научная статья по теме ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РАЙОНАХ (НА ПРИМЕРЕ ЧУЙСКОЙ ВПАДИНЫ ГОРНОГО АЛТАЯ) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РАЙОНАХ (НА ПРИМЕРЕ ЧУЙСКОЙ ВПАДИНЫ ГОРНОГО АЛТАЯ)»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2011, № 1, с. 63-75

УДК 550.837

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РАЙОНАХ (НА ПРИМЕРЕ ЧУЙСКОЙ

ВПАДИНЫ ГОРНОГО АЛТАЯ)

© 2011 г. Н. Н. Неведрова, Е. В. Поспеева, А. М. Санчаа

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН,

г. Новосибирск Поступила в редакцию 12. 01. 2010 г.

В статье предложена методика совместной интерпретации данных МТЗ и ЗСБ. Продемонстрированы преимущества комплексной интерпретации на конкретных примерах. На основе выполненной интерпретации полевых данных построены геоэлектрические разрезы литосферы западной части Чуйской депрессии. Выявлен подъем кровли проводящего корового слоя в эпицентральной зоне, а также геоэлектрическая граница в верхней части палеозойского фундамента.

ВВЕДЕНИЕ

На территории Горного Алтая Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН проводит комплексные геолого-геофизические исследования. Значительное расширение этих работ связано с разрушительным Чуйским землетрясением, которое произошло 27 сентября 2003 г. с магнитудой 7.3 по шкале Рихтера. Это событие является наиболее сильным за инструментальный период сейсмологических наблюдений. Очаговая зона располагается на территории Чуйской, Курайской впадин, Севе-ро-Чуйского хребта. Основной разрыв землетрясения хорошо прослеживается в западной части Чуй-ской впадины в виде прерывистой полосы локальных трещин, оползней и смещений грунта. Для проведения полевых работ комплексом электромагнитных методов был выбран полигон, расположенный в западном замыкании Чуйской впадины. На полигоне была развернута сеть электромагнитных измерений с контролируемым и естественным источником (рис. 1).

Так как вплоть до последнего времени магнито-теллурических зондирований на территории Горного Алтая не проводилось, основной целью наших исследований является построение глубинного геоэлектрического разреза литосферы по данным МТЗ, а также уточнение строения осадочного чехла и верхней части палеозойского фундамента с использованием комплекса методов МТЗ и ЗСБ.

Вторая важная задача, которая здесь решается, актуальна для всех сейсмоактивных регионов, включая Горный Алтай: это изучение временной динамики геоэлектрических параметров геологического массива, подвергнутого сильному сейсмическому воздействию [Неведрова, 2007]. В поддержку современных работ существует значительный объ-

ем фондовых материалов по электрометрии (ВЭЗ, ЗСБ), полученных на территории Алтайских впадин во второй половине прошлого века, по которым определены геоэлектрические характеристики среды до разрушительного землетрясения.

Эффективность электромагнитного мониторинга геодинамических процессов, без сомнения, зависит от детальных исследований геоэлектрического строения, которым, в основном, и посвящена статья.

МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ РАБОТ

Электромагнитные зондирования с контролируемым источником (ЗСБ, ВЭЗ) выполнены в западной части Чуйской впадины по сети профилей (рис. 1). На рис. 1 показаны профили и пункты измерений всех электромагнитных методов. Для метода ЗСБ использована модификация зондирования с индукционным возбуждением поля и регистрацией производной по времени вертикальной компоненты магнитного поля (дН/д?) в конфигурации "соосные петли". Отметим, что при индукционном возбуждении и приеме не сказывается влияние высокоомных экранов, слабо влияют локальные приповерхностные неоднородности. Эти факторы являются важным и при работе на территории межгорных тектонических впадин, где в верхней части разреза присутствуют островные мерзлотные породы и линзы грубообломочных отложений. Сторона генераторной петли равнялась 400 м с таким же шагом по профилю. Среднее расстояние между профилями ЗСБ составляло 2—4 км.

Ранее по результатам интерпретации было установлено, что электромагнитные методы с активным источником в геологических условиях Горного Ал-

С

bel-14 bel-13 bel-12

bel-11 ;

bel-19 bel-18 bel-20

Г

bel-21 bel-22

bel-23

пр.6 (ЗСБ)

пр.3 (ЗСБ)

bel-15

г

ПР 4 (ЗСрБ5 (ЗСБ) ПР 7 (ЗС

пр.8 (ЗСБ)

reg-12

20

g-11 20

40 км

(1) А(2) 1 • 2 ■ (1) (2) 3 mtz-1

Рис. 1. Карта фактического материала. Профили и пункты электромагнитных наблюдений в западной части Чуйской впадины: 1 — пункты ЗСБ, архивные и современные; 2 — пункты ВЭЗ; 3 — пункты МТЗ 2007-2008 гг.; 4 — пункты МТЗ 2009 г.

тая позволяют получать информацию о разрезе до глубин 1—2 км. С целью увеличения глубинности и информативности геоэлектрических исследований эпицентральной зоны крупного землетрясения были выполнены среднемасштабные исследования методом МТЗ в диапазоне периодов 0.003—6000 с аппаратурой нового поколения MTU-System-2000 ("Phoenix Geophysics", Канада), оснащенной программой обработки первичных данных (SSMT).

