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

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Корреляция между местами современной слабой сейсмичностью и существованием проводников внутри коры не может быть оставлена без внимания. Вполне возможно, что следы древних тектонических процессов не исчезли, несмотря на существенные метаморфические процессы, которые переработали всю кору и повышенная электропроводность может быть вызвана наличием графита различного генезиса. С одной стороны, он имеет биогенное происхождение, и оказался на больших глубинах в результате тектонических процессов, с другой стороны, присутствие графита в областях сдвигов и сколов в породах до некоторой степени можно объяснить его кристаллизацией из минерализованного флюида в проницаемых областях. Существование графита (остатка углеродсодержащего вещества осадочного происхождения) может определить образование сколов, разломов и очагов современных землетрясений, так как графит может служить смазочным материалом в плоскости сколов. Например, в области Донбасской аномалии электропроводности, которая переходит на востоке в аномалию вала Карпинского [Берзин, 2003], графит, содержащийся в первичных осадках и, возможно, образовавшийся в результате метаморфизма керогена, является источником пониженного сопротивления внутри земной коры и способствует освобождению накопившейся энергии в виде наблюдающихся землетрясений.

Список литературы

1. Берзин Р.Г., Филин С.И., Бубнов В.П. и др. Результаты магнитотеллурических исследований кряжа Карпинского. 2003.http://www.nw-geophysics.ru. 4 c.



2. Бурахович Т.К., Гордиенко В.В., Завгородняя О.В и др. Геоэлектрические и геотермические исследования в Приазовье //Электромагнитные зондирования. М.:ИЗМИРАH. 1987. С.5 - 10.

3. Бурахович Т.К., Кулик С.Н. Модель электропроводности земной коры восточной части Украины// Геофиз.ж..2000. №5. т.22. С. 39-47.

4. Ингеров А.И., Рокитянский И.И. Украинский щит //Литосфера Центральной и Восточной Европы:

Обобщение результатов исследований. Киев: Наукова думка.1993. 257 с.

5. Каляев Г.И., Крутиховская З.А, Жуков Г.В. и др. Тектоника Украинского щита. Наук. Думка. 1972. 300 с.

6. Кутас В.В., Омельченко В.Д., Остроухова О.А. Эпицентры землетрясений на юго-западе Украины.

Геофизический журнал. №6. Т.27. 2005.С. 106-110.

7. Нечаев С.В. Минерагеническая зональность Украинского щита с позиций мобилизма.

Минералогический журнал. 1997. №2. С. 87-97.

8. Старостенко В.И., Пашкевич И.К., Кутас Р.И. Глубинное строение Украинского щита.//Геофиз.журн.

2002. т. 24.№6. С.36-48.

9. Сторчак П.Н., Белевцев Я.Н., Галецкий Л.С. Комплект карт «Геология и металлогения Украинского щита». М-б 1:1000000.Мингео УССР. 1984.

10. Трипольский А.А., Шаров Н.В. Литосфера докембрийских щитов северного полушария Земли по сейсмическим данным. Петрозаводск:Корельский научный центр РАН. 2004. 159 с.

11. Johnston A. C. and Kanter L. R. Earthquakes in stable continental crust.// Sci Am. 1990. 262. Р. 68–75.

12. Gangopadhyay A. and Talwani P. Symptomatic features of intraplate earthquakes //Seismol. Res. Lett. 2003.

74, Р. 863–883.

13. Ingerov A.I., Rokityansky I.I., Tregubenko V.I. Forty years of MTS studies in the Ukraine // Earth Planets Space.1999.51.Р. 1127-1133.

14. Randall L. Macki, J.Torquil Smith, Theodore R. Madden Three-dimentional electromagnetic modeling using finite difference equations: The megnetotelluric example //Radio Science. V. 29. №4. 1994. P. 923-935.





15. B. Prasanta, K. Patro, Nandini Nagarajan and S. V. S. Sarma Crustal geoelectric structure and the focal depths of major stable continental region earthquakes in India// Current Science. V. 90. № 1. 2006. Р. 107-113.

16. Simpson F. Stress and seismicity in the lower crust: a challenge to.simple ductility and implications for electrical conductivity mechanisms // Surv. Geophys. 1999. 20. Р. 201–227.

ТРЕХМЕРНАЯ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМНОЙ КОРЫ И

ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ДОБРУДЖИ И ПРИДОБРУДЖСКОГО ПРОГИБА

–  –  –

1 - Институт геофизики Национальной Академии Наук Украины, Киев, kulik@ndc.org.ua 2 – УкрНИМИ НАН Украины, Донецк, oemi@rambler.ru В тектоническом отношении область исследования принадлежит Причерноморскому прогибу, который приурочен к зоне сочленения древней Восточно-Европейской платформы и молодой Скифской плиты. В его пределах выделяются три основные зоны: Северный борт, покоящийся на древнем докембрийском фундаменте, Южный борт - на молодом складчатометаморфизованном герцинско-киммерийском фундаменте Скифской плиты и осевая часть грабенов в зоне сочленения разновозрастных платформ.

Западная часть осевой зоны Причерноморского прогиба состоит из Бырладского, Придобруджского и Крыловского прогибов. Западное ограничение Бырладского грабена неизвестно и перекрыто мощной осадочной толщей Предкарпатского прогиба [Чекунов и др., 1976].

Придобруджский прогиб - сложно построенная грабенообразная структура, выполненная платформенными палеозойскими и триасово-юрскими отложениями. Он сочленяется со складчатыми сооружениями Добруджи по серии крупных разломов северозападного простирания. Эти три грабенообразные зоны объединены единой историей геологического развития и, прежде всего тем, что они окончательно сформировались к меловому времени в отличие от восточных депрессий Причерноморской впадины, которые в меловом периоде энергично развивались.

В районе исследований известны магнитовариационные наблюдения (МВП) в диапазоне бухтообразных вариаций вдоль западной границы Молдовы [Рокитянский и др., 1979] и магнитотеллурические зондирования (МТЗ) в диапазоне 0,1-2000 с вдоль геотраверса Килия

- Кривой Рог - Харьков [Ингеров и др., 1988]. В последнем случае проведены измерения вертикальной компоненты переменного магнитного поля Земли. По результатам анализа поперечных кривых МТЗ, было сделано предположение о существование в районе Придобруджского прогиба проводящего слоя в мантии на глубине 80 км с суммарной проводимостью 1500 См и проводник вытянут в меридиональном направлении.

В 1992 г. в юго-западной части Украины проведены геоэлектрические исследования методами МТЗ и МВП с целью изучения глубинного геоэлектрического строения [Бурахович и др., 1995].

Двумерная модель, включающая эти данные, характеризуется наличием серии проводящих слоев, различающихся своими параметрами [Бурахович и др, 1995]. Во-первых, это слой в верхах земной коры, его кровля изменяется от 10 до 20 км с юга на север в пределах прогиба, а мощность от 10 до 20 км и суммарная продольная проводимость (S) от 100 до 200 См, соответственно. Во-вторых, два проводящих объекта предполагаются в верхней части мантии: первый – на юге, на глубинах от 40 до 80 км с S около 400 См и второй – на севере, на глубинах от 70 до 110 км с S = 1000 См.

Сегодня плотность наблюдений естественного электромагнитного поля внешнего источника в области низких частот позволяет построить трехмерную геоэлектрическую модель земной коры и верхней мантии ответить на некоторые вопросы глубинного строения и тектоники Добруджи и Придобруджского прогиба.

Построение 3D модели основывалось на анализе магнитовариационных параметров и магнитотеллурических зондирований в диапазоне периодов магнитотеллурического поля до 1000 с [Бурахович Т.К. и др., 1995, Ингеров А.И. и др. 1988, Рокитянский И.И. и др., 1979, УкрНИМИ, 2009-2010].

Инструментом для создания и расчета электрических и магнитных компонент магнитотеллурического поля, типперов и кривых кажущегося удельного электрического сопротивления (к) послужила широко распространенная программа 3D моделирования [Randall L. 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 докембриской области (УЩ) он принят следующим:

Для УЩ он состоит из 9 слоев:

Мощность (км) - 160, 40, 50, 70, 80, 100, 100, 160, Удельное электрическое сопротивление (Омм)

- 2000, 600, 250, 100, 50, 20, 10, 5, 1.

Для герцинских и киммериских регионов характерны другие значения, которые включают електропроводящую «астеносферу»:

Мощность (км) - 110, 30, 60, 50, 70, 80, 100, 100, 160, Удельное электрическое сопротивление (Омм)

- 1000, 40, 600, 250, 100, 50, 20, 10, 5, 1.

В расчетной трехмерной модели предполагается, что под Скифской плитой существует проводящий слой в верхней мантии («астеносфера») в интервале глубин от 110 до 140 км с S 700 См в отличии от Восточно-Европейской платформы.

На электромагнитные параметры существенное влияние оказывает неоднородное распределение электропроводности приповерхностного проводящего слоя. Его суммарная проводимость в основном соответствует мощности осадочных отложения и коррелирует с основными структурными геологическими единицами. Северная Добруджа характеризуется относительно низкими значениями, но резкими изменениями суммарной продольной проводимости S до 200 См. В Придобруджском прогибе, где кристаллический фундамент залегает на глубинах около 9 км, S не превышает 1000 См. На южном склоне УЩ значения S достигают 1000 См, в то время как, на Молдавской плите значения S около 100 См. В акватории Черного моря S приповерхностного проводящего слоя принята в модели от 1000 до 2000 См.

При описании 3D модели всегда необходимо идти на компромисс между точным описанием области моделирования и количеством ячеек, которые содержит модель. В процессе создания модели необходимо соблюдать определенные требования к размерам ячеек, их количеству, заданию параметров вмещающей среды и т.д.

Для построения модели распределения удельного электрического сопротивления пород земной коры и верхней мантии была сформирована область, которая состоит из параллелепипедов с длинами сторон от 10 до 150 км. В соответствии с направлением координатных осей (х направлена на восток, у – на север, z – к центру Земли) расположены ячейки (302423), каждая из которых характеризуется однородным удельным электрическим сопротивлением. Эта область была разделена на аномальную, содержащую локальные неоднородности, и окружающую ее нормальную (горизонтально-слоистую) среды. Горизонтальные размеры ячеек в аномальной области модели были равны и составляли 10 км. Вертикальные размеры ячеек изменялись от 100 метров (в верхних) до 25 км (в глубинных) слоях. Это объясняется необходимостью соизмерять размеры ячеек с пространственными длинами электромагнитных волн на различных периодах магнитотеллурического поля. На большие глубины проникает электромагнитное поле больших периодов и, соответственно, глубинные объекты описываются ячейками с большими размерами сторон. Сложное построение модели связано с резкими изменениями параметров электропроводности региона и, следовательно, необходимостью подробно описать границы раздела на разных глубинах и разных расстояниях от исследуемой аномальной структуры.

Распределение удельного электрического сопротивления по слоям и их мощности приняты условно, исходя из данных о значениях суммарных продольных проводимостей осадочных отложений и глубины до консолидированного фундамента.

Двенадцать верхних горизонтальных слоев модели описывают распределение удельного электрического сопротивления осадочных отложений и части консолидированной коры региона. С первого до четвертого слояч (мощностью от 100 до 500 м) принято общее для всей модели значение =10 Омм. Глубже мощность модельных слоев, который описываем проводимость осадочный отложений, растет до 1 км и характеризуется от 1 до 40 Омм. Такое распределение геоэлектрических параметров для описания осадочной толщи было использовано во всех моделях, которые рассчитывались в данной работе.

Процесс моделирования – это сложная последовательная процедура расчета магнитотеллурических полей и сравнения результатов с наблюденными экспериментальными данными.

Прежде всего, было рассчитаны и проанализированы индукционные параметры для модели, которая состоит только из неоднородного поверхностного слоя на фоне «нормального» разреза.

Анализ расчитаных электромагнитных полей будет сделан для периода вариаций 720 с, так как этот период соответствует максимуму частотной характеристики наблюденных индукционных параметров.

Субширотно протяженные неоднородные проводящие структуры Придобруджского прогиба значительно отразились на северной составляющей индукционного параметра Су.В тоже время восточная составляющая Сх получилась меньшей по величине и, к тому же ее распределение менее однородно. Такое распределение и величины существенно отличаются от наблюденных индукционный параметров. То есть действительно, в недрах консолидированной коры должны присутствовать аномалии высокой электропроводности.

Следующий шаг моделирования заключается в ведении в модель глубинных объектов высокой проводимости. Параметры этих структур и их пространственное расположение соответствуют результатам двумерного моделирования [Бурахович и др., 1995].

Расчеты модулей индукционных параметров для такой модели показывают, что в рамках трехмерных представления они недостаточно удовлетворяют наблюденным данным.

Рассчитанные поля не отражают неоднократные изменения вдоль профилей наблюдений пространственный разворотов индукционных параметров (пункты 6 и 15, 13 и 3, 7 и 19 профиля Рении - Беляевка, 15 и 1 профиля Килия), а также, в северной части рассчитанные величины в 1,5 раза меньше наблюденных. Следовательно, в геоэлектрическую модель необходимо внести дополнительные приповерхностные вертикальные проводники, которые будут ориентированы с северо-запада на юго-восток в южной и центральной части, а в северной части планшета ориентация субмеридиональная. Кроме того, следует увеличить удельное электрическое сопротивление глубинных проводников в земной коре и верхней мантии с 100 Омм (по данным 2D модели) на 1 Омм.

Вертикальных проводников с поверхности соответствуют разломным зонам.

Конфигурация изолиний индукционных параметров, их значения свидетельствуют о том, что наиболее мощные аномалии электропроводности могут быть приурочены к ИзмаилоКагульскому, Чадырлунгскому и северу Саратского разломов. В результате расчетов этой модели получены магнитовариационные параметры, которые удовлетворяют наблюденным данным.

Список литературы

1. Бурахович Т.К., Кулик С.Н., Логвинов И.М. Геоэлектрическая модель земной коры и верхней мантии Преддобружского прогиба и Северной Добруджи // Геофизичекий журнал.№4. Т.17. 1995. С.81-87.

2. Бурахович Т.К. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель Карпатского региона // Геофизичекий журнал. 2004. т.26. №4.С.63-74.

3. Высоцкий И.В. Схема структуры Добруджской складчатой области // Сов. Геология. 1965. № 9. С. 132– 135.

4. Ингеров А.И., Бугримов Л.П. и др. Результаты МТЗ на участке Килия-Кривой Рог-Харьков // Литосфера Центральной и Восточной. Геотраверсы ІУ. УІ. УІІ. Киев: Наук.думка. 1988.150 с.

5. Рокитянский И.И., Логвинов И.М., Рокитянская Д.А. Черноморская ветвь Карпатской анамалии электропроводности // Геофиз. сб. 1979. Вып.87.С.65-67.

6. Чекунов А.В., Веселов А.А., Гилькман А.И. Геологическое строение и история развития Причерноморского прогиба. – Киев: Наук.думка, 1976. – 156 с.

Randall L. Macki, J.Torquil Smith, Theodore R. Madden Three-dimentional electromagnetic modeling using 7.

finite difference equations: The megnetotelluric example. Radio Science. V. 29. № 4.1994. P. 923-935.

МАССИВ СИНХРОННЫХ МТ/МВ ЗОНДИРОВАНИЙ KIROVOGRAD:

ПЕРВЫЕ МОДЕЛИ 2D ИНВЕРСИИ

Варенцов И.М.1, Алексанова Е.Д. 2, Баглаенко Н.В. 1, Куликов В.А..2,3, Логвинов И.М.4, Соколова Е.Ю.1, Рабочая группа KIROVOGRAD Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ РАН, Троицк, Московская обл., Россия; ivan_varentsov@mail.ru ООО «Северо-Запад», Москва, Россия Геологический факультет МГУ, Москва, Россия Институт геофизики НАНУ, Киев, Украина Синхронные МТ/МВ зондирования KIROVOGRAD В 2007-10 г. начат международный проект KIROVOGRAD электромагнитного (ЭМ) зондирования земной коры на западе Воронежской антеклизы (ВА) - в России и на Украине.

Решались 3 задачи: методическая – масштабная реализация на постсоветском пространстве современных технологий синхронного ЭМ зондирования, развитых в проектах BEAR и EMTESZ-Pomerania [Варенцов и др., 2006; Varentsov, 2007a; Ernst et al., 2008]; геологическая – исследование сочленения 3 аномалий коровой электропроводности – Кировоградской (КрвА), Курской (КурА) и Кирово-Барятинской (КбрА); педагогическая – приобщение к актуальным научным проектам студентов-практикантов на Геофизической базе МГУ в д. Александровка (ALX) Калужской обл. В проекте участвуют Геологический ф-т МГУ, ЦГЭМИ ИФЗ РАН, Институт геофизики НАНУ, Геофизический институт Чешской АН и ООО ”Северо-Запад”.

КрвА изучена на Украинском щите (УЩ) по результатам магнитовариационных (МВ) зондирований [Рокитянский, 1976; Баглаенко и др., 1996; Логвинов, Тарасов, 2005; Азаров и др., 2006]. Это отчетливая меридианальная зона, продолжающаяся под Днепрово-Донецкой впадиной (ДДВ) на север. Менее интенсивная КбрА выявлена по магнитотеллурическим (МТ) зондированиям южнее Геофизической базы МГУ [Алексанова и др., 2010]. КурА проявилась в МТ данных ООО ”Северо-Запад” на оси КМА вблизи Курской АЭС (г. Курчатов).

