WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН Санкт-Петербургский государственный университет Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ РАН Санкт-Петербургское отделение ЕАГО Материалы Пятой всероссийской ...»

-- [ Страница 3 ] --

Однако магнитотеллурический метод, обладающий огромной глубинностью по сравнению с другими методами электроразведки, мог дать представление о строении фундамента. Уже первые выезды в поле преподнесли сюрпризы. Выполняя в 1961 году зондирования, мы обнаружили в районе г. Любим резкое понижение сопротивления коры на глубине около 15 км. Проводящее тело обладало продольной проводимостью свыше 5000 См. В последующие годы в средней части коры на глубине от 5 до 20 км нами было выявлено еще несколько проводящих зон. Все коровые аномалии расположены вблизи зон глубинных разломов. По магнитотеллурическим данным удалось дать примерное строение аномальных зон. Под осадочным чехлом, имеющим сопротивление 4-20 Омм, наблюдается понижение сопротивления верхней части коры до сотен Омм. Скорее всего оно связано с графитизацией и сульфидизацией пород в зоне разлома. На глубине 15-20 км сопротивление понижается до первых десятков Омм. Эта область является ядром аномалии и вносит главный вклад в величину продольной проводимости аномалии. Позднее в 1980-е годы, когда стали проводить зондирования на Балтийском щите, мы познакомились и с более обширной проводящей аномалией, возникшей в зоне стыковки двух крупных геоблоков – Свекофенского на юге и Карельского на севере. Зона сочленения геоблоков идет по Янисьярвинскому разлому, который на этом участке имеет северо-западное направление.

Профиль, по которому проводились зондирования, пересек несколько блоков 3-го порядка.

Почти каждый разлом отразился на профиле большим понижением сопротивления на глубине ~5-10 км. Несомненно, данные геоэлектрики, дополненные геологическими сведениями, позволят в дальнейшем понять особенности в тектоническом развитии двух геоблоков.



Первопричиной для понижения сопротивления в зонах с разломной тектоникой, по мнению многих геологов и геофизиков, являются тектонические нарушения коры, вызывающие появление трещиноватости и возникновение сульфидизации и графитизации, а при наличии воды, находящейся в коре при температуре выше 200-300 градусов и растворяющей все соли, сопротивление может уменьшиться на глубине около 10 км и ниже до единиц Омм. Масштабы графитизации и сульфидизации трещиноватых зон в 70-ые годы были хорошо изучены А.А. Жамалетдиновым, аспирантом А.С. Семенова, на Кольском полуострове и в Карелии. В своей диссертации он отметил широкое развитие сульфидизации и графитизации зон с разломной тектоникой и сколь большой помехой подобные проводящие зоны будут при проведении зондирования на Балтийском щите. Это мы учли при постановке первых зондирований на Балтийском щите с целью изучения «нормального»

разреза коры. Все зондирования мы проводили вдали от разломных зон. Зондирования на Балтийском щите мы смогли осуществить только в 1980-е годы, когда удалось расширить интервал регистрируемых периодов в области коротких периодов, вплоть до10-3 с.

Большая заслуга в разработке и создании аппаратуры для герцового диапазона принадлежит сотрудникам кафедры О.Н. Моисееву и его ученикам Н.И. Успенскому, В.И.

Комолову и М.К. Попову. Пока исследования проводились на территории, покрытой мощным проводящим чехлом, мы были лишены возможности изучить "нормальное" геоэлектрическое строение коры. Нам удалось только выявить крупные аномалии электропроводности коры, продольная проводимость которых значительно превышала продольную проводимость осадочного чехла. Уникальную возможность для изучения геоэлектрического строения коры представил Балтийский щит, практически лишенный верхнего проводящего покрова.





Главной задачей, решаемой при зондировании на Балтийском щите, являлось изучение вертикального распределения сопротивления в коре и подкоровой области в условиях "нормального" залегания, т.е. в районах, лишенных крупных проводящих аномалий. Уже первые зондирования, проведенные нами в интервале периодов 10-3-10 4 с на Кольском полуострове вблизи поселка Териберка и в центральной Карелии, привели к новым взглядам на "нормальное" строение коры.

По лабораторным данным верхняя часть коры имеет сопротивление 103-104 Омм, оно медленно растет до 104-106 Омм на глубине 20-30 км. Повышение сопротивления до этой глубины происходит вследствие уменьшения пористости и влажности. С глубины 30 км должно происходить понижение сопротивления, вызванное ростом температуры. Однако, по данным зондирований сопротивление коры ведет себя иначе: рост сопротивления наблюдается до глубины 8-10 км, где оно достигает 104-105 Омм, но на глубине 10-20 км оно уменьшается в десятки, а иногда и в сотни раз. Продольная проводимость корового слоя мала по сравнению с продольной проводимостью аномально проводящих зон в коре, обнаруженных нами под осадочным чехлом. Если в аномальных областях она нередко превышает 103 См, то на Балтийском щите "нормальная" проводимость корового слоя не превышает 60-70 См.

В некоторых районах Карелии продольная проводимость корового слоя пониженного сопротивления составляет всего 2-4 См. Интересно отметить, что положение верхней границы корового слоя близко к положению верхней границы крупных аномалий, обнаруженных под осадочным чехлом, что может указывать на единую природу их происхождения, а именно существованием горизонтальной трещиноватости, вызванной существованием горизонтального смещения плит. Возможно, проводящий слой на глубине около 10 км, выделенный в эксперименте А.П. Краева и А.С.Семенова, проведенном с искусственными источниками на Финском заливе, имеет такую же природу.

Более детально, чем на платформе, нам удалось исследовать распределение сопротивление в мантии на глубинах до 300-400 км. На Балтийском щите помимо проводящего корового слоя выделяется еще два интервала глубин, где сопротивление уменьшается в 10 и более раз. Второе понижение сопротивления отмечается в верхней мантии на глубине около 100 км, а третье понижение приходится на глубину 300-400 км.

Второй проводящий слой имеет на Балтийском щите продольную проводимость, меняющуюся от нескольких сотен до 1000 См. По мнению некоторых сейсмологов (Павленкова, 2001) эти глубины является, возможно, еще одной ослабленной зоной в жесткой литосфере Земли Привлечение данных глубинных сейсмических зондирований позволит в дальнейшем уточнить природу этого слоя. На платформе, покрытой осадочным чехлом, он практически нигде не выделен, поскольку его продольная проводимость невелика.

Третье понижение сопротивления на Балтийском щите отчетливо проявляется на всем северо-западе Восточно-Европейской платформы. Понижение сопротивления мантии на глубине 300-400 км была самая первая закономерность, установленная нами при зондировании на северо-западе Восточно–Европейской платформы. В области больших периодов (T~104с) все кривые зондирования («продольные») на северо-западе ВосточноЕвропейской платформы сближаются и выходят на одну нисходящую ветвь, такая же закономерность проявляется в поведении «продольных» кривых в восточной части Балтийского щита. Это объясняется тем, что даже если существует геоэлектрическая неоднородность мантии на глубине 300-400 км, то она приведет лишь к незначительному смещению кривой зондирования. Эти смещения трудно заметить на фоне больших погрешностей магнитотеллурического метода, связанных с упрощенной моделью источника поля и упрощенной моделью среды.

С 1997 г. сотрудники кафедры присоединились к международному проекту SVEKOLAPKA, по которому предполагалось комплексное изучение Фенноскандинавского щита геологами, геофизиками и геохимиками. По этому проекту был проведен эксперимент BEAR, направленный на исследование геоэлектрического строения литосферы Фенноскандинавского щита и - главная цель - определение положения астеносферы магнитотеллурическим методом. С этой целью были проведены полуторамесячные наблюдения 5 компонент естественного электромагнитного поля в 45 пунктах. Возглавлял работы по этому проекту представитель Финляндии Т. Корья. С нашей стороны в работе участвовали С.А. Вагин, И.Л. Варданянц, Н.П. Легенкова, М.Ю.Смирнов, Н.И. Успенский и А.А. Ковтун.

На первом этапе выполнения проекта BEAR были обобщены данные МТЗ, полученные участниками проекта на территории Фенноскандинавского щита и его склонах. На основании этих данных была построена карта продольной проводимости коры, мощностью 50 км. Карта позволила выявить районы крупных аномалий в электропроводности коры, и определить положение пунктов наблюдения вдали от этих зон, поскольку главной задачей проекта было изучение строения литосферы, а огромные проводящие аномалии коры, которые в изобилии расположены на щите, являлись серьезным препятствием. Длительные наблюдения позволили выделить вариации с периодом до суток. Участие нашего университета в этих работах было активным. Мы внесли в копилку группы BEAR все наши данные зондирования, полученные нами ранее на территории щита и его склонах, обеспечили выполнение наблюдений в одном пункте и полностью провели обработку и анализ полученных данных во всех 45 пунктах.

Главная роль в обработке записей принадлежит М.Ю. Смирнову, который незадолго до эксперимента разработал удобную программу для обработки больших объемов данных.

Полученный материал позволил нам оценить распределение сопротивления до глубины 200км. По характеру распределения сопротивления нами были выявлены области с повышенным сопротивлением литосферы в интервале глубин от 50 до 300 км. На первом этапе исследований эти области были названы «нормальными». Однако, на большей части территории (в 23 пунктах) сопротивление было значительно ниже, чем «нормальное». На глубине от 180 км до 250 км сопротивление было почти постоянным и равным 20-50 Омм.

Этот интервал глубин был нами назван «астеносферой», поскольку интервал сопротивлений соответствовал сопротивлениям пород находящимися в состоянии близком к расплавленному. Естественно, что для окончательного решения этого вопроса необходимо получить дополнительное подтверждение на основе других геофизических исследований.

Богатый материал, полученный в этом эксперименте, расширил наши сведения о строении мантии. В частности нами было установлено, чтя первый фазовый переход в оливиновой мантии на глубине 400 км мало изменяет ее сопротивление, более сильное понижение сопротивление мантии до единиц Омм происходит после второго фазового перехода на глубине около 700 км, когда меняется ее химический состав.

K настоящему времeни мы пришли к выводу, что наиболее плодотворно применять магнитотеллурический метод для решения тектонических задач, а именно обнаружению ослабленных зон коры и мантии. Подобные зоны были нами выделены во многих районах щита. Так магнитотеллурический метод оказался полезным при работе в зоне субдукции.

Анализируя данные по профилю SVEKA, нами была выявлена наклонно идущая граница проводящего слоя в области сочленения Карельского и Беломорского блоков. По данным сейсмических работ, проведенных Спецгеофизикой в 2001 г. по профилю, расположенному вблизи профиля SVEKA, выделенная нами область совпадает с положением Шомбозерской зоны, обусловленной субдукционным процессом, при котором подвижный Беломорский блок «наполз» на Карельский блок. Точно так же, выявленные нами проводящие горизонты в мантии Фенноскандинавского щита, особенно в его восточной части, специалисты сейсмики, в частности Н.П. Павленкова, отожествляют с зонами повышенной трещиноватости, вызванной тектоническими процессами в Земле.

Из всего сказанного следует, что магнитотеллурический метод из чисто разведочного метода на первом этапе своего развития превратился в метод изучения глубинного строения Земли.

Развитие магнитотеллурики в стенах университета происходило успешно благодаря той творческой и дружеской обстановке, которая сложилась в послевоенные годы в нашей стране. Мы работали совместно с академическими и производственными организациями.

Список их столь велик, что я, боясь кого-либо забыть, не буду его приводить. Велика была роль нашего общения на школах, проходящих почти регулярно с 1969 года в разных уголках нашей страны, где обсуждались новые идеи и результаты. Хочу отметить высокий научный уровень этих школ. Уровень их, конечно, определялся уровнем организаторов. В первую очередь хочу назвать М.Н. Бердичевского и его друга и соавтора большого числа работ В.И Дмитриева, а так же Л.Л. Ваньяна, Э.Б. Файнберга и М.С.Жданова.

В заключение напомню, что первая конференция, на которой рассматривались первые результаты магнитотеллурических исследований, была проведена в Ленинградском университете в 1961 году. На эту конференцию по приглашению Б.М. Яновского приехал А.Н. Тихонов, родоначальник магнитотеллурического направления. Его очень заинтересовала наша установка по физическому моделированию. Первый вопрос, который он мне задал, был: «Как вы создали «плоскую» волну?»

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ РАЗВЕДКА СТАНОВЛЕНИЕМ ПОЛЯ

НАЗЕМНОГО И ВОЗДУШНОГО БАЗИРОВАНИЯ: НОВАЯ

КОНЦЕПЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

–  –  –

Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (СНИИГГиМС) Введение Электромагнитная разведка – одно из динамично развивающихся направлений современной геофизики. Решением задачи реконструкции площадного распределения электромагнитного поля, измеренного на дневной поверхности, в объемное распределение проводимости изучаемой среды на основе точного трехмерного моделирования открыта новая страница в истории развития нестационарной электроразведки [1, 2, 3, 4, 6У геофизиков появилась реальная возможность решения сложных задач – новый реальный инструмент увеличения достоверности геофизического прогноза.

Однако, как показал первый опыт применения трехмерной электромагнитной разведки, у некоторых исследователей, к сожалению, существует определенный скепсис по поводу ее эффективности, некоторое недоверие к обоснованности дополнительных затрат на более трудоемкие системы наблюдений и дополнительные сложности интерпретации получаемых данных. Однако, зная все три этапа продвижения научной идеи: «Это полная ерунда!», «В этом что-то есть…» и «Да это уже давно известно!», нам хотелось бы приблизить третью фазу этого процесса.

1. Зачем нужна трехмерная электромагнитная разведка?

Хорошо известна проблема электромагнитной разведки, связанная с геоэлектрическими неоднородностями-помехами в исследуемой среде, которые препятствуют решению поисковой задачи. Проблема усложняется, когда поисковые объекты не имеют контрастных электромагнитных характеристик с вмещающей средой. Большинство из применяемых на сегодня технологий не обеспечивают получение адекватного результата при исследовании слабоконтрастных геоэлектрических сред, особенно с неоднородной проводящей верхней частью разреза, экранирующей поисковые объекты.

Как может быть решена эта проблема? Как может быть повышена разрешающая способность электроразведки при исследовании сложнопостроенных сред? Ответ на этот вопрос лучше начать с простых примеров дифракции электромагнитного (ЭМ) поля в присутствии неоднородностей, как бы это не казалось банальным.

1.1. Примеры дифракции ЭМ-поля в горизонтально-неоднородной среде Рассмотрим площадные картины дифракции вертикальной компоненты вторичного B ЭМ-поля E - z от петлевого незаземленного источника, расположенного на t поверхности однородного полупространства с проводящим и непроводящим включениями (рис. 1.1).

а) б) Bz Рис. 1.1. Суммарное поле E - для проводящего (а) и непроводящего (б) t объектов В кинематическом представлении скорость диффузии вторичного ЭМ-поля в направлении проводящего объекта уменьшается. В направлении непроводящего объекта, скорость увеличивается. Это может согласоваться с нашими общими представлениями о распространении ЭМ-волны. На рис. 1.2 представлены аномальные поля в виде двуполярных аномалий, причем для проводящего объекта ближний к центру источника знак аномалии в поздней стадии становления является положительным. В случае непроводящего объекта он отрицательный.

a) б) Рис. 1.2. Аномальное поле Е для проводящего (а) и непроводящего (б) объектов По площадному распределению поля хорошо видно влияние бокового объекта в том числе и в центре самого источника, что очевидно исказит результ точечного осесимметричного зондирования. Т.е., вертикальное зондирование по сути не является вертикальным и содержит искажения, зависящие от параметров бокового, относительно источника поля, объекта [17, 18]. Чем больше контраст величин обобщенного электромагнитного параметра латерального объекта и среды, тем больше искажение.

Покажем, как боковое влияние проводящего объекта может проявляться в линейной системе наблюдений при решении весьма распространенной задачи картирования границы раздела среды по сопротивлению.

Рис. 1.3. Геоэлектрическая 3D-модель и результаты 1D- и 3D-реконструкции для профильно-площадной системы наблюдений Исследовательский профиль пересекает субгоризонтальную проводящую неоднородность и проходит рядом с другой, субвертикальной, неоднородностью, имеющей большую избыточную проводимость (рис. 1.3). Если к полученным данным применить 1Dинверсию, то в районе субвертикальной неоднородности получим ложное поднятие горизонтальной границы раздела сред.

Эта ситуация может быть исправлена, если в зоне влияния неоднородности провести дополнительные измерения и применить аппарат 3D-инверсии. Результат интерпретации становится адекватным. Местоположение дополнительных профилей измерений легко определить по превышению невязки решения обратной одномерной задачи.

Таким образом, для решения подобных задач возможно предложить два варианта: для линейных одномерных систем наблюдений в каждой точке зондирования в полевых условиях необходимо контролировать невязку решения обратной задачи в рамках слоистой модели среды. В случае превышения ее допустимого уровня, например 10 процентов, проводить дополнительные выносные измерения, с целью параметризации искажающего фактора. Во втором случае, если невязка решения одномерной задачи достаточно регулярна

– то требуется площадная система наблюдений, которая может быть оптимизирована по трудозатратам в зависимости от характера решаемой задачи. Для этого могут быть использованы системы наземного и воздушного базирования:

- электромагнитное сканирование в пространственно-временной области для обнаружения и локализации приповерхностных объектов и крупномасштабного картирования с высоким разрешением в интервале глубин до 100 м;

- аэроэлектроразведка методом становления поля с электромагнитным каналом высокой грунтопроникающей способности с использованием вертолетных разведочных платформ в режимах полета на низких траекториях с глубинностью 300-800 м.

- многоразносные профильные и площадные зондирования от закрепленного источника для исследования сложно-построенных сред по методике 3D-ЗСБ с глубинностью до 4500 м;

Первые две системы могут быть использованы для решения поисковых задач в указанных интервалах глубин и формирования цифровой модели ВЧР, которая используется при поисках и параметризации более глубинных объектов. В свою очередь многоразносные глубинные зондирования с контролируемым источником могут успешно использоваться при МТЗ исследованиях.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о высокой эффективности такой постановки исследований.

