ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2010, № 8, с. 36-53
УДК 550.837
ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ: АНАЛИЗ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ И МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ ОТКЛИКОВ ВДОЛЬ ГЕОТРАВЕРСА НАРЫН
© 2010 г. |М. Н. Бердичевский|', Е. Ю. Соколова2, Ив. М. Варенцов2, А. К. Рыбин3, Н. В. Баглаенко2, В. Ю. Баталев3, Н. С. Голубцова1, В. Е. Матюков3, П. Ю. Пушкарев1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 2ЦГЭМИИФЗ РАН, г. Троицк Московской обл. 3Научная станция РАН, г. Бишкек, Киргизия E-mail: sokol_l@mail.ru Поступила в редакцию 25.01.2010
За два последние десятилетия Научной станцией РАН (г. Бишкек) выполнено более сотни магнитотел-лурических и магнитовариационных зондирований на геотраверсе НАРЫН, секущем Тяньшаньский регион от оз. Балхаш до Таримского бассейна вдоль меридиана 76° в.д. Актуальной стала задача интеграции и комплексной интерпретации материалов этих зондирований для достижения нового уровня детальности и достоверности представлений о геоэлектрическом разрезе Центрального Тянь-Шаня. В статье представлен комплекс методов обработки и инвариантного анализа электромагнитных данных, служащий решению этой задачи. Его применение позволило обосновать выбор двумерной интерпретационной модели для профиля НАРЫН и сформировать адекватный ансамбль инвертируемых данных. Разработанные методические подходы будут полезны при проведении подобных исследований и в других горных регионах. Работа поддержана грантами РФФИ 08-05-00875а и РФФИ-ГФЕН 07-05-92124а.
ВВЕДЕНИЕ
Регион Тянь-Шаня является уникальным объектом для изучения геодинамических процессов современного внутриконтинентального орогенеза. Здесь под эгидой Научной станции РАН в г. Бишкеке (НС РАН) на протяжении последних двадцати лет интенсивно ведутся комплексные геолого-геофизические исследования фундаментальных проблем геодинамики [Современная геодинамика ..., 2005]. Методы глубинной геоэлектрики, прежде всего, магнитотеллурический (МТ) и магнитовари-ационный (МВ), являются существенными элементами этого комплекса и вносят важный вклад в понимание тектонического строения, флюидного и термического режимов недр.
Первые систематические представления о геоэлектрическом строении земной коры региона были получены по массиву МТ/МВ зондирований, проведенных в 80-х и 90-х годах с разведочной аппаратурой на серии геотраверсов, секущих Тянь-Шань [Трапезников и др., 1997; Рыбин и др. 2001]. История этих исследований, выполненных вместе с учеными МГУ, приводится в статье [Бердичевский и др., 2010].
Геотраверс НАРЫН, наиболее представительный в этой серии по протяженности и количеству зондирований, проходит вдоль меридиана 76° в.д. через Центральный Тянь-Шань, являющийся фокусом геодинамической активности всего орогена.
Для получения более достоверной информации о глубинном распределении электропроводности в 1999—2000 гг. здесь было выполнено 19 длиннопе-риодных зондирований [В1еЦтзк1 й а1., 2003]. Затем, в 2005 и 2007 гг., на выявленных наиболее сложно построенных участках проведены детализационные зондирования с новым поколением разведочной аппаратуры. Сводный массив зондирований на профиле НАРЫН представлен на рис. 1. Важно подчеркнуть, что в большинстве точек этого массива выполнены не только МТ, но и МВ зондирования. Более того, с конца 90-х годов практически все зондирования велись синхронно несколькими станциями.
Актуальной стала задача интеграции на этом профиле уникальных (по плотности и диапазону периодов), но весьма разнородных массивов данных и проведения их совместной интерпретации с целью построения опорного геоэлектрического разреза Центрального Тянь-Шаня на современном уровне детальности и достоверности. Создание рационального комплекса методов, способного решить эту задачу, стало главным направлением деятельности рабочей группы МЛЯУМ, объединившей ученых из НС РАН, МГУ и ЦГЭМИ ИФЗ РАН -авторов данной статьи. Предстояло развить алгоритмы обработки, анализа и двумерной (2D) интерпретации комплекса МТ и МВ данных с учетом специфики выполненных зондирований и особенностей региона. Акцент в этой работе был сделан на
с.ш.
оз. Балхаш
43°
Чуйская . вп.
Бишкек
41°
39°
р. // , В
Казахский щит ❖
о Д
Капчагайское вдхр.
Алматы
■-..р..ЧУ —-----
СТ
Киргизский хр. оз. Сон-Куль
хр. Терскей-Алату
ЛН
Нарынская вп ТФ дИ
р. Нарын
i
Памир
Таримская вп.
74° 16° 78° в.д.
д 1 о 2 О 3 | 14 5
Рис. 1. Схема расположения пунктов МТ/МВ зондирований вдоль геотраверса НАРЫН на фоне карты рельефа Центрального Тянь-Шаня и сопредельных территорий: 1 — пункты длиннопериодных зондирований LIMS; 2 — пункты зондирований ЦЭС-2; 3 — пункты зондирований МТ-ПИК; 4 — участки детализационных зондирований Phoenix; 5 — основные разломы: СТ — Северо-Тяньшаньский, ЦТ — Центрально-Терскейский, ЛН — Линия Николаева, АИ — Ат-баши-Инильчекский, ТФ — Таласо-Ферганский, ЮТ — Южно-Тяньшаньский; 6 — граница Кыргызстана.