Массив МТ/МВ зондирований KIROVOGRAD [Варенцов и др., 2011а] состоит из 3 российских профилей: КИРОВ, ЖИЗДРА и НАВЛЯ; 2 российско-украинских: СУЗЕМКА и ШОСТКА; и 3 украинских: СУМЫ, ДДВ и ДНЕПР, включающих наблюдения прошлых лет (рис. 1). В России зондирования велись аппаратурой Phoenix в течение 2-3 суток, на Украине – длиннопериодной аппаратурой в течение недели. Их большинство выполнено в зоне интенсивных ЭМ помех от ж/д, трубопроводов и других объектов индустрии. Синхронная методика [Varentsov, 2007a] наблюдений (с опорой на геомагнитную обсерваторию Киев (KIV) и МВ пункт Александровка (ALX)) обеспечила получение кондиционных данных импеданса и типпера, а также вовлечение в интерпретацию наименее искаженных горизонтальных МВ откликов. Карты экстремальных амплитуд последних [Варенцов и др., 2011а,б] отчетливо выделяют субмеридианальные глубинные аномалии электропроводности (КрвА на ЮЗ, КурА на ЮВ и КбрА на севере). Интерференция поверхностных и глубинных откликов на картах инвариантов импеданса и типпера выглядит сложнее. В импедансных данных (рис. 2), наряду с образами 3 квазилинейных аномалий, на профилях СУЗЕМКА и ШОСТКА проявляется глубинная аномалия повышенной электропроводности во всей зоне от КрвА до КурА.

Типперы на профилях СУЗЕМКА – ДНЕПР сильно искажены 3D эффектами осадков ДДВ. В центре массива продольная проводимость осадков ниже 100 См и искажения малы.

Двумерная инверсия данных Стратегия интерпретации данных предполагала этап углубленной 2D инверсии ансамбля МТ и МВ откликов на основе методов [Варенцов, 2002, 2006, 2011а,б; Varentsov, 2007b]. Степень двумерности различна для различных компонент МТ/МВ данных. Она максимальна для горизонтальных МВ откликов, но и по ним простирание отдельных сегментов коровых аномалий (прежде всего, КурА) заметно отличается от доминирующего субмеридианального. 2D инверсия вдоль 5 субширотных профилей КИРОВ-ШОСТКА велась по 8-компонентному ансамблю профильных данных: бимодального импеданса, типпера и горизонтального МВ отклика (в нормировке на самую западную точку профиля НАВЛЯ). Погрешности данных, учитываемые в ходе инверсии, увеличивались пропорционально степени 3D-искаженности [Варенцов, 2011б], определяемой оценками трехмерности и локального простирания соответствующих передаточных операторов [Бердичевский, Дмитриев, 2009]. Для подавления приповерхностных искажений погрешности кажущихся сопротивлений были увеличены в еще большей степени. На профилях КИРОВ – ЖИЗДРА инверсия велась в диапазоне периодов 0.5-4096 с, а на профилях СУЗЕМКА и ШОСТКА – 16-4096 с. На профиле ДНЕПР интерпретировались, в основном, зондирования прошлых лет и велась лишь 5-компонентная инверсия – для импеданса использовались только эффективные отклики, а для горизонтальных МВ данных – одни амплитуды (в нормировке на KIV).

На всех профилях на начальном этапе инверсии определяющую роль играли импедансные фазы и МВ данные в точках и на периодах минимальной 3D-искаженности. Инверсия на профилях СУМЫ и ДДВ отложена из-за высокого уровня 3D искажений.

Компромисс разрешения/устойчивости получен на профиле ЖИЗДРА (рис. 3, слева) наблюдается надежная сходимость итераций инверсии и отчетливы преимущества применяемой методики по сравнению с другими: Mackie [Rodi, Mackie, 2001] для данных бимодального импеданса и REBOCC [Siripunvaraporn, Egbert, 2000] для данных бимодального импеданса и типпера. Выявлен коровый проводник шире 100 км с мощностью ~10 км на глубине 25-35 км с продольной проводимостью до 1000 См. Выше - менее контрастные вертикальные проводящие зоны, приуроченных к глубинным разломам. Похожие аномалии наблюдаются на профиле КИРОВ. Южнее профиля ЖИЗДРА 2D модели усложняется, а продольная проводимость и глубина нижнекоровых аномалий увеличиваются (рис. 3, справа).

Продольная проводимость для глубин 15-50 км по результатам 2D инверсий показывает корреляцию проводящих структур КрвА на профилях ДНЕПР и ШОСТКА-СУЗЕМКА с двух сторон ДДВ и прослеживает продолжение КрвА и КурА до профиля НАВЛЯ. На профиле СУЗЕМКА повышенная проводимость наблюдается между КрвА и КурА в зоне аномалии импедансных данных (рис. 2). В центральной части модели понижается и сопротивление верхней мантии (ниже ~45 км), что может свидетельствовать о современной активизации.

Рис. 2. Карта фазы эффективного импеданса для периода 400 с.

Рис. 1. Зондирования проекта KIROVOGRAD: треугольники, квадраты и пятиугольники-звездочки - пункты МВ, МТ и синхронных МТ/МВ наблюдений, соответственно; зеленые линии – ж/д на переменном токе, красные – на постоянном; DDT – ДДВ; USH – УЩ, KRB и PRDB – мегаблоки УЩ; VRA-0.2 – изолиния 0.2 км мощности осадков ВА; INF, KKF, VSHF и NVF – важнейшие глубинные разломы.

Рис. 3. Результаты 2D инверсии на профилях проекта KIROVOGRAD: слева вверху - сходимость 8-компонентной инверсии по программе Варенцова на профиле ЖИЗДРА (модели электрического сопротивления, Омм, единая lgшкала; горизонтальные координаты везде увеличиваются от меридиана 34°в.д. на восток; показаны итерации 14, 27, 35, 42 и 53); слева внизу – сопоставление на профиле ЖИЗДРА итоговых моделей инверсии по программам Варенцова, Mackie и REBOCC; справа вверху – сопоставление итоговых моделей инверсии по программе Варенцова для 6 профилей КИРОВ – ДНЕПР; справа внизу - карта коровой продольной проводимости в интервале глубин 15-50 км (См, lg-шкала) по результатам 2D инверсии, показанным справа вверху.

На профилях НАВЛЯ и ЖИЗДРА объекты КрвА и КурА практически сливаются. На севере между профилями ЖИЗДРА и КИРОВ объединенная аномалия сочленяется с КрбА.

Заключение Синхронные МТ/МВ зондирования проекта KIROVOGRAD позволили выполнить глубинные геоэлектрические 2D построения на западе Воронежской антеклизы в пределах всей земной коры вопреки сильным ЭМ помехам и показали перспективность применения данной технологии в индустриальных областях России. Детализировано сочленение коровых аномалий КрвА, КурА и КбрА и показана связанность их токовых систем. Подтверждена эффективность применения новой методики 2D инверсии с учетом 3D-искаженности данных

- результаты 2D построений хорошо согласуются с моделями 3D инверсии [Варенцов и др., 2011б]. Предстоит уточнение построенных 2D моделей и анализ данных на новых профилях.

Начато исследование природы выявленных аномалий [Алексанова и др., 2011].

Благодарности Представленные исследования поддержаны исследовательскими грантами РФФИ 07-05-00437, 11-05и РФФИ-Укр_Ф 09-05-90439 и экспедиционным финансированием РФФИ и ОНЗ РАН. Авторы благодарны А.Г. Яковлеву и полевым отрядам Рабочей группы KIROVOGRAD за качественное проведение ЭМ зондирований.

Список литературы

1. Азаров Н.Я., Анциферов А.В., Шеремет Е.М. и др. Геолого-геофизическая модель КриворожскоКременчугской шовной зоны Украинского щита. Киев: Наукова думка. 2006. 196с.

2. Алексанова Е.Д., Баглаенко Н.В., Варенцов Ив.М. и др. Сопоставление геофизических полей в зоне Кировоградской и Курской аномалий электропроводности // Современное состояние наук о Земле (Материалы международной конференции памяти В.Е. Хаина). М.: МГУ. 2011. С. 33-37.

3. Алексанова Е.Д., Варенцов Ив.М., Верещагина М.И. и др. ЭМ зондирование осадочного чехла и консолидированной земной коры в зоне перехода от Московской синеклизы к Воронежской антеклизе:

проблемы и перспективы // Физика Земли. 2010. № 8. С. 62-71.

4. Баглаенко Н.В., Варенцов Ив.М., Гордиенко В.В. и др. Геоэлектрическая модель Кировоградской аномалии по геомагнитным данным // Физика Земли. 1996. № 4. С. 87-98.

5. Бердичевский М.Н, Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир. 2009. 680 с.

6. Варенцов Ив.М. Общий подход к решению обратных задач магнитотеллурики в кусочно-непрерывных средах // Физика Земли. 2002. № 11. С. 11-33.

7. Варенцов Ив.М. Разрешающая способность современных ЭМ геофизических методов с естественным возбуждением поля // Разведка и охрана недр. № 8. 2006. С. 66-71.

8. Варенцов Ив.М. Изучение геоэлектрической структуры литосферы методами синхронного ЭМ зондирования // Современное состояние наук о Земле (Материалы международной конференции памяти В.Е. Хаина). М.: МГУ. 2011а. С. 2181-2185.

9. Варенцов Ив.М. Прагматическая 2D инверсия синхронных ансамблей МТ/МВ откликов // Настоящее издание. 2011б. 4с.

10. Варенцов Ив.М., Ковачикова С., Куликов В.А. и др. Коровые аномалии электропроводности на западном склоне Воронежской антеклизы // Современное состояние наук о Земле (Материалы международной конференции памяти В.Е. Хаина). М.: МГУ. 2011а. С. 290-295.

11. Варенцов Ив.М., Ковачикова С., Логвинов И.М., Рабочая группа KIROVOGRAD. Массив синхронных МТ/МВ зондирований KIROVOGRAD: модели квази-3D инверсии // Настоящее издание. 2011б. 4с.

12. Варенцов Ив.М., Корья Т., Смирнов М.Ю. и др. Эксперимент BEAR – синхронное ЭМ зондирование Балтийского щита и его передаточные функции // Строение и динамика литосферы Восточной Европы.

Результаты исследований по программе EUROPROBE. М.: Геокарт: ГЕОС. 2006. С. 79-94.

13. Логвинов И.М., Тарасов В.Н. Геоэлектрическая 2D модель Кировоградской аномалии электропроводности // Геофиз. Журн. 2005. № 5. С. 754-769.

14. Рокитянский И.И. Исследование аномалий электропроводности методом МВ профилирования. Киев:

Наукова думка. 1975. 280с.

15. Ernst T., Brasse H., Cerv V. et al. EM images of the deep structure of the Trans-European Suture Zone beneath Polish Pomerania // Geophys. Res. Let. 2008. V. 35. P. 15307. doi:10.1029/2008GL034610.

16. Rodi W., Mackie R.L. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2D МТ inversion // Geophysics. 2001. V. 66. P.

174-187.

17. Siripunvaraporn W., Egbert G. An efficient data-subspace inversion method for 2D MT data // Geophysics. V. 65. P.

791–803.

18. Varentsov Iv.M. Arrays of simultaneous EM soundings: design, data processing and analysis // EM sounding of the Earth’s interior (Methods in geochemistry and geophysics, 40). Elsevier. 2007a. P. 259-273.

19. Varentsov Iv.M. Joint robust inversion of MT and MV data // EM sounding of the Earth’s interior (Methods in geochemistry and geophysics, 40). Elsevier. 2007b. P. 185-218.

МАССИВ СИНХРОННЫХ МТ/МВ ЗОНДИРОВАНИЙ KIROVOGRAD:

МОДЕЛИ КВАЗИ-3D ИНВЕРСИИ Варенцов И.М.1, Ковачикова С.2, Логвинов И.М.3, Рабочая группа KIROVOGRAD Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ РАН, Троицк, Московская обл., Россия; ivan_varentsov@mail.ru Геофизический институт Чешской АН, Прага, Чехия Институт геофизики НАНУ, Киев, Украина Введение В эксперименте синхронного электромагнитного (ЭМ) зондирования KIROVOGRAD на территории ЮЗ России и северной Украины [Варенцов и др., 2011а,б] получена представительная коллекция магнитотеллурических (МТ) и магнитовариационных (МВ) откликов, включающая данные импеданса, типпера и горизонтального МВ оператора на серии субширотных профилей в зоне от северного склона Украинского щита до южного борта Московской синеклизы. Эти данные выявили сложное сочленение 3 квазилинейных коровых аномалий – Кировоградской (КрвА), Курской (КурА) и Кирово-Барятинской (КбрА). Структура этих аномалий наиболее отчетливо картируется экстремальными амплитудами горизонтальных МВ откликов, надежно определяемых по синхронным данным даже при высоком уровне ЭМ шумов и минимально искаженных приповерхностными эффектами. На рис. 1 для периода 400 с представлены важнейшие инварианты этих откликов [Varentsov, 2005, 2007] - показаны изолинии максимальной амплитуды и эллипсы экстремальных амплитуд (повернутые на 90°, чтобы максимальная ось внутри положительных аномалий указывала на их простирание).

Здесь и далее горизонтальные МВ отклики приведены относительно самого западного зондирования на профиле НАВЛЯ (вблизи Почепа), наиболее удаленного от проводящих структур. Самые южные положительные аномалии определяются мощными субширотными токами в осадках Днепрово-Донецкой впадины (ДДВ), более северные субмеридианальные положительные аномалии трассируют коровые проводящие структуры КрвА, КурА и КбрА.

Разрезы этих структур получены вдоль 6 профилей [Варенцов и др., 2011а] методом совместной 2D инверсии ансамблей МТ/МВ данных, включающих, наряду с импедансом и типпером, и горизонтальные МВ отклики. Построенная по результатам 2D инверсии карта коровой продольной проводимости для глубин 15-50 км представлена на рис. 2. Она демонстрирует весьма сложное 3D сочленение квазилинейных коровых проводников. Хотя 2D инверсия и велась с учетом 3D-искаженности инвертируемых данных [Варенцов, 2011], в этой непростой геоэлектрической обстановке целесообразно подкрепить выполненные 2D построения первыми решениями 3D обратных задач. На этом пути используется достаточно простой и приближенный, но эффективный метод инверсии МВ данных.

Метод квази-3D инверсии МВ данных Рассматривается модель горизонтально-однородной слоистой среды с тонкими горизонтально-неоднородными проводящими пленками. Продольная проводимость S одной из пленок определяется в ходе инверсии, остальных – фиксируется на основе априорных предположений. Дискретизация пленок – равномерная. Моделирование ЭМ полей ведется в рамках формализма Прайса [Бердичевский, Жданов, 1981]. Инверсии подлежат массивы МВ передаточных операторов (2 комплексных компонент для типпера и 4 – для горизонтального МВ отклика), заданные на произвольной сети для одного или нескольких достаточно длинных периодов. Ставится классическая задача минимизации тихоновского функционала [Kovacikova et al, 2005]. Возможен выбор стабилизатора с фокусирующими свойствами [Portniaguin, Zhdanov, 1999]. Минимизация осуществляется методом взвешенных сопряженных градиентов [Жданов, 2007]. Реализуется выбор оптимального параметра регуляризации.

Такой подход позволяет быстро и устойчиво оценить S субгоризонтальных аномалий электропроводности, однако требует контроля точности приближения Прайса и может вносить большие искажения при “многоэтажной” структуре аномалий.

Данный метод широко опробован при инверсии типперов в Центральной Европе [Cerv et al., 2002; Kovacikova et al., 2005; ] и ряде других областей, в том числе вдоль украинского сегмента КрвА [Гордиенко и др., 2005]. Однако часто типперы проявляют повышенную чувствительностью к геоэлектрическим неоднородностям вне планшета инверсии. В таких случаях более перспективна инверсия горизонтальных МВ откликов. Первый и весьма обнадеживающий опыт такой инверсии получен в эксперименте EMTESZ-Pomerania. Здесь результаты квази-3D инверсии типперов сильно искажены влиянием Северо-Германской аномалии электропроводности, удаленной от интерпретируемого массива ЭМ зондирований, в то же время модель коровой S для зоны TESZ [Kovacikova, Varentsov, 2010], построенная в результате инверсии горизонтальных МВ данных, хорошо согласуется с результатами 2D построений вдоль отдельных профилей [Varentsov, 2005; Ernst et al., 2008]. С учетом данного опыта велась инверсия МВ данных эксперимента KIROVOGRAD.

Модели квази-3D инверсии в эксперименте KIROVOGRAD Первые результаты получены по горизонтальным МВ данным в однопленочной модели с равномерной дискретизацией 10х20 км. Справа на рис. 1 показано распределение S в пленке на глубине 20 км, построенное по данным для периодов 900 и 1600 с. В это распределение вносят вклад как коровые аномалии, так и неоднородности осадочного чехла, при этом проводимость коровых структур достигает 10000 См и вполне соответствует 2D построениям, а вклад осадков ДДВ на юге многократно завышен (также достигает 10000 См). Единственное существенное отличие от 2D построений заключается в меньшей интенсивности изометричной проводящей зоны между КрвА и КурА на профиле СУЗЕМКА.

Затем рассмотрена двухпленочная модель – в ее верхней пленке на глубине 2 км фиксировано априорное распределение S осадков (рис. 2, слева вверху), построенное по МТ зондированиям массива KIROVOGRAD и результатам предшествующих исследований [Логвинов, 2002; и др.]. Справа вверху на рис. 2 показано распределение S в нижней пленке на глубине 20 км, построенное по горизонтальным МВ данным для периода 900 с. Удалось многократно уменьшить влияние осадочных структур ДДВ, а конфигурация КрвА, КурА и КбрА существенно не изменилась. Справа внизу показано аналогичное решение по типперам

– в нем теряется субмеридианальная квазилинейная фокусировка проводящих структур, характерная для результатов квази-3D инверсии горизонтальных МВ откликов и 2D построений. Этот эффект связан с большей искаженностью типперов ЭМ шумами и их повышенной чувствительностью к проводящим структурам вне планшета инверсии.

Заключение Представлены модели квази-3D инверсии МВ данных для массива синхронных зондирований KIROVOGRAD. Исследованы возможности построения содержательных пленочных моделей коровой электропроводности отдельно по данным типпера и горизонтального МВ оператора и при их совместной инверсии. Показана возможность учета априорных оценок приповерхностной проводимости путем введения в модель второй пленки. Наибольший интерес представляет процедура многокомпонентной многопериодной инверсии горизонтальных МВ откликов. Ее результаты хорошо согласуются с распределением коровой продольной проводимости по результатам многокомпонентной 2D инверсии МТ/МВ данных [Варенцов и др., 2011а], выполненной с учетом 3D-искаженности данных.

