ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 461, № 1, с. 88-92
ГЕОФИЗИКА
УДК 550.837
АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА В СВЯЗИ С СИЛЬНЫМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ НА КАМЧАТКЕ
© 2015 г. Ю. Ф. Мороз, Т. А. Мороз
Представлено академиком РАН Е.И. Гордеевым 30.04.2014 г. Поступило 12.05.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565215070208
Мониторинг магнитотеллурического импеданса дает возможность получить информацию о динамике электропроводности литосферы на различных уровнях. Модуль магнитотеллурического импеданса обладает повышенной чувствительностью к наличию локальных геоэлектрических неоднородностей. Однако фаза импеданса свободна от влияния таких неоднородностей. Поэтому мониторинг фазы импеданса позволяет получить в более "чистом" виде изменение электропроводности литосферы. Данный подход использован для интерпретации данных многолетнего электромагнитного мониторинга на Камчатке. В результате эксперимента впервые выявлен аномальный эффект в поведении фазы магнитотел-лурического импеданса, связанной с сильной сейсмичностью в зоне поперечного глубинного разлома на Камчатке. Этому явлению и посвящено настоящее сообщение.
МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИИ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Мониторинг электромагнитного поля осуществляется на протяжении почти 13 лет на побережье Авачинского залива в пунктах Шипунский, Тундровый и Верхняя Паратунка (рис. 1). Измерения составляющих электромагнитного поля Земли проводятся один раз в минуту. Эксплуатация автоматизированных пунктов наблюдений и предварительная обработка данных осуществляются Камчатским филиалом Геофизической службы РАН.
Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения
Российской Академии наук, Петропавловск-Камчатски E-mail: morosyf@kschet.ru Геологический институт
Сибирского отделения Российской Академии наук, Улан-Удэ
В основе получения данных об электропроводности литосферы лежит связь между горизонтальными векторами электрического и магнитного полей в пункте наблюдения [1]:
Eгор - [Z] НГор, [Z] =
Z Z
xy
Z Z
'- vv 7-'
yx
yy
или в развернутом виде
Ex = ZxxHx
Ey = ZyxH x
+ ZxyH y ,
+ Z yyH y'
(1)
(2)
где И — тензор импеданса, 2ху, 2ух,,2уу — комплексные компоненты тензора импеданса, зависящие от частоты, распределения удельных электрических сопротивлений в Земле и ориентации координатных осей.
По вариациям магнитотеллурического поля с помощью программы [7] определены компоненты тензора импеданса и его фазы в зависимости от периода вариаций. Результаты свидетельствуют [4]: когда в поведении временного ряда модуля импеданса выражены вариации, но они не проявляются в фазе импеданса, то действует эффект р, связанный с локальными геоэлектрическими не-однородностями. Если в поведении временного ряда фазы импеданса выражены аномальные изменения, то они свидетельствуют о глубинных изменениях электропроводности геологической среды.
Представление о глубинном геоэлектрическом разрезе на пунктах наблюдений дает рис. 2, где представлены амплитудные кривые МТЗ в сопоставлении со стандартной кривой кажущегося сопротивления. Характерно, что правые ветви кривых рк расположены выше по уровню сопротивлений относительно стандартной кривой. Это свидетельствует о том, что кривые рк подвержены влиянию региональных геоэлектрических неод-нородностей. Следует отметить, что фазовые кривые на более высоких частотах отражают более глубинные части разреза, чем амплитудные. Это
хорошо видно на рис. 2, где на амплитудных кривых выражен только максимум и слабо выражена нисходящая ветвь, а фазовые кривые уже представлены нисходящей ветвью, отражающей увеличение электропроводности с глубиной. Максимум амплитудных кривых связывается с высокоомной литосферой. Нисходящие ветви амплитудных и фазовых кривых, выходящих в минимум, обусловлены проводящей астеносферой.
РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА
Анализ показал, что минимальный временной интервал, на котором можно получить компоненты тензора импеданса с погрешностью в единицы процентов, равен 5 сут. На этом временном интервале импеданс определяется в диапазоне от первых минут до первых часов. Для мониторинга электропроводности литосферы приняты временные ряды на периодах 500 и 1000 с, на которых модули и фазы импеданса определяются более устойчиво.
Результаты мониторинга фаз импеданса представлены на рис. 3. Во временных рядах имеются разрывы, связанные с техническими причинами. Фазы импеданса характеризуются дисперсией, которая может быть связана с точностью определения фаз и геологическим шумом, вызванным изменчивостью электропроводности геологической среды во времени. Стандартное отклонение фаз главного импеданса (за исключением 2009 г.) на пунктах Верхняя Паратунка, Тундровый и Ши-пунский на периоде 500 с не превышает 7°, 10° и 15°, на периоде 1000 с - 7°, 10° и 12°. Характерно, что в 2009 г. стандартное отклонение фазы импеданса существенно возрастает. В п. Верхняя Паратунка на периодах 500 и 1000 с оно составляет 33° и 22°, в п. Тундровый — 32° и 17°, в п. Шипунский — 25° и 40°. На периодах 3000 с и более на всех пунктах аномальный эффект затухает.