2. Системы наблюдений Системы наблюдений для 3D-электроразведки, следуя логике рынка, формируются как компромисс между плотностью регистрации электромагнитного поля, что тесно связано с точностью решения поставленной задачи, и стоимостью проводимых исследований. Какие параметры системы наблюдения можно изменять и где предел этих изменений? Вопрос весьма непростой и зависит от условий решения конкретной поисковой задачи [5, 14, 18].

Здесь мы выскажем лишь полезные для практики соображения. В дальнейшем примем без обсуждения необходимость проведения многоразносных измерений для каждой раскладки генераторного контура, даже в случае профильных систем наблюдений. Это практически мало удорожает производство работ, но часто дает ценную дополнительную информацию при последующей интерпретации. Наиболее простая - это профильно-площадная система наблюдений [8], которая позволят создавать необходимую пространственную плотность за счет совокупности измерений на соседних профилях (рис 2.1, 2.2).

Рис. 2.1. Профильная съемка Рис. 2.2. Площадная съемка

2.1. Профильно-площадная система наблюдений с рассечками Система строится на многоразносных зондированиях от закрепленного источника.

Дополнительные выносные зондирования дают возможность в каждой точке оценивать условия применимости слоистой модели приближения. Увеличение невязки решения обратной задачи указывает на нарушение условия горизонтальной слоистости среды и дает основание для постановки дополнительных измерений. Дополнительные измерения могут быть проведены по системе «крест», в которой основные и дополнительные измерения пересекаются в областях недопустимой невязки решения слоистой задачи (рис 2.3). Это позволяет более точно локализовать неоднородность - причину невязки и дать более точный прогноз модели среды.

Рис. 2.3. Профильно-площадная система наблюдений

2.2. Профильно-площадная система наблюдений с равномерным шагом Площадная система наблюдений используется на этапе детального изучения строения исследуемой геологической среды и предполагает более плотную сеть измерений в окрестности закрепленного источника поля (рис. 2.4). Эта система наблюдений обеспечивает максимальную достоверность прогноза при правильном выборе масштаба съемки для решения практически всех поисково-оценочных задач, однако в ряде случаев является избыточной [9, 18].

– совмещённая точка измерения для соседних ГП;

– точка измерения;

– генераторная петля (ГП);

Рис. 2.4. Фрагмент площадной системы наблюдений с равномерным шагом

2.3. Площадная система наблюдений на лучевой неравномерной сети с увеличением плотности измерений от периферии к центру Система наблюдений предполагает уменьшение пространственной плотности измерений от центра к периферии и обеспечивает учет наиболее крупных латеральных неоднородностей при снижении общего количества измерений (рис.2.5). Вполне подходит для прецизионной съемки. Недостатком может являться особенность разбивки сети при проведении полевых работ. Можно рекомендовать расчет прогрессивного шага расстановки измерителей по лучам: Ri 1 Ri 2. Первый от центра разнос R0 0.4 L, где L - сторона квадратной незаземленной петли источника.

- точка измерения;

- генераторная петля (ГП) Рис. 2.5. Площадная система наблюдений на лучевой неравномерной сети

2.4 Оценка возможностей картирования ВЧР с помощью аэроэлектроразведки (системы серии «Импульс-А») При нефтепоисковых работах на Сибирской платформе перед аэроэлектроразведкой могут быть поставлены две важные задачи:

- выделение зон эпигенеза над залежами вследствие миграции легких фракций УВ, представляющих собой приповерхностные, как правило, кольцевые зоны изменения удельного электрического сопротивления, связанные с изменением вещественного состава;

- картирование верхней части разреза для учета ее латеральной изменчивости при прогнозировании продуктивности глубокозалегающих коллекторов методами М-ЗСБ и МТЗ.

Важность второй задачи определяется тем, что при интерпретации результатов М-ЗСБ и МТЗ отсутствие информации по ВЧР приводит к возникновению ложных глубинных аномалий и пропуску продуктивных коллекторов. Возникающие искажения зависят от геоэлектрического контраста, размеров и удаленности неоднородностей ВЧР. Для учета этих искажений приходится существенно расширять площадь исследований ВЧР.

Проанализируем, как можно упростить решение этой задачи с помощью аэроэлектроразведки с ЭМ - каналом высокой грунтопроникающей способности.

В качестве примера рассмотрим трехслойный разрез ВЧР: 1=400 Омм, h1=400 м, 2=15 Омм, h2=500 м, 3=200 Омм. содержащий геоэлектрические неоднородности, связанные с трапповыми формациями. На рис. 2.6 показаны модели неоднородности в верхнем слабопроводящем горизонте (глубины до 500 м) и в проводящем горизонте на глубинах 500-1000 м. Высота полета разведочной платформы над поверхностью земли составляет 30 - 50 м, площадь генератора – 160 м2, при максимальном магнитном моменте B индуктора поля Мг=1.2х105 Ам2 момент приемника вертикальной компоненты E - z t ЭМ – поля Ми = 2000м2 Черными линиями показаны траектории полета. Для достижения максимального магнитного момента индуктора поля фронт выключения П-образного тока составляет порядка 0.2 мс.

Рис. 2.6. Модель трехслойной ВЧР, содержащей геоэлектрические неоднородности с системой аэроэлектроразведочных профилей (М 1 : 50 000, Персова М.Г., 2009) На рис. 2.6 показано распределение аномального поля в рабочем для существующей электроразведочной вертолетной платформы серии «Импульс-А6» диапазоне времен: 0.5 мс, 1 мс, 2 мс и 5 мс. (GеоЕМ, «Техпроект») Из этих распределений видно, что неоднородности, расположенные на глубинах до 500 м (ярко синий цвет на севере и светло синий и светло красный цвета на юге) в этой вмещающей среде проявляются начиная с ранних времен соответствующей, в зависимости от проводимости объектов, отрицательной или положительной аномалиями.

Для их картирования при локализации в плане могут быть использованы быстрые способы интерпретации аэроэлектроразведочных данных с построением кажущегося удельного сопротивления по базовой модели однородное полупространство или двухслойной трехпараметрической модели (EMDP, «Аэрогеофизическая разведка»).

Неоднородности, залегающие в диапазоне глубине 500-1000 м, в доступном для аэроварианта диапазоне времен на ранней стадии становления проявляются инверсной фазой, когда над проводящими объектами мы наблюдаем относительное уменьшение B сигнала E - z, а над высокоомными объектами, - его относительное увеличение. Таким t образом, проводникам на юге (объекты красного цвета) соответствует отрицательная аномалия (рисунки с 1 мс, 2 мс и 5 мс), а непроводникам на севере (объекты светло синего цвета) – положительная аномалия. Вторая фаза проявления этих объектов приходится на времена порядка 20 мс, регистрация которых затруднена аэроэлектроразведочными системами с существующей энергетикой.

E1 E 0 1 100% E t=0.5 мс t=1 мс t=2 мс t=5 мс t=2 мс t=5 мс Bz Рис. 2.7. Планы относительных аномалий E - (%) над неоднородной ВЧР t для четырех временных срезов Из анализа полученного результата следует, что быстрые способы обработки, пригодные для глубин до 500 м, для более глубинных объектов могут давать ложный результат, находя вместо проводников непроводники и наоборот. В этом случае необходима количественная интерпретация по слоистой модели. В ряде ситуаций потребуется решение трехмерной задачи. В этом случае мы можем рассчитывать на корректный результат.

3. 3D -интерпретация Существуют различные подходы к решению обратной задачи распространения электромагнитного поля в среде. Описываемая здесь система 3D-интерпретации профильноплощадных данных основана на моделировании нестационарных электромагнитных полей в трехмерных средах методом конечных элементов. 3D-интерпретация площадных данных в общем случае может состоять из нескольких типовых этапов, описанных ниже. [7, 8] В качестве примера рассмотрим изображенный на рис. 3.6 шестислойный разрез с неоднородным проводящим слоем на глубине 300-500 м. Целевой объект расположен в центральной части исследуемой области на глубине 2200–2500 м. В восточной части модель осложнена углублением фундамента с амплитудой около 900 м. На участке выполнены площадные измерения от 9 положений генераторной петли размером 10001000 м, показанных на рис. 3.7. Процедура инверсии содержит несколько этапов.

Этап 1. Поиск генераторной петли с «нормальным» (наиболее близким к концентрическому) распределением измеренных значений скорости изменения вертикальной B компоненты вторичного поля E - z.

Петля под номером 8 (рис. 3.7) наиболее t соответствует этому описанию. Для нее выполняется одномерная интерпретация. Затем параметры горизонтально-слоистой модели, вычисленные для этой конкретной петли, распространяются на всю исследуемую область, и по ним рассчитываются значения «нормального» поля E 0.

Рис. 3.6. Геоэлектрическая модель Рис. 3.7. Этап 1: выбор нормального поля E 0 во всем регистрируемом временном диапазоне (0-700 мс) Этап 2. Для каждой из 9 генераторных петель в диапазоне времен (0-80 мс) рассчитывается аномальное поле E1 E E0, соответствующее верхней части геоэлектрического разреза (ВЧР). Это остаточное аномальное поле характеризует горизонтально-неоднородное строение ВЧР, и достигает 100 % от измеренного сигнала во временном диапазоне (0–80 мс) (рис. 3.8). Для этого аномального распределения поля подбирается модель ВЧР, изображенная на рис. 3.9, которая в каждой точке наблюдения уменьшает величину аномального поля до значений, не превышающих 5%. Распределение остаточного поля после этапа 2 представлено на рис. 3.10.

Этап 3. С учетом модели ВЧР, подобранной на этапе 2, вычисляется следующее «нормальное» поле E 0 в расширенном временном интервале (0–400) мс и рассчитывается аномальное поле E 3 E E0, которое является значимым в области, ограниченной красным пунктиром (рис.

3. 11). Под это аномальное распределение поля подобран глубокозалегающий объект, изображенный на рис. 3.12. желтым цветом, с учетом которого рассчитывается очередное «нормальное» поле E 0. Введение этого проводящего объекта уменьшает величину аномального поля E 3 E E0 до значений, не превышающих 5% во всем заданном временном диапазоне (0–400) мс. Распределение остаточного поля после этапа 3 представлено на рис. 3.13 Этап 4. По модели, подобранной на этапе 3, вычисляется «нормальное» поле E 0 для полного временного интервала (0–700 мс). При этом в области, ограниченной на рис. 3.14 красным пунктиром, появляется значимое аномальное поле E 5 E E0. Под это распределение поля подбирается крупный глубинный региональный объект, изображенный на рис. 3.15, и рассчитывается результирующее поле E 0, создаваемое всеми элементами подобранной модели. Разница между «измеренным» полем E и расчетным E 0, после введения регионального глубинного объекта (рис. 3.15) становится меньше установленной погрешности измерений E E0 E 0 100 5 % во всем временном диапазоне (0-700 мс).

Эта стадия является последней, поскольку мы подошли к концу заданного временного интервала.

На рис. 3.17а изображена стартовая модель. На рис. 3.17б – результат 1Dинтерпретации в виде плана распределения суммарной продольной проводимости в интервале, содержащем целевой объект. На рис. 3.17в - результат подбора по 3Dмоделированию. Как видно, в результате 1D-интерпретации, целевой объект не выделяется, и мы наблюдаем ложное распределение проводимости из-за влияния интервальной неоднородности ВЧР. Напротив, 3D-интерпретация позволяет выделить поисковый объект, фрагмент регионального несогласия и основные объекты ВЧР. Таким образом, мы получили новое качество геофизической интерпретации, позволяющее увеличить достоверность геофизического прогноза.

Рис. 3.8. Этап 2: Рис. 3.9. Этап 2: Рис. 3.10. Расчет расчет аномальных подбор объектов ВЧР и аномальных полей после 1 определение нового подбора модели ВЧР (рис полей E1 E E0 (0– нормального поля E 0 во 2.9) E 2 E E0 (0-80 мс) 80 мс) временном диапазоне 0-80 мс

–  –  –

Рис. 3.17. Этап 5: финальное сравнение результатов

4. Примеры решения геологических задач

4.1 Пример реконструкции геоэлектрической среды окрестности Желдонской параметрической скважины Восточной Сибири На рис. 4.1 представлен результат электромагнитной реконструкции геоэлектрической среды участка параметрического бурения в новой нефтегазовой провинции РФ в Восточной Сибири. На исследуемой территории, как правило, верхняя часть разреза существенно неоднородна и имеет значительную суммарную продольную проводимость. Для достоверного прогноза коллекторов под неоднородным проводящим экраном потребовался полный учет распределения проводимости верхней части разреза. В этом случае для изучения продуктивных горизонтов используется 3D- технология, описанная в предыдущем разделе. Здесь под горизонтально-неоднородной ВЧР на глубине 4500 м спрогнозирован высокопроводящий коллектор с низким продольным электрическим сопротивлением (=5 Омм). Флюидоненасыщенный коллектор имеет более высокое сопротивление =50 Омм.

Рис. 4.1. Кусочно-неоднородная модель ВЧР до глубины 1200 м

Рис. 4.2. Полная кусочно-неоднородная модель окрестности параметрической скважины (4.54.528) км до глубины 4,5 км с высокопроницаемым коллектором =5 Ом·м (Белая А.А, Симон Е.И. Федорова Н.С, 2009)

4.2 Пример реконструкции геологической среды окрестности Чайкинской параметрической скважины В пределах Непско-Ботуобинской нефтегазоносной области Сибирской платформы открыт ряд месторождений нефти, газа и конденсата. Почти все известные промышленные притоки углеводородов приурочены к венд-нижнекембрийскими отложениям, нефтегазоносность которых доказана глубоким бурением. По литологическим особенностям в разрезе осадочного чехла выделяются отложения двух основных типов (терригенные и галогенно-карбонатные), с которыми могут быть связаны перспективы нефтегазоносности.

В терригенных отложениях пласты коллекторы сложены разнозернистыми песчаниками с прослоями алевролитов и аргиллитов. Пористость варьирует от 3 до 20 %. В разрезе терригенных пород могут присутствовать коллекторы, насыщенные как нефтью или газом и рассолом. Углеводородное насыщение коллектора понижает суммарную продольную проводимость пласта, однако за счет остаточного флюидонасыщения рассолом его проводимость остается достаточно высокой с сопротивлением около 5 Ом м.

Целевыми объектами электроразведки являются ограниченные по размерам проводящие зоны, локализованные в терригенных и галогенно-карбонатных комплексах. В пределах Чайкинской площади выполнено 210 зондирований от закрепленного петлевого источника размером 500500 м2 по профильно-площадной системе наблюдений. Шаг источника по профилю около 2000 м, шаг точек измерения 0.2-0.5 км. Система наблюдений, приспособленная к особенностям рельефа местности, носила нерегулярный характер. На рис. 4.4 показана схема расположения точек измерения и генераторных петель.

После подбора и учета ВЧР по 3D-интерпретации в целевых горизонтах выявлены два объекта повышенной проводимости, на глубине 1600 м и 4250 м (рис. 4.3). Для сравнения здесь приведены такие карты продольной электропроводности, полученные с использованием 1D-инверсии, где на глубине 1600 м, помимо области повышенной проводимости в северной части, можно выделить и другие ложные объекты. На глубине 2300 м, выделенные по 1D-инверсии ложные объекты не соответствуют положению объекта, полученного по 3D-интерпретации (рис. 4.3). Основной причиной появления ложных объектов при 1D-инверсии является боковое влияние высокопроводящей неоднородности, выявленной в южной части площади в интервале глубин 500-1000 м.

Рис. 4.3 Геоэлектрическая блок-модель и карты продольной электропроводности отложений в интервале глубин 2000–2500 м, полученные с использованием 1Dинверсии и 3D-интерпретации (Поспеев А.В., Персова М.Г, Белая А.А, Симон Е.И.,2009) На рис 4.5 представлены геоэлектрические разрезы по одному из профилей нерегулярной сети съемки (рис 4.4), полученные с использованием 1D-инверсии и 3D-интерпретации. Графики суммарной продольной проводимости ВЧР, полученные по результатам 1D-инверсии и 3D---интерпретации достаточно хорошо совпадают (4.5 а - 4.5 б).

Суммарная продольная проводимость ВЧР, как это видно из графиков распределения S по профилю, превышает проводимость целевых горизонтов примерно в два раза. Вследствие этого на разрезе, построенном по 1D-инверсии, видно ложное распределение проводимости промежуточного слоя, которое не позволяет четко увидеть продуктивную часть коллектора (рис 4.5 в). Реконструкция проводимости разреза по данным 3D-интерпретации дает гораздо более адекватное распределение электропроводности коллектора (рис 4.5 г), которое подтверждено заверочным бурением.

Рис. 4.4 Схема расположения профиля АВ с проекциями выделенных объектов на глубинах 1600 м и 2300 м

а) суммарная продольная проводимость ВЧР с использованием 1D-инверсии

б) суммарная продольная проводимость ВЧР с использованием 3D-интерпретации

в) результаты 1D-инверсии

г) результаты 3D-интерпретации Рис. 4.5 Разрезы вдоль профиля AB, построенные по результатам 1D-инверсии и 3D-интерпретации Таким образом, применение трехмерного подхода для интерпретации данных зондирований становлением поля позволило адекватно решить поставленную задачу.

Одновременная интерпретация данных многоразносных зондирований по всей пространственно-временной области учитывает особенности ВЧР, устраняет их влияние на средней и поздней стадиях становления, отвечающих за глубинную часть разреза, резко снижает область эквивалентности решения обратной задачи и существенно повышает достоверность геофизического прогноза.

4.7. Пример реконструкции геоэлектрической среды Юрубчено-Тохомского месторождения На Юрубчено-Тохомском месторождении (Камовский свод Байкитской антеклизы) была проведена 3D- электроразведка по площадной системе наблюдений.