В западной части Чуйской впадины выполнен протяженный профиль МТЗ, который начинается в юго-западном горном обрамлении впадины — Юж-но-Чуйском хребте и заканчивается в ее северной части — в районе Чаган-Узунского горстового массива. Всего на профиле были проведены измерения в 23 пунктах с шагом в среднем 2 км. В зоне тектонических деформаций землетрясения шаг был более детальным — 1 км, на этом участке пункты МТЗ были совмещены с пунктами ЗСБ.

При регистрации магнитотеллурических вариаций применялись прямоугольные приемные установки, состоящие из заземленных приемных линий Ех, Еу и трех магнитных датчиков Нх, Ну и Нг Длина приемных электрических линий составляла 100 метров. Это наиболее удобная длина, обеспечивающая в районе исследования оптимальное соотношение сигнал/помеха. Время регистрации — 19—22 часа.

ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛЕВЫХ ДАННЫХ КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ

Метод ЗСБ

На первом этапе обработки были рассмотрены полевые данные ЗСБ по профилям наблюдений. Был выполнен анализ всего объема полевого материала, отдельно анализировалась каждая кривая кажущегося удельного сопротивления. При этом оце-

нивалось качество измерений, возможные искажения экспериментальных данных, рассматривался характер изменения кривых по профилю, их корреляция между собой, выявлялись основные закономерности процесса становления на различных участках. Далее весь объем полевых данных ЗСБ обрабатывался в интерактивных компьютерных системах интерпретации и математического моделирования нестационарных электромагнитных полей. Были использованы две автоматизированные системы, разработанные в лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН, программные комплексы ЭРА и EMS [Эпов, 1990; Хабинов, 2009]. Программный комплекс ЭРА — универсальная диалоговая система для работы с данными электромагнитных зондирований становлением поля. Следует отметить, что интерпретационная система EMS является развитием и расширением программного комплекса ЭРА для современных компьютерных средств, в ней заложены значительные перспективы для использования новых модификаций ЗСБ, а также способов визуализации результатов. Обе системы позволяют выполнить обработку и интерпретацию полевых данных электромагнитных зондирований с активным источником с использованием моделей горизонтально-однородных сред.

Наиболее важным этапом при компьютерной обработке полевых данных ЗСБ является формирование базовой интерпретационной модели. Для этого привлекалась дополнительная априорная информация. Были проанализированы и обобщены данные по имеющимся скважинам. Осадочное заполнение впадины формировалось в одно геологическое время, поэтому, несмотря на то, что большая часть скважин находится в центральной части Чуй-ской впадины, эти же данные можно использовать при интерпретации полевых материалов для западной части депрессии. Средняя глубина бурения скважин относительно небольшая (200—300 м). Всего несколько скважин вскрыли палеозойский фундамент [Неведрова, 2001]. По разрезу этих скважин можно проследить, как меняется литологический состав пород при увеличении глубины. В верхней части разреза залегают наиболее грубообломочные гравийно-галечные породы, которые с глубиной отложения становятся более тонкозернистыми. В самой нижней части на породах фундамента обычно залегают тонкослоистые глины и мелкозернистые песчаники без примеси грубообломочного материала. По этим же скважинам можно оценить мощности всех имеющихся литологических комплексов и суммарную мощность осадочного заполнения, что позволяет при интерпретации однозначно определить электрические сопротивления выделенных слоев и, следовательно, решать сложные вопросы эквивалентности геоэлектрических моделей.

Было установлено, что наиболее низкие значения сопротивлений характерны для тонкослоистых образований: современных и палеоген-неогеновых

глин, алевролитов, аргиллитов. Значения удельного электрического сопротивления (УЭС) этих отложений изменяются от 5 до 50 Ом м. Среди палеоген-неогеновых пород повышенными значениями сопротивления (до 200—300 Ом м) обладают песчаники туерыкской свиты, мергели и бурые угли. Породы туерыкской и кошагачской свит обычно дифференцированы по сопротивлению. Осадочные отложения палеозоя и венда имеют значения сопротивления от 100 до 500 Ом м (за исключением известняков, у которых УЭС достигает 1000 Ом м и более). Магматические породы характеризуются сопротивлениями в интервале от 500 до 5000 Ом м.

На основе анализа априорных данных была сформирована основная интерпретационная модель — четырехслойный разрез с высокоомной верхней частью, третьим хорошо проводящим слоем и непроводящим основанием. Кривые подобного разреза относятся к типу QH (р1 > р2 > р3 < р4).

Для большей части полевых данных ЗСБ интерпретация была выполнена в классе горизонтально-слоистых моделей. Это связано, в первую очередь, с высокой локальностью выбранной для измерений установки [Рабинович, 1987; Методические рекомендации..., 1983]. Именно индукционные установки с соосными петлями наименее чувствительны к негоризонтальным границам. На погрешности измерений также слабо влияют наклоны генераторной и приемной петель, обусловленные рельефом дневной поверхности.

Влияние негоризонтальных границ и уступов в фундаменте проявляется в явном искажении отдельных участков некоторых кривых зондирований (

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.

Показать целиком