научная статья по теме ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЗОНДИРОВАНИЯ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА И КОНСОЛИДИРОВАННОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ В ЗОНЕ ПЕРЕХОДА ОТ МОСКОВСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ К ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЕ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЗОНДИРОВАНИЯ 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

УДК 550.837

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЗОНДИРОВАНИЯ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА И КОНСОЛИДИРОВАННОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ В ЗОНЕ ПЕРЕХОДА ОТ МОСКОВСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ К ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЕ:

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

© 2010 г. Е. Д. Алексанова1,2, Ив. М. Варенцов3, М. И. Верещагина1, В. А. Куликов1,2, П. Ю. Пушкарев1, Е. Ю. Соколова3, Н. Л. Шустов1, В. К. Хмелевской1, А. Г. Яковлев12

Геологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова 2ООО "Северо-Запад", г. Москва 3ЦГЭМИИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: vermaria@mail.ru Поступила в редакцию 25.01.2010 г.

Рассмотрены методика и результаты электромагнитных зондирований (ЭМЗ), выполненных в зоне перехода от Московской синеклизы к Воронежской антеклизе, в окрестности геофизической базы МГУ в д. Александровка Юхновского района Калужской области. Построены сводные кривые ЭМЗ, характеризующие комплексы слагающих осадочный чехол пород, и прослежены изменения этих комплексов в указанной зоне перехода. По результатам длительных измерений построены эталонные кривые магнитотеллурического (МТ) и магнитовариационного (МВ) зондирования в точке наблюдения ALX, расположенной на геофизической базе МГУ. В результате интерпретации МТ данных, полученных в регионе, построены карты мощности и суммарной продольной проводимости осадочного чехла. В пределах Воронежской антеклизы выделен проводник в консолидированной земной коре. Перспективы дальнейших исследований региона связаны с прослеживанием корового проводника в пределах Воронежской антеклизы, а также с созданием на геофизической базе МГУ обсерватории с целью проведения длительных измерений электромагнитного (ЭМ) и других геофизических полей.

ВВЕДЕНИЕ

Московская синеклиза и Воронежская антеклиза являются крупнейшими тектоническими структурами Восточно-Европейской платформы. В области их сочленения граница между осадочным чехлом и метаморфическим фундаментом плавно погружается с юга на север. На расстоянии порядка 100 км ее глубина увеличивается от 500 до 1200 м. Такая мощность осадков, с одной стороны, не дает оснований ожидать перспектив нефтегазоносности, характерных для более глубоких осадочных бассейнов. С другой стороны, здесь оказывается неэффективной добыча твердых полезных ископаемых, присутствующих в фундаменте. Поэтому практический интерес к подобным переходным зонам невелик и изучены они относительно слабо.

Исследования значительной части указанной области осложнены высоким уровнем индустриальных ЭМ помех — самыми яркими их источниками являются электрифицированные (на постоянном токе) железные дороги Москва—Вязьма и Москва—Сухиничи. Кроме того, существенное искажающее влияние оказывают электрифицированные дороги на переменном токе, многочисленные магистральные трубопроводы, мощные линии электропередачи.

В то же время, рассматриваемая переходная зона благоприятна для оценки современных возможностей методов ЭМ зондирований при изучении осадочного чехла и консолидированной земной коры. Здесь происходит плавное выклинивание осадочного чехла, причем не всех его слоев равномерно, что порождает существенные неоднородности структуры ЭМ поля. При уменьшении мощности высокоомного комплекса в средней части осадочного чехла возникает гальваническая связь между его верхней и нижней низкоомными частями, а при выклинивании нижних осадочных слоев, обеспечивающих основную часть интегральной проводимости чехла, возрастают ЭМ отклики, связанные с токами, текущими в глубинных коровых проводящих структурах. В этих условиях можно плодотворно изучать и сопоставлять разрешающую способность различных модификаций ЭМ зондирований.

Западный склон Воронежской антеклизы, характеризующийся однородно низкой продольной проводимостью осадков [Шейнкман и др., 2003], представляется удобным "окном" для изучения глубинной геоэлектрической структуры земной коры и верхней мантии. Для этого, однако, требуется достаточно сложная система электромагнитных зондирований, включающая опорные глубинные

32°30' 33°00' 33°30' 34°00' 34°30' 35°00' 35°30' 36°00' 36°30'

55°00'

54°40'

54°20'

54°00'

53°40'

Ельня

Десн

рск

Боровск

я Медын

Малоярос;

Обн

ск

ас-Деменск

ятлево С^кОх (Калужская \ -108%

ов Калужская

ЛУГА

Ока ^ -1.1 -0.8

Барятин

Людиново

л

/

У

Ц-

Условные обозначения:

точки МТЗ (1991 г.) X точки МТЗ(1997-2008 гг.) Вяземска^ скважины,

-1009 вскрывшие фундамент

— " ж/д постоянного тока

— ж/д переменного тока

— неэлектрифицированые ж/д крупные автодороги

Барятино города, крупные [-■ населенные пункты

ЛЬХ база МГУ в « Александровке

Магнитнвге аномалии свыше: т 50 мЭ

100 мЭ 200 мЭ й$ Изолинии кровли фундамента, км

0 10 20км

Рис. 1. Схема района исследований.

зондирования и более плотную сеть наблюдений для контроля изменчивости приповерхностной проводимости. При этом для борьбы с интенсивными промышленными ЭМ помехами существенно проведение синхронных зондирований.