Было задействовано около 1000 точек измерений на площади в 400 км2. На рис. 4.9 представлена объемная реконструкция площадных данных ЗСБ, измеренных на дневной поверхности, в объемное распределение проводимости среды. На горизонтальном срезе суммарной продольной проводимости на уровне эрозионной поверхности рифея (Н = 2350 м) отмечается область достаточно равномерно распределенной проводимости Ѕ=12,5 См, обозначенной зеленым цветом (рис. 4.10). В зонах 1 и 2 выделяются субвертикальные объекты, которые тяготеют к скважинам с высоким дебетом. В зоне 3 в районе Мадринского грабена наблюдается область с пониженной до 1,38 См проводимостью, которая соответствует отсутствию вендского коллектора. Обрамляющие зоны с повышенными значениями проводимости, являются высокоперспективными на нефтегазонасыщение.

Рис. 4.10. Горизонтальный срез распределения суммарной продольной проводимости ЮТЗ полигона на уровне эрозионной поверхности рифея (Ro, 2350 м) (Ефимов А., Персова М., Белая А., Симон Е., 2009) На рис 4.11 дана детализация, выделенных в продуктивных горизонтах локальных объектов с высокой проницаемостью коллектора.

Рис. 4.11. Зона 3 с фрагментом грабена, заместившего коллектор, и обрамляющей зоной повышенной проводимости с высокими коллекторскими свойствами (Ефимов А., Персова М., Белая А., Симон Е., 2009) На примере нефтепоисковых работ в Восточной Сибири показано, что 3Dэлектроразведка позволяет давать весьма точный геофизический прогноз. Здесь применение традиционной одномерной электроразведки должно носить ограниченный характер. 1Dэлектроразведку рационально использовать, когда проводимость коллектора сопоставима с проводимостью перекрывающих отложений [13]. Если это условие не выполняется, то целесообразно использовать профильно-площадные системы наблюдений с дополнительными измерениями в зонах значимых боковых влияний. Возможен вариант уплотнения профилей или применения многокомпонентных измерений, повышающих пространственную плотность исследований, которая обеспечит возможность трехмерной интерпретации.

На рис. 4.12 представлен результат применения 1D- и 3D- интерпретации для профиля EF, проходящего вдоль участка съемки (рис. 4.10). Разрез на рис. 4.12а получен с использованием 3D-интерпретации, на глубине 2350 м уверенно картируется коллектор.

Разрез на рис 4.12б получен методом 1D-интерпретации, и глубинная часть разреза больше отражает неоднородное строение верхней части, чем характеристики продуктивного горизонта, вследствие бокового влияния приповерхностных неоднородностей. Здесь, как раз рассматривается случай, когда проводимость S1 ВЧР перевышает проводимость продуктивного горизонта S2. Погоризонтное распределение проводимости представлено на рис.4.12 в. Проводимость ВЧР в несколько раз превышает проводимость целевого горизонта и, с учетом ее неоднородности, не дает шансов для корректной параметризации разреза по 1D-инверсии Результат 3D-интерпретации (рис.4.12а) подтвержден (рис.4.12 б, г).

бурением.

–  –  –

г) Разрез k вдоль профиля EF с кривыми продольной суммарной проводимости S(H) Рис. 4.12 Результаты 3D-, 1D- интерпретации и трансформации в к по профилю EF ЮТ-месторождения (Белая А.А., Симон Е.И) Заключение Создана и доведена до практического применения новая технология электромагнитной разведки, позволяющая решать весьма сложные поисковые и разведочные задачи, в том числе те, которые ранее не имели решения. В рамках рассмотрения индукционных процессов практически снята проблема учета влияния вмещающей трехмерной геологической среды и верхней части разреза.

Применение профильно-площадных систем наблюдений и новой системы интерпретации, позволяют максимально использовать электрофизические предпосылки решения широкого круга прогнозно-поисковых задач. Мы надеемся, что на вопрос «…зачем нужна 3D-электроразведка?» даны некоторые конструктивные ответы, позволяющие уточнить отношение геофизиков к этой новой технологии.

Список литературы

1. Бердичевский, М. Н. Обратные задачи магнитотеллурики в современной постановке [Текст] / М. Н. Бердичевский, В. И. Дмитриев // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. – 2004. – № 4. – С. 12–29.

2. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. M.: Научный мир. 2009.

680 c.

3. Дмитриев, В. И. Интегральные уравнения в краевых задачах электродинамики: Учебное пособие [Текст] / В. И. Дмитриев, Е. В. Захаров. – М.: Изд-во МГУ, 1987. – 167 с.

4. Жданов М.С. Быстрые методы решения трехмерных обратных электромагнитных задач/ М.С.Жданов // Университет штата Юта, Солт Лейк сити, США, c. 97-106.

5. Захаркин А.К., Методические рекомендации по электроразведочным работам методом ЗСБ с аппаратурой «Цикл» // Новосибирск, СНИИГГиМС, 1981, 98 с.

6. Зингер, Б. Ш. Электромагнитная индукция в неоднородных тонких слоях [Текст] / Б. Ш. Зингер, Э. Б. Файнберг. – М.: ИЗМИРАН, 1985. – 234 с.

7. Соловейчик Ю. Г. Моделирование нестационарных электромагнитных полей в трехмерных средах методом конечных элементов [Текст] / Ю. Г. Соловейчик, М. Э. Рояк, В. С. Моисеев, Г. М. Тригубович // Физика Земли. – 1998. – № 10. – С. 78–84.

8. Тригубович, Г. М.,. 3-D-электроразведка становлением поля./Г.М. Тригубович, М.Г. Персова, Ю.Г.

Соловейчик. – Новосибирск: Наука, 2009. – 218 с.

9. Тригубович, Г. М.,. 3-D-электроразведка становлением поля./Г.М. Тригубович, М.Г. Персова, Ю.Г.

Соловейчик. – Новосибирск: Наука, 2009. – 218 с.

10. Тригубович, Г. М. Инновационные поисково-оценочные технологии электроразведки становлением поля воздушного и наземного базирования [Текст] / Г. М. Тригубович // Разведка и охрана недр. – 2007. – № 8. – С. 80–87.

11. Gabrielsen P.T., Brevik I., Mitter R. and Loseth L.O. Investigating the exploration potential for 3D CSEM using a calibration survey over the Troll Field. First break, 2009, 27, 67-75.

12. Gribenko, A., and Zhdanov M., 2007, Rigorous 3D inversion of marine CSEM data based on the integral equation method: Geophysics, 72, no. 2, WA73-WA84

13. Hordt A., Druskin V.L., Knizhnerman L.A., Strack K.-M., 1992, Interpretation of 3-D effects in longoffset transient electromagnetic (LOTEM) soundings in the Munsterland area: Geophysics., vol: 57, no: 9, Р.

1127-1137.

Kamenetsky, F.M., Transient geo-electromagnetics./F.M. Kamenetsky, E.H. Stettler, G.M. Trigubovich.Munich, 2010. – 304 p.

15. Mitter R. Normalized amplitude ratios for frequency-domain CSEM in very shallow water. First break, 2008, 26, 47-54.

16. Oldenburg D., Eso R., Napier S. Controlled source electromagnetic inversion for resource exploration. First break, 2005, 23, 67-73.

17. Trigubovich, G. Estimation of 3D TEM sounding possibilities in search of local objects [Теxt] / G. Trigubovich, M. Persova, Y. Soloveichik [et al.] // Extended abstracts of 66th EAGE Conference & Technical Exhibition. – Madrid, Spain, 2005. – P. 208.

18. Trigubovich, G. 3D-reconstruction of area sounding TEM to volume distribution of conductivity medium. Theory and practice [Техt] / G. Trigubovich, M. Persova, Y. Soloveichik // Extended abstracts of 68th EAGE Conference & Technical Exhibition. – London, UK, 2007.

19. Zhdanov M.S., Tartaras E., 2002, Inversion of M-TEM data based on the localized quasi-linear approximation: Geophys. J. Int., 148, 3, P. 506-519.

20. Ziolkowski A. Developments in the transient electromagnetic method. First break, 2007, 25, 99-106 СЕКЦИЯ 1

ГЛУБИННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЗОНДИРОВАНИЯ,

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ,

ИЗУЧЕНИЕ СЕЙСМОАКТИВНЫХ ЗОН

2D AND 3D INVERSION OF MAGNETOTELLURIC DATA

FROM NICARAGUA

–  –  –

Free University of Berlin, Germany; heinrich.brasse@fu-berlin.de A long-period magnetotelluric study was carried out along a profile in western Nicaragua which extends from the Pacific Ocean, crosses the Nicaraguan Depression northwest of Lake Managua with the highly-active volcanic arc and reaches far into the backarc of the Nicaraguan Highland. Strike analysis of tipper data yields an electrical preference direction perpendicular to the profile and correlates with major morpho-tectonic features. However, this strike is far less clear than on a parallel profile in Costa Rica and 3D effects are observed at several sections of the transect.

This is also corroborated by tipper vectors, which point mostly along profile but display 3D characteristics as well.

Two-dimensional inversion shows the expected well-conducting sediments of the depression and a large conductor at 15-25 km depth slightly offset from the main axis of the volcanic arc.

Disturbingly, several conductors appear also beneath the backarc. Although they may be seen as an expression of solidified magma deposits of the Miocene arc, they are more likely an artifact due to 3D effects in TE mode. This becomes clear when only TM mode and tipper are inverted – the conductive blobs in the backarc vanish almost completely.

A 3D inversion employing the algorithm of Siripunvaraporn et al. (2005) clarifies the situation (Fig. 1): with moderate off-profile anomalies – particularly the Nicaragua Depression – the backarc is much less conductive and the deep-crustal magma deposit is now located directly beneath the volcanic front.

Fig. 1. 3D model after inversion of impedance data. The Pacific Ocean and the slab of the Cocos Plate were set in the starting model. The triangle marks the position of the arc, i.e. Momotombo/El Hoyo volcanoes.

MAGNETOTELLURIC STUDY OF THE SUBSURFACE ELECTRICAL

CONDUCTIVITY AT SAHL EL QAA AREA, SOUTHERN SINAI

PENINSULA, EGYPT

–  –  –

National Research Institute of Astronomy and Geophysics, Egypt, ahmedbakr73@hotmail.com Abstract The area under investigation is located in the southern Sinai Peninsula, Egypt, which is considered one of the most promising regions for oil resources. Three different tectonic forces affect this area in the triple junction structures associated with the opening of the Gulf of Suez and the strike slip movement along the Gulf of Aqaba. The present study is mainly dealing with evaluation of the tectonic position and subsurface structures of the study area. To achieve this goal, six MT soundings have been performed at Sahl El Qaa area. The MT data have been processed to yield the TE and TM mode responses and then corrected for static shift. Robust estimation of the impedance tensor for every station has been made using different methods. Apparent resistivity (a) and phase () for transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) modes at all six MT stations have been processed and inverted using advanced techniques including 2-D inversions to investigate the conductive zones at the study area. The study of the dimensionality and directionality of the regional electrical structures is based on the analysis of the induction arrows.

The resulting regional strike direction is N–S, E45E to E45W and E–W directions. Moreover, interpretation of tipper magnitude has been presented for the MT soundings. The 2-D inversion has been employed on both TE and TM modes. The main features obtained from the inversion elucidate high conductive zones at different levels of the resistivity sections with various thicknesses.

Introduction Sinai Peninsula is a structure defined by the rifts of the Gulf of Suez and the Gulf of Aqaba. It is geographically distinct from both Africa and Asia but serves as a connection between them. Sinai has been the only land bridge between the two continents throughout the Quaternary (Tchernov, 1979). The Qaa plain rises up to200 m above sea level (ASL), sloping gently toward the south east of the peninsula. It is characterized by young Tertiary and Quaternary alluvial sediments, sandstone, gypsum and limestone. Much of the alluvial sediments originated from the hills to the east (Monier et al. 2003). The selected area for the present study is located in the southern part of Sinai Peninsula between Latitude 28° 00' - 28° 30' N and Longitudes 33° 25' - 33° 55' E. This region is considered to be an important area for oil and gas production. It also indicates the presence of copper-nickel mineralization (e.g., Sarabit El Khadem Copper Mine).

Interpretation of Magnetotelluric Data The magnetotelluric method (MT) utilizes naturally-occurring fluctuations of the earth's magnetic field to obtain an image of the earth's subsurface resistivity structure. The resistivity structure can be interpreted in geological terms and converted to an image showing subsurface rock types, thicknesses, structures, etc. It is based on the relationship between transient electric and magnetic fields, which are measured at the earth’s surface. The main source of the fields is the natural fluctuations of the earth’s magnetic field, which occur over wide spectrum of frequencies.

The MT sounding is carried out in order to record the time-varying geo-electromagnetic fields. In this work, the magnetotelluric (MT) survey was carried out at Sahl El Qaa area along six stations (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 and Q6). The MT survey acquired time-series data for five components at each site. The sampling rate for digital recordings used in the field measurements varied between 2 and 5 s. The collected data are equal enough for magnetotelluric deep sounding computation. MT measurements were carried out in the period band 1-5800 s at six sites around the major surface faults of the study area. According to the corresponding available skin depth at 5800 s, the MT allowed investigation of the conductivity distribution of the upper crust. The apparent receptivity

a,ij ( ) and phase ij ( ) of impedance are defined as follows:

Z ij ( ) 0.2T * Z ij ( ) 2 a,ij ( ) (1) ij ( ) arg(Z ij ( )) tan 1{Im Z ij ( ) / Re Z ij ( )} (2) where Z ij ( ) E i / H j is the ratio of orthogonal components of the electric and magnetic fields at a given frequency, the index i is x or y, j is y or x, and T 2 / is the period of the wave. For 1D geology, the resistivity distribution solely depends on the depth and the MT impedances tensor

yield, Z xx Z yy 0, Z xy Z yx and eq. (1) reduce to:

Z xy ( ) E x ( ) \ H y ( ) and Z yx ( ) E y ( ) \ H x ( ) (3) where is the resistivity in m. The conductivity is reciprocal of resistivity and the unit is siemens (S). The transformation of the recording data from time domain into frequency domain is generally accomplished by Fast Fourier Transformation (FFT).

Figure (1) gives an example for the computed apparent resistivity and phase curves of both polarizations (Zxy and Zyx) versus period for station Q4 considered at high magnetic activity and best signal/noise ratio. The resistivity curves reflect the presence of electrical conductive anomaly under the sediments layer of the studied area. The resistivity increases gradually from10 to 400 ohm-m. The phase values decrease from 70 to180.

Processing and interpretation of MT data Induction vectors and strike determination An important goal in the processing and interpretation of the MT data is to determine the coordinate system, which fits with the strike of the regional electrical structures. In figure 2 the real and imaginary tipper arrows are plotted versus the logarithm of the period. The real induction arrows are generally of high amplitude at high and low frequencies, reflecting the influence of the 1-D nature of the uppermost crust and of local conductive structures. While the image arrows are generally of low amplitude at high and low frequencies. Clearly the induction arrows suggested a presence of deep conductive structure with a strike ranging from E45E to E45W in the study area. As we can see, the direction of real arrows (indicating the electromagnetic strike direction) is consistent for all stations. The strike and the good conductor have certainly something to do with the Gulf of Suez.

But interestingly, the lateral anomaly indicated by the induction arrows is not just the Gulf itself (ocean effect), because stations Q5 and Q6 (these with the shorter arrows) obviously stand on a better conductor than the rest.

This means that there must be some well-conducting anomaly striking more or less parallel to the Gulf beneath Q5 and Q6. The real and imaginary parts of the induction arrows at period 30 s (short period) are superimposed on known geological features. Note that the difference in magnitude and azimuth suggesting strong surfacial lateral and vertical variations in the resistivity structures. Four shallow, dike-like strong conductors are localized. Two of them coincide with a known fault (Fig 3). Majority of induction arrows oriented NW-SE and the regional electric strike perpendicular to this direction NE-SW.

–  –  –

Figure 4 shows some representative plots of tipper magnitude for six stations (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 and Q6,). Tipper magnitude of the representative stations clearly defines vertical structure on either side of a contact. From the previous figure, we can notice that the more conductive side is underneath stations Q5 and Q6.

Two-dimensional modeling Simultaneous inversion of transverse electric (TE), transverse magnetic (TM) modes and tipper (real induction arrows only) was carried out using REBOCC inversion program. The method determines the 2-D model that fits the observed data to a specified tolerance and at the same time has minimum roughness. Figure 5 shows the final inversion models obtained using TE and TM data for the six MT stations.

–  –  –

Fig 2. Real and imaginary induction vectors for all MT sites. The length and direction of the vectors hint at a large conductivity anomaly.

Fig.3. Shows the induction arrows at 30 (short period) and 500 (Long period) seconds.

Fig. 4. An example of tipper magnitude for six MT stations.

The major geoelectric structures in the final 2D model are discussed as follow:- In the shallow part from the profile, there is a small anomalous zone ( 4m), which show moderately low resistivity at depths between 0 and 3Km. There is a good conductive zone shown mainly in center of the study area ( 1m) at a depth around 3 to 7 km. There is a resistive zone displayed in northern east part ( 200 m) at a depth around 0 to 12 km. This resistive zone represents the geoelectrical basement of the study area. The increase in resistivity in northern east part do not imply the absence of fluids, but probably increasing confining pressures reducing the porosity of the granite rock and pathways available for electric flow.

Fig.5. Results from Rebocc inversion on MT data of six stations across the Sahl El Qaa fault(s) for Zxy and Zyx modes.

Conclusions The present study is devoted for the transformation and interpretation of the magnetotelluric data in order to evaluate of the tectonic position and subsurface structures at Sahl El Qaa area. The induction arrows suggested a presence of deep conductive structure with a strike ranging from E45E to E45W in the study area. The results obtained from tipper magnitude and the twodimensional magnetotelluric inversion model yielded a clear imaging of conductive zones.

Список литературы

21. Monier M, El-Ghani Abd, Amer Wafaa M. Soil–vegetation relationships in a coastal desert plain of southern Sinai, Egypt. JArid Environ, 2003, 55:607–628.

