научная статья по теме РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРИМОРЬЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРИМОРЬЕ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 8, с. 25-33

УДК 550.837:551.24

РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В ПРИМОРЬЕ

© 2004 г. С. С. Старжинский

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева ДВО РАН, г. Владивосток

Поступила в редакцию 05.02.2003 г.

Выполненные на территории Приморского края магнитовариационные исследования в широком диапазоне периодов (т = 10-105 сек) позволили продолжить изучение берегового эффекта и геоэлектрического строения этого региона. В верхних этажах земной коры выделена проводящая зона, простирающаяся от озера Ханка до побережья залива Петра Великого. Построенные частотные характеристики берегового эффекта с их характерными особенностями послужили основанием для расчленения исследуемой площади на три области. Двумерное численное моделирование частотных характеристик выявило присутствие проводящих блоков в верхней мантии под морем с кровлей на глубинах 7 км, 15 км, 47 км и подошвой на глубинах свыше 140 км. Под континентом кровля проводящих блоков фиксируется на глубинах 47 км, 80 км и 140 км. Сочленение этих блоков предполагается в области шельфа или прибрежных участков суши.

Ключевые слова: береговой эффект, магнитовариационные исследования, аномалии электропроводности.

ВВЕДЕНИЕ

Магнитовариационные исследования в Приморье были начаты в 1970-1980 годах и основывались на анализе трехкомпонентных записей вариаций геомагнитного поля, полученных на обсерватории "Владивосток" (VLA) с помощью стандартных кварцевых магнитометров [Мардер-фельд,1977]. Позже были выполнены синхронные наблюдения геомагнитных вариаций полевыми магнитовариационными станциями в диапазоне периодов 103-105 сек вдоль двух профилей, оканчивающихся на побережье Японского моря [Порай-Кошиц,1980]. Из обсерваторских и полевых записей для анализа выбирались вариации с периодом 1 час. Для этого периода были расчита-ны векторы Визе и построена зависимость, отражающая характер уменьшения вертикальной компоненты геомагнитной вариации с удалением от берега моря. Полученные реальные индукционные векторы ориентированы по направлению к глубоким частям Японского моря, что указывает на действие берегового эффекта в геомагнитных вариациях. Анализ уменьшения вертикальной компоненты с удалением от берега моря позволил сделать вывод о присутствии проводящего слоя в верхней мантии на глубине около 135 км.

Аналоговое моделирование берегового эффекта для E- и Я-поляризаций падающего поля на акватории Японского моря и прилегающих островных и континентальных территориях, включая и Приморский край, описано в работе [Meng, 1990]. Результаты моделирования подтверждают

наличие берегового эффекта в геомагнитных вариациях в диапазоне периодов 15-60 мин на территории Приморья и обнаруживают влияние на его величину конфигурации береговой черты (бухты, мысы, проливы). Так как геоэлектрический разрез, подстилающий море был представлен однородной средой с проводящим слоем на глубине около 1900 км, то зарегистрированные эффекты обусловлены вариациями глубин водной толщи. Влияние водной толщи прослеживается на значительном удалении от береговой черты, захватывая и смежные территории Китая.

Проведенные исследования не позволили изучить характер распределения индукционных векторов на территории Приморья в зависимости от периода вариаций. Поэтому, начиная с 1984 года на территории южной части Приморского края проводились магнитовариационные исследования в широком диапазоне периодов 10-105 сек.

АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Для регистрации геомагнитных вариаций в широком интервале периодов от 10 до 105 сек использовались трехкомпонентные магнитовариа-ционные станции магнитостатического типа. Ко-роткопериодные вариации (Т = 10-600 сек ) регистрировались с помощью магнитовариационной станции ГГ-42 с пороговой чувствительностью 0.01 нТл [Кротевич, 1972]. Для записи длиннопе-риодных вариаций (Т = 600-105 сек) использовались магнитовариационные станции МЭВС-5 [Бобров, 1971]. Чувствительность регистрации со-

ставляла 0.5-1.0 нТл. В полевых условиях магнито-вариационные станции устанавливались в ямах глубиной 0.5-0.7 м. Вариации магнитного поля регистрировались в аналоговом виде на фотоленте. Продолжительность непрерывной регистрации на пункте составляла не менее двух недель. Во всех пунктах исследований использовалась правая система координат с осью х, направленной на север, осью у, направленной на восток, и осью I, направленной вертикально вниз.

АНАЛИЗ ДАННЫХ

После предварительной редакции зарегистрированных данных для последующей обработки выбирались реализации с интенсивными вариациями. Выбранные реализации подвергались оцифровке с помощью полуавтоматического преобразователя график-код с записью кодированных отсчетов на магнитную ленту. Интервал дискретизации по времени йх выбирался таким, чтобы удовлетворять условию йх < ТтЬ/2. Здесь Тт^ минимальный видимый период вариаций, амплитуда которых превышает порог чувствительности аппаратуры. Интервал дискретизации йх должен был обеспечить получение 1050-2100 отсчетов с реализации. При этом длина реализации включала не менее 810 Ттах, где под Ттах понимается максимальный период вариаций, извлекаемый для анализа из реализаций. Полученные таким путем цифровые реализации вводились в компьютер и программным путем из них вычитался линейный тренд. После умножения на функцию "окна" Ханна реализации подвергались преобразованию Фурье.