Благодарности Представленные исследования поддержаны российскими грантами РФФИ 07-05-00437, 11-05-00491, российско-украинским грантом РФФИ-Укр_Ф 09-05-90439 и чешскими грантами IAA300120703, GA205/07/0292 и GA P210/10/2227. Авторы благодарны Н.В. Баглаенко, Е.Ю. Соколовой и В.Н. Тарасову за участие в сборе и анализе МВ данных.

Список литературы Бердичевский М.Н., Жданов М.С. Интерпретация аномалий переменного ЭМ поля Земли. М.: Недра. 1981.

1.

327 с.

Варенцов Ив.М. Прагматическая 2D инверсия синхронных ансамблей МТ/МВ откликов // Настоящее 2.

издание. 2011. 4с.

Варенцов Ив.М., Алексанова Е.Д., Баглаенко Н.В. и др. Массив синхронных МТ/МВ зондирований 3.

KIROVOGRAD: первые модели 2D инверсии // Настоящее издание. 2011а. 4с.

Варенцов Ив.М., Ковачикова С., Куликов В.А. и др. Коровые аномалии электропроводности на западном 4.

склоне Воронежской антеклизы // Современное состояние наук о Земле (Материалы международной конференции памяти В.Е. Хаина). М.: МГУ. 2011б. С. 290-295.

Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В. и др. Украинский щит (геофизика, глубинные 5.

процессы). Киев: Корвин-пресс. 2005. 210с.

Жданов М.С. Теория обратных задач и регуляризации в геофизике. М.: Научный мир. 2007. 712с.

6.

7. Логвинов И.М. Карта суммарной продольной проводимости осадочного чехла Днепровско-Донецкой впадины по результатам двумерного моделирования ЭМ // Физика Земли. 2002. № 11. С. 94-96.

Cerv V., Kovacikova S., Pek J. et al. Modelling of conductivity structures generating anomalous induction at 8.

the eastern margin of the Bohemian Massif and the West Carpathians // Acta Geophys. Pol. 2002. V. 50(4). P.

527–545.

Ernst T., Brasse H., Cerv V. et al. EM images of the deep structure of the Trans-European Suture Zone beneath 9.

Polish Pomerania // Geophys. Res. Let. 2008. V. 35. P. 15307. doi:10.1029/2008GL034610.

Kovacikova S., Cerv V., Praus O. Modelling of the conductance distribution at the eastern margin of the 10.

European Hercynides // Studia Geophys. Geod. 2005. V. 49. P. 403-421.

Kovacikova S., Varentsov Iv., EMTESZ-Pomerania WG, KIROVOGRAD WG. Quasi-3D inversion of horizontal 11.

MV responses within the EMTESZ-Pomerania and the KIROVOGRAD deep sounding arrays // 20th Workshop on EM induction in the Earth (Abstracts). Egypt, Giza. 2010. S2-44. 2p.

Portniaguine O., Zhdanov M.S. Focussing geophysical inversion images // Geophysics. 1999. V. 64. P. 874Varentsov Iv.M. Arrays of simultaneous EM soundings: design, data processing and analysis // 13.

Electromagnetic sounding of the Earth’s interior (Methods in geochemistry and geophysics, 40). Elsevier.

2007. P. 259-273.

Varentsov Iv.M., EMTESZ-Pomerania WG. Method of horizontal MV sounding: techniques and application in 14.

the EMTESZ-Pomerania project // Protokoll uber das 21 Kolloquium “Elektromagnetische Tiefenforschung” (Eds. O. Ritter, H. Brasse). Dtsch. Geophys. Ges. Potsdam. Germany. 2005. P. 111-123.

Рис. 1. Карта изолиний максимальных амплитуд и эллипсов (повернутых на 90°) экстремальных амплидуд горизонтального МВ отклика (отн. самой западной точки профиля НАВЛЯ вблизи Почепа) для периода 400 с (слева) и карта суммарной продольной проводимости осадков и земной коры (См, lg-шкала) по результатам квази-3D инверсии горизонтальных МВ данных для периодов 900 и 1600 с в однопленочной модели.

Рис. 2. Карты продольной проводимости S (См, lg-шкала) для массива зондирований KIROVOGRAD: слева вверху – априорная модель S осадков; слева внизу – коровая S для глубин 15-50 км по результатам совместной 2D инверсии МТ/МВ данных; справа – коровая S по результатам квази-3D инверсии в двухпленочной модели по горизонтальным МВ данным (вверху) и типперам (внизу) для периода 900 с.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ КОЛЬСКОГО

ПОЛУОСТРОВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОЩНОГО

СТАЦИОНАРНОГО ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ КНЧ ДИАПАЗОНА

Велихов Е.П. 1, Григорьев В.Ф.2, Жданов М.С.3,Коротаев С.М.1, 4, Кругляков М.С.1, Орехова Д.А.1, Попова И.В.4, Терещенко Е.Д.2, Щорс Ю.Г.1

- НИЦ “Курчатовский институт”, schors.ug@g23.relcom.ru

- Учреждение Российской академии наук Полярный геофизический институт Кольского научного центра РАН, general@pgi.ru

- Консорциум по электромагнитному моделированию и инверсии (CEMI), mzhdanov@technoimaging.com

- Центр геоэлектромагнитных исследований Института физики Земли РАН, korotaev@igemi.troitsk.ru Заметные успехи, достигнутые в последнее время в численном решении прямых задач, связанных с возбуждением поля в неоднородных средах, и разработанные подходы к решению обратных задач выдвигают новые требования к организации и проведению экспериментальных работ, направленных на изучение структуры земной коры. Для получения пространственно–частотного распределения поля в некоторой области, являющегося основой для реконструкции геологического строения, необходимо использовать передающие системы с контролируемыми параметрами, т.к. применение естественных источников в таких исследованиях имеет ряд существенных ограничений.

В работе представлен мобильный приемно-передающий комплекс, разработанный для электромагнитного зондирования в экстремально низкочастотном диапазоне земной коры, состоящей из передающей и приемной аппаратуры.

Передающая аппаратура представляет собой опытный образец мощного источника электромагнитного излучения в диапазоне 0.001 Гц -200 Гц, в котором установлена система регистрации тока в передающей антенне с привязкой ко времени по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS (рис. 1).

Рис.1. Внешний вид передающей аппаратуры.

Приемная аппаратура представляет собой калиброванный измеритель двух горизонтальных ортогональных и вертикальной компонент магнитного поля и двух горизонтальных ортогональных компонент электрического поля с привязкой ко времени по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS (рис. 2).

Рис.2. Внешний вид приемной аппаратуры.

Определение ориентации датчиков горизонтальных компонент приемной аппаратуры производится на местности относительно направления на географический север с использованием двухчастотного приемника ГЛОНАСС/GPS (рис. 3).

Рис 3. Внешний вид аппаратуры ориентирования и позиционирования.

Комплекс обеспечивает требуемую точность измерений для решения задач по определению детальной картины распределения проводимости в земной коре. Полученные результаты измерений тока в антенне и трех компонент напряженности магнитного поля, синхронизированные с высокой точностью, позволяют определить как пространственное распределение амплитуд, так и их абсолютные фазовые сдвиги относительно источника.

Рассматриваются технические характеристики аппаратуры мобильного приемопередающего комплекса, предназначенного для возбуждения и измерения электромагнитного поля.

Показаны результаты эксперимента по дистанционному зондированию земной коры на Кольском полуострове. Для проведения эксперимента была выбрана область, для которой имеются сведения о геологическом строении, основанные на результатах проведенных ранее исследований с применением других геолого-геофизических методов. На трассе измерений, расположенной параллельно передающей антенне на удалении 20 км, был выбран ряд приемных точек (рис. 4).

Рис. 4. Схема эксперимента на трассе Мурманск-Туманный. Цифрами 1-8 обозначены точки измерений; пунктирной линией AB обозначена антенна СНЧ-радиостанции «Зевс».

Особенностью результатов эксперимента является наблюдаемое на всех частотах превышение на порядок амплитуд вертикальной компоненты магнитного поля над горизонтальными (рис. 5).

Рис. 5. Сопоставление амплитуд различных компонент поля на одной из частот.

Этот результат объясняется циркуляцией тока по региональным разломам с замыканием тока через море – ранее неизвестным гальваническим береговым эффектом (рис.

6).

Рис. 6. Сопоставление геоэлектрической модели с глубинными разломами.

Интерпретация результатов моделированием и нейросетевым решением обратной задачи существенно уточнила разломную тектонику средней части Кольского полуострова.

Обнаружена удаленная от профиля наблюдений аномалия – локальный выклинивающийся коровый проводящий слой, сложенный графитизированными породами и связанный с зоной надвига (рис. 7).

–  –  –

Благодарности Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 09-05-12012.

Список литературы

1. Введенская А.Я., Дертев А.К. // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007.

http://www.ngtp.ru/rub/10/020.pdf

2. Геоэлектрические исследования с мощным источником тока на Балтийском щите. М.: Наука. 1989. 272 с.

3. Дмитриев В.И., Захаров Е.В. Метод интегральных уравнений в вычислительной электродинамике. //М.:

МАКС Пресс. 2008. 316 с.

4. Жданов М.С. Теория обратных задач и регуляризации в геофизике. // М.: «Научный мир». 2007. 712 с.

5. Кашкевич М. П. Геофизический образ графитизированных глубинных разломов: дис.... кандидата геологоминералогических наук. Санкт-Петербург, 2000.

6. Ковтун А.А. Строение коры и верхней мантии на северо-западе Восточно-Европейской платформы. Л.:

Изд-во ЛГУ, 1989.

7. Рубинраут Г.С. Морфотектоника Кольского полуострова. Апатиты: Кол. фил. АН СССР, 1987.

8. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Развитие Земли. М: Изд-во МГУ, 2002. 506 с.

9. Терещенко Е.Д., Григорьев В.Ф., Баранник, Данилин А.Н., Ефимов Б.В., Колобов В.В., Прокопчук П.И., Селиванов В.Н., Копытенко Ю.А., Жамалетдинов А.А. // Сейсмические приборы. 2008. Т, 44. №4. С. 43-62.

10. Rumelhart D., McClelland J. and the PDP Research Group. Parallel Distributed Processing //Cambridge: MIT Press. 1988. 547 p.

ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ И СЕЙСМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Волкова Е.Н.1, Камшилин А.Н.1, Кравченко В.Б.2, Казначеев П.А.3, Попов В.В.3

- Институт физики Земли РАН, Москва, kamshilin@ifz.ru

- Российский государственный гуманитарный университет, Москва, kvb@kvb.msk.ru

-Московский энергетический институт, Москва, p_a_k@mail.ru В предлагаемой работе представлены два метода геофизического мониторинга геоэлектрический и сейсмоэлектрический. Обсуждаются основные особенности средств и способов измерения, приведены результаты полевых работ в сейсмоактивных регионах, на оползневых участках, представлены результаты лабораторных исследований.

Согласно мировой статистике мониторинг с целью прогнозирования природных и природно-технических катастроф дает 15 кратный эффект. По другим данным это соотношение может достигать 104-105. Поэтому очевидна необходимость разработки и совершенствования различных средств и способов мониторинга.

Геоэлектрический мониторинг Несмотря на то, что в основе геоэлектрического мониторинга (ГМ) лежат методы электроразведки, между этими направлениями геоэлектрики имеются существенные различия. Электроразведка предназначена для изучения статических характеристик среды, в то время как задача ГМ – выделение динамических составляющих электрических свойств объекта. Необходимо измерять малые пространственно-временные вариации геофизических полей, которые могут составлять доли процента от номинальных значений. Возникает необходимость разработки средств и способов измерения, позволяющих регистрировать полезный сигнал на фоне значительных помех различного вида. Основные требования к методу ГМ заключаются в следующем.

1. Необходимо обеспечить максимальную чувствительность метода к вариациям электрических параметров среды, вызванных изменением напряженно-деформированного состояния.

2. Необходимо обеспечить минимальную чувствительность к изменению метеоусловий (влажность, температура, осадки и пр.).

3. Желательно обеспечить возможность пространственной локации возникающих и развивающихся неоднородностей.

Пусть в среде с помощью источника энергии и системы излучающих электродов создано электрическое поле. Вследствие изменения степени неоднородности среды первоначальное поле исказится на величину = -, где – поле в возмущенной среде.

Разностное поле обусловлено источником энергии и изменением степени неоднородности среды. Поскольку изменилось векторно, то обязательно содержит составляющую, перпендикулярную вектору первоначального поля, направленную вдоль эквипотенциальных линий. Наилучшим способом контролировать динамику среды возможно, обеспечив максимальную чувствительность способа измерения к разностному полю, при этом первоначальное поле рассматривается, как помеха.

Иными словами, необходимо обеспечить максимальное соотношение сигнал - помеха.

Для этого следует устанавливать измерительные электроды на одной и той же эквипотенциальной линии (эквипотенциальные установки).

Изменение метеоусловий вызывает скалярное изменение поля, поскольку они приблизительно равномерно распределены по площади, занятой электродами. Структура первоначального поля при этом практически не меняется, следовательно влияние температуры, осадков, давления снижается на несколько порядков.

Применение многоэлектродных эквипотенциальных измерительных установок позволяет формировать различные диаграммы направленности и осуществлять локацию происходящих процессов.

Итак, предлагаемая методика измерений позволяет решать все перечисленные выше проблемы, возникающие при организации ГМ.

Обобщая результаты полевых работ в различных регионах, в том числе в сейсмоактивнных районах и на оползневых участках, можно сделать следующие выводы:

“нормальный” временной ряд представляет собой квазипериодические колебания, основные периоды ~ 24, 12, 8 часов с изменяющимися во времени амплитудами; выделяются также низкочастотные колебания с периодами ~ 7 - 10 суток (рис. 1);

катастрофические геодинамические события - землетрясения, подвижки оползневых склонов - сопровождались разрушением “нормального” суточного хода за несколько часов до сильных землетрясений и активизации оползня, через несколько часов после события колебания восстанавливались ( рис 2).

–  –  –

Аналогичный метод измерения применялся при исследовании возможности регистрации начальной стадии опасных геологических процессов, не проявляющихся на земной поверхности, к которым, в первую очередь, относятся карст, суффозия и пр. Опыты проводились на оборудовании, специально разработанном для моделирования геологических процессов, скрытых от прямого наблюдения [Хоменко, 1993], г. Дзержинск, ОАО «Противокарстовая и береговая защита». В процессе эксперимента в дне рабочей камеры, размером 957430 см3, полностью заполненной влажным песком происходил внутренний вывал песка в грунтоприемник, и образовывалась закрытая полость обрушения. На поверхности модели размещалась двухкоординатная эквипотенциальная установка, размеры установки АВ = 64 см, MXY NXY = 15–16 см. Во всех экспериментах (а всего было проведено более десяти опытов) уверенно регистрировался момент образования полости обрушения и направление на полость. Один из результатов показан на рис. 3. Пара измерительных электродов MX NX направлена на полость, пара MY NY направлена ортогонально. N номера отсчетов данных. После 21- го отсчета нарушилась сплошность металлического раздвижного дна рабочей камеры, это вызвало первый скачек на записи (помеха). Между 161 и 162 отсчетами произошел первый вывал песка, образовалась закрытая полость (рис. 3б), между 236 и 237 отсчетами произошел второй вывал и расширение полости (рис. 3в).

UmV

–  –  –

Сейсмоэлектрический мониторинг

В основе предлагаемого направления исследований лежит следующее утверждение:

результаты процессов взаимного преобразования и взаимодействия геофизических полей (в данном случае сейсмоакустических и электромагнитных) во вмещающей среде и на неоднородности различаются по совокупности параметров откликов на моно- или биполевое воздействие (сейсмоакустическое или сейсмоакустическое одновременно с электрическим).

Если это так, то имеем тонкий инструмент для контроля состояния массивов горных пород, основанный на регистрации пространственно-временных изменений параметров передаточных функций, где возмущение и отклик –поля различной природы и возмущение может быть биполевым. Измеряемые характеристики - амплитуда, фаза, параметры резонанса, становление отклика (в том числе формирования сигналов комбинационных частот в процессе параметрических преобразований) и, наконец, параметры автоколебательных процессов, основанных на механоэлектрических преобразованиях.

Как и в методе геоэлектрического мониторинга, возможность управления параметрами зондирующих воздействий и геометрией системы излучатель – неоднородность – измерительные датчики позволит оптимизировать средства и способы сеймоэлектрического мониторинга с точки зрения обеспечения максимальной чувствительности к наблюдаемым характеристикам объекта (например – напряженно-деформированному состоянию) и минимальной чувствительности к фоновым помехам различного вида (метеопомехам, электрическим и пр.).

Резонансные явления, появление электрических сигналов на комбинационных частотах при совместном действии электрических и вибрационных возбудителей, изменение направления, величины и фазы электрического поля при вибрационном воздействии, изменение параметров автоколебаний наблюдались нами в процессе полевых и лабораторных экспериментов, результаты представлены в докладе. Здесь приведен один пример. Изучался электрический отклик на вибровоздействие в режиме свип-сигнала.

Электроды 3 и 4 располагались на глубине 33 м. и 48 м. от поверхности Земли

–  –  –

Вибратор излучал свип-сигнал в диапазоне частот от 5 до 25 Гц. На рисунке 4б показано значение разности потенциалов U между электродами во время первого воздействия (величин U нормирована к величине сейсмического сигнала), резонансная частота равна 14.75 Гц. Во время второго воздействия (через 10 минут) частота резонанса была 13.8 Гц.

На рис. 5 представлены результаты лабораторных экспериментов с образцами песчаника. 5.5 5.5 5.0

–  –  –

Рис.5. Результаты воздействия акустического свип-сигнала (0.5-5кГц) на сухой (а) и увлажненный образец (б). Е – АЧХ электрического отклика, S – АЧХ колебаний образца.

На комнатно-сухой образец весом 46 г. воздействовал акустический свип-сигнал (рис.