22. Tchernov E. The fauna: meeting point of two continents. In: Rothenberg B, Weyer H (eds) Sinai: pharaohs, miners, pilgrims and soldiers. Binns, Washington, DC, 1979,pp 93–99.

ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ НА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЕ

Алексанова Е.Д.1, Бубнов В.П.1, Зальцман Р.В.1, Яковлев А.Г.1,2

– ООО «Северо-Запад», Москва, alex-len@inbox.ru,

– МГУ имени М.В. Ломоносова, Геологический факультет, Москва, mail@nw-geo.ru.

Введение В 2003 – 2006 годах по заказу МПР России ФГУП ГНЦ «ВНИИгеосистем» совместно с компанией «Северо-Запад» выполняло переинтерпретацию данных по опорным геофизическим профилям на единой методической основе.

В ходе этих работ были выявлены интересные закономерности в строении земной коры: на протяженных участках профилей в земной коре на глубинах 20 – 30 км выделяются зоны повышенной расслоенности (по данным сейсморазведки), коррелирующие с коровыми проводящими слоями (по данным магнитотеллурического зондирования) и аномалиями пониженной плотности (по данным гравиметрии).

К этим крупным блокам земной коры приурочены крупнейшие месторождения углеводородов. По всей видимости, различное геофизическое строение выделенных блоков свидетельствует о различной истории их развития и, в первую очередь, об их температурном и флюидном режиме. Эти сведения являются важными для определения нефтегазоперспективности территории.

Для выяснения пространственного распространения коровых проводящих слоев, выяснения их природы и происхождения, корреляции с расположением известных месторождений УВ в 2008 – 2010 годах ФГУП ГНЦ «ВНИИгеосистем» совместно с ООО «Северо-Запад» производило сбор, анализ и интерпретацию геофизических данных в юго-восточной части Западной и южной части Восточной Сибири.

Природа коровых аномалий электропроводности Проводящие образования в земной коре древних платформ установлены многочисленными МТ-измерениями в областях малых проводимостей осадочного чехла. В некоторых случаях эти проводящие зоны отображаются в сейсмических данных как волноводы [Каракин, 2003].

Ряд исследователей, например Дмитриевский А.Н., полагают, что волноводы играют важнейшую роль в образовании и миграции углеводородов в земной коре и осадочном чехле древних платформ. Предполагается, что под действием тектонических сил волноводы периодически сжимаются и разжимаются, что приводит к перемещениям флюидов, способствующим концентрации углеводородов [Дмитриевский, 2009].

Природа зон аномальной электропроводности в настоящий момент является дискуссионной. Что является носителями электрических зарядов? Как они объединяются в гальванически связанные токопроводящие системы? Почему эти системы сохраняют свои свойства в течение длительного геологического времени?

Многочисленными экспериментами установлено, что большинство горных пород в сухом виде практически не проводят электрический ток. Низкими сопротивлениями обладают только электронопроводящие самородные металлы, сульфиды, графит и ионопроводящие водные растворы, глины, расплавы горных пород [Пархоменко, 1972].

Расплавы горных пород маловероятны в континентальной земной коре из-за сравнительно низких температур.

Высокоминерализованные воды на глубине 7 – 10 км установлены сверхглубокими скважинами Кольской и Саатлинской [Каракин, 2003], в ксенолитах обнаружены флюидные микровключения, в глубинных разломах выявлены вариации содержания редких элементов характерные для систем с участием флюидной базы [Летников, 1980].

Насыщенные флюидами проводящие слои могут образоваться в зонах разрушения горных пород. Наиболее обоснованной гипотезой образования поровых пространств и их длительного существования является геомеханическая гипотеза В.Н. Николаевского [Николаевский, 1996]. Она удовлетворительно объясняет образование листрических разломов, в нижней части которых возникают долгоживущие зоны разрушения, ответственные и за проводящие слои, и за сейсмические волноводы в средней коре.

Распространение металлов и сульфидов носит сравнительно локализованный характер.

Наиболее распространённым электронопроводящим включением является графит [Жамалетдинов, 1996]. Гипотеза экзогенного образования графита рассмотрена в работах В.А. Семёнова и А.А. Жамалетдинова [Семенов, 1981] (Балтийский щит) и А.В. Поспеева [Поспеев, 2005] (Енисейский кряж). Эндогенный (флюидный) процесс образования графита предложен в гипотезах Ф.А. Летникова [Летников, 1980] и И.Г. Киссина [Киссин, 1996].

Графит устойчив к температурным и химическим воздействиям, а также к последующим геодинамическим процессам. Коровые скопления графитизированных пород обычно являются крутозалегающими группами аномально проводящих блоков иногда выходящих на поверхность кристаллических щитов или под их осадочный чехол [Бакиров, 1984; Ваньян, 1996]. Сложнее предположить длительное существование гальванически связанных графитовых пленок, образующих обширные коровые проводящие слои, так как они могут быть разрушены малейшими тектоническими подвижками.

Сбор МТ-данных ООО «Северо-Запад» производило сбор фондовых материалов МТЗ. Были получены и оцифрованы архивные данные о полном тензоре импеданса в более чем 1 600 пунктах.

Также в анализ и интерпретацию были включены архивные данные по модулям эффективного импеданса и современные данные по полному тензору импеданса на опорных профилях. Общее количество МТпунктов составило около 7 000. Были собраны данные магнитотеллурических зондирований на территории свыше 1 200 000 км2 полученные с 1980-х годов.

Рис. 1. Картограмма типов МТ-данных МТ-данные разных лет имеют различный частотный диапазон, различное ЗСП – Западно-Сибирская плита качество и детальность, что накладывает ЕК – Енисейский кряж существенные ограничения на возможность БА – Байкитская антеклиза их совместного анализа и инверсии. На рис. 1 ТС – Тунгусская синеклиза НБА – Непско-Ботуобинская антеклиза показана картограмма типов МТ-данных.

Анализ и интерпретация МТ-данных Для обоснования методики инверсии МТ-данных и определения геоэлектрических условий, при которых возможно выделение коровых проводящих слоев был проведен большой объем моделирования. Оно, в частности, показало, что наиболее достоверно проводящие слои могут выделяться в пределах антеклиз, где проводимость осадочного чехла (S) сопоставима с проводимостью корового проводящего слоя (100 – 200 См). В районах с мощным проводящим осадочным чехлом (S осадков – сотни См) их выявление затруднительно из-за «экранирования» вышележащими осадками.

Наиболее полные МТ-данные получены на опорных профилях 1-СБ, 2-СБ, 3-СБ, рассечка Юрубчен-Кежма (Р). Они были отработаны в последние годы с современной аппаратурой. Здесь производился весь комплекс процедур по анализу тензора импеданса [Бердичевский, 2009] для определения размерности геоэлектрической модели среды. Для остального массива данных выполнялась только процедура «нормализации» для подавления влияния локальных приповерхностных неоднородностей. Эта процедура особенно актуальна на Сибирской платформе из-за развития траппов (они приводят к смещению кривых кажущегося сопротивления на порядки).

Была разработана методика автоматической оккамовской 1D-инверсии в программе MTS Prof Inv (ООО «Северо-Запад»), позволяющая получить наиболее достоверную (для 1D подхода) информацию о строении земной коры. Оценена применимость 1D подхода и проведен анализ возможных ошибок, связанных с несоответствием среды 1D модели. Для этого, в частности, на участке профиля 1-СБ пересекающего Непско-Ботуобинскую антеклизу была выполнена 2D инверсия (программа R. Mackie [Rodi, 2001]). Ее результаты сопоставлены с результатами 1D инверсии на этом же участке.

В результате были получены геоэлектрические разрезы по опорным профилям, созданные на единой методической основе. Также по всему массиву МТ-данных построена пространственная геоэлектрическая модель.

На рис. 2 и 3 показаны карты проводимости осадочного чехла (интервал глубин от 0 до 10 км) и средней коры (интервал глубин от 20 до 30 км) для рассматриваемой территории.

Карта проводимости осадочного чехла (рис. 2) показывает, что проводимость осадков изменяется от первых десятков См Рис. 2. Карта проводимости осадочного чехла на антеклизах до тысяч См в синеклизах. На ней выделяются все основные тектонические элементы.

В качестве перспективных рассматриваются области приподнятого залегания фундамента, на которых проводимость осадочного чехла не превышает 100 См и геоэлектрические исследования земной коры будут давать достоверный результат. Все известные нефтегазовые месторождения открыты в областях малых мощностей и проводимостей осадков, перекрывающих Байкитскую антеклизу, НепскоБотуобинскую антеклизу и Ангаро-Ленскую являются Рис. 3. Карта проводимости средней коры ступень. Перспективными дальнейшие поиски месторождений в сводовых и периферийных частях этих структур. Также перспективными являются участки, расположенные северо-западнее Байкитской антеклизы и на северо-востоке изучаемой площади.

Карта проводимости средней коры (рис. 3) показывает, что она изменяется от единиц до первых сотен См. Следует отметить, что относительно большие проводимости отмечаются в пределах как антеклиз, так и синеклиз. В качестве перспективных рассматриваются области повышенной проводимости средней коры. Все известные нефтегазовые месторождения открыты в областях относительно больших проводимостей средней коры.

Перспективными являются дальнейшие поиски месторождений в сводовых и периферийных частях Байкитской и Непско-Ботуобинской антеклиз. Также перспективными являются участки, расположенные северо-западнее Байкитской антеклизы и на северовостоке изучаемой площади.

Заключение

1. На площади исследования и примыкающих территориях собраны МТ-данные, выполненные с 1980-х по 2010 годы (около 7 000 точек).

2. Рассмотрены геоэлектрические разрезы осадков и земной коры известных нефтегазовых месторождений на Байкитской и Непско-Ботуобинской антеклизах. Установлены характерные геоэлектрические особенности этих разрезов, выделены области, которые по совокупным признакам перспективны для поисков месторождений углеводородов.

3. Составлены глубинные геоэлектрические разрезы вдоль опорных геофизических профилей, пересекающих площадь исследования. Эти разрезы использовались как параметрические при построении трехмерной геоэлектрической модели площади работ.

4. Построена пространственная (3D) геоэлектрическая модель южной части Сибирской платформы. Для крупных геоэлектрических слоев этой модели составлены схемы проводимостей и сопротивлений. В пределах этих геоэлектрических слоев выделены особенности геоэлектрического разреза, присущие нефтегазоносным провинциям.

5. В соответствии с рассмотренными гипотезами следует предположить, что коровые проводящие слои, выявленные на исследуемой площади можно объяснить флюидной проводимостью зоны катакластического разрушения пород.

6. По совокупности особенностей геоэлектрического разреза осадков, фундамента и средней коры составлена схема площадей, перспективных для поисков нефти и газа. Следует отметить, что признаки перспективности, установленные магнитотеллурическими исследованиями, относятся, преимущественно, к геоэлектрическим особенностям строения фундамента и средней коры. Эти признаки характеризуют крупные нефтегазоносные провинции, в пределах которых находятся отдельные месторождения.

Список литературы 1. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М. «Научный мир». 2009.

680с.

2. Бакиров А.Б. Эндогенные геологические формации Тянь-Шаня. Ч. II. Метаморфические формации.

Фрунзе. 1984. 215 с.

3. Ваньян Л.Л., Хайндман Р.Д. О природе электропроводности консолидированной коры. // «Физика земли». 1996. № 4. С. 5 – 11.

4. Жамалетдинов А.А. Графит в земной коре и аномалии электропроводности. // «Физика земли». 1996. №

4. С. 12 – 29.

5. Каракин А.В., Курьянов Ю.А., Павленкова Н.И. Разломы, трещиноватые зоны и волноводы в верхних слоях земной оболочки. М. Государственный научный центр РФ – ВНИИгеосистем. 2003. 184 с.

6. Киссин И.Г. Катакластическое разрушение пород земной коры и аномалии геофизических полей. // «Физика земли». 1996. № 4. С. 30 – 40.

7. Летников Ф.А., Феоктистов Г.Д., Остафийчук И.М. и др. Флюидный режим формирования мантийных пород. Новосибирск. Наука. Сиб. Отд-ние. 1980. 143 с.

8. Николаевский В.Н. Роль флюидов в формировании сейсмической расслоенности земной коры. // «Физика земли». 1996. № 4. С. 41 – 49 9. Николаевский В.Н. Катакластическое разрушение пород земной коры и аномалии геофизических полей. // Физика Земли. 1996. № 4. С. 51 – 60.

10. Пархоменко Э.И., Бондаренко А.Т. Электропроводность горных пород при высоких давлениях и температурах. М. Недра. 1972. 272 с.

11. Поспеев А.В. Геологические аспекты геоэлектрики верхней литосферы Земли. // «Геофизика». 2004. №

4. С. 35 – 38.

12. Семёнов А.С., Жамалетдинов А.А. Глубинные электрические зондирования. // Вестник ЛГУ. Сер. Геол.

и геогр. 1981. Вып. 3. № 18. С. 5 – 11.

13. Дмитриевский А.Н., Баланюк И.Е. Газогидраты морей и океанов – источник углеводородов будущего.

М. ООО «ИРЦ Газпром». 2009. 416 с.

14. Rodi, W. and Mackie, R.L. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversion. // Geophysics. 2001. 66, P. 174 – 187.

АНОМАЛИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЛИТОСФЕРЫ

И ТЕКТОНИКА ЗАПАДА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

–  –  –

Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт, Беларусь, Минск, astapenko@igig.org.by К настоящему времени накоплен значительный объем данных по геоэлектрическому строению литосферы запада Восточно-Европейской платформы (ВЕП). На всех этажах литосферы выделены многочисленные аномалии электропроводности. Получено представление о многофакторности причин, вызывающих увеличение электропроводности земной коры и мантии. Среди них имеются как физические (давление, температура, девиаторное напряжение, хрупкость и пластичность горной породы), так и геологические факторы – строение и вещественный состав земной коры, наличие определенных минералов (в том числе электронопроводящих) и флюидов, активизация земной коры, геологотектоническая история развития территории. Физические факторы, которым уделяется основное внимание, отражают нынешнее (сиюминутное) состояние вещества литосферы, а геологические факторы во многом связаны с тектонической историей развития литосферы, вещество которой сохраняет следы активных тектонических процессов. Для территории ВЕП наиболее активные тектонические процессы связаны с консолидацией земной коры из крупных блоков в процессе субдукции и коллизии в архее и протерозое, с рифтообразованием в рифее – девоне, с палеозойской и мезозойской коллизией молодых западно-европейских блоков земной коры с ВЕП на западе и с Западно-Сибирской платформой на востоке.

Магнитотеллурические исследования должны внести свой вклад в решение геологотектонических задач, или, как предлагал М.Н. Бердичевский, помочь геологам с выбором адекватной модели литосферы. На рисунках 1 и 2 приведено пространственное положение коровых и мантийных аномальных зон на территории ВЕП по данным большого числа исследователей. Ниже рассмотрим два примера, характеризующих связь положения литосферных аномалий и тектонического строения территории.

Одной из наиболее крупных структур ВЕП является Волыно-Среднерусская система прогибов, которая простирается через всю платформу от границы Тейссейра-Торнквиста на юго-западе до Предтиманского прогиба на северо-востоке. Существует представление, что Волыно-Оршанская система прогибов и Среднерусский авлакоген являются границей, разделяющей три крупных сегмента коры ВЕП – Фенноскандию, Волго-Уралию и Сарматию, а Пачелмский авлакоген является границей между Волго-Уралией и Сарматией.

Процесс объединения трех сегментов коры в единую ВЕП происходил в палеопротерозое (2,0-1,8 млрд. лет) и сопровождался субдукцией и коллизией палеоплит. Предполагается, что на раннебайкальском этапе развития ВЕП (900-600 млн. лет) в зоне контакта плит в процессе активизации литосферы закладывалась и развивалась широкая сеть авлакогенов, прогибов и грабенов, которые в настоящее время заполнены катаплатформенным осадочным чехлом мощностью до 5 км.

В ходе выполнения региональных геофизических проектов 1-ЕВ и «Рифей» на территории России выявлены особенности строения земной коры в пределах рифтогенных структур ВЕП: глубины этих структур достигают 8-15 км; ниже предполагаемой поверхности фундамента залегает толща пород со скоростями продольных сейсмических волн 5,0-6,0 км/с и плотностью 2,50-2,65 г/см3. Проведенные в этих районах магнитотеллурические зондирования установили повышенную электропроводность верхней коры от поверхности фундамента до глубин порядка 20 км при интерпретации в рамках градиентной модели среды, либо же с зонами электропроводности на глубинах 2-20 км в слоистой модели. Суммарная проводимость аномального слоя достигает 4500 См.

Пространственная корреляция аномальных зон геофизических параметров в верхней коре Рис.1.

