference and Exhibition, 22–26 April 2019, Gelendzhik. 11 p. Available from: http://earthdoc.eage.org/publication/publicationdetails/?publication=96758 [Accessed 3nd September 2019].Куликов В.А., Яковлев А.Г. Практическое применение временных (частотных) характеристик процесса вызванной поляризации для разделения аномалий от углефицированных пород и сульфидов // Геофизика. 2008. № 6. С. 55–59.Kulikov VA, Yakovlev AG. The use of induced polarization time/frequency characteristics for carbonized and sulfide rock anomalies determination. Russian Geophysics. 2008;6:55–59. (In Russ.)Куликов В.А., Зорин Н.И., Манжеева И.Т., Яковлев А.Г. Разделение аномалий вызванной поляризации по частотным характеристикам дифференциального фазового параметра // Геофизика. 2013. № 6. С. 23–31.Kulikov VA, Zorin NI, Manzheeva IT, Yakovlev AG. Using of differential phase parameter (DPP) for IP anomalies separation. Russian Geophysics. 2013;6:23–31.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.