5а). Регистрировались колебания образца (S) и электрический отклик (Е). Затем на образец упала капля воды 0.02 мл. (0.05% от веса образца). Через 15 минут вид электрического отклика существенно изменился (рис. 5б). При этом изменились фазы между электрическим и акустическим сигналами (здесь не показаны). Вывод: высокая чувствительность результатов преобразования полей к изменению состояния объекта и, с учетом полевого эксперимента, возможность разработки высокоразрешающих методов тестирования среды.

Список литературы

1. Хоменко В.П., Маханько Е.П., Исаев Е.И. и др. Установка для исследования суффозионной устойчивости грунтов: Пат. РФ № 1823923 А3, 1993

ГЛУБИННАЯ СТРУКТУРА ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЮГО-ЗАПАДНОЙ

ЧАСТИ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

–  –  –

Институт геофизики ПАН, Варшава, sem@igf.edu.pl Мы представляем сопоставление сейсмических моделей структуры верхней мантии под польской станцией «Сувалки» и более западных областей Германии, Дании и Швеции с результатами индукционных зондирований мантии выплоненных в регионе в рамках международного проекта «CEMES: Central Europe Mantle Electrical Structure». Сейсмическое моделирование в Польше основано на анализе Р-волн от 249 сейсмических событий разделённых на четыре группы с эпицентрами в Западной части Средиземного моря, в Греции, на Кавказе и в рифтовой зоне вблизи о. Ян Маен. Зона пониженных скоростей впервые фиксируется на глубине 330 км, а затем зона редукции на глубине 440 км. Все рассмотренные сейсмические данные не противоречат гипотезе о наличии древней зоны Беньофа с наклоном в сторону Восточно-Европейской платформы. Соответственно результаты индукционных зондирований на геомагнитных обсерваториях Центральной Европы показывают, что интегральная проводимость мантии нарастает в сторону более молодой протерозйской платформы на юго-запад от Восточно-Европейского кратона.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕОЭЛЕКТРИКИ НА ПРИМЕРЕ

СОБСТВЕННОГО ОПЫТА

–  –  –

Институт геофизики УрО РАН, Екатеринбург, sur2004@inbox.ru В настоящем сообщении подводится итог 45-летних электромагнитных исследований, выполненных коллективом сотрудников Института геофизики УрО РАН под научным руководством и непосредственным участием автора на всех стадиях процесса, включая проведение полевых работ, обработку экспериментальных данных, разработку геоэлектрических моделей на основе численного и физического моделирования и интерпретацию полученного материала. Рассматриваются результаты региональных работ, проведенных преимущественно в Уральском регионе, которые изначально были ориентированы на решение фундаментальной проблемы – изучение связи структурнотектонического строения литосферы крупных структурных элементов Земли с особенностями распределения глубинной электропроводности с помощью магнитотеллурических и магнитовариационных методов, основанных на использовании в качестве источника вариаций естественное электромагнитное поле Земли ионосферного происхождения (рис. 1).

Урал является одним из эталонов линейных складчатых поясов планетарного характера. Его месторасположение символично. Он разграничивает ВЕП (древний кратон) и молодую Западно-Сибирскую плиту. Что касается продолжения его структурных связей, здесь мнения ученых расходятся [Корытов, Овчинников, 1986].

Однако вопрос о его происхождении и глубинной структуре до сих пор вызывает оживленные дискуссии. Отсутствие единого суждения среди ученых по этой проблеме показывает, что мы имеем дело со сложно построенным геологическим объектом, объяснение внутреннего строения которого встречает трудности и ограничения в рамках той или иной сложившейся в настоящее время гипотез. При геологических исследованиях только 2% вещественного состава пород доступны для непосредственного изучения, остальные сведения о глубинном строении Уральского региона мы получаем по данным интерпретации геофизических полей: грависейсмического, магнитного и др., которые, как правило, ограничиваются границей М. И снова мы сталкиваемся с большими трудностями, поскольку реальная среда не вписывается в рамки формализованных моделей, какой бы метод геофизики не рассматривался. В этом аспекте неоднозначность структурных и геофизических построений требует привлечения новой объективной и независимой информации, полученной другими методами, а также дополнительных экспериментальных исследований. Внедрение в практику региональных исследований на Урале глубинных методов геоэлектрики, позволило получить сведения об электропроводности вещества тектоносферы Земли, которая весьма чувствительна к изменению температурных условий, фазовому состоянию вещества, концентрации и минерализации воды и флюидов, а также вещественному составу пород в верхней части коры.

На первом этапе работ (19641997 г.г.) нами проведены обширные экспериментальные исследования в среднепериодном и низкочастотном диапазонах (МТЗГМТЗ) на территории Восточно-Европейской платформы в восточной приуральской ее части и Мурманском блоке Балтийского щита (Кольский полуостров), Приуральском краевом прогибе, Уральской складчатой области с выходом на структуры молодой ЗападноСибирской платформы и Казахстана. В этот же период была предпринята попытка комплексирования МТЗ и дистанционного индукционного зондирования с мощным источником электрического тока (МГД-генератором). Эти исследования выполнены на Среднем Урале и Кольском полуострове [Астраханцев и др., 1979; Краснобаева и др., 1981].

Однако, результаты указанных работ из-за ограниченности длительности токовых импульсов и отсутствия измерительной аппаратуры с перекрытием частотных диапазонов в тот период, не позволили полностью реализовать возможности методов.

Рис. 1. Схема структурного районирования Уральского региона [Тектоническая …, 1983] и расположение профилей электромагнитных исследований.

1 – "Открытый" Урал; 2 – границы и номера структур I порядка: Ш – восточная окраина ВосточноЕвропейской платформы, IV – Прикаспийская синеклиза, V – Предуральский краевой прогиб, VI – Западно-Уральская внешняя зона складчатости, VII – Центрально-Уральское поднятие, VIII – Тагильско-Магнитогорский прогиб, IX – Восточно-Уральское поднятие, X – Восточно-Уральский прогиб, XI – Зауральское поднятие, ХII – Тюменско-Кустанайский прогиб, ХШ – ТобольскоУбаганское поднятие, XIV – Аксуатский прогиб, XV – Берчогурско-Челкарский прогиб; 3 – профили электромагнитных зондирований прошлых лет (а), опорные (б); 4 – профиль "Уралсейс-95".

В этот период на основе численного и физического моделирования нами разрабатывался принципиальный вопрос о возможности получения количественной информации о распределении с глубиной в условиях региональной и локальной геоэлектрической неоднородности верхних горизонтов коры Уральского региона. Численное моделирование пленочное и квазитрехмерное выполнено в ИЗМИРАН [Дьяконова и др., 1987].

Двухмерное математическое моделирование частично проведено в ЛГУ и ИЗМИРАН, частично в Институте геофизики УрО АН СССР [Дьяконова и др., 1990]. Вначале изучались гальванические искажения поля от крупных геологических структур, обрамляющих Урал.

Рассчитывалось низкочастотное теллурическое поле на пленке S, построенной от 64о до 40о с.ш. и от 48о до 70о в.д. Основой для выполнения этих исследований послужила карта S осадочного чехла территории СССР (под ред. Э.Б. Файнберга и В.А.Сидорова), которая была уточнена и переработана автором в уральской части с учетом электроразведки на постоянном токе (ВЭЗ, ДЭЗ), данных каротажа скважин, сведений о мощности платформенных областей (данные сейсморазведки), а также результатов обширного собственного экспериментального материала (МТП-МТЗ) по 8 региональным профилям и казахских коллег [Альмуханбетов и др., 1977] по профилям 1620 (Рис. 1). Затем модель усложнялась за счет раскрытия локальной геоэлектрической неоднородности самого Урала и выполнялось квазитрехмерное математическое моделирование на детализированной пленке с шагом оцифровки в 20 км и с привлечением результатов ГМТЗ (60 пунктов). Это позволило выбрать нормальные кривые ГМТЗ и дополнить кривую глобального зондирования в области частот 10310-5 Гц. На следующем этапе построена трехмерная геоэлектрическая модель Уральского региона и на ее основе выполнено физическое моделирование в электролитической ванне на установке Института прикладных проблем механики и математики (г. Львов). Изучены аномальные эффекты 5 компонентов электромагнитного поля по пяти широтным геотраверсам, отстоящих друг от друга по долготе на 500 км.

Показано, что результаты интерпретации наименее искаженных кривых, в уральских условиях отвечающим E-поляризованному полю (направление север-юг) при численном моделировании, удовлетворительным образом согласуются с данными трехмерного математического моделирования, учитывающего токи растекания в литосфере [Дьяконова и др., 1999]. Выполненные исследования позволили выявить протяженные региональные зоны аномальной проводимости, оконтуривающие Урал с востока и запада, построить геоэлектрические разрезы тектоносферы до глубин 400600 км в среднем и южном сечениях Урала и получить сведения об астеносферной части геоэлектрического разреза региона [Дьяконова, 1994 а]. Существенным недостатком этого периода явилось то, что отсутствие высокочастотного диапазона при изучении электрической расслоенности коры предопределило проведение экспериментальных исследований в глубинном варианте по протяженным геотраверсам с редкой сетью наблюдений, а также использование аналоговой аппаратуры, требующей длительного наблюдения в каждом пункте зондирования, затрат большого объема ручного труда при обработке полученного материала и, наконец, привлечение априорной геолого-геофизической информации о строении верхних горизонтов коры. Все это в совокупности снижало нереализованные возможности геоэлектрики.

С 1998 г. наступил качественно новый этап геоэлектрического изучения Урала.

Впервые с появлением широкополосной цифровой магнитотеллурической аппаратуры и включением в комплекс методов с естественным источником индукционного зондирования с искусственным источником в практике электромагнитных исследований нам удалось разработать новый подход, позволяющий получать полную информацию об электрических параметрах разреза в диапазоне глубин от 10 м до сотен километров. Экспериментальные работы этого периода выполнены на опорных субширотных геотраверсах Северного, Среднего и Южного Урала со сгущением сети наблюдений и апостериорной проверкой ранее полученных результатов. Методика исследований была однотипной на всех профилях [Дьяконова и др. 2007]. Протяженность профилей диктовалось условиями местности и наличием проезжих дорог. При выполнении работ использовалась широкополосная измерительно-вычислительная система GMS фирмы “Метроникс” (Metronix) и разработанная в Институте геофизики УрО РАН высокочастотная аппаратура МЧЗ-11 и “Гроза”, а также низкочастотная цифровая станция МТЦ-01. Это позволило объединить в единый комплекс индукционное электромагнитное зондирование с искусственным источником поля (ИЭМЗ) в диапазоне частот 160 кГц700 Гц и магнитотеллурическое зондирование (АМТЗ-МТЗ-ГМТЗ). Разумное рациональное размещение вышеперечисленных измерительных комплексов позволило нам обеспечить достаточную мобильность работ при длительности наблюдений в каждом пункте зондирования не менее двух суток и большую достоверность согласованных кривых зондирования.

Процесс обработки магнитотеллурических данных полностью автоматизирован, что обеспечивает получение оперативных оценок электрических свойств разреза непосредственно в процессе исследований. В аппаратуре GMS-06 с программным обеспечением «MAPROS» предусматривается построение амплитудных и фазовых кривых с отбраковкой случайных выбросов (помех) на основе робастных способов. В станции МТЦсоздана программа обработки с применением робастной статистики, позволяющая вычислять магнитотеллурические числа по временным рядам измеренного поля, в том числе с одной или несколькими удаленными опорными точками, получать стабильные результаты при входном сигнале низкого уровня магнитного и, особенно, электрического поля случайной природы с различным спектральным составом и высоким уровнем помех [Коноплин, 2003]. В силу особенностей узкополосного сигнала в аппаратуре «Гроза», где измерения проводятся на 16 фиксируемых частотах в диапазоне 200010 Гц, обработка ее записей подвергается специальной процедуре. Вначале полевые данные преобразуются в серию мгновенных комплексных значений амплитуд 5-компонентного поля. Затем сигнал анализируется по двум характеристикам - по коэффициенту частной когерентности и по коэффициенту корреляции между абсолютными значениями амплитуд электрических и магнитных компонент. Если сигнал имеет коэффициенты выше заданного порога (когерентность 0.4, корреляция 0.65), то они подвергаются дальнейшей обработке, если нет, то отбрасываются. На одной полевой точке записывается до 150 тысяч отсчетов по каждой компоненте, что позволяет при определении амплитуды и фазы на каждой из 16 частот применять статистические методы. Алгоритмы обработки МТ-данных тестированы на синтетических временных рядах, предоставленных И.М. Варенцовым. Сглаживание кривых осуществляется по программе Ю.М. Смирнова [Смирнов, 1998]. При определении удельного электрического сопротивления при индукционных зондированиях использовался традиционный подход, описанный в работах [Титлинов, 1995; Коноплин, 2003].

Методический подход к интерпретации магнитотеллурических данных был однотипным на всех ранее отработанных профилях. Учитывались структурно-тектонические особенности района работ и совпадение нисходящих ветвей кривых МТЗ в низкочастотном диапазоне с глобальной континентальной магнитовариационной кривой Т. На Урале этим критериям соответствовали квазипродольные (субмеридиональные) кривые Х, построенные по минимальным значениям главного импеданса, либо кривые эф. Выбранные таким образом согласованные амплитудно-фазовые кривые являлись основным интерпретационным материалом для построения геоэлектрического разреза.

Многочисленные расчеты параметров разреза (модели) выполнялись с использованием численного моделирования в 1D и 2D средах. На заключительном этапе разработки моделей использовалась инверсионная автоматизированная программа 1D Л.Н.Пороховой, позволяющая проследить градиентное изменение удельного электрического сопротивления с глубинной без привлечения априорной информации о разрезе. Для примера рассмотрим результаты исследований, проведенных на Северном (пр.4) и Южном Урале (пр.12 на рис. 1).

Геоэлектрический разрез Серовского профиля Северного Урала, представлен на рис. 2.

Геоэлектрический разрез захватывает большой интервал глубин от 10 м до 300 км. Обращает внимание внутренняя согласованность геоэлектрического разреза и его информативность, которая позволяет сделать далеко не тривиальные выводы. Этот субширотный профиль пересек практически все зоны Северного Урала с выходом на восточную часть ВосточноЕвропейской платформы (ВЕП) и западную часть Западно-Сибирской молодой платформы (ЗСП). Ниже рассматривается геолого-тектоническое строение региона и его отражение в электромагнитных полях с запада на восток: западный сектор включает пассивную окраину ВЕП (пп.5365), мощность осадочных отложений которой оценивается в 7 км;

Предуральский прогиб (V), заполненный терригенными осадками (флишем и малоссой) верхнего палеозоя и отчасти триаса мощностью 56 км. Восточная граница прогиба фактически является восточной границей ВЕП, что согласуется с результатами наших исследований на Южном Урале [Дьяконова и др., 2007 а]. На границе Предуральского прогиба и Западно-Уральской зоны складчатости выделяется крупный надвиг восточного падения, начиная с глубины 1 км вплоть до западной выклинки астеносферного проводника, положение верхней кромки которого наблюдается на глубине около 60 км.; ЗападноУральская мегазона (VI), вмещающая преимущественно палеозойские шельфовые комплексы; Центрально-Уральская мегазона (VII), сложенная главным образом метаморфизованными осадочными докембрийскими (?) и раннепалеозойскими толщами, слагающими осевую, наиболее гипсометрически приподнятую часть Уральских гор.

В пределах осевой структуры Урала (VIII), в западной ее части прослеживаются глубинные “корни” Салатимского разлома (ГУГР), в то время как для платиноносного пояса, представленного в данном сечении Кытлымским дунит-клинопироксен габбровым массивом, нижняя кромка которого выражена в модели очень четко на глубине 34 км разлом отсутствует. Особое внимание заслуживает обнаруженная нами зона аномально высокой проводимости в районе 60°с.ш., где по геологическим данным установлена нарушенность коры уже вблизи земной поверхности. В дальнейшем мы предлагаем рассматривать эту зону как Центрально-Тагильский глубинный разлом. К ней приурочен целый набор известных месторождений полезных ископаемых рудной и нерудной спецификации. Так, на восточном контакте рифовых известняков в районе г. Карпинска (п.18) располагается мощный триасовый угленосный грабен. Другой особенностью является пространственная связь зоны с целой цепочкой скарно-магнито-титановых месторождений и рудопроявлений СеровскоНевьянского пояса.

Далее на восток по профилю в пределах задернованной территории (п.п.21, 22) обнаружены серпентиниты, а пункты 23, 24 располагаются уже на выходящем на земную поверхность Серовском серпентинитовом массиве. Этот массив приурочен к одному из наиболее крупных и хорошо выраженных разломов Урала – Серовско-Маукскому. По данным электромагнитных исследований наблюдается западное падение этого разлома, что находится в соответствии с геологическими и сейсмическими данными. На глубине свыше 10 км он сечется Центрально-Тагильским сдвиговым глубинным разломом, свидетельствуя лишний раз о более молодом возрасте последнего.

Зона сочленения Урала и Западно-Сибирской платформы (п.п.2550). Территория перекрыта чехлом рыхлых мезо-кайнозойских осадков. Поскольку информации о приповерхностной геологии здесь несоизмеримо меньше, чем по более западным зонам Урала, тем большую ценность здесь приобретают данные электромагнитных зондирований.

В п.31 нами выделено тектоническое нарушение, приуроченное к западному контакту Салдинского метаморфического комплекса.

К восточной границе Восточно-Уральского поднятия (п.п.37, 38) в районе п. Сосьва приурочен региональный разлом-сброс восточного падения. Он прослеживается на всех геологических картах на достаточно большие расстояния. Материалы по данному профилю опубликованы [Дьяконова и др., 2007 б].

Рис. 2. Геоэлектрическая модель строения земной коры и верхней мантии Северного Урала по Серовскому геотраверсу.

Глубинные разломы по геологическим данным [Тектоническая …, 1983]: – Салатимский; – Платиноносный; – Серовско-Маукский; – пункты зондирований; КВ – Камское водохранилище.