Схема основных тектонических элементов Восточно-Европейской платформы и положение коровых электропроводящих зон:

а – границы платформы; б – щиты (БЩ – Балтийский, УЩ – Украинский); в – границы антеклиз и синеклиз (антеклизы: Бе – Белорусская, Во – Воронежская, ВУ – Волго-Уральская; синеклизы: Ба – Балтийская, Мо Московская, Ме – Мезенская); г – Полоцко-Курземский пояс разломов; д-е – системы палеорифтов: д – ранних (ВС – Волыно-Среднерусская система прогибов: 1 – Волынский, 2 – Оршанский палеопрогибы; Среднерусский авлакоген: 3а – Валдайская, 3б – Тверская, 3в – Сухонская ветви; 4 – Яренская впадина; авлакогены: 5 – Кажимский (Вятский). 6 – Серноводско-Абдулинский, 7 – Пачелмский, 8 - Днепровско-Донецкий; грабены: 9 – Гжатский, 10 – Московский, 11 – Ладожский, 12 – Двинский, 13 – Лешуконский); е – поздних (14 – Припятский, 15 – Днепровско-Донецкий, 16 – Вятский прогибы); ж – зона перикратонных опусканий, синхронных в развитии с ранними палеорифтами; з – Готландский пояс; и – контур Слободского позднепротерозойского тектоно-геодинамического узла; к – условная южная граница Клайпедской сигмоиды; л

– разломы; номера 17-19 – тектонические структуры: 17 – Латвийская седловина, 18 – Подлясско-Брестская впадина, 19 – Полесская седловина; м – зоны электропроводности: 1 – LGB – Лапландский гранулитовый пояс, 2 – Печенегско-Аллареченская, 3 – Кейвская, 4 – Имандра-Варзугская. 5 – Кусла-Ярвинская и Тикшеозерская, 6

– Кемская, Ондомская, Ветреного пояса, 7 – Карельско-Онежская, 8 – Заонежская, 9 – Ладожская, 10 – Outokumpu, 11 –KSB - Kainuu Schist Belt, 12 - Oulu, 13 – Южно-Финляндская, 14 – Ботническая, 15 – StoravanSkoleftea, 16 – Кулдиго-Лиепайская, 17 – Валмиеро-Локновская, 18 – Чудская, 19 – Ильменская, 20 – Крестцовская (Валдайская), 21 - Любимская, 22 – Западно-Литовская (Клайпедская магнитовариационная), 23

– Полоцкая, 24 - Оршанская (Оршанско-Ильменская магнитовариационная), 25 – Московско-Тамбовская, 26 – Белорусской антеклизы, 27 – Бобовнянская и Бобруйская, 28 – Гомельская, 29 – аномалии Припятского прогиба: Житковичская, Шестовичская и Южно-Припятская, 30 – Северо-Германская магнитовариационная, 31

– Карпатская магнитовариационная, 32 – Яворовская, 33 – Волынская, 34 – Коростенская, 35 – ЧерновицкоКоростенская, 36 – Кировоградская (магнитовариационная), 37 – Донбасская (магнитовариационная), 38 – Приазовская, 39 – Обоянская (Курская), 40 – Тимано-Североуральская (Тимано-Печерская), 41 – Уральская.

свидетельствует о повышенной пористости и раздробленности пород коры. Схожие по параметрам аномалии электропроводности (Оршанская и Волынская) установлены в западной части Волыно-Среднерусской системы прогибов, хотя их суммарная проводимость не превышает 1000 См. Областям повышенной электропроводности соответствуют Оршанско-Ильменская, Валдайская, Любимская, Московско-Тамбовская магнитовариационные аномалии.

По данным сейсмоплотностного моделирования на профиле 1-ЕВ Заонежской и Ладожской аномалиям электропроводности также соответствуют области пониженной плотности в коре (2,60 г/см3) до глубин 5-10 км. Предполагается, что подобные аномальные коровые зоны отражают пространственное положение границ коллизионных блоков на различных этапах формирования коры ВЕП в архее и нижнем протерозое. При этом в коллизионных зонах могли накапливаться значительные объемы углеродистого вещества, что доказано геологическими исследованиями в Ладожском грабене и Заонежской мульде.

Возобновление тектонической активности на территории ВЕП в рифее и образование Среднерусских авлакогенов сопровождалось увеличением проницаемости палеотектонических зон и, возможно, накапливанием в них рудных полезных ископаемых.

По-видимому, увеличение электропроводности коры в авлакогенах связано с комплексным влиянием флюидов и электронопроводящих минералов.

Повышенную мантийную электропроводность древних платформ, в частности ВЕП, обычно объясняют частичным плавлением мантийных пород – перидотитов и эклогитов.

При типичном для древних платформ тепловом потоке в 40 – 45 мВт/м2 солидус мантийных пород не достигается, а в пределах ВЕП есть территории с тепловым потоком ниже 30 мВт/м2. Понижения сопротивления мантийных пород по оценкам магнитотеллурических методов до 100 Омм и менее на глубинах около 100 км возможно лишь при частичном плавлении, что должно сопровождаться повышенным тепловым потоком. Непосредственно на территории ВЕП тепловые аномалии с тепловым потоком более 60 – 80 мВт/м2 встречаются редко. Совпадение в плане тепловых аномалий и мантийных аномалий электропроводности свидетельствует о высокой вероятности частичного плавления пород верхней мантии. Подобному варианту объяснения причины высокой электропроводности соответствуют Клайпедская (Западнолитовская), Североприпятская аномалии непосредственно в пределах ВЕП, а также Яворовская, Карпатская аномалии в зоне Тейссера

– Торнквиста на границе ВЕП, которые связывают с современными процессами тектонической активизации и интенсивным тепломассопереносом в верхней мантии.

Второе объяснение повышенной электропроводности мантийных пород связано с консолидацией древней ВЕП, в процессе которой в зонах палеосубдукции возможно накопление специфического мантийного вещества – амфолита (оливин + амфибол). Амфолит неустойчив в пиролите мантии в присутствии воды начиная с глубин 75 – 95 км; у него на глубинах 80 км появляется возвратная хрупкость, приводящая к появлению в породе системы трещин. Последние могут быть заполнены флюидами, образующимися при плавлении и выделении скрытокристаллической воды, и тем самым вызвать повышенную электропроводность в мантии.

Сложность пространственной структуры мантийной аномалии электропроводности северной части Балтийского щита может быть связана с неоднократными процессами субдукции, которые происходили в этом регионе. Балтийский щит достаточно хорошо изучен геологическими методами, что позволяет ясно представлять последовательность тектонических процессов, приведших к его образованию в архее и протерозое.

Черновицко – Коростенская, Белорусская и Североприпятская аномалии связаны с процессами формирования ВЕП в протерозое, когда на границе 1.84 – 1.75 млрд. лет Фенноскандинавский и Сарматский блоки сблизились и в процессе субдукции Фенноскандинавии и последуюшей коллизии блоков образовался Восточно – Европейский кратон. Воронежская мантийная аномалия электропроводности близка к границе ВолгоУральского и Сарматского литосферных блоков ВЕП и также может явиться результатом палеотектонических процессов.

Рис.

2 - Схема основных тектонических элементов Восточно-Европейской платформы и положение мантийных аномалий электропроводности:

а – л на рис.1, м – мантийные аномалии электропроводности: 1 – Балтийского щита, 2 – Клайпедская (Западнолитовская), 3 – Белорусская, 4 – Североприпятская, 5 – Яворовская, 6 – Карпатская, 7 – ЧерновицкоКоростенская, 8 – Воронежская, 9 – Предуральская, 10 – Западносибирская.

Предуральская и Западносибирская аномалии расположены к западу и востоку от Уральского хребта и отражают сложную историю процесса развития этого региона в кембрии – девоне, когда происходили многостадийные процессы коллизии, рифтогенеза, спрединга и образования Палеоуральского океана с последующим его закрытием.

Мантийные аномалии электропроводности на территории ВЕП приурочены к зонам, в которых происходили процессы субдукции и коллизии литосферных плит, и их можно рассматривать как индикатор подобных палеотектонических зон. Значительные отличия в возрасте образования этих зон свидетельствуют о сохранности верхнемантийных аномалий электропроводности в пределах литосферных плит на протяжении больших интервалов времени, прошедших с момента последней консолидации и образования единой Восточно – Европейской платформы. Совпадение положения аномалий и границ плит, фиксируемых на поверхности комплексом геолого – геофизических методов, позволяет предположить отсутствие в пределах ВЕП на глубинах до 150 – 200 км астеносферы, понимаемой как глобальный раздел, по которому происходит перемещение литосферных плит.

ПЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ЗОНЫ СОЧЛЕНЕНИЯ

ТАРИМА И ТЯНЬ-ШАНЯ

–  –  –

Научная станция РАН в г. Бишкеке, batalev@gdirc.ru Сокращение поперечного размера Тянь-Шаня и эволюция его литосферы были оценены по термобарометрии ксенолитов и по сравнению их электропроводности с электропроводностью, полученной при инверсии магнитотеллурических данных. РТ-условия для равновесия мафических гранулитов и шпинелевых лерцолитов, собранных в выходах базальтов Орто-Суу на Южном Тянь-Шане (Рис. 1) указывают на палеогеотерму для 70-66 млн. лет назад, соответствующую тепловому потоку 80-85 мВт/м2. Современный тепловой поток в рассматриваемом регионе составляет около 55-60 мВт/м2. Положение раздела Мохо на 70-66 млн. лет назад соответствовало глубине 30-35 км., в то время как современная поверхность Мохо расположена на глубине 55-60 км. (Рис. 2) Значения сейсмических скоростей Р-волн наблюдаемых под современной границей Мохо и над ней составляют 7.3 и

7.9 км/сек соответственно. Скорости Р-волн, измеренные на образцах ксенолитов в лаборатории и экстраполированные на глубину и температуру раздела Мохо (1.8 ГПа и ~750°C), составляют 6.8 км/сек для мафического гранулита и 8.0 км/сек для шпинелевого лерцолита. Электропроводность ксенолитов была измерена при давлениях 0.8-1.0 ГПа и в диапазоне температур от 500 до 850°С для мафических гранулитов и при давлении 1-1.8 ГПа и от 500 до 1050°C для шпинелевых лерцолитов. Контраст электропроводностей для образцов мафических гранулитов и шпинелевых лерцолитов при РТ условиях, соответствующих геотерме с тепловым потоком ~60 мВт/м2 хорошо согласуется с контрастом электропроводностей в геоэлектрической модели над и под современной границей Мохо на глубине 55-60км.

Рис.1. Схема выходов базальтов и эклогитов вдоль магнитотеллурического профиля по меридиану 76 [Bielinski, et al, 2003] через Тянь-Шань, левая панель, геодинамическая история Тянь-Шаня модифицировано по [Буртман, 2009], в центре, региональное остывание литосферы для северной части Тарима с ордовика до настоящего времени по [Meijun Li, et al, 2010], правая панель.

Микроконтиненты: АТ- Алай-Таримский, ИК- Иссык-Кульский, СД- Сыр-Дарьинский, БХБорохоро.

Таким образом, утолщение литосферы Тянь-Шаня составляет около 25±5км и этим объясняется разница между палеогеотермой и современной геотермой. До поперечного сокращения Тянь-Шаня приблизительно 20-30 млн. лет назад литосфера была значительно горячее с температурой 500°C на глубине 15 км и с температурой 850°C на глубине границы Мохо. По сравнению с Тянь-Шанем литосфера под соседним Таримским бассейном была значительно холоднее с температурой 350°C на глубине 15 км и с температурой 500°C на глубине границы Мохо. Эта разница температур (Рис. 2) является главным фактором ослабления механических свойств коры и верхней мантии Тянь-Шаня. Величина Тянь-Шаня составляет 10-14-310-151/сек.

современных напряжений при сокращении Суммарная прочность литосферы под Тянь-Шанем в настоящий момент составляет 8-41012 Н/м. В прошлом прочность литосферы под Тянь-Шанем составляла ~1012 Н/м, что более чем в 1000 раз меньше по сравнению с прочностью литосферы Таримского бассейна на начало континентального сжатия в регионе.

Рис.2. Состояние литосферы Южного Тянь-Шаня, хр. Кок-Шаал, в мел-палеогеновое время (70 Млн лет назад) и в настоящее время и термобарометрия нижнекоровых и верхнемантийных ксенолитов из базальтов Орто-Суу, хр. Кокшаал-Тоо и эклогитов хр. Ат-Баши, Киргизстан.

Описание образцов и аналитические методы Настоящая работа опирается на петрографическое, минералогическое и геохимическое изучение набора из 20 перидотитовых, и 9 гранулитовых ксенолитов, пригодных для понимания природы и развития земной коры и верхней мантии региона и их взаимосвязи с тектонической обстановкой. Отобранные в выходах базальтов Орто-Суу мантийные ксенолиты являются частично угловатыми, скругленными и характеризуются размерами в пределах от 3 до 6 см. Ксенолиты относительно свежие, серпентинизация оливина и ортопироксена очень ограничена. Контакт между ксенолитами и вмещающей лавой очень резкий, на что указывает отсутствие реакционной каймы. Перидотитовые ксенолиты ОртоСуу представлены шпинелевыми лерцолитами. Модальный состав шпинелевого лерцолита варьирует от 8 до 25% клинопироксена, от 40 до 66% оливина, от 15 до 30% ортопироксена и 1-5% шпинели. Размер зерен оливина и пироксенов может достигать 4 мм. Диапазон размеров зерен шпинели от нескольких микронов до 1мм. Ни один из ксенолитов не содержит ни амфибола, ни флагопита. Гранулитовые ксенолиты состоят в основном из переменного количества клинопироксена, ортопироксена и плагиоклаза. Гранулитовые ксенолиты подразделяются на две подгруппы: гранулиты с гранатом и без граната. Обе группы характеризуются гранулитовой текстурой. Типичный размер зерен минералов менее 3 милиметров. Клинопироксены (10-15%) фомируют коричнево-зеленые незональные огранённые и слегка вытянутые зерна. Ортопироксены (20-30%) демонстрируют сильный плеохроизм от темно розового до светло зеленого цвета. Плагиоклазы (20-40%) наблюдаются как слегка вытянутые субограненные зёрна, демонстрирующие слабую зональность. Гранат (5-45%) образует идиоморфные зерна, которые почти полностью замещены скрытокристаллическим келифитовым агрегатом. Химический состав минералов был определен с помощью Camebax electron microprobe в институте геологии минералогии СО РАН в г. Новосибирске и в Университете И.В. Гёте, Франкфурт на Майне, Германия.

Ускоряющее напряжение составляло 20 кВ, ток образца 40 нА, использовался диаметр луча 2-3 мм. Концентрации REE элементов в клинопироксене определялось с использованием LA-ICP-MS (laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry) в университете И.В.

Гёте, Франкфурт на Майне, Германия. Предел диапазона определения составлял от 10 до 20 ppb. Точность для лазерных анализов составляет 1-10%.

Лабораторные измерения электропроводности по методу импедансной спектроскопии Обычная фугитивность кислорода в течение измерений электропроводности в установке поршень-цилиндр с измерительной ячейкой состоящей из CaF2-графита-Борнитрида и молибденовых электродов при температуре 800-1200°C оценивается между IW и WM буферами. Эти редуцированные условия соответствуют оценкам окислительновосстановительных условий равновесия минеральных фаз в ксенолитах из Центрального и Южного Тянь-Шаня, основанных на электрохимических измерениях fO2 в шпинели [Kadik et al., 1996]. Лабораторные измерения на образцах гранулитовых ксенолитов производились при 0.8-1 GPa, в шпинелевых лерцолитах при 1.5-1.8 GPa и в эклогитах при 2.5 GPa. Энергия активации приблизительно равна 0.8 eV а абсолютное значение электропроводности чуть выше чем в верхнемантийных эклогитах. При высоких температурах (T800°C) энергия активации и в ксенолитах шпинелевых лерцолитов составляет ~2.00±0.05 eV, а при T800°C энергия активации составляет ~1.00±0.05 eV.

Прямое сопоставление удельного сопротивления пород по данным лабораторных измерений при высоких РТ - параметрах и сопротивлений полученных при инверсии магнитотеллурических данных, свидетельствует о хорошем их совпадении для массива эклогитов под хребтом Ат-Баши. Электропроводность образцов эклогитов, определённая при лабораторных измерениях при температурах 700-1000°C в точности соответствует электропроводности массива в геоэлектрической модели на глубине 70-100 км. (Рис. 3.) Рис. 3. Трансформация лабораторных измерений электропроводности от температуры, представленных в виде диаграмм Аррениуса (левая часть схемы) в зависимости электропроводности от глубины для рассматриваемой геотермы для сопоставления с вертикальными профилями электросопротивления, (задняя часть схемы). В нижней части представлены расчетные геотермы для рассматриваемого района, через которые производится трансформация диаграмм Аррениуса и схематическая диаграмма фаций метаморфизма. 1 – шпинелевые лерцолиты, 2 – эклогиты, 3 – гранулиты, 4 – вертикальный профиль электросопротивления до глубин более 110 км, 5 – геотермы с соответствующим значением теплового потока.

Рассогласованность между лабораторными измерениями электропроводности шпинелевых лерцолитов при температурах, соответствующих палеогеотерме для теплового потока 80-85 mW/m и электропроводности слоев из геоэлектрической модели при тех же температурах, демонстрируют разницу, которая может быть объяснена только вертикальным смещением (остыванием) палеогеотермы на 25 км. (Рис. 2). Таким образом, глубинное расположение ксенолитов шпинелевых лерцолитов и геотермы полученной из их геотермобарометрии, соответствуют периоду, предшествующему, процессу укорочения Тянь-Шаня, а не современному их положению и глубине поверхности Мохо.

Под Южным Тянь-Шанем скорости Р-волн составляют около 7.3 km/s и 7.9 km/s над и под границей Мохо соответственно. Ультразвуковые измерения скоростей на образцах ксенолитов гранулитов и шпинелевых лерцолитов после экстраполяции на давление и температуру, соответствующие поверхности Мохо, составили 6.8 и 8.0 km/sec, соответственно. Это означает, что эти два типа пород представляют скачок скорости Vp на разделе Мохоровичича.

Выводы Верхняя мантия южного Тянь-Шаня в основном состоит из шпинелевых лерцолитов, с составом, который варьирует от примитивного до слегка деплетированного. Верхняя мантия этого региона была подвергнута 7-10% частичному плавлению. Шпинелевые лерцолиты последовательно обогащались карбонатитовыми и силикатными расплавами при метасоматических процессах. Таким образом, ксенолиты шпинелевых лерцолитов происходили из литосферной мантии и из глубин, близких к границе кора-мантия.

Обогащение ксенолитов шпинелевых лерцолитов LREE элементами является индикатором интенсивного мантийного силикатного метасоматизма происходившее до вулканической активизации региона 70 млн. лет назад (локальный плюм). 70-60 млн. лет назад тепловой поток на поверхности был значительно выше (~ 80-85 mW/m2) чем современный тепловой поток в исследуемом районе ~ 60 mW/m. Это геологическое время соответствовало вулканической активности типа «горячей точки». Мощность земной коры южного Тянь-Шаня составляла 35-40 км с горячим и ослабленным литосферным основанием коры. Температура на поверхности Мохо составляла 750-800°C, т.е. на 100°C выше, чем современная.