150°
155°
160° 165° в.д. 170°
★3
Рис. 1. Схема расположения пунктов наблюдений магнитотеллурического поля и эпицентров землетрясений. 1 — пункты наблюдений МТ-поля; 2 — эпицентры землетрясений, 3 — разломы, 4 — выходы древних пород (домелового фундамента). Цифрами обозначены номера землетрясений в табл. 1.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Полученные результаты свидетельствуют о том, что аномальное увеличение дисперсии значений фазы главного импеданса в 2009 г. выражено на всех пунктах наблюдений электромагнитного поля Земли, расположенных на расстоянии до 150 км. Следовательно, выявленный эффект имеет региональный характер. Возникает вопрос о возможной его природе. На кривых МТЗ, приведенных на рис. 2, видно, что вариации с Т = 500 с приурочены к восходящей ветви амплитудных кривых, связанных с литосферным слоем повышенного удельного электрического сопротивления. На фазовых кривых вариации данного периода относятся к началу нисходящей ветви, обусловленной астеносферным слоем повышенной
электропроводности. Вариации с периодом 3000 с и более приурочены почти к минимуму фазовой кривой, связанному с глубинным проводящим слоем. Из этого анализа можно судить, что увеличенная дисперсия фаз импеданса характерна для высокоомных частей литосферы. В области проводящей астеносферы дисперсия становится близкой к среднему фону за многолетний период.
Выявленный региональный эффект в аномальном увеличении дисперсии фаз импеданса можно объяснить процессами, связанными с сейсмичностью в районе Камчатского региона. Характерная особенность сейсмичности за последние десятки лет — сильные глубокие землетрясения в Охотском море. Эпицентры этих землетрясений приурочены к области, примыкающей к продолжению попе-
чо о
10000
О
Е
>
м
Д Я
1000
2 О
й
о.
100
80 & .
& о
(а)
_I_I_I........I_I_I_I г I I I I
10 100 1000
_I_I_I_I........I_I_I.......
10 100 1000
10000
1000
100
10
60 20 -20 -60
(б)
А
А А
Л
_1_I_I........I_I_I_I г I I I I
100
£
_|_I_|_|_|_|_|_ЕЕ_1_
_|_I.......
10
100
10000
(В)
1000»
100
1000 10
о -20 -40 -60
_|_I_I........I_I_I_I_I 11' I
100
1000
1
с
л/Г," 1/2
в»
-80
ч»
_|_I_I........I_I_I.......
1000 10
100
1000
1
с
Гт,-,п
I
О
о
О ^
О
и>
Рис. 2. Совмещенные кривые МТЗ по главным направлениям в пунктах Верхняя Паратунка (а), Тундровый (б) и Шипунский (в); 7, 2 — кривые МТЗ по двум главным направлениям, 3 — стандартная кривая.
ю о
92 Ю. МОРОЗ, Т. МОРОЗ
Таблица 1. Сведения о землетрясениях
№ Дата Время, UTC с.ш. в.д. Глубина, км Класс Магнитуда
1 05.07.2008 г. 02:12:01.100 54.120 152.200 594.0 14.2 7.7
2 24.11.2008 г. 09:02:53.100 53.870 154.790 559.0 16.9 7.3
3 14.11.2009 г. 05:14:18.970 52.166 159.704 11.1 12.5 5.5
4 21.04.2009 г. 05:26:09.980 50.367 156.063 179.6 13.6 6.1
5 10.12.2009 г. 02:30:55.710 53.272 153.131 597.5 14.4 6.5
6 23.02.2010 г. 10:43:10.040 49.688 156.210 80.4 12.7 5.6
7 24.05.2013 г. 05:44:47.040 54.755 153.785 629.8 17 7.4
речного глубинного разлома северо-западного простирания, пересекающего Южную Камчатку. Этот разлом выявлен по геолого-геофизическим данным [3]. Он является юго-восточной границей Петропавловск-Малкинской зоны поперечных дислокаций [2]. По магнитотеллурическим данным разлом проникает на глубину 100 км и более. Предполагается, что он имеет продолжение в Охотское море и в акваторию Тихого океана [5, 6].
Рассмотрим в районе Камчатки землетрясения с М > 5.5 за период с конца 2008 до начала 2010 г. (табл. 1). Эпицентры данных землетрясений показаны на рис. 1.
Сильнейшее землетрясение № 1 в Охотском море вызвало усиление сейсмичности в районе глубинного разлома. Землетрясение № 2 и землетрясение № 3, эпицентр которого находился в районе пунктов наблюдений электромагнитного поля, близки по времени проявления. Можно предположить, что землетрясения вызвали активизацию процессов в зоне глубинного разлома. В результате такой активизации возможно усиление геоэлектрической неоднородности литосферы. Геоэлектрическая среда в период сейсмической активизации является неустойчивой. Также неустойчивой становится связь между вариациями электротеллурического поля и вариациями геомагнитного поля, что проявилось увеличенной дисперсией фаз главного импеданса. Следует
отметить, что сильное землетрясение № 7 в 2013 г. не вызвало такой активизации в зоне поперечных дислокаций. Здесь в районе наблюдений электромагнитного поля не произошло близкого землетрясения. В поведении фазы магнитотеллуриче-ского импеданса отмечается увеличенная дисперсия в 2013 г. только в п. Тундровый.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Науч. мир, 2009. С. 677.
2. Геология СССР. Т. 31. Камчатка, Курильские и Командорские острова. Геологическое описание. М.: Недра, 1964. 733 с.
3. Карта полезных ископаемых Камчатской области. 1 : 500000 / Под ред. А.Ф. Литвинова, М.Г. Патоки, Б.А. Марковского. СПб.: ВСЕГЕИ, 1999. Лист XIII.
4. Мо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.