Римские цифры – номера тектонических структур I порядка (пояснение на рис. 1.) В результате выполненных электромагнитных исследований были выделены зоны аномально высокой электропроводности в коре и верхней мантии, в пограничных областях крупных структурных элементов I порядка, которые находят свое выражение как на геологических картах, так и в глубинных частях коры и верхней мантии. Получены новые данные о расслоенности литосферы по электрическим параметрам на различных глубинных уровнях. В верхней части разреза до глубин в десятки километров – это субвертикальные или наклонные проводящие вставки, соответствующие зонам тектонических нарушений, выявленных на земной поверхности. В большей части из них прослеживается связь с протяженным коровым проводником. Возможно, что природа его обусловлена не только литологией пород, но и различной флюидонасыщенностью, что согласуется с построенными гидродинамическими и реологическими моделями строения коры с учетом флюидов [Лобковский, 1988; Иванов, 1998].

Принципиальный результат, полученный в интервале астеносферных глубин 60120 км. Здесь выделено два типа геоэлектрических разрезов с наличием и отсутствием слоя повышенной проводимости в центральных зонах Северного Урала, включающих Центрально-Уральское поднятие, Тагильскую мегазону и Восточно-Уральское поднятие.

Существенное различие в полосе 230 км хорошо увязывается с пониженными значениями теплового потока в данном сечении [Щапов, 2003]. С большой долей вероятности это может указывать на особенность проявления Уральского тектогенеза в палеозое. Наличие "безастеносферной" мантии в центральных зонах Северного Урала свидетельствует о том, что ее состояние в настоящее время соответствует смене режима аномально разогретой мантии (вероятно, до ордовикский возраст) на "холодный" режим пострифтового этапа.

Геоэлектрический разрез Южного Урала по профилю Камышла-Николаевка протяженностью порядка 700 км, приведен на рис. 3. Разрез, дает представление об электрических свойствах литосферы в диапазоне глубин от 10 м до 120 км. Здесь же, для сравнения информативности методов приведены уточненные основные границы скоростных параметров разреза и нарушения в коре (по А.М. Тиуновой и В.С. Дружинину) по профилю Троицкий [Дьяконова и др., 1994 б]. Кроме того, здесь же нанесены границы высоко отражающих слоев разреза, которые наиболее четко видны на оригинале профиля МОВОГТ, а также метки нижней границы М по данным ГСЗ в четырех пунктах профиля “Уралсейс-95. Построенный геоэлектрический разрез до глубины 120 км в совокупности с сейсмическими данными по коре (профили Троицкий и Уралсейс-95) согласно нашим представлениям может иметь принципиально новую трактовку глубинного строения Урала, существенно отличающуюся от представленных в монографии “Глубинное строение и геодинамика Южного Урала” по проекту “Уралсейс-95” [Глубинное …, 2001].

Рис.3. Геоэлектрическая модель строения земной коры и верхней мантии Южного Урала по геотраверсу Камышла–Стерлитамак–Николаевка с элементами сейсмических данных.

1 – пункты комплексных электромагнитных зондирований; 2 – геологическая граница кристаллического фундамента [Камалетдинов, 1974]; 3 – тектонические нарушения по данным ГСЗ [Дьяконова и др., 1994 б]; результаты сейсмических исследований по профилю "Уралсейс-95" [Глубинное …, 2001]; 4 – основные высокоотражающие границы по данным МОВ-ОГТ; 5 – метка нижней границы М; 6 – глубинный разлом. Римские цифры – номера тектонических структур I порядка (пояснение на рис. 1.) Согласно геоэлектрическим данным, не останавливаясь на деталях разреза коры, которые имеют самостоятельное значение, рассматриваемую территорию на современном срезе земной поверхности, возможно разделить на три сектора (I – пп.121, II – пп.2229, III

– пп.30110):

сектор I захватывает восточную часть Восточно-Европейской платформы (ВЕП). Это типично континентальный жесткий блок, в поверхности архей–протерозойского фундамента которого отчетливо видны прогибы (авлакогены), выполненные по всей видимости, терригенными, терригенно-карбонатными и, возможно, эффузивными образованиями рифейского и рифейско-вендского возраста. Повсюду в разрезе наблюдается генетическая связь (унаследованность) между рельефом фундамента и мощностью осадочно-терригенных и, в отдельных случаях, карбонатных пород, слагающих верхний слой платформенного чехла;

сектор II – переходная область между ВЕП и Уральской складчатой областью.

Пространственно он включает восточную часть ВЕП, Предуральский прогиб и ЗападноУральскую зону складчатости. Здесь фундамент ВЕП фиксируется на глубинах 310 и более километров. В области сочленения платформы с Предуральским прогибом выделяется крупная аномальная зона повышенной электропроводности, корнями уходящая на большие глубины. Мы увязываем эту зону с восточной границей ВЕП;

сектор III – Уральская складчатая система с полным набором допалеозойских и палеозойских структур: Башкирский мегантиклинорий, Зилаирская зона с массивами Крака, Центрально-Уральская метаморфическая зона Урал-Тау, зона Главного Уральского глубинного разлома (ГУГРа), Магнитогорская мегазона, Восточно-Уральское поднятие, Восточно-Уральский прогиб и Зауральское поднятие. Все эти, выделяемые на картах Урала на земной поверхности геологические зоны, находят свое отражение в геоэлектрическом разрезе и характеризуется рядом специфических особенностей.

Важный результат, полученный по данным электромагнитных зондирований, показывает, что Уральская складчатая система представляет собой в разрезе почти симметричную бивергентную структуру до глубин 7080 км, маркируемую мозаичным распределением участков с пониженным удельным электрическим сопротивлением и уходящая своими корнями в области Магнитогорской мегазоны и Восточно-Уральского поднятия на глубину.

Горизонтальный размер этой зоны на уровне 120 км составляет 150 км.

Приведенные сведения, равно как и геоэлектрический разрез (рис. 3), свидетельствуют о том, что глубинные “корни” в распределении электропроводности литосферной части разреза на глубинах более 80 км, захватывающие “зеленокаменную” Магнитогорскую и Главную “гранитную ось” - Восточно-Уральскую мегазоны, фиксируют следы геодинамических процессов формирования Урала, происходивших и в мантии.

Важная особенность геоэлектрических разрезов заключается в том, что в них прослеживаются структурно-тектонические связи геологических зон I порядка, выделенных на картах Урала на земной поверхности с глубинными особенностями электропроводности вещества.

Таким образом, представленные геоэлектрические разрезы наглядно показывают, что электропроводность вещества следует рассматривать в качестве индикатора геологических процессов, которые привели к формированию и развитию Урала. Наличие проводящих участков литосферы, обусловленных вероятно, влиянием флюидного фактора, следы которых отображены в моделях за время геологической истории, являлись каналами внедрения и насыщения пород телами основных и ультраосновных интрузий с последующим метаморфизмом и осложненными сдвиговыми перемещениями.

Считаю своим долгом выразить глубокую признательность своим коллегам В.С.

Вишневу, А.Д. Коноплину, П.Ф. Астафьеву. Только благодаря их активному творческому участию стало возможным проведение столь масштабных экспериментальных исследований.

Благодарю И.Э. Гаврилову, А.М. Тиунову, О.В. Баталову, Г.М. Погуткину, О.В. Сурину и др., которые занимались обработкой данных МТЗ и графическим оформлением результатов исследований.

В процессе работ автор находила поддержку и участие в совместных разработках моделей для выполнения численного и физического моделирования других отделов и институтов – Р.Б. Журавлевой, А.Ф. Шестакова, Э.Б. Файнберга (ИЗМИРАН), Г.С. Годневой (ИЗМИРАН), И.Л. Варданянц (ЛГУ), Л.Н. Пороховой (ЛГУ), В.М. Кобзовой (ИППММ, г.

Львов), А.А. Бобачева (МГУ). Пользуясь случаем всем им выражаю признательность и благодарность. Искренне благодарю К.С. Иванова на многолетнее и плодотворное сотрудничество в вопросах геологического истолкования результатов совместных исследований по проектам РФФИ. Особую благодарность выражаю нашим выдающимся ученым М.Н. Бердичевскому, В.И. Дмитриеву, Л.Л. Ваньяну, И.И. Рокитянскому и др. за благожелательное отношение к исследованиям и организацию Всесоюзных школ-семинаров, на которых постигались основы методов.

Благодарности Работы выполнены при поддержке РФФИ, гранты №№ 98-05-65816 (а), 98-05-79025 (к), 01-05-65190 (а), 01-05-79171 (к), 04-05-64101(а), 05-05-79153 (к).

Список литературы

1. Альмуханбетов Д., Алинбеков Е., Галкин А.С., Тулегенов С. Исследование земной коры и верхней мантии в Казахстане магнитотеллурическими методами. Алма-Ата: Наука Каз. ССР. 1977. 152 с.

2. Астраханцев Г.В. Дьяконов Б.П., Булашевич Ю.П. и др. Исследование электропроводности земной коры на Урале // Физика Земли. 1979. № 1. С. 78-90.

3. Глубинное строение и геодинамика Южного Урала (проект “Уралсейс”). Гл. ред. А.Ф. Морозов. Тверь:

Герс. 2001. 286 с.

4. Дьяконова А.Г., Файнберг Э.Б., Годнева Г.С. Электропроводность верхней мантии Уральского региона // Методы решения прямых и обратных задач геоэлектрики. М.: ИЗМИРАН. 1987. С. 108-123.

5. Дьяконова А.Г., Шестаков А.Ф., Варданянц И.Л., Годнева Г.С. Результаты глубинного магнитотеллурического зондирования в Уральском регионе // Физика Земли. 1990. № 2. С. 79-90.

6. Дьяконова А.Г. Особенности строения тектоносферы Уральского региона по электромагнитным данным // Физика Земли. 1994 а. № 6. С. 97-102.

7. Дьяконова А.Г., Дружинин В.С., Тиунова А.М., Вишнев В.С. Характеристика нарушенности земной коры Уральского региона по электромагнитным и сейсмическим данным // Геология и геофизика. 1994 б. № 11. С. 118-124.

8. Дьяконова А.Г., Тиунова А.М., Кобзова В.М. Аномалии электромагнитного поля для 3D геоэлектрической модели тектоносферы Уральского региона.// Доклад на Международном семинаре им. Успенского Д.Г. (26сессия) “Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей”: Екатеринбург. 1999. С. 179-181.

9. Дьяконова А.Г., Иванов К.С., Астафьев П.Ф., Вишнев В.С., Коноплин А.Д. Геоэлектрические особенности строения земной коры и верхней мантии Южного Урала // Геология и геофизика. 2007 а.

Т.48. № 10. С. 1086-1095.

10. Дьяконова А.Г., Иванов К.С., Астафьев П.Ф., Вишнев В.С., Коноплин А.Д. Геоэлектрический разрез литосферы Северного Урала // Физика Земли. 2007 б. № 4. С. 15-20.

11. Иванов С.Н. О реологических моделях земной коры: критическое рассмотрение. Екатеринбург: УрО РАН. 1998. 40 с.

12. Камалетдинов М.А. Покровные структуры Урала. М.: Наука. 1974. 230 с.

13. Коноплин А.Д. Разработка цифровой аппаратуры и программно-методического обеспечения обработки данных МТЗ. Дис. Кандидат. Техн. Наук. Екатеринбург: Институт геофизики УрО РАН. 2003. 121 с.

14. Корытов Ф.Я. Овчинников Л.Н. Урало-Ирано-Оманский минерагенический пояс // Доклады Академии Наук СССР. 1986. Т. 290. № 5. С. 1175-1178.

15. Краснобаева А.Г., Дьяконов Б.П., Астафьев П.Ф. и др. Строение северо-западной части Балтийского щита по магнитотеллурическим данным // Физика Земли. 1981. № 6. С. 65-73.

16. Лобковский Л.Н. Геодинамика зон спрединга субдукции и двухярусная тектоника плит. М.: Наука.

1988. 251 с.

17. Смирнов М.Ю. Обработка магнитотеллурических данных с использованием робастных статистических процедур. Вопросы геофизики. Ученые Записки СпбГУ № 433 / Под ред. В.Н. Трояна, Л.Н. Пороховой, А.К. Сараева. Санкт-Петербург: 1998. Вып. 35. С. 198-205.

18. Тектоническая карта Урала (домезозойский складчатый фундамент) масштаба 1: 1000000. Гл. ред. И.Д.

Соболев. Свердловск: ПГО “Уралгеология”. 1983.

19. Титлинов В.С., Журавлева Р.Б. Технология дистанционных индуктивных зондирований. Екатеринбург:

УНФ “Наука”. 1995. 57 с.

20. Щапов В.А. Геотермия и глубинное строение Урала // Вторые научные чтения памяти Ю.П.

Булашевича. Ядерная геофизика. Геофизические исследования литосферы. Геотермия. Екатеринбург:

ИГф УрО РАН. 2003. С. 138-140.

КВАЗИТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

ЛИТОСФЕРЫ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА

Жамалетдинов А.А.1,2, Шевцов А.Н.1, Петрищев М.С.2

- Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты, abd.zham@mail.ru

- СПбФ ИЗМИРАН, Санкт Петербург, mp@izmiran.spb.ru Квазитрехмерная модель электропроводности Восточной части Балтийского щита построена в масштабе 5 000 000. За основу при ее построении приняты результаты глубинных зондирований с мощными контролируемыми источниками, полученные в ходе выполнения экспериментов «FENICS-2007» и «FENICS-2009» [Жамалетдинов и др., 2011].

Зондирования проводились с использованием двух взаимно ортогональных промышленных линий электропередачи (ЛЭП) и генератора «Энергия» мощностью до 200 кВт. При построении квазитрехмерной модели использованы также результаты зондирований с СНЧантенной «Зевс» [Велихов и др., 1994] и частично результаты зондирований с МГДгенератором «Хибины» [Жамалетдинов, 2005]. Значительный вклад внесли также результаты электромагнитных зондирований в поле естественных источников (АМТЗ) с цифровой семиканальной аппаратурой КВВН-7 [Колобов и др., 2009].

Разработанная модель называется квазитрехмерной, поскольку основана на решении одномерных обратных задач для каждого из отдельно взятых пунктов зондирования.

Положение пунктов зондирования показано на левой панели на рис. 1. Там же приведено положение 27 опорных двухмерных профилей, по которым выполнены расчеты геоэлектрических разрезов. На правой панели рисунка 1 показаны примеры геоэлектрических разрезов по профилям 001 и 002, отмеченным жирными штриховыми линиями на левой панели.

Рис. 1. План расположения профилей, по которым рассчитаны двухмерные разрезы (а) и геоэлектрические разрезы по профилям 001 и 002 (б) На следующем этапе выполнен расчет квазитрехмерной модели с использованием данных по 27-ми двухмерным разрезам (профилям) на основе программы Golden Software Voxler, Version 1.1. Результаты расчетов представлены на рис. 2 в виде послойных срезов на глубинах 2, 5, 15, 30 и 60 км.

Рис. 2. Послойные срезы удельного электрического сопротивления литосферы Восточной части Балтийского щита на глубинах 2, 5, 15, 30 и 60 км, построенные на основе квазитрехмерной модели электропроводности Построенная квазитрехмерная модель позволяет существенно расширить представления о главных особенностях глубинной электропроводности литосферы Восточной части Балтийского щита. На Рис. 2 на срезах 30 и 60 км четко проявилась аномалия поперечного электрического сопротивления, занимающая северо-западную часть Карельского мегаблока и часть Северной Финляндии. Контуры аномалии конформны с положением области аномального погружения границы Мохо на глубину до 60 км [Павленкова, 2006]. Эта аномальная область является первоочередным объектом дальнейших численных расчетов реологии, температурного режима и напряженно-деформированного состояния литосферы.

Пример томографического образа созданной квазитрехмерной модели электропроводности восточной части Балтийского щита приведен на рис. 3. На ней темным цветом выделяется плохо проводящая часть литосферы. Увеличение и уменьшение мощности плохо проводящей литосферы могут коррелироваться с соответствующими увеличениями и уменьшениями глубины до высокотемпературного основания литосферы, коррелируемого с астеносферой. Определенную роль при подобной интерпретации будет играть также изменение состава и флюидного режима литосферы, а также в отдельных случаях обстановки напряженно-деформированного состояния литосферы. Все эти вопросы требуют детального рассмотрения и учета при геолого-геодинамической интерпретации параметров квазитрехмерной электропроводности литосферы.

Мы полагаем, что созданная квазитрехмерная модель является лишь первым этапом. В дальнейшем она будет существенно пополнена путем использования баз данных экспериментов «Хибины», «Зевс» и «BEAR», а также путем проведения дополнительных целенаправленных работ по глубинному зондированию с естественными и контролируемыми источниками.

Важной стороной работ с квазитрехмерной моделью явится ее использование для последующих расчетов глубинной температуры и реологии литосферы Балтийского щита на глубинах до 60-70 км. С этой целью разработана программа пересчета данных о глубинной электропроводности в значения температуры и реологии (вязкости) литосферы на глубине.

Рис. 3. Квазитрехмерная модель удельного электрического сопротивления Восточной части Балтийского щита по результатам глубинных зондирований с мощными контролируемыми и естественными источниками (вид сбоку).

Благодарности Работа выполнена при поддержке гранта ОНЗ РАН № 6 “Геодинамика и механизмы деформации литосферы”.

Список литературы

1. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А., Собчаков Л.А., Вешев А.В., Сараев А.К., Токарев А.Д., Шевцов А.Н., Васильев А.В., Сонников А.Г., Яковлев А.В. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ-диапазона. // ДАН, 1994. Т. 338.

N 1. С. 106-109.

2. Жамалетдинов А.А. МГД-эксперимент «Хибины» - 30 лет. // Известия РАН. Физика Земли. 2005. № 8.

С. 1-8.

3. Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Короткова Т.Г., Копытенко Ю.А., Исмагилов В.С., Петрищев М.С., Ефимов Б.В., Баранник М.Б., Колобов В.В., Прокопчук П.И., Смирнов М.Ю., Вагин С.А., Пертель М.И., Терещенко Е.Д., Васильев А.Н., Григорьев В.Ф., Гохберг М.Б., Трофимчик В.И., Ямпольский Ю.М., Колосков А.В., Федоров А.В., Корья Т. Глубинные электромагнитные зондирования литосферы восточной части Балтийского (Фенноскандинавского) щита в поле мощных контролируемых источников и промышленных ЛЭП (эксперимент FENICS). Физика Земли. 2011. № 1. С. 4–26.