Коллизия Индии и Евразии стала причиной распространения поперечного укорочения и обусловила увеличение мощности земной коры южного Тянь-Шаня на 20-30 км.

Работа выполнена при поддержке РФФИ грант 10-05-00572-а Список литературы

1. Bielinski R.A., Park S.K., Rybin A., Batalev V., Jun S., Sears C. (2003) Lithospheric heterogeneity in the Kyrgyz Tien Shan imaged by magnetotelluric studies. Geophys Res Lett 30, 15:180610.1029/2003 GL017455

2. Burtman, V. S. (2009), Geodynamics paleo-oceanic basins of the Tien-Shan, Pamirs and Tibet, in Geodynamics of Intracontinental Orogensand Geoecological Problems (in Russian), pp. 45–52, Russ. Acad. Of Sci., Bishkek, Kyrgyzstan.

3. Kadik, A. A., Y. V. Zharkova, V. S. Lutkov, and G. R. Tadzhievayev (1996), Determination of the redox state of central and south Tien Shan mantle xenoliths, Geochem. Int., 33, 33–38.

4. Meijun Li, Tieguan Wang, Jianfa Chen, Faqi He, Lu Yun, Sadik Akbar, Weibiao Zhang (2010) Paleo-heat flow evolution of the Tabei Uplift in Tarim Basin, northwest China. Journal of Asian Earth Sciences, 37, 52– 66.

ПРОЯВЛЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВАРИАЦИЯХ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

–  –  –

Научная станция РАН в г. Бишкеке, batalev@gdirc.ru Для изучения влияния геодинамических процессов, протекающих в земной коре ТяньШаня на её электропроводность, Научная станция РАН в г. Бишкеке и Канадская компания «Феникс Джеофизикс», Торонто в 2003 году совместно установили на территории Бишкекского геодинамического полигона (БГП) две станции магнитотеллурического (МТ) мониторинга Phoenix MTU-5D. В связи с резко неоднородным геологическим строением БГП, для тонкого анализа процессов отражающихся в мониторинговых МТ-наблюдениях предлагается рассматривать временные ряды вариаций компонент тензора импеданса в зависимости от азимута, а не только по направлениям 0 и 90.

Рассмотрим возможные способы и подходы определения ориентационных характеристик вариаций электропроводности на примере Камбаратинского промышленного взрыва, где как нам представляется, была подтверждена реальность существования реакции среды в виде вариаций электросопротивления на изменение деформационного состояния.

Камбаратинский эксперимент (22 декабря 2009 г) включал в себя сейсмологические, электромагнитные и GPS наблюдения, выполненные силами Научной станции РАН.

Мощность промышленного взрыва составляла 2.8 Кт в тротиловом эквиваленте.

Сейсмическими наблюдениями установлено наличие обусловленных взрывом подвижек по разлому, прилегающему к пункту взрыва, а также зафиксирована серия наведенных слабых сейсмических событий. Расстояние от пункта взрыва до станции Phoenix MTU 5D равнялось

5.7 км. МТ-зондирования выполнялись в течение суток до момента взрыва и двух суток после взрыва. Всё время регистрации (около 70 час) был разделено на непересекающиеся пронумерованные интервалы (Т) продолжительностью по одному часу для независимой обработки. Обработка МТ-реализаций такой продолжительности обеспечивает устойчивое определение значений тензора импеданса на периодах до 100 сек, что превышает требуемую глубинность исследований (10-15 км по данным распределения гипоцентров землетрясений).

Следующим этапом обработки являлся пересчет значений тензора импеданса для каждой из часовых реализаций на азимуты через 15 и вычисление средних кривых кажущегося сопротивления до момента взрыва по каждому азимуту Ro-av[]. Вычисление разности DRo[t,] текущей ориентированной кривой кажущегося сопротивления Ro[t,] и средней кривой Ro-av[] по всем часовым интервалам для всех рассматриваемых азимутов является итоговой процедурой по расчету азимутальных характеристик вариаций электросопротивления. Азимутальные характеристики временных рядов вариаций компонент тензора импеданса могут быть представлены как в виде псевдоразрезов (Рис. 1.), так и в виде семейств ориентированных кривых.

Изменения Roxy, Om*m момент взрыва Эффективная глубина, км

–  –  –

Рис. 2. Пример семейств ориентированных кривых МТЗ DRo[t,] во время Камбаратинского эксперимента для 36 и 37-го часа после взрыва: t=36, t=37, от 15 до 180, Т- период МТзондирований.

Таким образом, на основе анализа азимутальных зависимостей вариаций электропроводности в массивах горных пород, могут быть получены дополнительные азимутальные характеристики процесса изменения тектонических напряжений для сопоставления с другими геофизическими параметрами, имеющими зависимость от азимута.

В качестве рабочей гипотезы для объяснения вариаций кажущегося сопротивления, связанных с изменением напряженно-деформированного состояния геологических объектов, используется гипотеза о перераспределении флюида между системами трещин (рис. 3), пронизывающими геологические объекты и обладающими различной ориентацией [1,2]. Для такой феноменологической модели очень наглядно выглядит уменьшение электросопротивления в интервале периодов -0.7Log10(T)0.1 (0.2Т1.2 сек) по азимутам около 15°, что свидетельствует о сжатии, имеющем место по этому направлению.

Увеличение электросопротивления по ортогональным азимутам (около 90°) подтверждает правильность рассматриваемой гипотезы. Для периодов более 3 секунд точность определения компонент тензора импеданса недостаточна и, соответственно, эти периоды не рассматриваются.

Зерна породы Системы трещин Рис. 3. Феноменологическая модель перераспределения флюида между системами трещин при изменении напряженно деформационного состояния среды.

Оценка точности пересчета значений тензора импеданса на произвольный азимут производилась с помощью специальных работ методом МТЗ с аппаратурой Phoenix MTUD. После производства МТ-зондирований в обычном режиме, измерительные установки станций были развернуты на 45° и вновь выполнены зондирования. На рис. 4 показано сопоставление кривых кажущегося сопротивления, измеренных по азимуту 0° с кривыми, измеренными на азимуте -45° и пересчитанными на азимут 0°. С учетом точности единичного измерения, погрешность пересчета является вполне удовлетворительной.

Стандартная (среднеквадратичная) погрешность составляет + 1.30 Ом*м.

Рис. 4. Сопоставление кривых кажущегося сопротивления, измеренных по азимуту 0° с кривыми, измеренными на азимуте -45° и пересчитанными на азимут 0°.

В интервале периодов приблизительно от 0.1сек. до 2.5 сек в данных по Камбаратинскому эксперименту наблюдаются вариации электросопротивления на всех часовых МТ-зондированиях. Таким образом, в рассматриваемом диапазоне периодов, отражающем эффективную глубину проникновения поля от ~1.5 до ~5.0 км в пункте Камбарата присутствуют вариации электросопротивления, в том числе и по ортогональным направлениям в «противофазе», что подтверждает гипотезу [1,2] о перераспределении флюидов по системам трещин в связи с изменением напряженно-деформационного состояния среды.

Выводы При разбиении длительных МТ-записей на непересекающиеся часовые реализации с независимой последующей обработкой данных было обнаружено, что величина кажущегося сопротивления меняется во времени для некоторых интервалов периодов.

Контрольные наблюдения в пункте Алмалы, выполненные двумя станциями Phoenix MTU-5D, показали хорошую сходимость «ориентированных» вариаций электропроводности для обеих станций.

Наблюдаемые по ортогональным азимутам вариации противоположного знака подтверждают гипотезу о перераспределении флюида в поровом пространстве при изменении напряженно деформационного состояния среды [Bogomolov et al., 2007; Busby, 2000].

Список литературы

1. Bogomolov L, Bragin V., Fridman A., Makarov V., Sobolev G., Polyachenko E., Schelochkov G., Zeigarnik V., Zubovich A. (2007) Comparative analysis of GPS, seismic and electromagnetic data on the Сentral Tien Shan Territory, Tectonophysics, Vol. 431, p. 143-151.

2. Busby J.P. (2000) The effectiveness of azimuthal apparent-resistivity measurements as a method for determining fracture strike orientations. Geophysical Prospecting, 48, 677-695.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАДИОИМПЕДАНСНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ

КОРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СНЧ РАДИОУСТАНОВКИ «ЗЕВС»

–  –  –

Отдел физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН, Россия, 670047, Улан-Удэ, ул. М.Сахъяновой, 8. Е-mail: buddich@mail.ru В докладе приведены результаты радиоимпедансных зондирований в дальней зоне СНЧ-радиоустановки «Зевс» на расстоянии около 4000 км. В работах [Велихов и др., 1994;

Сараев и др., 1996; Велихов и др., 1998] показано, что для трех типов источников электромагнитного поля (вертикального и горизонтального электрических диполей, горизонтального магнитного диполя), начиная с расстояния R (23)з (з=3140/(f)1/2 длина волны в среде) от источника, выполняются импедансные граничные условия. В работах [Способ и устройство.., 1989; Башкуев, 1996; Башкуев, Хаптанов, 2001; Bashkuev, Khaptanov, 2002] предложен и обоснован метод измерения комплексной величины поверхностного импеданса земной коры в СНЧ-диапазоне. Аппаратура основана на принципе синхронного детектирования слабых сигналов и реализована в виде чувствительного СНЧ-импедансметра для определения амплитудно-фазовой структуры электромагнитного поля. В качестве зондирующего поля использовалось радиоволновое излучение горизонтальной заземленной линейной электрической антенны, питаемой высокостабильным синусоидальным током с частотой от 33 до 188 Гц. Поле СНЧ-излучателя характеризуется малым ослаблением при распространении в волноводе «Земля-ионосфера»

(порядка 1 дБ на 1000 км на частотах около 100 Гц), что дает возможность проводить измерения импеданса в широком диапазоне расстояний от излучателя (500R20000км).

СНЧ-радиоустановка состояла из генератора синусоидального тока и горизонтально ориентированной и заземленной на концах антенны длиной около 60 км. Величина тока в антенне 200-300 А. Для измерения поверхностного импеданса = Е(НZо) разработано двухканальное устройство для одновременного приема и регистрации горизонтальных электрической Е и магнитной Н компонент поля [Способ и устройство.., 1989]. Для выделения полезного сигнала при малых соотношениях сигналшум использован принцип синхронного детектирования. Пороговая чувствительность каналов составляла 210-8 Ам по Н и 510-9 Вм по Е. В качестве усилителя и синхронного детектора с ФНЧ использовался фазочувствительный нановольтметр «Unipan 232В». Погрешность измерения в различных условиях составляла в среднем по модулю импеданса - 4%, по фазе импеданса - (2-5)0.

Уровни принимаемого поля составляли по Н = (14)10-7 А/м, по Е = 10-8 5 10-7 В/м и были соизмеримы с уровнем ЕЭМПЗ. Измерения проводились в модификациях зондирования и профилирования. Затраты времени на измерения на одной частоте составляли 11,5 ч, на четырех частотах - 45 ч. Полевые испытания, проведенные на 92 пунктах наблюдений показали, что мобильный СНЧ-импедансметр позволяет проводить измерения в самых различных погодных условиях (ближние грозы, дождь, ветер, снег, мороз до -25 С). Он определяет также абсолютные уровни напряженности поля Е и Н и пеленг на источник поля, что позволило использовать его для исследования условий распространения СНЧ радиоволн. СНЧ-импедансметр использован для диагностики электрического состояния и структуры земной коры до глубин 10-20 км. Регулярные данные о вариациях взаимно перпендикулярных Е и Н составляющих поля получены в 17 полусуточных сеансах (204 ч записей). Установлено, что синхронно зарегистрированное отношение горизонтальных взаимно-перпендикулярных компонент электрического Е и магнитного Н полей на границе раздела (поверхностный импеданс) с точностью до погрешности эксперимента сохраняется постоянным при значительных (до 3 раз) и немонотонных вариациях уровня поля. На основе экспериментов сделан вывод о независимости измеренных значений импеданса (в пределах погрешности измерений) от значительных и немонотонных вариаций уровня зондирующего поля. С методической точки зрения это следующее из теории свойство импеданса позволяет проводить его измерения в любое время суток. Примеры вариаций уровней Е и Н представлены на рис. 1.

Рис. 1. Вариации уровня Е, Н, и = arg.

Расчеты распространения СНЧ радиоволн выполнены для модели неоднородного волновода «Земля-ионосфера» [Ю.Б.Башкуев и др., 2003]. На рис.2 представлены результаты сравнения измерений Н и её расчетов для электромагнитного поля горизонтального электрического диполя в волноводе «Земля – ионосфера» с учетом нерегулярности «день – ночь». Сила тока в антенне излучателя на частоте 82 Гц принималась равной 210 А.

Сравнение расчетных и измеренных значений Н показывает их неплохое соответствие.

Расхождения расчетных и измеренных уровней поля могут быть обусловлены расположением излучателя за Полярным кругом, где летом «полярный день».

–  –  –

Измерения импеданса в СНЧ-диапазоне выполнены в 92 пунктах наблюдений, расположенных на различных комплексах горных пород. Всего проведено 475 определений модуля и фазы поверхностного импеданса, включая режимные и методические наблюдения на ряде пунктов. Рассмотрим основные черты глубинного геоэлектрического строения участка на Конкудеро-Мамаканском гранитоидном массиве, выявленные по результатам СНЧ-СДВ-радиоимпедансного зондирования. Первое зондирование проведено в п.н. «Мыс Повалишина» в 1980 г. Начиная с 1983г. отряд БНЦ СО РАН проводил зондирования в районах Сибири с разным геолого-тектоническим строением. Цель исследований выявление районов с высоким эффективным сопротивлением земной коры в областях выхода на поверхность древних пород. Для интерпретации частотной зависимости поверхностного импеданса использован метод регуляризации на основе гипотетического разреза [Ангархаева,1997]. Решение сводилось к построению приближенного геоэлектрического разреза (ГЭР), согласованного с имеющейся априорной информацией и обеспечивающего модельную невязку на уровне погрешности исходных данных. Для зондирований в СНЧ-диапазоне выбирались изученные аэровариантом метода РЭМП в СДВдиапазоне участки фундамента, сложенные гранитами. При интерпретации для повышения надежности и устойчивости решения использованы также данные СДВ измерений импеданса на частотах 17 - 50 кГц. Результаты интерпретации в рамках 5-слойной модели для 6 пунктов зондирования приведены на рис.3 и в табл. 1. Теоретические кривые и, соответствующие интерпретируемым разрезам хорошо совпадают с амплитудно-фазовыми экспериментальными данными. Поведение фазовых кривых на частотах 33 и 44 Гц в пределах гранитоидного массива подтверждает существование проводящего слоя на глубине 7 - 17 км и хорошо согласуется с результатами расчетов для модели коры, имеющей коровый проводящий слой. Верхняя часть гранитоидного массива толщиной до 1 - 2 км обладает относительно низким сопротивлением, обычно это зона трещиноватых и увлажненных гранитов. Сопротивление высокоомного гранитного слоя имеет значения =15000200000 Омм. Фазовые данные СНЧ-СДВ - диапазонов подтверждают такую модель глубинного строения гранитоидного массива.

–  –  –

Постановка СНЧ-зондирований в диапазоне 33188 Гц на гранитоидном массиве позволила выявить на глубинах 7—17 км понижение сопротивления земной коры до 270 Омм.

Благодарности Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 09-05-98611.

Список литературы

1. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А., Собчаков Л.А. и др. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ-диапазона. ДАН, 1994, Т. 338, №1, С.

106-109.

2. Сараев А.К., Собчаков Л.И., Васильев А.В. и др. Перспективы использования СНЧ радиоустановки для решения геолого-геофизических задач / Тезисы докладов Междунар. Конф. «Закономерности эволюции земной коры». Т.1, СПб: Россия, 1996. С. 271.

3. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н. и др. Глубинные электромагнитные исследования с применением мощных сверхнизкочастотных радиоустановок. // Физика Земли, 1998. №8, С. 3-22.

4. Способ и устройство для измерения поверхностного импеданса земной коры в сверхнизкочастотном диапазоне радиоволн. Авторское свидетельство № 299005, 01.08.1989 г., заявка 3198692/28, 10.05.1988, опубликовано 27.12.2009. Изобретения. Полезные модели.№ 36, SU 1840791 A1.

5. Башкуев Ю.Б. Электрические свойства природных слоистых сред. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1996, 207с.

6. Башкуев Ю.Б., В.Б. Хаптанов Глубинное радиоимпедансное зондирование земной коры с использованием электромагнитного поля СНЧ радиоустановок // Физика Земли. № 2, 2001. С. 157-165.

7. Башкуев Ю.Б., В.Б. Хаптанов, А.В. Ханхараев. Анализ условий распространения СНЧ радиоволн на трассе «Зевс»- Забайкалье // Известия вузов. Радиофизика. Т.XLVI. №12. 2003. С. 1017-1026.

8. Ангархаева Л.Х., Башкуев Ю.Б., Мельчинов В.П. Обратная задача для слоистой импедансной среды // Радиотехника и электроника. 1997. Т.42, №10, C. 1169-1173.

9. Bashkuev Yu.B. and Khaptanov V.B. Results on «Zeus» station application for electromagnetic sounding of seismoactive area // Seismoelectromagnetics, eds. M. Hayakawa and O.A. Molchanov. TERRAPUB, Tokyo.

2002. Р. 239-247.

ПРОНИЦАЕМЫЕ ЗОНЫ КОРЫ И МАНТИИ КОРЯКСКОКАМЧАТСКОГО РЕГИОНА (ПО ДАННЫМ МТ МЕТОДОВ)

Белявский В.В.1, Яковлев А.Г.2

- ЦГЭМИ, Объединенный Институт Физики Земли РАН, г. Троицк, victor.belyavsky@list.ru

- ООО “Северо-Запад” – Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Nordwest@mtu-net.ru По результатам МТ наблюдений 2003-2010 гг. оценено насыщение сейсмоактивных блоков коры жидким флюидом. Интерпретация проведена с помощью процедур подбора 3D параметров проводящих блоков коры к экспериментальным МТ-МВ данным. Оценены параметры электропроводности доменов, обладающих повышенной проводимостью, при этом использовались данные, полученные ранее [Мороз, 1991; Нурмухамедов, 2010].