наиболее полном учете ресурсов синхронности зондирований, получении глубинных ЭМ откликов, свободных от искажающего влияния приповерхностных структур, применении многокомпонентной 2D инверсии с учетом топографии и степени
трехмерности отдельных элементов ансамбля интерпретируемых данных. Полученные результаты позволили повысить качество данных и эффективность решения интерпретационных задач в сложных квазидвумерных средах по сравнению с наши-
ми предшествующими работами [Варенцов и др., 1996; Ваньян и др., 1998; 2002; Бердичевский и др., 2003; Рыбин и др., 2001; В1еИтзк1 е! а1., 2003].
Результаты исследований рабочей группы МЛЯУМ, включая развитые методические подходы, полезные при анализе ЭМ откликов и в других горных регионах, будут изложены в серии итоговых публикаций. В настоящей статье, первой в этой серии, подводятся итоги начального этапа создания интерпретационной модели и представляются результаты верификации и анализа МТ и МВ откликов, полученных по материалам всей совокупности зондирований на профиле НАРЫН. Исследуется и обосновывается возможность их интерпретации в рамках двумерного подхода. Представляется многокомпонентный ансамбль оценок МТ/МВ передаточных операторов (импеданса, типпера и горизонтального МВ отклика), сформированный в сводном диапазоне периодов 0.1-16384 с и подлежащий дальнейшей интерпретации.
В статье также представлены важные методические результаты, прежде всего, новые схемы многоточечного помехоподавляющего оценивания локальных передаточных операторов (импеданса Z и типпера Wz) и двухточечного синхронного горизонтального МВ оператора М; а также новые приемы инвариантного анализа передаточных операторов для определения размерности геоэлектрической среды и направлений простирания доминирующих глубинных структур в присутствии приповерхностных гальванических искажений.
В последующих публикациях будут рассмотрены два взаимодополняющих подхода к инверсии построенного ансамбля данных, параллельно развиваемых группой МЛЯУМ и основанных на различных модификациях общего алгоритма решения обратных задач, развитого в работах [Варенцов, 2002; \arentsov, 2007]. В первом подходе [Бердичевский и др., 2010] для максимально устойчивого построения относительно простой геоэлектрической модели вдоль Нарынского профиля используются одни лишь длиннопериодные данные и реализуется стратегия [Бердичевский и др., 2003] их последовательных частичных инверсий с приоритетом МВ откликов (типперов) и импедансных фаз. В основе второго подхода, результаты которого готовятся к печати, лежит существенно более детальная кусочно-непрерывная параметризация модели и применение схем взвешенной многокомпонентной инверсии для извлечения наиболее полной информации из сводного ансамбля данных разведочного и длиннопериодного диапазонов. Первые обнадеживающие результаты этого подхода представлены в ^ококта е! а1., 2007; 2008].
1. КОМПЛЕКС МТ/МВ ЗОНДИРОВАНИЙ НА ПРОФИЛЕ НАРЫН
Основу гетерогенной сети ЭМ наблюдений на профиле НАРЫН (рис. 1) заложили 42 локальных зондирования в разведочном диапазоне периодов (0.1—1600 с) со станциями ЦЭС-2 (Киргизский Тянь-Шань) и МТ-ПИК (Казахская плита), выполненные силами НС РАН в 80-е и 90-е годы [Трапезников и др., 1997].
Прогресс в глубинных исследованиях дали поставленные в 1999—2000 гг. пятикомпонентные зондирования с канадскими длиннопериодными станциями LIMS, выполненные синхронно в группах по 5, 10 и 4 пункта для южной (северный Тарим), центральной (Киргизский Тянь-Шань) и северной (Казахская плита) частей профиля, соответственно. Наблюдения LIMS длительностью порядка 20 дней с дискретизацией 2 с дополнялись в каждой точке локальными разведочными зондированиями с американской аппаратурой МТ24 (EMI), что обеспечило сводный диапазон зондирования 0.003—16384 с. Эти зондирования проведены сотрудниками НС РАН совместно с американскими геофизиками из Калифорнийского университета в Риверсайде [Рыбин и др., 2001; Bielinski et al., 2003]. Построенная ими геоэлектрическая модель указывает на значительные вариации электропроводности коры и верхней мантии вдоль профиля. Участок с наиболее сложным геоэлектрическим строением выявлен в пределах Нарынской впадины, ограниченной с севера важнейшей структурной линией региона — разломной зоной Линии Николаева, разделяющей каледониды Северного и каледоно-герцинские структуры Срединного Тянь-Шаня.
Для детализации Нарынского участка в 2005 г. поставлены 23 широкодиапазонных (0.003—2048 с) попарно синхронных зондирования с канадскими разведочными станциями Phoenix. В 2007 г. 18 аналогичных зондирований Phoenix выполнены на примыкающем к южному окончанию профиля НАРЫН сейсмическом геотраверсе МАНАС [Рыбин и др., 2008], обеспечивая детализацию зоны сочленения Тарима и Южного Тянь-Шаня.
2. НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ СИНХРОННЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ И ИТОГОВЫЙ МАССИВ МТ/МВ ОТКЛИКОВ
Синхронные схемы проведения ЭМ зондирований с естественным возбуждением поля стали на современном этапе важнейшим инструментом изучения геоэлектрической структуры литосферы [Бердичевский, Жданов, 1981; Egbert, 2002; Varents-ov, 2007b], поскольку обеспечивают эффективное подавление локальных ЭМ шумов [Gamble et al., 1979;
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.