научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПОЛЯ»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 1, с. 39-48

УДК 550.837

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

© 2009 г. Ю. Ф. Мороз, Т. А. Мороз

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006

Поступила в редакцию 24.03.2008 г.

Рассмотрена возможность изучения динамики геоэлектрической неоднородности среды с использованием приемных линий, ориентированных в различных направлениях в одном пункте наблюдений. Показано, что наличие локальной геоэлектрической неоднородности позволяет с помощью мониторинга теллурического тензора контролировать состояние электропроводности геологической среды. Приводятся результаты многолетнего мониторинга электротеллурического тензора на Камчатке. В его поведении проявилась заметная аномалия, которая может быть связана с сильнейшими землетрясениями с М = 8.2 и М = 8.3 в Курило-Камчатском регионе.

Для изучения динамики электропроводности геологических сред применяют различные электромагнитные методы, основанные на использовании искусственных и естественных электромагнитных полей. Среди последних привлекают внимание магнитотеллурические методы. Известно, что маг-нитотеллурическое поле содержит информацию о геоэлектрической неоднородности среды. Данную информацию можно использовать для изучения динамики этой неоднородности [6, 9]. Опыт показывает, что в магнитотеллурическом поле повышенной чувствительностью к локальным геоэлектрическим неоднородностям обладает электротеллурическое поле. Данная особенность поля положена в основу электротеллурического мониторинга на Камчатке в связи с поиском предвестников сильных землетрясений [8]. Мониторинг электротеллурического поля осуществляется синхронно в пунктах, удаленных между собой на расстояние 50-100 км. В поведении передаточной функции (теллурического тензора) между горизонтальными составляющими электротеллурического поля выявлены аномальные эффекты, которые могут быть связаны с сильными землетрясениями [8]. Эти эффекты обусловлены изменениями электропроводности среды в пунктах наблюдений. В настоящей статье рассмотрена возможность мониторинга электропроводности геологической среды по данным наблюдений электротеллурического поля в одном пункте с использованием систем ортогональных измерительных линий, ориентированных в различных направлениях.

КРАТКАЯ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА

Наблюдения электротеллурического поля осуществляются в пункте Тундровый, который расположен на побережье Авачинского залива Тихого

океана (рис. 1). Район характеризуется сложным геологическим строением [2]. Здесь в отличие от всей территории Камчатки, где преобладает линейная зональность тектонических сооружений северо-восточного простирания, развиты структуры северо-западной поперечной ориентировки. В этом районе, юго-западнее пункта Тундровый, выведены на поверхность наиболее древние (кайнозойские, протерозойские) метаморфические породы, с которыми связывается консолидированный фундамент, подстилающий кайнозойский осадочно-вулканогенный чехол.

Геоэлектрический разрез района представляется следующим [7]. В верхней части разреза залегают четвертичные вулканогенные и осадочные образования сопротивлением сотни - первые тысячи Ом м и более, мощностью первые сотни метров. Ниже залегает кайнозойская толща со средним продольным сопротивлением от первых единиц до первых десятков Ом м, мощностью от 0 до 4 км. Она подстилается комплексом верхнемеловых оса-дочно-вулканогенных образований со средним продольным сопротивлением от десятков до первых сотен Ом м. Консолидированный фундамент имеет сопротивление первые тысячи Ом м. Глубинная часть разреза содержит коровый и астеносферный проводящие слои.

Поведение магнитотеллурического поля зависит от распределения электропроводности геологической среды. Представление о проводимости осадоч-но-вулканогенного чехла дает рис. 2. На нем видно, что в пункте наблюдений проводимость чехла составляет 20 Сим. В северо-восточном направлении выделяется поперечная зона повышенной проводимости. Она отвечает грабену, выполненному преимущественно терригенными отложениями. В районе Авачинско-Корякской группы вулканов проводимость зоны возрастает до 600 Сим, что может быть

56

52

50

Ю. Ф. МОРОЗ, Т. А. МОРОЗ 156 159 Долгота, град 165

* ¿у ) ( | ......................................................... , 1 ' о. Беринга

> Тундровый

О ^ мыс Лопатка 60 км 1 1

А 1

Рис. 1. Схема расположения пункта Тундровый, где производились наблюдения электротеллурического поля. 1 - пункт Тундровый.