Введение Целью проведения работ методом МОВЗ – МТЗ в пределах Корякско-Камчатского региона являлось помимо изучения глубинного строения региона, составление карт сейсмотектонического районирования территории. Для Камчатско-Корякского региона основная доля сейсмической активности на суше приходиться на субмеридиональную Олюторско–Восточно–Камчатскую СФЗ (О-В-К), на Центрально-Камчатскую депрессионную зону, протягивающуюся от субширотных Южно-Камчатских структур до Алеутской глубоководной впадины (рис.1, Апрелков, 2003).

Рис. 1. Схема тектонического районирования Камчатки и Корякского нагорья и области определения флюидонасыщенности коры и мантии [Апрелков, 2003].

1 - срединные массивы, 2 - области с платформенным строением, 3 - выходы метаморфических пород мафического ряда, 4 - районы распространения верхнемеловых офиолитовых формаций, 5 кайнозойские прогибы, 6 - вулканиты Западно-Камчатско-Корякского палеогенового пояса, 7 границы ЦКВП, 8 - выходы меловых гипербазитов, 9 - офиолитовые породы по данным аэромагнитной съемки, 10 – разломы и границы главных тектонических элементов, 11 - границы поднятий, впадин, прогибов. Буквенные обозначения: ОМ - Омолонский массив, ПЗК - ПенжинскоЗападно-Камчатская, ПХ-Пикасьваям-Хатырская, УС - Укэлаятско-Срединный блок, ОВК Олюторско-Восточно-Камчатская, Ю - Южно-Камчатская зона, Б - Большерецкая плита, Сб Соболевский выступ, С - Срединный выступ, Н - Начикинская зона, Командорская (К), Алеутская (А) глубоководные впадины, Ш - поднятие Ширшова, М - Маметчинский блок, А-А линия профиля представленного на рис.2. Цифрами показаны номера зон определения флюидонасыщенности и её значения в процентах.

По данным плотностного моделирования и работам ГСЗ в пределах О-В-К на глубинах свыше 30-40 км выделены блоки коры с пониженной плотностью, экранирующие продольные и поперечные волны, часто имеющие пониженные скорости [Федотов, 2006]. В пределах этих зон повышенной сейсмичности и вулканической активности выполнены магнитотеллурические зондирования и работы методом обменных волн землетрясений.

Полученные данные о геоэлектрическом разрезе позволяют выделить в коре домены, обладающие повышенной проводимостью, а методы МОВЗ-ГСЗ разделить кору по типам разреза, что позволяет решить задачи по структурному районированию.

Алгоритм определения флюидонасыщенности проводящих блоков коры

1. Рассмотрение максимальных и минимальных комплексных значений матриц импедансов и Визе-Паркинсона, их направления и размерность МТ поля.

2. Построение стартовых геоэлектрических моделей по результатам 1D-2D инверсии максимальных и минимальных кривых МТЗ [Counil and etl,1986]с учетом данных МОВЗ ГСЗ.

3. 3D модель построена в режиме подбора к экспериментальным кривым МТЗ и данным МВЗ модельных 3D параметров геоэлектрического разреза (пример на рис. 2) по программам [Друскин, Книжнерман. 1991; Белявский, 2007].

4. Оценка флюидонасыщенности выполнялась при минерализации флюида 10 г/л с учетом изменения температуры и давления с глубиной.

–  –  –

50.

Рис. 2. Геоэлектрический разрез по линии А-А (рис. 1). Результаты одномерной инверсии квазипродольных кривых (minH) даны в изолиниях log(), проводящие блоки с = 20 – 40 Омм, полученные методом подбором 3D моделей к кривым minH, mахH и данным МВЗ. Названия структурных единиц: восточная и западная депрессионные зоны – ВДЗ и ЗДЗ, Хавывенское погребенное поднятие ХПП; глубинные разломы – Крестовский (Кр), Пухль-Озерновский (Пх-О), Усть-Камчатский (УК). Границы по методу МОВЗ даны черным цветом: горизонтальные - разломные зоны, вертикальные - поверхность Мохо. Белые звездочки очаги землетрясений с магнитудой 2.5-3.

Результаты исследований По методике изложенной в работах [Ваньян, Шиловский, 1983; Белявский, 2007] оценена флюидонасыщенность (ф) выделенных проводящих доменов коры. Она имеет сравнительный характер, так как принцип эквивалентности по суммарной продольной проводимости, даже с учетом сейсмических данных, не всегда позволяет точно определить уд. эл. сопр. проводящих доменов, а значит и ф.

В результате для Олюторско-ВосточноКамчатской СФЗ:

- Под Ильпино-Тылговаямским (в пределах Олюторского 1991 г. и Хаилинского землетрясений 2003 г) и Гывенско-Паченском прогибами выделены на глубинах 20 - 33 км проводящие блоки с уд. эл. сопр. 20 - 30 Омм, что соответствует содержанию флюида ф = 0.6-0.2 % (блок 1, на рис.1). Здесь же граница Мохо воздымается с 45 км (Корякский блок) до 25-30.

- В пределах группы вулканов Шивелуч получены значения ф = 1% на границе Мохо (25-30 км), ф = 1.2% на границе К2 (20 км), на К0 (10 км) и на 5 км ф =2 - 3% (блок 2 на рис.1). За пределами этой зоны на границе Мохо (40 км) ф = 0.1%.

- В пределах Ключевской группы вулканов [Мороз, Нурмухамедов, 2004] кровля проводника выделена на глубине 10 км с = 10-20 Омм, что соответствует содержанию ф = 1% на глубине 10-15 км и 0.5-0.6% для глубин 20-35 км (блок 3 на рис). Здесь же расположен низкоскоростной домен со скоростью Vp = 5.3 км/с [Федотов, 2006], а в окружающих его породах Vp = 6.6 км/с, что при Vp =1.7 км/с во флюиде дает ф = 6-7%. Такие же значения = 10-20 Ом получены в пределах западной части Ключевского блока.

- В пределах Ганальско-Петропавловского блока (Начикинская зона поперечных поднятий) выделен проводящий домен (блок 4) на глубине 1-30 км, шириною 30 км с = 25 Омм, что для глубины 10 км дает ф = 0.65%, для 20 - 30 км - ф = 0.24-0.33%, а на границе М, где расположен блок с = 70 Омм - ф = 0.1%.

В Южно-Камчатском вулканическом поясе в зонах сейсмической и вулканической активности глубже 10 км выделены домены субмеридионального простирания с = 10 Омм (блок 5) с ф = 1%. Субширотные проводящие зоны, связанные с трансформными разломами и секущие Прибрежный горст Южного блока имеют ф 0.1%. На глубине 40-50 км выделен блок с 80-100 Омм с ф = 0.1% (рис. 3).

–  –  –

00 00 //// //////// //// //// //// //// //////////// //// //// //// //// //// Рис. 3 Геоэлектрический разрез по линии Б-Б на рис. 1. Результаты одномерной инверсии даны в Log(). Проводящие блоки с = 20 – 40 Омм, полученные методом подбором 3D моделей к кривым minH, mахH и данным МВЗ даны светлым фоном, а с = 50000 Омм с косой штриховкой, при уд. эл.

сопр. вмещающей среды 3000 Омм. Структурные единицы: I – Прибрежный горст, II – Начикинский грабен, III – Шипунский блок. Региональные разломы: северо-западного простирания 1 – Асачинский, 3 – Вилючинский, 4 – Петропавловский и широтного 2 – Больше-Банный.

Местоположение вулканов и их названия: А- Асача, М – Мутновский, Г – Горелый, В – Вилючинский, Ав – Авачинский, Ж – Жупановский. Черной косой штриховкой показаны области повышенного поглощения сейсмических волн и пониженных скоростей. Белыми эллипсами зоны повышенной сейсмичности.

В пределах Срединного выступа и Большерецкой плиты значимых проводников не выделено, хотя сами они разделены проводящим разломом.

В пределах Центрально-Камчатской рифтовой зоны Укэлаятско-Срединного (УС) блока выделена серия субширотных разломов, характеризующихся ф = 0.4 -1% (блок 6). Под Центрально-Корякской зоной на глубине 8-10 км выделен субгоризонтальный проводящий блок мощностью до 10 км с = 100 -150 Омм - ф = 0.15-0.2 % (блок 10).

Западная часть Камчатского перешейка (Пенжинско-Западно-Камчатская СФЗ) сопрягается с УС через проводящий блок с = 100 Омм, что дает ф = 0.1% (блок 7 на рис.

1). Глубинные разломы на северо-западе Камчатского перешейка этой же зоны (блок 8) на глубине от 3 до 30 км характеризуются = 40-50 Омм (ф = 0.1 - 0.2%).

В Пенжинско-Западно-Камчатской СФЗ под Парапольским прогибом на глубинах 30-50 км расположен домен с = 30 - 40 Омм (блок 9), что соответствует ф = 0.2 – 0.6 %.

Выводы В результате устанавливается взаимосвязь между флюидонасыщенностью и геодинамической активностью структур: в зонах активной вулканической деятельности ф 1%, в очаговых зонах землетрясений 0.2 ф 0.5, в областях активизации трансформных (широтных разломов) Камчатского полуострова ф 0.1%, глубинные разломы в зонах сопряжения плит и СФЗ имеют ф = 0.015–0.13%, а секущие Центрально-Камчатскую рифтовую зону характеризуются с ф 1%. Диапиры (астенолиты) верхней мантии имеют ф 0.1%.

В пределах Южной Камчатки проводящие зоны разломов северо-западного простирания являются продолжением Северо-Тихоокеанского трансконтинентального рифта. Под ее восточным побережьем выделена на глубинах 50-60 км проводящие астеносферные диапиры. Наиболее активные (флюидонасыщенные) области расположены в местах пересечения глубинных активизированных структур северо-западного и северовосточного или субширотного направлений (например, Мутновское гидротермальное поле или Авачинская группа вулканов). Они коррелируют с местоположением областей пониженной плотности, скорости или пониженной прозрачности сейсмических волн.

Cписок литературы

1. Апрелков С.Е., Попруженко С.В. Основные черты тектоники Корякского нагорья и Камчатки//Мат.

ежегодн. конф., посвященной дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский. 2003. С.16-23.

2. Белявский В.В. Геоэлектрическая модель тектоносферы Северо-Кавказского региона. Тверь: ООО «Издательство ГЕРС», 2007. - 250 с.

3. Ваньян Л.Л., Шиловский П.П. Глубинная электропроводность океанов и континентов. – М:

Наука,1983.- 88 с.

4. Друскин В.Л. и Книжнерман Л.А. Система программ расчета электромагнитного поля в трехмернонеоднородной среде МАХЗМТ (инструкция пользователя). М.: ОМП. № 7. ЦГЭ. 1997. 22 с.

5. Мороз Ю.Ф., Нурмухамедов А.Г., Глубинная электропроводность зоны сочленения КурильскоКамчатской и Алеутской островных дуг. Физика Земли. 2004. № 6. C.54-67.

6. Нурмухамедов А.Г. Глубинное строение Северо-Восточной части Корякско-Камчатской складчатой области по геофизическим данным. Автореферат на соискание ученой степени кандидата геологоминералогических наук Иркутск, 2010. 17 с.

7. Федотов С.А. Магматические питающие системы и механизм извержений вулканов. М.: Наука 2006. с.

8. Counil J.L., le Mouel J.L, Menvielle M. Associate and conjugate directions concepts in magnetotellurics.

Annales Geophysicae. 1986. 4. B2. 115–130.

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИННОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

ЛИТОСФЕРЫ ТОБОЛ-ИШИМСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ,

ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ

Борисова В.П.1, Васильева Т.А.1, Костюченко С.Л.2, Нарский Н.В.3, Файнберг Э.Б.1, Чарушин А.Г.3, Шейнкман А.Л.4

– Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ РАН, Троицк, edfain@ yandex.ru,

– ГФУП ВНИИГеофизика, Москва, kostgeo@mail.ru,

– Центр геофизических данных московского филиала ВСЕГЕИ. Москва, narskiynv@mail.ru, ООО Институт геодинамики, Москва, geodinam@yandex.ru.

1. В перечень основных проблем глубинной геологии, на решение которых направлено изучение земной коры и верхней мантии территории России методами региональной геофизики, сегодня, в частности, входят:

2. проблема глубинного картирования неоднородностей коры и мантии, создания нового поколения карт на глубинной основе, новой терминологии, новой систематики глубинных структур;

3. проблема типизации земной коры и верхней мантии по глубинным критериям;

4. проблема формирования глубинных критериев минерагенического прогноза (нефть, газ, твердые полезные ископаемые) и создания на их основе новых карт прогноза скрытых месторождений [Щукин, 2005].

2. Настоящее исследование ориентировано на решение задач, входящих в круг перечисленных проблем, и включает картирование и изучение региональной аномалии повышенной электропроводности (пониженной вязкости), приуроченной к низам литосферы Западно-Сибирской плиты (ЗСП). Аномалия выделяется на основе частотнопространственного анализа материалов МТ-зондирований, выполненных Тюменским геологическим управлением (ТГУ) на территории ЗСП в 1971-1981гг. Геоэлектрическая аномалия корреспондируется с региональными аномалиями, проявляющимися в других геофизических полях: сейсмических, геотермических, гравитационных, магнитных [Костюченко, 1992]. Аномалии такого рода обычно связываются с областями частичного плавления в верхней мантии активных регионов. Присутствие региональной аномалии электропроводности в пределах тектонически стабильной герцинской платформы делает эту геоэлектрическую аномалию уникальным, заслуживающим исследования объектом.

Определение строения глубинной геоэлектрической аномалии, её природы и вероятных структурно-генетических связей с элементами континентальной рифтовой системы ЗСП, во многом контролирующей размещение нефтегазовых месторождений на территории провинции, откроет путь к созданию геоэлектрической основы прогноза нефтегазоносности ЗСП.

3. Изучение региональной аномалии электропроводности мы начали с переинтерпретации материалов МТЗ, полученных электроразведчиками ТГУ [Дружинин, Сысоев и др., 1980; Дружинин, Сысоев и др., 1981] на юго-западе Западно-Сибирской плиты. Участок МТ-съёмки приурочен к области сочленения каледонской складчатой Казахстанской системы (западный борт Вагай-Ишимской впадины) и герцинской складчатой Уральской системы (восточный борт Тобольского антиклинория) и находится в межрифтовой области, расположенной между Нижнетавдинской и Иртышской ветвями триасовой рифтовой системы - рис. 1. По результатам одномерной совместной инверсии амплитудных и фазовых кривых МТЗ, примеры которых вдоль одного из профилей приведены на рис. 2, и квазитрёхмерного пленочного моделирования, выполненного на основе построенной нами схемы интегральной проводимости осадочного чехла югозападной части ЗСП, в верхней мантии региона прослеживается проводящая зона (удельное сопротивление первые десятки Омм). Эта астеносферная зона воздымается с северного и западного участков планшета МТ-съемки (глубины 85-70 км) на юго-восток в сторону Вагай-Ишимской впадины (глубины 60-55 км). При этом сопротивление консолидированного фундамента уменьшается от первых тысяч Омм до первых сотен Омм (рис. 3).

Существенно, что подъем астеносферной зоны особенно значителен в той области Ишимской ветви рифтовой системы, где по данным геотермики установлены аномально высокие значения теплового потока (ТП), а именно, 67-70 мВт/ м2 [Костюченко, 1988]. Эта область простирается вдоль рифтовой зоны на 125 км, а её ширина, как и ширина Ишимского рифта, составляет ~ 40 км (рис. 4).

Аномальная область ТП в плане совпадает с областью высоких значений температур на поверхности Мохоровичича, оконтуренной изолинией 700С. Внутри высокотемпературной области отмечено значение 780С. В восточном направлении температура снижается быстро: на расстоянии всего 20 км от изолинии 700С проходит изолиния 500С. К западу от аномалии температурные данные отсутствуют.

С геотермическими аномалиями, очевидно, связаны особенности глубинного геологического строения рассматриваемого участка Ишимской рифтовой зоны. По поверхности кристаллического фундамента прослеживается депрессия глубиной 12 км, согласующаяся в плане с температурной аномалией и аномалией ТП. Поверхность Мохоровичича приподнята до глубины 36-38 км. Таким образом, мощность кристаллического комплекса фундамента на рассматриваемой территории аномально сокращена и составляет 24-26 км.

Список литературы

1. Дружинин Н.В., Сысоев Б.К. и др. Отчёт о работе э.р.п. N 90/79-80 методом МТЗ в Ишимском, Голышмановском, Омутинском районах Тюменской области в 1979 г. (Емецкий профиль). Туринская геофизическая экспедиция. Тюмень. 1980

2. Дружинин Н.В., Сысоев Б.К. и др. Отчёт о работе э.р.п. N 90/ 80-81 на Ракитинской площади в Заводоуковском, Омутинском, Голышмановском и Юргинском районах Тюменской области за 1980гг. Туринская геофизическая экспедиция. Тюмень. 1981

3. Костюченко С.Л. и др. Отчет по теме опытно-методической партии № 22/ 86-88: “Обобщение и комплексная интерпретация материалов региональных сейсмических исследований”. Министерство Геологии СССР. НПО “Нефтегеофизика”. Специальная региональная геофизическая экспедиция.

Москва. 1988.

4. Костюченко С.Л. Глубинная структура земной коры Западно-Сибирской плиты по результатам комплексного геолого-геофизического изучения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Москва. МГУ. 1992. 247 с.

Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Рис. 3.