4. Колобов В.В., Куклин Д.Н., Шевцов А.Н. Семиканальная цифровая станция частотного зондирования КВВН-7. //Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов. Труды Всероссийской (с международным участием) конференции.- Апатиты. Изд. Геологического института КНЦ РАН. 2009.

С. 170-173.

5. Павленкова Н.И. Структура литосферы Балтийского щита по данным ГСЗ. Структура и динамика литосферы Восточной Европы // М.: Геокарт, ГЕОС. 2006. С. 33-58

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ

ЕВРОПЫ (ЭКСПЕРИМЕНТЫ FENICS, BEAR И CEMES).

Жамалетдинов А.А.1,2, Семенов В.Ю.3

- Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН, Санкт-Петербург, abd.zham@mail.ru

- Геологический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, abd.zham@mail.ru

- Институт Геофизики Польской Академии Наук, Варшава, Польша.

–  –  –

Электропроводность верхней мантии.

В 2001-2003 годах в рамках проекта CEMES проводились экспериментальные многолетние синхронные измерения МТ поля на одиннадцати стационарных геомагнитных обсерваториях (Рис. 1в). Конечная модель геоэлектрического строения верхней мантии была разработана путем совместного анализа результатов интерпретации, полученных пятью творческими группами, участвовавшими в проекте CEMES (Рис. 4). Установлено резкое различие разрезов электропроводности мантии под древним Восточно-Европейским Кратоном (ВЕК) и молодой Фанерозойской Центрально-Европейской платформой (ФЦЕП).

Верхняя мантия на территории ВЕК в диапазоне глубин 60-200 км характеризуется суммарной проводимостью 0.5 кСм, тогда как на территории ФЦЕП она почти втрое больше и достигает 1-2 кСм (Рис. 4). В диапазоне глубин от 200 до 770 км наблюдается обратная картина. Суммарная продольная проводимость верхней мантии в диапазоне глубин 200-770 км для ВЕК почти вдвое выше по сравнению с ФЦЕП ( 100 кСм).

Полученные геоэлектрические модели были сопоставлены с результатами сейсмических зондирований по международным проектам POLONAISE’97 и ‘CELEBRATION 2000’ [Guterch et al. 2001]. Сравнивая рис. 4а и 4в, можно видеть, что в диапазоне глубин 60-200 км верхняя мантия ВЕК обладает более высокими значениями сопротивления и скоростей продольных волн по сравнению с ФЦЕП. В диапазоне глубин 200-770 км (Рис. 4б и 4г), наоборот, верхняя мантия ФЦЕП обладает более высокими значениями сопротивления и скоростей продольных волн по сравнению ВЕК.

Установленные факты находятся в согласии с эмпирическими наблюдениями, указывающими на то, что горные породы с высоким удельным электрическим сопротивлением должны характеризоваться повышенными сейсмическими скоростями.

Рис. 4. Сопоставление срезов суммарной продольной электрической проводимости S (а,б) и относительных приращений продольной скорости сейсмических волн (в,г) для Центральной и СевероВосточной Европы в двух диапазонах глубин 60-200 km (а,в) и 200-770 км (б,г) [Семенов и др., 2008;

Korja, 2007] Благодарности.

Исследование поддержано проектом РАН N 6 “Геодинамика и механизмы деформации литосферы”) и Польским Министерством Науки, и Высшего образования (грант N307097437).

Список литературы

1. Жамалетдинов А.А. и др. Международный эксперимент “FENICS” по тензорному частотному электромагнитному зондированию литосферы восточной части Балтийского (Фенноскандинавского) щита. // ДАН. 2009. Т.427. № 3. С. 388-393.

2. Жамалетдинов А.А. Модель электропроводности литосферы по результатам исследований с контролируемыми источниками поля (Балтийский щит, Русская платформа). Л.: Наука., 1990. 159 с.

3. A.D. Tokarev, V.E. Asming, L.L. Vanyan, I.L. Vardaniants, and the

4. BEAR Working Group (2002), Crustal conductivity in Fennoscandia a Central Europe, Eos Trans. AGU 82, 45, 529, 534-535, DOI: 10.1029/ 5.

6. compilation of a database on crustal conductance in the Fennoscandian

7. Guterch, A., M. Grad, R.G. Keller, and CELEBRATION Organizing Committee(2001), Seismologists Celebrate the new Millennium with an experiment inь 01EO00313.

8. Korja, T. How is the European Lithosphere Imaged by Magnetotellurics? Surv. Geophys. 2007. 28. Pp. 239– 272.

9. Korja, T., M. Engels, A.A. Zhamaletdinov, A. Kovtun, N.A. Palshin, M.Yu. Smirnov, of Earth’s surface conductance, Eos. Trans. AGU 87, 33, August 15. Рр. 326-331.

10.

11. Semenov V.Yu., Pek J., Adam A. etc. (2008). Electrical Structure of the Upper Mantle Beneath Central Europe: Results of the CEMES Project. Acta Geophysica vol. 56, no. 4, pp. 957-981.

Shield, Earth Planets Space 54, 535-558.

12.

13. Vanyan L.L. Electrical conductivity of the asthenosphere. J. Geophys. 1984. N 5. Pp. 179-181

14. Vozar, J., V.Y. Semenov, A.V. Kuvshinov, and C. Manoj (2006), Updating the map

15. Zhamaletdinov A.A., Shevtsov F.N. etc. The Study of Electrical Conductivity and Rheology of Fennoscandian Lithosphere with the use of Powerful Controlled Sources. // Sci. proceedings. Geolog. Inst. of the Kola Sci.

Center. 2010. Pp. 16–20.

КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ ГЕОФИЗИКИ НА

ОСНОВЕ КОРРЕКТНОГО АНАЛИТИЧЕСКОГО ПРОДОЛЖЕНИЯ

Жданова Л.А.1, Ермохин К.М.2

- НПП “Аналитическая геофизика”, Санкт-Петербург, www.an-geo.ru

- ЗАО “Теллур СПб”, Санкт-Петербург В настоящее время для интерпретации результатов геофизических измерений и построения геофизических разрезов используется множество программ, основанных на фильтрации исходного поля, разделяющей его на низкочастотные и высокочастотные аномалии, не имеющих четкой глубинной привязки. В данной публикации для интерпретации геофизических данных нами использовалась программа аналитического продолжения полей в нижнее полупространство цепными дробями (АПЦД), разработанная в Санкт-Петербурге [1,2].

Традиционный подход к комплексной интерпретации состоит в попытке совместить границы структур в различных геофизических полях. При этом хорошо известно, что эти границы, как правило, различны и более того, прямой корреляции между физическими параметрами горных пород не существует. Выбор результатов одного из методов (обычно сейсморазведки) в качестве опорных для интерпретации данных других методов противоречит здравому смыслу. К примеру, гравиразведка не чувствительна к наличию квазигоризонтальных границ, а сейсморазведка – квазивертикальных. Удачный подбор плотностных границ по данным сейсморазведки неоднозначен и лишь вводит в заблуждение.

Задачей комплексной интерпретации является, по нашему мнению, выделение блоков со сходным характером поведения полей по данным различных методов с целью максимально информативного расчленения разреза.

Принципиально новый алгоритм аналитического продолжения вниз (в подземное пространство) поля, измеренного на поверхности, позволяет выполнить интерпретацию геофизических данных, построить разрез, определить глубину залегания, приблизительную форму и размеры источников измеренного на поверхности геофизического или геохимического поля без априорного выбора базовой модели строения среды.

Эффективных аналогов метода в российской (советской) или мировой геофизической литературе нет. Методы С.В. Шалаева, Б.А. Андреева, В.Н. Страхова продолжают поле вниз только до верхней особой точки ввиду его распадения в окрестности особых точек, признанное самими авторами [3], что резко ограничивает глубинность и информативность получаемых результатов. Метод В.М. Березкина не имеет этого недостатка, но не определен в части количества гармоник, выбираемых для суммирования рядов [4].

Предлагаемая технология принципиально отличается от предшествующих работ.

Корректная постановка задачи позволяет продолжить поле на глубину 1/3 длины профиля измерений с предельной детальностью.

Область применения метода любые геофизические исследования: гравиразведка, магниторазведка, электроразведка, сейсморазведка, геохимическая и газовая съемка и др.

Метод практически устойчив к геологическим помехам, опробован на модельных примерах, и на практических данных, способствует повышению эффективности и надежности прогноза месторождений нефти и газа, уточнения геологического строения а также решения инженерных задач. Опробование метода на модельных примерах дает совпадение заданных глубин источников поля и аномалий аналитически продолженного в нижнее полупространство геофизического поля. Практические примеры, заверенные бурением или другими методами, убеждают в высокой эффективности метода при определении глубин, характера залегания и конфигурации аномалиеобразующих объектов [5,6].

Метод АПЦД эффективен для определения положения аномалиебразующих объектов в разрезе. Наблюденное на поверхности поле вычисляется (не фильтруется) на разных уровнях подземного пространства. При этом никаких приемов глубинной привязки результатов расчета не применяется. Характер изменения поля по глубине диктуется аналитическими свойствами наблюденного на поверхности поля.

Результаты обработки методом АПЦД представляются в виде вертикального плана изолиний значений поля, пересчитанного с поверхности в область источников. На нем выделяются максимумы и минимумы разных размеров и интенсивности, пространственные и дисперсные свойства которых позволяют определить зоны тектонических нарушений, оценить морфологию и глубину геологических объектов (как приповерхностных так и не выходящих на поверхность). По значениям продолженного вниз поля можно оценить относительные параметры физических свойств геологического разреза.

Для наглядности рассмотрим, как выглядит график аномального гравитационного поля шара по вертикали Z (рис.1).

Z

–  –  –

Рисунок 1 показывает, что когда гравиметр находится выше шара (белый контур) аномальная сила тяжести направлена вниз (положительные отсчеты), когда ниже - вверх (отрицательные отсчеты), при проходе через шар - изменение линейное, в центре - нуль.

Именно такой характер поведение поля получается в результате АПЦД [8].

При использовании метода лучше обрабатывать измеренные значения геофизических полей. «Гридирование» сглаживает иcходное поле и результаты расчета глубин источников аномалий в нижнем полупространстве могут быть искажены.

В дополнение к вышесказанному несомненным достоинством метода является возможность комплексирования результатов интерпретации различных геофизических данных, при этом основой является их общие структуры и глубина.

Метод опробован на задачах электроразведки (поле сопротивлений - к и вызванной поляризации - к), магниторазведки (поле Т), гравиразведки (поле g) и геохимии (концентрация метана, пропана, гелия, суммы газов).

Аналитическое продолжение измеренных данных методов электропрофилирования (СГ, СП) позволяет определить пространственное положение и форму аномалиеобразующих объектов. Особенно благоприятными для применения АПЦД являются данные метода ВП (вызванной поляризации), наиболее эффективном при поисках рудных полезных ископаемых. АПЦД позволяет также успешно обрабатывать данные метода переходных процессов (МПП) в варианте с неподвижной питающей петлей.

Для иллюстрации описанного выше метода выполнено аналитическое продолжение магнитного и электромагнитного полей вдоль регионального профиля 1СБ - «Батолит» в сравнении с решением 2D обратной задачи МТЗ. Исходные данные по магнитному полю представлены в виде значений полей с шагом 1км. Поле суммарной продольной проводимости получено по результатам МТЗ (Алексанова Е.Г и др. ООО «Северо - Запад»).

Аналитическое продолжение полей выполнено до глубины 60 км. Результаты представлены на рис. 2.

Рис. 2. Сопоставление результатов аналитического продолжения в нижнее полупространство методом АПЦД магнитного поля (А) и суммарной продольной проводимости по данным МТЗ (В) вдоль регионального профиля «Батолит» с разрезом 2D-интерпретации МТЗ.

Список литературы

1. Ermokhine K.M. Analytical continuation of geophysical fields into the area of anomaly sources by the Continued fraction method (CFCM). Vienne, EAGE-2006, abstr. P324.

2. Ермохин К.М. Аналитическое продолжение геофизических полей в область источников аномалий с помощью цепных дробей. Вопросы теории и практики интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. М. ИФЗ РАН, 2007.

3. Страхов В.Н.. Аналитическое продолжение потенциальных полей. Гравиразведка: Справочник геофизика / Под ред. Е.А. Мудрецовой, К.Е. Веселова. М. Недра, 1990.

4. Березкин В.М., М.А. Киричек, А.А. Кунарев. Применение геофизических методов разведки для прямых поисков месторождений нефти и газа. М. Недра, 1978.

5. Ермохин К.М. Аналитическое продолжение геофизических полей в область источников аномалий методом аппроксимации цепными дробями. Геофизика (ЕАГО), 1.2007.

6. Жданова Л.А., Ермохин К.М. Результаты применения метода продолжения полей непрерывной дробью (CFCM) при геофизических исследованиях в Карело-Кольском регионе. Материалы 34 семинара им.

Д.Г.Успенского “Вопросы теории и практики интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей”. М. ИФЗ РАН, 2007.

7. Ермохин К.М., Жданова Л.А. Аналитическое продолжение геофизических полей, как отражение глубинного геологического строения. Материалы XIV международной научной конференции “Связь поверхностных структур земной коры с глубинными”, Петрозаводск, 2008.

8. Ермохин К.М. Технология построения разрезов методом аналитического продолжения геофизических полей. Геоинформатика, 2, 2010.

ВЛИЯНИЕ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА

ГЕОАКУСТИЧЕСКУЮ ЭМИССИЮ (ПО ДАННЫМ СКВАЖИННЫХ

ИЗМЕРЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ БИШКЕКСКОГО

ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛИГОНА)

–  –  –

Учреждение РАН НС РАН, Бишкек, Кыргызстан, dikii79@mail.ru Уменьшение последствий сильных землетрясений представляет собой сложную научно-техническую проблему, имеющую большое социальное и экономическое значение.

Ее актуальность непрерывно возрастает в связи с увеличением техногенной нагрузки на природный комплекс. В России (ОИФЗ, ИТЭС) были получены оригинальные результаты о влиянии электромагнитных импульсов, произведенных магнитогазодинамическими (МГД) генераторами, на сейсмический режим в районах Гармского и Бишкекского геофизических полигонов. Полученные данные позволяют говорить о возможности разработки методов уменьшения сейсмической опасности, которые заключаются во внешнем контролируемом воздействии на естественный сейсмический процесс. В данной работе в качестве источника электромагнитного воздействия будет применяться имеющаяся на Бишкекском геодинамическом полигоне стационарная электроимпульсная система, возбуждающая 600 амперные токовые импульсы (ЭРГУ-600-2). Для выявления отклика геофизической среды на внешние воздействия проведены измерения геоакустической эмиссии (ГАЭ) в скважинах.

Важно отметить, что геоакустическая эмиссия характеризует процесс деструкции среды на масштабе, промежуточном между натурным (километры) и лабораторным (образцы сантиметровых размеров). Для этого, метрового (условно) масштаба вопрос о влиянии внешних электромагнитных полей исследован в существенно меньшей степени по сравнению с километровым и сантиметровым масштабами [Авагимов А.А. и др., 2000;

Zakupin et al, 2009], на которых, как упомянуто выше, установлен базовый эффект чувствительности сейсмической и акустоэмиссионной активности к электровоздействиям.

Вместе с тем, в недавних работах по ГАЭ [Gavrilov V, 2008] было обращено внимание на то, что имеются косвенные свидетельства еще более высокой электрочувствительности геосреды на характерных размерах от единиц до десятков м (т.е. на “промежуточном” масштабе). Электрогенераторная установка ЭРГУ-600-2 штатно используется для режимного глубинного электрозондирования земной коры территории Бишкекского геодинамического полигона. Нагрузкой установки является диполь-излучатель, расположенный в центральной части полигона, ориентированный в направлении север-юг. Диполь выполнен в виде закопанного на глубине 1 м изолированного алюминиевого кабеля общим сечением 1200 мм2. Расстояние между полюсами АВ=4028 м. Зондирующий импульс ЭРГУ-600-2 представляет собой серию периодических знакопеременных импульсов тока прямоугольной формы с амплитудой 600-800 А и периодом 10 с. Характерное время нарастания тока в диполе около 0.2 с, спада – менее 0.05 с. Длительность сеанса составляет 14 минут.

Ежедневно, кроме выходных и праздничных дней, проводится шесть таких сеансов.

Измерения ГАЭ проводились в период с 4 августа по 6 сентября 2010 года на на скважине № 1156, Она расположена в районе поселка Горная Маевка, имеет глубину 330 м, обсажена на всю глубину, уровень воды находится на глубине 87 м. Для измерений геофон был установлен на глубине 120 м. Расстояние от скважины до северного заземлителя диполя составило 5.54 км, до южного - 5.65 км. В данный период установка работала в штатном режиме все дни недели кроме выходных (суббота и воскресенье), праздников и понедельников.

Для измерения геоакустической эмиссии в скважинах в лаборатории МЭС НС РАН разработаны и изготовлены специальные металлические зонды, в которых располагаются геоакустические датчики А1638 (датчик изготовлен ЗАО “Геоакустика”). Геоакустический комплекс укомплектован блоком усилителей и фильтров, который предназначен для фильтрации и усиления сигналов геоакустической эмиссии, поступающих с первичного преобразователя геофона, позволяющего регистрировать три компоненты X, Y, Z.

Количество каналов для одной компоненты равно 4: широкополосный диапазон (обеспечивается внутренним фильтром низких частот первичного преобразователя геофона А1638) и три канала, настроенные на центральные частоты (40, 160 и 320 Гц). Фильтрация осуществляется активными высокодобротными (Q=15) полоснопропускающими фильтрами Баттерворта 4 порядка, выполненными на основе схемы с многопетлевой обратной связью.

