ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2010, № 8, с. 54-61
УДК 550.837
ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ИНВЕРСИЯ МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ И МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ВДОЛЬ ПРОФИЛЯ НАРЫН © 2010 г. М. Н. Бердичевский1, Н. С. Голубцова1, Ив. М. Варенцов2, П. Ю. Пушкарев1,
А. К. Рыбин3, Е. Ю. Соколова2
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия 2ЦГЭМИИФЗ РАН, г. Троицк Московской обл.
3Научная станция РАН, г. Бишкек, Киргизия Поступила в редакцию 25.01.2010 г.
В статье приводятся результаты двумерной инверсии глубинных магнитотеллурических и магнитовари-ационных зондирований вдоль Нарынского профиля. Использован метод частичных (последовательных) инверсий, когда на первом этапе для локализации глубинных аномалий электропроводности используются магнитовариационные отклики, а затем привлекаются данные магнитотеллурического зондирования, служащие для уточнения структуры вмещающей среды и деталей строения верхней части разреза. Показано, что такой подход позволяет оценить информативность отдельных составляющих электромагнитного поля, снизить искажающее влияние приповерхностных геоэлектрических неодно-родностей и повысить устойчивость итогового решения обратной задачи.
ВВЕДЕНИЕ
Первые опыты по совместной интерпретации магнитотеллурических (МТ) и магнитовариацион-ных (МВ) зондирований на Тянь-Шане относятся к 1988—1990 гг., когда группой ученых Электромагнитной экспедиции Института высоких температур РАН и МГУ были построены геоэлектрические разрезы по трем профилям, пересекающим складчатые сооружения Центрального Тянь-Шаня в субмеридиональном направлении. Эти построения опирались на магнитовариационные данные, свободные в низкочастотной области от искажений приповерхностными неоднородностями [Трапезников и др., 1997]. Анализировались данные ЦЭС-2, полученные более чем в ста точках зондирований. Модельные расчеты проводились с помощью программы, использующей метод конечных элементов [^кппашакег й а1., 1987], а подбор параметров модели осуществлялся вручную, интуитивно. Прежде, чем добиться хорошего совпадения модельных и наблюденных данных, приходилось перебрать не один десяток моделей. Тогда же результаты электромагнитных зондирований были сопоставлены с данными сейсмической томографии. Сравнение показало, что пониженные сопротивления коровых блоков коррелируются с пониженными сеймическими скоростями и повышенным поглощением сейсмических волн, что свидетельствует в пользу флюидной природы совпадающих геоэлектрических и сейсмических аномалий [Киссин, Рузайкин, 1997].
В последующее годы электромагнитные наблюдения на Тянь-Шане существенно расширились, в это же время появились новые методы автоматизированной инверсии. Для интерпретации накопленных данных сформировался научный коллектив из ученых Бишкекской научной станции РАН,
ЦГЭМИ ИФЗ РАН и МГУ, получивший название Рабочей группы NARYN. Основные цели работы коллектива — построение геоэлектрического разреза Центрального Тянь-Шаня по всему комплексу МТ/МВ данных вдоль наиболее представительного по плотности наблюдений профиля НАРЫН и совершенствование методики интерпретации материалов глубинных зондирований в сложно построенных квазидвумерных средах.
По результатам исследований Рабочей группы NARYN предполагалось написание трех статей. В первой работе этого цикла [Бердичевский и др., 2010] представлены результаты углубленного структурного анализа всей совокупности МТ и МВ откликов, полученных вдоль геотраверса НАРЫН в широком диапазоне периодов, сделаны оценки искажений этих откликов поверхностными и глубинными трехмерными (3D) неоднородностями, а также выявлены участки профиля и диапазоны периодов, наиболее благоприятные для 2D интерпретации данных.
Настоящая статья является второй в намеченном цикле. Ее цель — построение простой, но устойчивой блочной геоэлектрической модели вдоль всего профиля по результатам одних лишь длиннопериодных зондирований. На профиле, помимо наблюдений со станциями ЦЭС-2 и Phoenix, выполнено 19 глубинных пятикомпонентных МТ зондирований (14 на территории Киргизии и 5 на севере Китая) с аппаратурой LIMS в диапазоне периодов 0.1—40000 с. Расположение пунктов глубинных зондирований приведено в работе [Бердичевский и др., 2010].
Следует отметить, что методика совместной интерпретации МТ и МВ откликов получила интенсивное развитие в процессе совместной работы ученых МГУ, ИО РАН и ЦГЭМИ ИФЗ РАН в рамках международного проекта EMSLAB при построении
геоэлектрической модели Каскадной субдукцион-ной зоны. В этих исследованиях, в частности, была продемонстрирована эффективность подходов к интерпретации квазидвумерных данных, основанных на последовательной 2D инверсии их отдельных компонент с приоритетом МВ откликов и им-педансных фаз [Варенцов и др., 1996; Ваньян и др., 1997; 2002]. Эффективность сложившегося метода последовательных частичных инверсий продемонстрирована на ряде модельных и практических примеров в работе [Бердичевский и др., 2003] и далее исследована в монографии [Бердичевский, Дмитриев, 2009]. Данный метод основан на тонком учете различий в чувствительности откликов ЭМ поля к глубинным и поверхностным проводникам. Процесс инверсии разбивается на три этапа. На первом этапе проводится инверсия МВ данных — компонент (Re, Im) типпера Wx, на втором — инверсия продольных фаз импеданса ф", на третьем — инверсия поперечных амплитудных и фазовых данных (р1, ф1).