Рис. 4

ПРОЯВЛЕНИЕ СЕЙСМИЧНОСТИ В ОБЛАСТИ АНОМАЛИИ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПРИАЗОВСКОГО МЕГАБЛОКА

–  –  –

Институт геофизики Национальной Академии Наук Украины, Киев, kulik@ndc.org.ua Большое количество землетрясений были зарегистрированы в пределах стабильных литосферных плит (так называемые внутриплитовые землетрясения) [Simpson, 1999, Johnston and Kanter, 1990, Gangopadhyay and Talwani, 2003, Кутас, Омельченко, Остроухова, 2005].

В частности, эти явления наблюдались и в областях древних кристаллических щитов [Prasanta, Patro, Nagarajan and Sarma, 2006]. Землетрясения такого рода обычно небольшой интенсивности, хотя могут быть не менее значительны, чем в рифтовых и межплитовых зонах. Вне всякого сомнения, они вызваны напряжениями внутри плит и перераспределением физических свойств внутри земной коры стабильных регионов.

Геоэлектрические модели, построенные на основе экспериментальных данных, дают возможность приблизиться к объяснению причин и механизмов внутриплитовой сейсмичности.

Построение 3D модели Приазовского мегаблока УЩ основывалось на анализе магнитовариационных параметров поля геомагнитных вариаций, типперов вдоль профилей и магнитотеллурических зондирований (МТЗ) в диапазоне периодов магнитотеллурического поля до 4000 с в 85 пунктах региона [Ingerov and all, 1999, Ингеров и Рокитянский, 1993, Бурахович и др., 1987, Бурахович и Кулик, 2000].

Анализ кривых магнитотеллурического зондирования показывает, что Приазовье и сопредельные территории Донбасса и юго-востока Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ), содержат области с высокой электропроводностью на разных глубинах. По магнитовариационным данным территория характеризуется резкими латеральными неоднородностями с градиентами, которые значительно меньше пространственной длины волны электромагнитного поля. Это вызвано значительной степенью неоднородным в горизонтальном плане распределением электропроводности пород.

Инструментом для создания и расчета электрических и магнитных компонент магнитотеллурического поля, типперов и кривых кажущегося удельного электрического сопротивления (к) послужила программа 3D моделирования [Macki, 1994].

Одним из важных элементов методики трехмерного моделирования являются априорно заданные значения удельного электрического сопротивления «нормального» (н) горизонтально-слоистого разреза земной коры и верхней мантии, на фоне которого строятся объемные геоэлектрические модели.

Для восточной части УЩ он принят следующим:

1=100 Омм, h1=0,5 км; 2=2000 Омм, h2=159,5 км; 3=600 Омм, h3=40 км; 4=250 Омм, h4=50 км; 5=100 Омм, h5=70 км; 6=50 Омм, h6=80 км; 7=20 Омм, h7=100 км; 8=10 Омм, h8=100 км; 9=5 Омм, h9=160 км; 10=1 Омм, h10=200 км; 11=0,1 Омм, h11= км.

На электромагнитные параметры существенное влияние оказывает неоднородное распределение электропроводности приповерхностного проводящего слоя. Его суммарная проводимость в основном соответствует мощности осадочных отложения (за исключением Донбасса) и коррелирует с основными структурными геологическими единицами.

Приазовский мегаблок характеризуется относительно низкими значениями, но резкими изменениями S от 0,5 до 100 См. В Донецком бассейне, где кристаллический фундамент залегает на глубинах более 20 км, S не превышает 1000 См. На южном склоне УЩ значения S достигают 1000 См, в то время как, в ДДВ наблюдается большая мощность осадков и поэтому значения S превышают 2000 См. В акватории Азовского моря S приповерхностного проводящего слоя принята в модели от 1000 до 2000 См.

Предполагается, что под Скифской плитой существует проводящий слой в верхней мантии («астеносфера») в интервале глубин от 110 до 140 км с суммарной продольной проводимостью 700 См в отличии от Восточно-Европейской платформы (ВЕП). Были рассчитаны предварительные региональные модели, которые включали не только восточную часть УЩ и ДДВ, но и часть Скифской плиты с Крымом, Азовским и Черным морями.

«Астеносфера» Скифской плиты не оказала заметного влияния на индукционные параметры и импедансы в районе Приазовского мегаблока в отличии от поверхностной проводимости.

Трехмерная геоэлектрическая модель Приазовского мегаблока представляет собой сложную структуру и состоит из ряда проводящих элементов.

–  –  –

Субмеридиональные проводники с поверхности соответствуют Азово-Павлоградскому (на западе) и Центрально-Приазовскому (на востоке) разломам. Приазовская аномалия электропроводности в интервале глубин от 2 до 10 км расположена в пределах ГуляйПольского и Андреевского блоков Западного Приазовья [Сторчак и др., 1984]. В рамках этой структуры протягивается Куйбышевско-Сорокинская троговая зона и вся область Приазовской аномалии соответствует выступу глубокометаморфизованного основания.

Земная кора Волчанского блока Западного Приазовья характеризуется аномально высоким удельным сопротивлением (до 10000 Омм), в то время как в Центрально-Приазовской межблоковой зоне и в Восточном Празовье значения не превышают 1000 Омм.

В Восточном Приазовье выделены проводящие объекты в нижней коре на глубине от 10 до 50 км с суммарной продольной проводимостью около 1000 См, которые коррелируют со структурами на поверхности массива – с глубинными разломами (Грузско-Еланчевским) и границей Донбасса, однако это соответствие носит сложный характер. Качественная оценка залегания этого проводника по одномерному представлению колеблется от 10 до 50 км.

Суммарная продольная проводимость этого элемента около 1000 См. Аномалии магнитовариационных параметров соответствуют распределению щелочных пород по данным [Каляев, 1972]. Природа глубинной электропроводности может определяться существованием графита, возникшим во время образования щелочных массивов. По представлениям [Нечаев, 1997] обозначается тенденция подвига Восточного Приазовья под орогенную систему Донбасса. На рис. 1 представлена модель глубинных проводников Приазовского мегаблока, на которой видно, что большинство аномальных структур (включая и Восточное Приазовье) имеют субмеридиональное простирание и внедряются под Донецкий бассейн.

При анализе геоэлектрической модели вырисовывается связь со стадиями метаморфизма пород мегаблока. Во-первых, Гуляй-Польский блок отвечает высокотемпературной амфиболитовой фации и характеризуется относительно низкой электропроводностью с поверхности до 2 км, однако ниже электропроводность аномально повышается. Во-вторых, Андреевский блок, который отвечает низкотемпературной амфиболитовой фацией и полиметаморфическим образованием имеет высокую электропроводность с поверхности до 10 км [Сторчак и др., 1984].

В зону аномалии электропроводности попадают Гуляй-Польская, ЦентральноСорокинская, Сорокинская и Федоровская железорудные, вулканогенно-осадочные графитовые зоны в связи с углерод-кремнистой формацией, и Корсакская железнорудная зона с графитом.

Магнитотеллурические зондирования в широком диапазоне периодов до 4000с указывают на отсутствие в недрах мантии Приазовского мегаблока слоя низкого сопротивления и, следовательно, с низкими реологическими характеристиками.

В области расположения Донбасской и Приазовской аномалий электропроводности в земной коре зарегистрированы с 1814 года по 2006 год проявления сейсмической активности с магнитудой от 2,33 до 4,2 балов (рис.1).

Эпицентры этих явлений размещены по всей мощности земной коры и большинство из них тяготеет к двум геоэлектрическим структурам. Во-первых, большое количество эпицентров сконцентрировано на южном окончании Западно-Приазовской аномалии электропроводности, которая в этой части залегает в коре на глубинах до 10 км. Во-вторых, значительное количество очагов землетрясений тяготеет к осевой части Донбасской аномалии электропроводности, которая размещается в земной коре на глубинах от 2 км до 30 км. В-третьих, остаются несколько эпицентров, которые не коррелируют с размещением аномальных проводящих тел, а соответствуют уже зоне сочленения ВЕП и Скифской плиты в акватории Азовского моря. Необходимо заметить, что последний, третий тип, проявлений сейсмичности находится в той области, где в региональной геоэлектрической модели переходной зоны между ВЕП и Скифской плитой в верхней мантии на глубинах от 110 до 140 км заложен пласт высокой электропроводности с =40 Омм [Бурьянов и др., 1985].

Нужно сказать, что контакт докембрийской и киммерийской плит характеризуется низким уровнем сейсмической активности по сравнению с областями альпийской активизации Крыма и Кавказа. И только в областях, примыкающих к аномалиям электропроводности Приазовской и Северной Добруджи, сгущаются очаги землетрясений.

Размещение внутриплитовых проявлений сейсмичности в восточной части УЩ и Донбасса до некоторой степени связаны характерными признаками с частями аномалий высокой электропроводности. Приазовский мегаблок характеризуется низкими значениями теплового потока, за исключением северной части, которая примыкает к Донецкому бассейну. Западно-Приазовская субмеридиональная региональная магнитная аномалия соответствует простиранию Приазовской аномалии электропроводности и имеет намагниченность порядка 3,0 А/м [Старостенко и др., 2002]. Сейсмические зондирования показывают, что Приазовский массив характеризуется повышенной расслоеностью в верхней части коры до 10 км [Трипольский, Шаров, 2004]. Вполне вероятно, что хрупкие реологические условия могут обеспечивать здесь сейсмогенную среду.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
Похожие работы:

«28.02.2017 МОДУЛЬ ОТЛАДОЧНЫЙ САЛЮТ-ЭЛ24Д1 REV. 1.4 РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ АО НПЦ "ЭЛВИС" support@elvees.com, www.multicore.ru 28.02.2017 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение Расположение элементов на модуле 2. Назна...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ НОЖАЙ-ЮРТОВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ 366241, ЧР, Ножай-Юртовский район, с.Ножай-Юрт, ул. А.Кадырова 3, nojayurt@mail.ru.T/c}) 8 (87148) 2-22-57 04 №3 " " _2015г. № ОТ /с Руководителю Секретариата Главы Чеченской Республики З.Т. ГЕРЗЕ...»

«МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель министра _ Р.А. Часнойть 6 марта 2008 г. Регистрационный № 138-1105 МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА НАСЛЕДСТВЕННЫХ ФОРМ ТРОМБОФИЛИЙ инструкция по применению УЧРЕЖДЕНИЕ-РА...»

«Приложение N 2 Утверждена приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 26 декабря 2013 г. N 1408 ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ВОДИТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ КАТЕГОРИИ B I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Примерная программа п...»

«ИСЛАМОВ ДАВЛЕТ ЭРЕДЖЕПОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ ПО ГИДРОРАЗРЫВУ ПЛАСТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный ру...»

«AKM Синхронные сервомоторы Руководство по эксплуатации продукта Издание 06/2008 Сохраняйте руководство как составную часть продукта в течение все его срока службы. Передайте руководство следующему пользователю или владельцу продукта. Файл akm_r.***...»

«ЧАС / 17.06.2011 А была ли оккупация? В нашем официальном календаре 17 июня значится как День оккупации Латвийской Республики. Авторы книги "Черновики будущего" предлагают свой взгляд на события 1939 и 1940 годов,...»

«Программатор пациента для имплантируемого генератора импульсов Eon Руководство по использованию 37-3477-01A.indd A 9/14/2012 3:57:24 PM Пульт Пациента Eon. Руководство по использованию. Руководство по использованию Нейростимуляция предназначена для пациентов с неко...»

«Правительство Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный университет РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ЖИВОПИСЬ (Painting) Язык (и) обучения русский Трудоемкость 52 зачетные единицы Регистрационный номер рабочей программы дисциплины: 033515 Санкт-Петербург Раздел 1. Характеристики, структура и содержание учебной дисципли...»

«Пользовательская инструкция по настройке модема D-Link DSL-2xxxU/BRU/C(D) для доступа к услугам Domolink Internet и TV в сети ОАО "ЦентрТелеком" Содержание 1. Аппаратное подключение модема 2. Настройка модема...»

«КТО ГРАМОТЕ ГОРАЗД, ТОМУ НЕ ПРОПАСТЬ Библиотечный урок для учеников седьмых классов Цель – формирование и развитие навыков библиографирования печатных изданий. Формы работы – лекция-визуализация, практикум. Для проведения урока нужно мультимедийное оборудование. Готовится тематическая выставка, посвящённая методике подго...»

«УДК 81.37 DOI 10.17223/19996195/33/3 КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕНДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЗАРУБЕЖНОЙ ЛИНГВИСТИКЕ Л.П. Мурашова, Л.В. Правикова Аннотация. Статья посвящена анализу основных подходов к изучению гендера в языке, получивших развитие в западной лингвистике. Приводится сравнительный критич...»

«Issue 2, Winter 2002 http://seelrc.org/glossos/ The Slavic and East European Language Resource Center glossos@seelrc.org I.G.Gulyakova St. Petersburg State University Конец жанра До недавнего времени обращение к исследованию эпистолярн...»

«Руководство пользователя по эксплуатации инверторного аппарата ПРОФИ TIG ПРОФИ TIG 160A, TIG 200A, TIG 250A, TIG 300A, TIG 400A, TIG 200 P, TIG200 AC/DC, TIG 200P AC/DC, TIG 315P AC/DC Перед эксплуатацией аппарата внимательно прочтите д...»

«Оглавление Введение 1 Область применения 2 Нормативные ссылки 3 Термины и определения 4 Общие положения o 4.1 Цели o 4.2 Этапы Рисунок 1 Этапы менеджмента инцидентов ИБ 5 Преимущества структурного подхода и ключевые вопросы менеджмента инцидентов...»

«УДК 94(575.1) Эргашев Б. Э. ДЕЛОПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ О ПОРЯДКЕ ЧИНОПРОИЗВОДСТВА И СОДЕРЖАНИИ СЛУЖИТЕЛЕЙ КАНЦЕЛЯРИИ ТУРКЕСТАНСКОГО ГЕНЕРАЛГУБЕРНАТОРСТВА Статья посвящена регламентной процедуре по регулированию кадрового состава канцелярии Туркест...»

«Маулана М.Рахматуллах Кайранви ИЗХАР УЛ ХАК (НИСПОСЛАННАЯ ИСТИНА) Доказательство Божественного происхождения Корана и подлинности хадисов © Издательство "Иман" Казань — 2004/1424 Маулана М.Рахматуллах Кайранви ИЗХАР УЛ ХАК (НИСПОСЛАННАЯ ИСТИНА) Доказательство Божественного происхождения Корана и под...»

«Руководство по эксплуатации Русский APC Smart-UPS® 500 ВА 100 В~ 750 ВА 100/120/230 В~ Вертикальный блок Источник бесперебойного питания 990-1587A 12/2005 Введение Источник бесперебойного питания (ИБП) компании APC обеспечивает защиту оборудования от перебоев в энергоснабжении, снижения напряжения в сети, кратковременного падения напряжения и скачков...»

«8936968 ТОЛЬКО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В БЫТУ СОХРАНЯЙТЕ ИНСТРУКЦИЮ РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 365346_111925 Кухонная система для приготовления 6 в 1 Страница 1 из 22 Большое спасибо. Мы благодарим Вас за приобретение кухонной системы для приготовления FLAVORCHEF™. Кухонная система 6 в 1 позволит...»

«AMW 22 / AMW 22p 12.14 R Инструкция по эксплуатации 12.14 AMW 22 AMW 22p Заявление о соответствии Jungheinrich AG, Am Stadtrand 35, D-22047 Hamburg Изготовитель или его резидентный представитель в сообществе Тип Опция Серийный ном. Год изготовления AMW 22 AMW 22p Дополнительные сведения По...»

«СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ И ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ. В.С. Малиновский (НТФ ЭКТА), В.Д. Малиновский(НТФ ЭКТА), Л.В. Ярных (НТФ ЭКТА), А.В. Афонаскин (ОАО Курганмашзавод), П.Д. Андреев(ОАО Курганмашзавод), В.Д. Князев(ОАО Курганмашзавод), В.Д. Дороднов (ОАО Курганмашзавод) Обору...»

«Тема 1. Современные методы генерации энергии ветра. Эффективность, целесообразность (2 часа) Энергия ветра это косвенная форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур и давлений в атмосфере Земли. Около 2% поступающей на Землю солнечной энергии превращается в энергию ветра. Ветер очень больш...»

«УДК 618.19-007.42-089.28/29 Вестник СПбГУ. Сер. 11, 2010, вып. 2 В. В. Павлов, Ю. А. Спесивцев, М. В. Антипова ДВУХПЛОСКОСТНАЯ УСТАНОВКА ИМПЛАНТАТОВ КАК СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЧИСЛА СПЕЦИФИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ГРУДИ С ПОНИЖЕННЫМ ТОНУСОМ Кафедра общей хирургии с курсом эндоскопии Г...»

«66 Turczaninowia 2009, 12(3–4) : 66–81 УДК 581.9 Е.Г. Николин E.G. Nikolin ТЕКУЩИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ДОПОЛНЕНИЯ ВО ФЛОРЕ ЯКУТИИ CURRENT CHANGES AND SUPPLEMENTS IN THE FLORA OF YAKUTIA Аннотация. Приводятся сведения об уточнении фл...»

«Отчет главы администрации города Ялты за период с декабря 2014 года по ноябрь 2015 года Уважаемые депутаты, уважаемые приглашенные! В качестве главы администрации города Ялты А. О. Ростенко назначен решением 1-й сессии Ялтинского городского совета 1-го созыва от 19.11.2014 г. № 82 "О назна...»

«Переходи на НОЛЬ 2016_5 Тарифный план действует для абонентов, заключивших договор об оказании услуг связи на территории Республики Татарстан Тарифный план действует на территории Республики Татарстан Авансовая система расчетов Стоимость перехода на тарифный план: в случае смены та...»

«Приложение к свидетельству № 57089 Лист № 1 об утверждении типа средств измерений Всего листов 9 ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Измерители-сигнализаторы аварийные ДРГ-1МК-02 Назначение средства измерений Измерители-сигнализаторы аварийные ДРГ-1МК-02 (далее по тексту – и...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.