В ходе измерений отклики ГАЭ на сеансы ЭРГУ надежно регистрировались на всех измерительных каналах аппаратуры. Надо отметить, что большая часть сеансов, как можно было предположить, вызывала увеличение уровня геоакустической интенсивности.

Параметры увеличенной интенсивности откликов на скважине №1156, в то числе уровень её изменения относительно фоновой интенсивности, задержка прироста, градиент роста, время возврата к предыдущему уровню и максимально достигнутый уровень были различны в разных сеансах. В целом в геоакустическом шуме имеют место быть мощные всплески интенсивности, не имеющие определенной закономерности (спонтанные). Правда, надо сказать, что эти активизации присущи в основном суткам, когда ЭВ не проводилось (выходные дни). В качестве примеров акустического отклика модулируемого ЭМ воздействием мы приведем записи за 6 августа 2010 года (Рис.1,2). На графиках видно, что вариации ГАЭ модулируемые ЭРГУ небольшие в сравнении с присутствующими также всплесками интенсивности. Такие всплески, как правило, наблюдаются в вечернее время, а к ночи сходят к нормальному фону (например, сильное и достаточно продолжительное увеличение на графике 1 после 22:00). Также очевидно, что различен и характер отклика в каждом сеансе (продолжительность, прирост интенсивности, длительность нового уровня ГАЭ, а также предельное значение интенсивности). Для понимания общей картины отклика среды мы определили значения следующих параметров. Рассматривалась величина задержки прироста интенсивности ГАЭ от момента начала сеанса воздействия, разность между средним уровнем ГАЭ до воздействия и во время (время до воздействия берется в соответствии с длительностью сеанса ЭРГУ), продолжительность отклика (до возврата уровня к фону), максимальный прирост интенсивности в период отклика.

Рис.1. Геоакустическая активность 10 августа 2010 г. на скважине №1156 (общий вид с обозначением времен ЭВ) Рис. 2. Геоакустическая активность 6 августа 2010 г. на скважине №1156 (до полудня) В основном все каналы работали при увеличении интенсивности ГАЭ в одной фазе с близкими значениями изменений, поэтому для удобства анализируемые параметры брались для частотных 40 Гц каналов. При обработке была также получена и статистика повторяемости эффекта, так как в некоторых случаях по каким-либо причинам отклик определить не представляется возможным. Итого из 96 сеансов: 5 раз происходило наложение отклика от предыдущего сеанса, 7 раз перед сеансом происходит сильная спонтанная активизация, 12 сеансов отклик на энерговоздействие (ЭВ) не наблюдался.

Исходя из такой структуры видно, что если не учитывать сомнительные сеансы, то повторяемость эффекта достаточно высока (87%). Если же их учесть, то она падает незначительно до 75%. Отметим стабильность реакции среды на вторые и третьи сеансы ЭВ.

Все три случая, когда третий сеанс ЭВ не влиял на изменение интенсивности ГАЭ и два когда второй “тонул” в спонтанных выбросах пришлись на период с 17 по 19 августа. В 90% случаев, когда отклик акустической интенсивности на сеанс ЭРГУ плохо идентифицируется из-за активизации, которая всё ещё продолжается после предыдущего сеанса, приходятся на 6 сеанс. Это вполне закономерно, так как время между 5-м и 6-м сеансами меньше остальных (не час, а 50 минут). На 17, 18, 19 августа приходится 7 “пустых” сеансов и половина сомнительных откликов затертых сильными фоновыми вариациями. Ещё три случая отсутствия откликов на сеансы произошли с 24 (последние 2 сеанса) на 25 августа (первый сеанс). До 17 августа и после 25 августа время задержки отклика близко к нулю.

Длительность отклика после 26 августа стала более или менее равномерной и по значению в 70% случаев близка к длительности сеанса ЭРГУ. Большое количество откликов с наибольшей длительностью встречалось до 13 августа. Тоже можно сказать о максимальном отклонении интенсивности отклика от фона – до 13 августа вариации самые большие. Из рассмотрения всех графиков следует вывод, что с 17 августа (первый день работы ЭРГУ после 13 числа) по 25 августа период нехарактерен для общих тенденций реакции среды на ЭВ. Для рассмотрения характера интенсивности в дни, когда ЭРГУ не работала, были детально изучены данные за 29, 30 и 31 августа. Первый день это обычный выходной день, 30 числа по установленному режиму работы ЭРГУ пуски не давались, и, наконец, 31 августа ЭВ также не проводилось в связи с праздником дня независимости КР. Анализ показал, что в эти дни, откликов на предполагаемое ЭВ (рассмотрены гипотетические периоды ЭВ) нет совсем. Для понимания механизмов формирования отклика среды на сеансы ЭВ мы попробовали проанализировать частотные спектры сигналов ГАЭ, а точнее их изменения с моментом наступления сеанса. Были взяты отклики 12 августа, первый и третий сеансы. На рисунке 3 показан пример третьего сеанса.

Рис.3 Спектральный состав сигналов (Z компонента) ГАЭ 12 августа в период с 10:05 до 10:15.

Показана проекция и трехмерное изображение. Ось z- амплитуда, ось x-частота (Гц), ось y-время (с).

Начало сеанса с 2100 секунды.

Контраст в выборе придает мощность и продолжительность первого сеанса по отношению к не очень яркому третьему, причем, что очень важно, так это довольно приличная задержка отклика на первый сеанс. Для первого, очень сильного по амплитуде, отклика хорошо прослеживаются три основных частоты сигналов ГАЭ 150, 240 и 338Гц (последняя наиболее выражена). С начала сеанса в спектре сразу же обозначились ранее незаметные частоты, однако практически сразу же они пропали. Уже через три минуты амплитуда сигналов резко возрастает, а спектральный состав становится максимально широкополосным. Отметим, что наиболее сильно доминируют высокие частоты. Похожие результаты получились для относительно слабенького отклика на третий сеанс. До воздействия отмечались частоты 150, 200 и 338 Гц, причем последняя частота опять выделяется. А вот с началом сеанса практически без задержки отмечается появление дополнительных частот в сигналах, из которых наиболее выделены 140, 220 и 265 Гц (около этих значений). В отличие от первого примера о широкополосности здесь речи не идет. Надо отметить и наличие некоторого источника, который стабильно звучит на частоте порядка 338 Гц. Отметим, что резонансных частот геофон в обсуждаемом диапазоне не имеет. Отличия между спектрами для разных компонент небольшие есть (выраженность новых частот и время их появления от начала ЭВ), однако, в общем, частотные максимумы те же. В заключении отметим, что такие результаты, по сравнению с проведенными ранее скважинными измерениями ГАЭ (Беляков А.С и др., 2006), получены впервые, в них наблюдался непосредственный отклик среды на мощный электрический импульс.

Благодарности Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 10-05-00231а.

Список литературы

5. Авагимов А.А., Зейгарник В.А., Пономарев А.В., Соболев Г.А., Некоторые вопросы изменения состояния геологической среды при электромагнитном воздействии импульсами МГД-генератора// Научные труды ИТЭС ОИВТ РАН. Ред. Фортов В.Е. и Лихачев А.П. М: ОИВТ РАН. 2000. Вып. 3.

С.217-224.

6. Беляков А.С., Лавров В.С., Николаев А.В., Худзинский Л.Л.. О синхронизации сейсмоакустической эмиссии с деформацией верхней части земной коры//ДАН, 2006, т.406, №5, С. 687

7. Gavrilov V., Bogomolov L., Morozova Yu., Storcheus A. // Ann. Geoph. 2008. V. 51. № 5. P. 737–753.

8. Zakupin A.S., Bogomolov L.M.,Sycheva N.A. The effect of crossed electric and magnetic fields in loaded rock specimens. Materials Science and Engineering: A. 2009. V. 521-522. P. 401-404.

КОРРЕЛЯЦИЯ ВАРИАЦИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ И

ГИДРОРЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

ТАДЖИКИСТАНА (ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ)

–  –  –

Институт геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН Республики Таджикистан, Душанбе, seismtadj@rambler.ru.

Метод электромагнитной индукции зарекомендовал себя как один из наиболее представительных методов дистанционных глубинных исследований земных недр (Бердичевский и др., 1987, Ваньян, 1965). В рамках общего подхода активных электромагнитных зондирований или пассивной регистрации естественной электромагнитной индукции путём решения обратных задач геофизики изучается геологическое строение земной коры, ведётся поиск месторождений полезных ископаемых.

В инженерной геофизике методы анализа пространственно-временных вариаций электромагнитной индукции применяются для определения видов, геометрических форм и толщ грунтов. В последние десятилетия благодаря увеличению точности электромагнитных измерений геоэлектромагнитные наблюдения дали принципиальную возможность идентификации тех физико-химических изменений в земных недрах, которые связаны с тектоническими процессами, в частности, - подготовки тектонических землетрясений.

Поэтому геоэлектромагнитные наблюдения всё активнее включаются в комплексные системы поиска предвестников землетрясений. Согласно современным геофизическим представлениям вариации электромагнитной индукции могут быть обусловлены вариациями электропроводности земных недр, происходящими в результате изменений тектонических напряжений, изменений плотности твёрдой, жидкой или газообразной фазы земной коры, изменениями химического состава и концентраций ионов, прежде всего, жидкой фазы.

Вариации электромагнитной индукции могут быть обусловлены также вариациями токов электрокинетической природы или теллурических токов в земной коре.

В настоящей работе рассматривается возможность обнаружения краткосрочных предвестников землетрясений по данным о локальных вариациях электромагнитной индукции, вызываемых вариациями гидрорежима подземных вод неглубокого залегания.

Основой для такой постановки задачи служат результаты наблюдений за химическим составом подземных вод на месторождении Шаамбары в Таджикистане (Каримов и др., 2008). Глубина скважины здесь - около 1400 м, состав вод сульфатно-хлоридно-натриевый, средний дебит около 0,9 л/с, фоновое значение параметра рН около 7,7, электропроводность

- около 160 мСм/см. Особенно явно обнаруживаются периодичности во временном ходе параметра рН, равные примерно 14 суток, которые можно интерпретировать как результат влияния лунных приливов. Вариации рН составили 0,2. Наблюдения на других скважинах месторождений термальных вод, например, Ходжаобигарм, Обигарм и Явроз не показали значимых вариаций параметра рН, по-видимому, из-за недостаточных их глубин – 60-150 м, и помех от поверхностных вод атмосферных осадков и ручьёв.

Примерно за неделю до Душанбинского землетрясения 18 августа 2006 года произошёл сбой в периодическом ходе параметра рН вод месторождения Шаамбары, расположенного в 20 км к западу от эпицентра. Землетрясение имело магнитуду М = 4,5, глубину гипоцентра 2,5-5,0 км, координаты эпицентра – 38,450 с.ш., 68,860 в.д. Интенсивность землетрясения в Душанбе, на эпицентральном расстоянии 15 км, составила 6 баллов по шкале МСК-64.

Эпицентр приурочен к Илякско-Вахшскому глубинному разлому 1-го порядка. Это было единственным близким к месту наблюдения, с неглубоким очагом сильным землетрясением за последний период непрерывных наблюдений с 2004 по 2010 гг. Соответственно, была единственной и аномалия в вариациях параметра рН на месторождении Шаамбары за этот период наблюдений. Линейные размеры зоны подготовки такого землетрясения согласно эмпирическим данным и теоретическим оценкам, например, по модели консолидированного включения (Добровольский, 1991), составляют примерно 90 км. Так что зона аномальной деформации земной коры вполне охватила пункт гидрогеохимических наблюдений.

Можно предположить, что в регулярном состоянии, когда геосреда в определённой области находится в состоянии фоновых флуктуаций, геоблоки в большей или меньшей степени свободно следуют за лунно-солнечными приливами, соответственно химический состав подземных вод, концентрации ионов и рН подвержены периодическим вариациям.

Поскольку лунная составляющая приливов в несколько раз больше солнечной, то в качестве основного выступает действие лунного прилива с периодом около 14 суток. Как только какие-либо смежные геоблоки входят в зацеп, который соответствует началу возникновения консолидированного включения, эти смежные блоки не могут свободно двигаться под действием приливных сил, периодичность в их движении нарушается, и, тем самым, нарушается периодичность в ходе рН. По мере поступления энергии деформирования консолидированное включение разрушается до основной подвижки землетрясения и периодические движения геоблоков восстанавливаются, периодичность в ходе параметра рН соответственно также восстанавливается.

Эти результаты дают основания для комплексирования различных видов геофизических наблюдений для системного подхода к изучению и поиску предвестников тектонических землетрясений. Поскольку происходит изменение химического состава, концентрации ионов, параметра рН подземных вод, то должны возникать соответствующие локальные вариации электропроводности и электромагнитной индукции земной коры. В отличие от глубинных электромагнитных зондирований земных недр для обнаружения аномалий в электромагнитной индукции, вызванных гидрорежимом и вариациями физикохимических свойств поверхностных, неглубоких подземных вод, необходимо применять в активных методах более высокие частоты волн зондирования, а в пассивных – работать на приём аномалий в диапазоне более высоких частот.

Можно предложить следующую модель эксперимента. Горизонтальный слой толщиной 1 км по порядку величины имеет электропроводность 100-1000 мСм/см по порядку величины. Внешний периодический однородный электромагнитный сигнал в виде плоской волны индуцирует электрический ток в этом слое, толщина которого порядка толщины скинслоя. Вторичные, индуцированные электрические токи генерируют собственные электромагнитные поля, которые регистрируются на внешней земной поверхности. Из общей теории электромагнитной индукции следует, что вторичное поле, поле индукции, будет направлено противоположно первичному. Поэтому регистрируемое поле будет несколько меньше по модулю, чем первичное. Оценки показывают, что в рамках выбранной модели слоя можно ожидать снижения поля на 1% - 10% по порядку величины, по крайней мере, на частотах выше 1000 Гц по порядку величины.

Методы электромагнитной индукции могут быть применены и для изучения других периодичностей геофизических процессов, например, сезонных, 11 и 22 лет и т.д., а также для мониторинга фильтраций подземных вод в окрестностях крупных водохранилищ и рек.

Опыт мониторинга локальных геомагнитных вариаций в окрестностях крупных водохранилищ, например, Нурекского, и реки Сурхоб в Таджикистане показывает высокую степень их корреляции с фильтрацией подземных вод, зависящей от сезонных перепадов уровней воды в водохранилище и реке, которые составляют 50 и 5 метров, соответственно, а аномалии локальных геомагнитных вариаций достигали при этом 5 нТл (Karimov, 2007 и др.). В свою очередь наблюдения за вариациями электромагнитной индукции в окрестностях водоёмов, где имеют место активные фильтрационные потоки подземных вод, дают возможность выявить степень представительности выявленных эффектов такой корреляции и экстраполировать их на исследования вариаций электромагнитной индукции, посвящённые идентификации электромагнитных аномалий, сопровождающих тектонические процессы и, в частности, - подготовку землетрясений.

Список литературы

1. Бердичевский М.П., Мороз И.П., Кобзова В.М., Билинский А.П. Физическое моделирование в геоэлекгрике Киев: Наук. Думка. 1987. 139 с.

2. Ваньян Л.Л. Основы электромагнитных зондирований. М. Недра. 1965. 108 с.

3. Добровольский И.П. Теория полготовки тектонического землетрясения. М. Наука. 219 с.

4. Karimov F.H., Salomov N.Gh., Vakhobova R.U., Norova G.B. To earthquake preparation models, based on hydro-geochemical data. Proceedings: International Congress on Environmental Modelling and Software, iEMSs 2008. Volume 3. Barcelona. Universitat Politecnica de Catalunya. 2008. p. 1394-1397.

5. Karimov F.H. Tectonomagnetic effects in the Tajikistan’s seismic regions. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия математика, информатика, физика, №3-4, 2007. с. 162-169.

АППАРАТУРА ДЛЯ ГЛУБИННОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ –

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Корепанов В. Е.1,Трегубенко В. И.2

– Львовский центр Института космических исследований НАН и НКА Украины, Львов, Украина, vakor@isr.lviv.ua,

– Украинский государственный геологоразведочный институт, Киев, Украина, vitr@ukrdgri.gov.ua.

Введение За последние десятилетия значительно возрос интерес к изучению глубинного строения земной коры и верхней мантии. Информация о глубинном строении является основой для регионального прогноза месторождений полезных ископаемых, оценки современной геодинамики и сейсмического риска территорий. К ведущим геофизическим методам, которые применяются при изучении глубинного строения, традиционно относятся магнитотеллурическое и магнитовариационное зондирования в глубинном варианте – ГМТЗ и ГМВЗ. Совершенствование алгоритмов, развитие современных методов компьютерной обработки, анализа и интерпретации данных ГМТЗ и ГМВЗ позволило увеличить точность вычислений передаточных функций и, как следствие, повысить информативность глубинных геоэлектрических исследований.

Развитие теоретического базиса глубинных исследований привело к значительному повышению уровня требований к основным параметрам аппаратуры для реализации глубинных исследований этими методами. При проведении электроразведочных работ методами ГМТЗ и ГМВЗ, в зависимости от геолого-геофизических условий и уровня помех, для обеспечения требуемой глубинности исследований продолжительность непрерывной регистрации вариаций магнитотеллурического (МТ) поля в пункте наблюдения должна составлять несколько суток, а иногда и несколько десятков суток. Поэтому одним из главных требований к аппаратуре при проведении глубинных МТ исследований является высокая стабильность работы датчиков и электроники на протяжении длительного периода наблюдений.

В начале 2000-ных годов при участии ведущих специалистов Украины в области МТ исследований построены и успешно испытаны полевые образцы современных электроразведочных станций для глубинных геоэлектрических исследований – для длиннопериодных наблюдений (LEMI-417), коротко- и среднепериодных (LEMI-419, LEMIи широкополосные (LEMI-418) [www.isr.lviv.ua]. Ниже описана структура станции LEMI-417, предназначенной для глубинных исследований, и приведены некоторые примеры ее использования в Украине.

Структура магнитотеллурической станции Как и в каждом современном приборе, основу современной магнитотеллурической станции (МТС) составляет микропроцессор. Внешний вид и упрощенная функциональная схема МТС LEMI-417 представлены на рис. 1. На рис.1, а показан также блок грозозащиты (внизу в правом углу), который защищает входные электрические каналы МТС от выгорания при близких молниевых разрядах.