Представлялось важным применить данный простой, но весьма продуктивный метод в сложных условиях Центрального Тянь-Шаня и получить надежную модель в качестве базиса для последующих более сложных решений задачи 2D инверсии совместного ансамбля МТ/МВ данных [Sokolova et al., 2007; 2008] в рамках общего подхода, представленного в работах [Варенцов, 2002; Varentsov, 2007]. Это исследование имело солидное основание — в работе [Бердичевский и др., 2003] уже была изучена специфика приложения метода последовательных частичных инверсий при интерпретации имитационных данных в модели "нарынского" типа.
В первой части статьи представлены результаты предварительного изучения интерпретируемых данных, выходящие за рамки систематического анализа их точности и размерности, выполненного в работе [Бердичевский и др., 2010]. Во второй части приводятся результаты инверсии МВ данных (типперов) с помощью сглаживающего алгоритма REBOCC [Sir-ipunvaraporn, Egbert, 2000]. В третьей, наиболее важной части представлена серия геоэлектрических моделей, полученных в результате последо-вательности частичных инверсий по алгоритму INV2D [Варенцов, 2002; Varentsov, 2007] сначала для МВ данных, а затем для различных импедансных компонент.
К сожалению, М.Н. Бердичевский ушел из жизни, когда работа над текстом этой статьи была еще далека от завершения. Мы сознаем, что с его участием изложение полученных результатов могло бы стать более полным, точным и ярким.
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МТ/МВ ДАННЫХ
Проверка выполнения импедансных
дисперсионных соотношений
Прежде, чем приступить к интерпретации данных, необходимо оценить их качество и, в частности, проверить выполнение импедансных диспер-
сионных соотношений. Дисперсионные соотношения между кажущимся сопротивлением (р) и фазой импеданса (ф) справедливы в одномерной (горизонтально слоистой) и двумерной (в случае ^-поляризации поля) средах [Weidelt, 1972; Бердичевский, Дмитриев, 1991]. В двумерном случае ^-поляриза-ции они нарушаются в достаточно редких ситуациях — таких как зондирования в глубоких каньонах и донные наблюдения в области берегового склона [Алексеев и др. 2009].
Для 14 зондирований на киргизской части профиля исследована точность выполнения указанных дисперсионных соотношений — проведен пересчеты р в ф (и наоборот) для данных продольной и поперечной поляризаций поля. Поскольку измерительные оси зондирований ориентированы по геомагнитным меридиану (x — на север) и широте (y — на восток), а простирание глубинных геоэлектрических структур близко к широтному, то в качестве поперечных и продольных кривых выбраны исходные кривые рху и рух, соответственно. Расчеты проводились по программе Похотелова [Бердичевский, Похотелов, 1997] в интервале периодов 1—104 с. Практически для всех рассмотренных зондирований исследуемые дисперсионные соотношения выполняются с приемлемой точностью — это видно на рис. 1, где сопоставлены исходные фазы с фазами, пересчитанными из кажущихся сопротивлений. Расхождения наблюдаются лишь в области длинных периодов, что обусловлено погрешностями экстраполяции данных при вычислении дисперсионных интегралов. Лишь в 404 пункте на периодах до 100 с отмечаются существенные невязки между наблюденными и вычисленными кривыми.
Оценки размерности и простирания глубинных структур
Подробный анализ инвариантных параметров МТ/МВ откликов, характеризующих размерность геоэлектрической среды и направления простирания доминирующих структур, сделан в работе [Бердичевский и др., 2010]. Особое внимание при этом уделялось получению оценок, свободных от искажающего влияния приповерхностных неоднород-ностей. Показано, что импедансные амплитуды испытывают сильные статические искажения во всем диапазоне периодов. Продольные фазы искажены существенно меньше. Влияние на них осадочных впадин, как правило, заканчивается на периодах в первые сотни секунд. Анализ индукционных векторов и параметров асимметрии (Skew) для различных МТ/МВ откликов свидетельствует о том, что на всем профиле (особенно в северной его части — п. 405—414) имеет место достаточно устойчивая ква-зидвумерность данных, осложненная в отдельных компонентах и на отдельных участках профиля статическими эффектами приповерхностных структур и верхнекоровыми 3D неоднородностями.
Фху, град 0
Фху, град
Фху, град
МТЗ 412
-80 -
1 10 ФуХ, град 0
100
-20 -40 -60 -80
МТЗ 402
1 10
Фух, град 0
100
Hill....................
-20 -40 -60
-80
МТЗ 404
1 10
Фух град 0
100
10
100
nul....................
МТЗ 412
JT, С17 2
10 100
JT, -17 2
mi].........».........»
С
10 100
JT, 17 2
С
Рис. 1. Результаты пересчета кривых кажущегося сопротивления в фазовые
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.