Как известно, в частотной области между компонентами Нх, Ну, Н1 поля геомагнитной вариации существует линейная связь вида

H = AHx + BHy.

(1)

Все величины в выражении (1) комплексные. Комплексный вектор W, составленный из коэффициентов A и B

W = A ■ j + B ■ k,

(2)

где j и k - реальные единичные направляющие векторы по горизонтальным осям x и y называется вектором Визе-Паркинсона или индукционным вектором [Бердичевский, 1981]. Коэффициенты A и B называются типперами [Vozoff, 1972] и определяют вклад горизонтальных компонент Hx и Hy в величину вертикальной компоненты Нг.

Выражение (1) будем рассматривать как скалярное произведение двух комплексных векторов: вектора W и вектора

Знак * означает комплексное сопряжение. Тогда (1) можно записать в виде

H = w ■ H*

(4)

Учитывая, что модуль комплексного вектора, например Hh, выражается как |Hh|2 = H* ■ Hh, получим

H I2 = W |2 ■ |Hh |2.

(5)

Из (5) можно выразить модуль индукционного вектора | W | следующим образом

|W | = (A2 + A2 + B2r + B2 )1/2 = H |/|Hh |

(6)

В выражении (6) индексы r и i обозначают реальную и мнимую части комплексного числа. Таким образом, модуль индукционного вектора |W | равен отношению модулей вертикальной и горизонтальной компонент геомагнитной вариации и определяет величину типпера [Vozoff, 1972]. Вводимая таким образом величина типпера определяет вклад горизонтальной компоненты геомагнитной вариации Hh в вертикадьную компоненту Hz и не зависит от ориентации системы координат т.е. является инвариантной.

Для представления результатов магнитовариа-ционных исследований вводятся реальный Re W и мнимый Im W индукционные векторы, определяемые как

Re W = -Ar • j - Br ■ k, ImW = -Ai • j - Bt ■ k.

(7)

(8)

Hh = H X

■ j + h*

k.

(3)

В выражениях (7), (8) компоненты индукционного вектора взяты с обратным знаком. В этом случае вектор Re W будет направлен к областям с высокой электропроводностью. В [Parkinson, 1979] приводятся доводы в пользу того, что определенный таким образом мнимый индукционный вектор будет также указывать на хорошо проводящие области геоэлектрического разреза. Позже в работах [Agarwal, 1990]; [Lilly, 1983] по результатам численного моделирования показано, что вектор Im W может быть направлен как к проводящей неоднородности, так и от нее в зависимости от положения пункта измерений и периода вариаций. Поэтому выбор знака в (8) существенно мало что меняет.

В работе [Wannameker, 1984] показано, что в длиннопериодном диапазоне величина типпера пропорциональна импедансу вмещающей среды, содержащей поверхностную проводящую неоднородность, обуславливающую большие величины типперов. Таким образом, в этом диапазоне периодов наличие в глубинном разрезе слоев с большим удельным электрическим сопротивлением будет повышать величины типперов, а с низким уменьшать их. Справедливость такого подхода подтверждается численным моделированием, выполненным в работе [Кулик, 1998]. Все вышесказан-

132°Е 138°Е

\ 11

42°К ✓ р.А^ Хабаровск л / X __

\ 12 —^ / у /

44°^ ^ > 2 У 1 Дальнереченск * ^ л' У _ г"'' С°/ /' я / Спасск-Дальний 10 ь ____-

3 —Уссурийск 9 Владивосток ^ Л ^

132°Е 138°Е

Рис. 1. Местоположение пунктов регистрации вариаций геомагнитного поля. Направления линий крестиков соответствуют направлениям измерительных осей.

ное будет применимо для магнитовариационных исследований в случае присутствия в геоэлектрическом разрезе одной поверхностной неоднородности.

Используя спектры Фурье компонент геомагнитного поля с помощью метода наименьших квадратов по программе, аналогичной в работе [Семенов, 1985], определялись типперы А и В. Отбраковка недостоверных значений производилась с использованием функций когерентностей. По полученным значениям типперов А и В строились зависимости от периода вариаций |Яе "^Т)|, |1т "^Т)|, ^(Т)|. Из этих зависимостей наименьший разброс значений (±15%) наблюдался у зависимости ^(Т)|, поэтому она и использовалась в процессе магнитовариационных исследований. Индукционные векторы строились путем осреднения данных в окрестности выбранного периода и средние значения Яе W и 1т W наносились на карту.

Необходимо отметить, что в практике магнитовариационных работ для интерпретации данных в рамках двумерных геоэлектрических моделей обычно используются проекции вектора Яе W на направление, перпендикулярное к предполагаемому простиранию геологических структур. Направление простирания структур проще всего устанавливается на границе раздела суша-море. В этой области реальные индукционные векторы ориенти-руются перпендикулярно границе раздела и направлены в сторону моря. По-

добное поведение индукционных векторов исключает операцию проектирования.

С этой точ

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