В настоящей статье обобщаются результаты большой серии ЭМ зондирований, выполненных Геологическим факультетом МГУ и ООО "Северо-Запад" в достаточно широкой окрестности геофизической базы МГУ в д. Александровка Юхновско-го района Калужской области. Полевые исследования проводились в ходе учебно-производственных практик студентов-геофизиков МГУ, РГГРУ и Университета "Дубна", а также в ходе геофизических работ в окрестности Смоленской АЭС (рис. 1). Идея включения в программу студенческих практик реальных научных экспериментов, актуальных для изучения региональной геоэлектрической структуры, оказалось весьма плодотворной. Ниже представлены результаты различных методов электромагнитного зондирования (ЭМЗ): магнитотеллури-

ческого (МТЗ), частотного (ЧЗ), становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), дипольного электрического (ДЭЗ) и вертикального электрического (ВЭЗ). Обсуждаются перспективы дальнейших ЭМ исследований в окрестности геофизической базы МГУ и на западном склоне Воронежской антеклизы.

В 1990-е годы ЭМ наблюдения концентрировались, в основном, в северной части рассматриваемой зоны, вблизи геофизической базы МГУ. Исследовались методические вопросы комплексной интерпретации данных ЭМЗ и изучались особенности геоэлектрического строения осадочного чехла [Хмелевской и др., 1999; Куликов и др., 1999]. По мере продвижения зондирований на юг, вглубь Воронежской антеклизы, было отмечено многократное уменьшение интегральной проводимости чехла. При этом на кривых МТЗ проявилась глубинная аномалия электропроводности.

В конце 1990-х-начале 2000-х годов зондирования с целью изучения этой аномалии проводились в районе с. Барятино Калужской области [Электро-

разведка..., 2005; Алексанова и др., 2005] в пределах яркой Барятинской магнитной аномалии, поэтому параллельно, под руководством профессора РГГРУ В.В. Бродового, выполнялись гравимагнитные исследования [Бродовой и др., 2000; 2001]. Было выяснено, что магнитная аномалия создается, прежде всего, железистыми кварцитами, залегающими в верхней части фундамента, в то время как аномалия электропроводности связана с более глубокими горизонтами земной коры.

Материалы рассмотренных наблюдений дополняются данными МТЗ, выполненных Геологическим факультетом МГУ в 1991 г. западнее при изучении геодинамического состояния района Смоленской АЭС. Эти исследования проводились под непосредственным научным руководством проф. М.Н. Бердичевского. Впрочем, и все последующие исследования в регионе связаны с его именем. Он неоднократно приезжал на геофизическую базу МГУ знакомиться с технологией проведения работ и периодически оценивал получаемые результаты. Интерпретация накопленных данных МТЗ проводилась в соответствии с предложенными им подходами. Эта предыстория объясняет появление данной статьи в томе, посвященном памяти Марка Наумовича.

МЕТОДИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ

Для детального изучения верхней части разреза (примерно до 200 м) применялись методы ВЭЗ и ЗСБ [Электроразведка., 2005]. Наблюдения методом ВЭЗ проводились с установкой Шлюмберже (разносы до 520 м), при этом использовались генератор "Астра" и измеритель "МЭРИ" (ООО "Северо-Запад"). В методе ЗСБ применялась однопетле-вая установка или соосная двухпетлевая установка (размером 100 м х 100 м и более), работы проводились с аппаратурой "TEM-Fast" ("AEMR" Ltd) или "Цикл" (ООО "Эльта-Гео").

С целью получения информации о нижних горизонтах осадочного чехла (до глубин 1000 м и более), использовались методы ДЭЗ и ЧЗ. Источником поля являлась генераторная группа "УГЭ-50", создающая в питающей линии (длиной 500 м и более) ток порядка 50 А. Наблюдения выполнялись с помощью измерителя "МЭРИ". Разносы при проведении работ методом ДЭЗ превышали 10 км. В методе ЧЗ измерялись магнитная (Hz или Hy) и электрическая (Ex) компоненты поля в диапазоне частот 0.038-780 Гц.

Наибольшую глубинность исследований обеспечил метод МТЗ. Применялась аппаратура MTU-5 ("Phoenix Geophysics" Ltd) и ЦЭС-М (ООО "Кру-ко"). Наблюдения, как правило, проводились в течение 12-15 ночных часов, при этом регистрировались 5 компонент поля. С 2007 г. ставились синхронные зондирования длительностью 2-3 дня.

Качество данных МТЗ в районе работ наиболее существенно зависит от близости к электрифицированным железным дорогам (ЭЖД), особенно на постоянном токе. Использование синхронных схем зондирования позволяет уменьшить эту зависимость и приблизиться к этим дорогам на первые десятки км. В то же время, ЭМ поле ЭЖД несет определенную информацию о разрезе [Алексанова и др., 2003].

В результате обработки данных ЭМЗ строились кривые кажущегося сопротивления. В методе МТЗ, помимо кривых кажущегося сопротивления, строились также фазовые кривые и частотные зависимости магнитовариационного (МВ) отклика (типпера).

СВОДНЫЕ КРИВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ

Кривые кажущегося сопротивления качественно отражают изменение сопротивления с глубиной. При этом методы, использующие индукционную моду ЭМ поля, такие как МТЗ, ЗСБ и ЧЗ с измерением магнитного поля, дают представление о продольном сопротивлении слоев р1 [Ваньян, 1965]. Методы, использующие гальваническую моду (ВЭЗ, ДЭЗ и ЧЗ по электрической компоненте пр

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