Трехкомпонентный феррозондовый магнитометр ФЗМ (рис. 1, б) соединен с микроконтроллером MК через цифровой порт UART1. 4-канальный измеритель электрического поля ИТП подсоединяется к MC через схему гальванической развязки ГР и порт UART2. В состав МТС входят карта FLASH памяти F, жидкостно-кристаллический дисплей (ЖКД), блок GPS синхронизации и органы управления У, постоянно подключенные к MC. Обмен данными с внешним ПК осуществляется через порт RS-232. Стабильность как магнитных, так и электрических каналов блока электроники LEMI-417М обеспечена использованием высокостабильных компонентов и источников опорных напряжений.

Высокий уровень метрологических параметров МТС достигнут за счет применения целого ряда новшеств и ноу-хау при создании датчиков магнитного и электрического полей [Корепанов, Трегубенко, 2009]. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики каналов МТС приведены на рис. 2.

–  –  –

Основной проблемой, решаемой при создании этой МТС, была экономия мощности питания, с учетом того, что она должна продолжительное время работать в полевых условиях вдали от стационарного источника питания. При этом необходимо было сохранить достигнутый уровень метрологических параметров, не уступающий лабораторным приборам. Эта задача была успешно решена, как следует из таблицы с параметрами, приведенной ниже (отметим, что потребление мощности питания МТС LEMI-417 составляет менее 1 Вт).

–  –  –

Примеры использования С 1980 по 1995 годы прошлого века в пределах Украины была выполнена площадная съемка МТЗ по сети 25х25 км, а также проведены наблюдения по региональным профилям (геотраверсы IY, YI, YIII, «Гранит») с шагом 10 км [Корепанов и др., 2000]. Использовалась аппаратура ЦЭС-2. Общий объем зондирований составил около 2500 физических наблюдений. Для подавляющего числа точек передаточные функции определены в диапазоне периодов 0,1-1000 секунд. В результате выяснилось, что в пределах Украины, за исключением Украинского щита (УЩ) и его склонов, кристаллический фундамент перекрыт мощным осадочным чехлом с интегральной проводимостью 500-2500 См., который экранирует электромагнитное поле. В этих условиях для получения информации о глубинном геоэлектрическом разрезе необходимо определять передаточные функции в области более длинных периодов, вплоть до десятков тысяч секунд. Эту задачу удалось решить методами ГМТЗ и ГМВЗ с помощью МТС LEMI-417 по региональным профилям и геотраверсам. Выполнены наблюдения по геотраверсу ДОБРЕ-99, на участке «северная граница – Житомир» геотраверса ЕВРОБРИДЖ. В 2010 году начаты электроразведочные работы методами ГМТЗ и ГМВЗ в пределах украинской части геотраверса ДОБРЕ-3 (PANCAKE). Задача этих исследований - получение частотных характеристик компонент передаточных функций (тензора импеданса, типперов, горизонтального магнитного тензора) для диапазона периодов от сотых долей секунды до десятков тысяч секунд. Таким образом, предполагается создать основу для количественной интерпретации данных МТ эксперимента. Ниже, в качестве примера, приведены частотные характеристики компонент тензора импеданса и матрицы Визе-Паркинсона, полученные в одной из точек геотраверса ЕВРОБРИДЖ при помощи МТС LEMI-417 №28.

Более длиннопериодные наблюдения, в которых удалось получить устойчивые результаты на периодах вплоть до 100 тысяч секунд, были выполнены в рамках международного эксперимента BEAR [М. Байсарович и др., 1996]. Рекордная глубинность получена на стационарной точке наблюдения в Крыму, где были построены типперы для периодов до 120 тыс. секунд [Korepanov et al., 2008].

–  –  –

Заключение Можно констатировать, что на сегодня существует как аппаратурное обеспечение, так и соответствующие программы обработки, позволяющие реализовать глубинные зондирования земной коры с целью изучения ее строения и решения задач регионального картирования. Об этом свидетельствуют полученные результаты полевых исследований как в Украине, так и в других странах, в частности в США в рамках проекта EMSCOPE [Schultz, 2009]. Что касается дальнейших путей совершенствования полевой аппаратуры для длиннопериодных исследований, можно предположить, что новое поколение этих приборов будет иметь более высокое разрешение – не хуже 1 пикотесла по магнитному полю – с дальнейшим снижением мощности потребления, во всяком случае, на это указывают современные тенденции в этой области.

–  –  –

Кулик С.Н.1, Шеремет Е.М.2

- Институт геофизики им. Субботина НАН Украины, г. Киев, kulik@ndc.org,ua.

- Украинский государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики и маркшейдерского дела НАН Украины, г. Донецк, EvgSheremet@yandex.ru.

На Украинском щите выделяются четыре шовных зоны, разделяющие весь щит на пять мегаблоков. Это Орехово-Павлоградская, Криворожско-Кременьчугская, Голованевская и Брусиловская шовные зоны. Как правило, это – протяженные линейные структуры, моложе мегаблоков, которые их ограничивают и могут содержать формации, соотвующие нескольким этапам образования земной коры мегаблоков. В геоэлектрическом отношении все без исключения шовные зоны в той или иной степени сопровождаются аномалиями высокой электропроводности в недрах земной коры на разных глубинах. Это Приазовская, Кировоградская, Гайворон-Добровеличковская, Коростенская, Черновицко-Коростенская и др. аномалии, обнаруженные в результате магнитотеллурических ()МТЗ) и магнитовариационных (МВП) исследований.

Сочленение ДДВ с Украинским щитом (УЩ) – естественно тектоническое и проходит по разломам разного порядка. Так, в частности, смещения по разломам в осевой части грабена уверенно диагностируются по амплитуде смещения характерных структурноформационных зон на смежных склонах УЩ и Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ).

Установлено, что Криворожско-Кременьчугская шовная зона (ККШЗ) при переходе с УЩ в Воронежский кристаллический массив (ВКМ) смещена очень незначительно – около 30 км, а Орехово-Павлоградская шовная зона (ОПШЗ) – при продолжении северного звена зоны и южного продолжения Белгородского синклинория до осевой зоны ДДВ – почти на 200 км.

В плане выяснения особенностей геологического строения в районе северной части ОПШЗ в месте ее сочленения с ДДВ был пройден геоэлектрический профиль «Павлоградский» методом магнитотеллурического зондирования с суточными наблюдениями в каждой точке профиля..

Профиль «Павлоградский» расположен в 15-ти км на юг от г. Павлоград Днепропетровской области и вытянут с юго-запада на северо-восток на 39,5 км. Начало профиля находится в семи километрах к северо-востоку от г. Синельниково Днепропетровской области. Профиль проходит вблизи населенных пунктов Новоалексеевка, Водяное, Калиновка, Вербовое, Великоалександровка, Левадки, Бажаны, Дмитровка Днепропетровской области.

Геологическое положение электроразведочного профиля определяется пересечением им таких структурно-тектонических единиц как Среднеприднепровский мегаблок, ОПШЗ, Западное Приазовье, ДДВ. Профиль пересекает плагиограниты и плагиомигматиты днепропетровского комплекса среднего архея, затем нефелиновые сиениты и габбро раннепротерозойского малотерсянского интрузивного комплекса. Орехово-Павлоградский разлом пересекает гнейсы, кристаллосланцы, железистые кварциты волчанской серии и породы новопавловского тоналит-эндербитового комплекса раннего архея. Профиль пересекает отложения нижнего карбона ДДВ. В тыловой части Приазовского мегаблока со стороны ОПШЗ по данным металлогенической карты масштаба 1:500000 [Комплексна металогенічна карта, 2002] находится узел редкометальных (Ta, Nb, Zr-Ti) рудопроявлений.

В целом Приазовский блок представляет редкометально-железорудную область. Ведущими металлами здесь является железо, циркон, редкие земли, титан, молибден, алюминий, а из нерудных - графит и вермикулит.

Наиболее информативен, с точки зрения геоэлектрических характеристик толщи пород, геоэлектрический разрез до глубины 10 км. Разрез является, преимущественно, высокоомным по всей длине с глубин 0–300 м. Величина значений электросопротивления последовательно увеличивается с 300–500 Омм на глубине 300 м до 3000–5000 Омм на глубине 10 км. На разрезе по низкоомным зонам выделяются Орехово-Павлоградский, Западно-Приазовский глубинные разломы, и разлом, ограничивающий зону ЗападноПриазовского разлома с востока.

Благодаря этой системе разломов, подчеркивается блочное строение исследуемого региона, пересеченного геоэлектрическим профилем «Павлоградский». Выделяется Среднеприднепровский мегаблок, Орехово-Павлоградская шовная зона, и ЗападноПриазовская зона разломов, как переходная от кристаллического фундамента Украинского щита к Днепровско-Донецкой впадине. Сам участок блока ДДВ, отчетливо выделяется в виде высокоомной области (1000–5000 Омм).

Распределение удельного электрического сопротивления в интервале глубин 10км. Вышеописанное блочное строение региона здесь проявлено весьма контрастно. Но самым интересным на этом разрезе является распространение низкоомных аномалий (до 300 Омм) на глубинах более 25 км под высокоомными блоками. Фактически выделяется две таких аномалий, которые четко приурочены к зонам Орехово-Павлоградского и ЗападноПриазовского глубинных разломов, ограничивающих ОПШЗ.

Наличие таких низкоомных площадных аномалий говорит о присутствии на глубинах свыше 25 км высокопроводящих пород, представленных высокоглиноземистыми гнейсами с графитом, кристаллосланцами, железистыми кварцитами.

Подобные аномалии высокой электропроводности обнаружены в южной части ОПШЗ (в районе Токмака) на глубинах около 15 км и глубже и в районе Гуляй-Поля (уже несколько за пределами шовной зоны, в пределах Гайчурского гранитоидного купола).



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
Похожие работы:

«Инвентаризация расчетов: подробная инструкция Инвентаризация расчетов поможет не допустить ошибок в учете заработной платы, дебиторской и кредиторской задолженности и убережет от зависших и забытых долгов перед пе...»

«Душевые системы Digital BBs Современные технологии и классический дизайн Идеальный душ Что такое душевая система Digital BBs? Это тщательно продуманная цифровая система управления и превосходный дизайн. Мы создаем вдохновляющий дизайн для самых изысканных ванных комнат, и душевые системы Digita...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижневартовский государственный университет" Гуманитарный факультет Рабочая программа дисциплины Б1.В.ОД...»

«Сахалинская областная универсальная научная библиотека Отдел краеведения Издано на Сахалине в 2003 г. Библиографический указатель Южно-Сахалинск 91:76.1 ( 2р-4сах) И36 Издано на Сахалине в 2003 г.: библиогр. указ. / СахОУНБ, Отдел краеведения : сост. В. Г. Борисова ; ред. Г.М. Нефедо...»

«Руководство потребителя Для пользы с строением 0.5.3578 Karaoki или большим Ручной вариант 0.5 октября 2009 1 of 18 Индекс РУКОВОДСТВО 1 ПОТРЕБИТЕЛЯ Индекс 2 ВВЕДЕНИЕ 3 Вставляемый режим 3 Отдель...»

«С. Г. Кара-Мурза. Советская цивилизация. (том I) Оглавление Введение. Глава 1. Развитие капитализма в России: как изменялись взгляды Ленина. Евроцентризм и народники. Судьба русской крестьянской общины. Сравнение капиталистического...»

«Эрик Ханюзе Фредерик Мойерсон В невиданной битве сошлись орки и рыцари. Фиолетовые и Оранжевые цвета видны в этом столпотворении и никому не ведомо чья возьмёт. Башни магов, стоящие по всему полю сражения – это стратегические цели, и судя по всему, тот, кто будет контролировать больше башен одержит в этой битве побед...»

«ъ Чугунные дровяные печи КАРЕЛИЯ предназначены для индивидуальных бань и саун. Выпускаемые модели печей разработаны на основании многолетнего опыта производства. А их выдающиеся качества подтверждены 30 летним практическим опытом эксплуатации. Печи проходят исп...»

«Tersus Plus PCR kit Набор реактивов Номер по каталогу PK121 Инструкция по применению Набор реактивов Tersus Plus PCR kit предназначен только для исследовательских работ, выполняемых профессионально по...»

«Annotation Забавная Библия Лео Таксиль и "Забавная Библия" Глава 1 Глава 2 Глава 3 Глава 4 Глава 5 Глава 6 Глава 7 Глава 8 Глава 9 Глава 10 Глава 11 Глава 12 Глава 13 Глава 14 Глава 15 Глава 16 Глава 17 Глава 18 Глава 19 Глава 20 Глава 21 Глава 22 Глава 23 Г...»

«R SCP/20/8 ОРИГИНАЛ: АНГЛИЙСКИЙ ДАТА: 4 ДЕКАБРЯ 2013 Г. Постоянный комитет по патентному праву Двадцатая сессия Женева, 27-31 января 2014 г.ПРОГРАММЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПАТЕНТНЫМИ ВЕДОМСТВАМИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВНЕШНЕЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПОИСКА И ЭКСПЕРТИЗЫ Документ подготовлен Секретариато...»

«УДК 614.8 А.О. Семенов, В.В. Булгаков, Д.В. Тараканов (Ивановский институт ГПС МЧС России; e-mail: den-pgs@rambler.ru) КОМПЬЮТЕРНЫЙ МОДУЛЬ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ТУШЕНИИ КРУПНЫХ ПОЖАРОВ Авторами разрабо...»

«ХАРРИ MOOPA КЛАД V ВЕКА, НАЙДЕННЫЙ В PEOJIA БЛИЗ ГОР. ТАРТУ Летом 1954 года в Реола, примерно в 7 км к юго-юго-востоку от города Тарту, был найден комплекс бронзовых предметов, относящихся к V веку н.э. Первая...»

«Регулярное издание с картинками От редактора. Ну что, докатились до виртуальных отношений? Попробуем поиграть в любовь по переписке? Мы вам раз в месяц свежий номер издания, а вы нам сверку взаимозачётов. Мы вам счёт на оплату, а вы нам две строчки...»

«Правила бронирования номеров в отеле "Авалон". ПРАВИЛА О ФОРМЕ, УСЛОВИЯХ, ПОРЯДКЕ БРОНИРОВАНИЯ И АННУЛИРОВАНИЯ БРОНИРОВАНИЯ В ОТЕЛЕ "АВАЛОН". вводится с 00.00 часов 29.04.2016 года (приказ № 73 от 25.04.2016 года) 1. Способы бронирования Для бронирования номера в отеле необходимо направить...»

«Гаянэ Ахвердян, Александр Мец По следам путешествия в Армению О. Мандельштама: о судьбе обитателей "образцовой квартиры Вартаньянов" Набрасывая эпизоды во время подготовки "Путешествия в Армению", О. Э. Мандельштам оставил запись о первых уроках армянского языка, полученных им вскоре после приез­ да в Ереван. Эта запись в прижи...»

«с 16.09.2013 г. по 22.09.2013 г. Поступление средств на счёт МАДВиЗ для проведения восстановительных работ по ликвидации последствий наводнения в 2013 г. и оказания материальной поддержки пострадавшим гражданам. № П/П Дата Наименование плательщика Назначение платежа поступления 16.09.2013 СБ...»

«УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Том 155, кн. 6 Гуманитарные науки 2013 УДК 316.75 ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЛИТИЧЕСКОЙ ИДЕОЛОГИИ В ПОСТСОВЕТСКОЙ РОССИИ Д.С. Ипатов Аннотация В статье рассматриваются становление и р...»

«Самарская Лука. 2008. – Т. 17, № 3(25). – С. 554-564 © 2008 О.В. Мухортова* ЗООПЛАНКТОН ВЕРХНЕГО СЕВЕРНОГО ПРУДА Г. САМАРА По данным наблюдений 2006 г. в Верхнем северном пруду было зарегистрировано 71 вид зоопланктона. Доминирующими таксонами являлись представители...»

«IP-адресация и создание подсетей для новых пользователей Содержание Введение Предварительные условия      Требования      Используемые компоненты      Дополнительные сведения      Условные обозначения Общие св...»

«Back-UPS® Pro 1200/1500 230 В Установка и эксплуатация Перечень деталей Безопасность (2) Место установки устройства Back-UPS должно быть защищено от прямых bu001a солнечных лучей, повышенно...»

«Н. С. ПОПОВА АРИФМЕТИЧЕСКЙ ЗАДАЧАЭЗА ДА УПРАЖНЕННЁЭЗА СБОРНИК НАЧАЛЬНЙ ШКОЛА ПОНДА КУИМТ ЧАСТЬ КОМИПЕРМГИЗ Кудымкар 1941 Н. С. П О П О В А АРИФМЕТИЧЕСК Й ЗАДАЧАЭЗА ДА УПРАЖНЕННЁЭЗА СБОРНИК КУИМТ ЧАСТЬ НАЧАЛЬНЙ ШКОЛА 3 КЛАСС ПОНДА МдіК издание Утвердитіс РСФСР Н...»

«Сучасні суспільні проблеми у вимірі соціології управління: збірник наукових праць ДонДУУ Розділ 5 АКТУАЛЬНА СОЦІАЛЬНО-ГУМАНІТАРНА ПРОБЛЕМАТИКА УДК 316.473 Городяненко В. Г. СОЦІАЛЬНА ПАМ’ЯТЬ ЯК ІНСТРУ...»

«НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ • ОСНОВАН В ЯНВАРЕ 2002 ГОДА • ВЫХОДИТ 4 РАЗА В ГОД • САРАТОВ Решением Президиума ВАК Министерства образования и науки РФ журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертационных исследований на соискание у...»

«Секция 2 "ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ" ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ ВО ВПУСКНОМ ТРАКТЕ ДВС д.т.н. проф. Фомин В.М., к.т.н. Руновский К.С., Хергеледжи М.В. МГТУ "МАМИ", hergheledji@mail.ru Газодинамический наддув предполагает использование волновых явлений во впускном тракте двигателя дл...»








 
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.