обусловлено наличием жидкой фазы (растворов и магматических расплавов). В Авачинской бухте проводимость за счет морской воды составляет около 100 Сим. В Авачинском заливе проводимость верхнего слоя, включающего толщу морской воды, возрастает до 7000 Сим, в районе глубоководного желоба до 20000 Сим. Резкий контраст проводимости на стыке суши и океана проявляется в магнитотел-лурическом поле в виде берегового эффекта. Этот эффект, как будет показано ниже, сильно влияет на поведение электротеллурического поля в пункте Тундровый. Важно отметить, что напряженность и поляризация электротеллурического поля также зависит от распределения локальных приповерхностных геоэлектрических неоднородностей. Так как геологическая среда представляет собой иерархию блоков горных пород различной размерности, то мы вправе предположить, что в районе пункта наблюдений могут быть геоэлектрические неоднородности, соизмеримые с длиной приемных линий. Об этом свидетельствуют данные геологических наблюдений, по которым в рассматриваемом районе выделяются геологические тела и тектонические нарушения размерами от первых десятков до сотен и более метров [2]. Поэтому в местах, где рас-

полагаются приемные линии, высока вероятность наличия геоэлектрических неоднородностей, которые могут вызвать эффекты в электротеллурическом поле.

МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ

Система регистрации разности потенциалов электротеллурического поля показана на рис. 3. Она включает измерительные линии 1, 2 в направлении С-Ю и В-3, а также линии 3 и 4, ориентированные под азимутами 40° и 310°, которые располагаются по направлениям осей геоэлектрической неоднородности среды, определенным по данным площадных электроразведочных исследований методом МТ3. Длины линий: 1-97, 2-105, 3-65, 4-90 м. В качестве заземлений использованы свинцовые электроды, опущенные на глубину около 2-2.5 м. Измерения разности потенциалов электротеллурического поля выполняются с помощью автоматизированной цифровой аппаратуры. Данные передаются по радиоканалам в центр обработки (г. Петропавловск-Камчатский). Каждая измерительная линия опрашивается один раз в минуту. Эксплуатация автоматизированных пунктов наблюдений

г'

jL_С_

Рис. 2. Схема суммарной проводимости осадочного-вулканогенного чехла района исследований. 1 - изолинии производи-мости; 2 - вулканы; 3 - пункт Тундровый.

3

электротеллурического поля и предварительная обработка данных производится Камчатским филиалом Геофизической службы РАН.

АНАЛИЗ НАБЛЮДЕНИЙ ЭЛЕКТРОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

На рис. 4 в качестве примера приведены временны е ряды напряженности электротеллурического поля, полученные на линиях 1, 2, 3, 4. Короткопери-одные вариации выражены в виде "шума". В большей мере он выражен на линии 3. Повышенная интенсивность короткопериодных вариаций связана с поперечной структурой (горст-антиклинорием), в районе которой расположен пункт Тундровый. На линиях 1, 2, 4 проявились суточные вариации интенсивностью до 40-50 мВ/км. На линии 3 суточные вариации выражены слабее. Их интенсивность не превышает 10 мВ/км.

Временны е ряды 1 и 2 пересчитаны на направления под азимутами 40 и 320 градусов. Это выполнено путем поворота осей координат 1 и 2 на угол 40° против часовой стрелки, т.е. до совпадения с линиями 4 и 3. Пересчет выполнен по формулам [1]:

x' = x cos а + y sin а

y' = - x sin а + y cos а,

где х, у и х', y' - старые и новые координаты напряженности электротеллурического поля; а - угол поворота осей.

Предполагается, что в случае, если геоэлектрическая среда в пункте наблюдения не содержит локальных геоэлектрических неоднородностей, то полученные временны е ряды в результате пересчета 1' и 2' должны совпасть с временными рядами 4 и 3. Однако, этого не произошло. На рис. 5 приведено сопоставление временных рядов 1' и 4, 2' и 3, ориентированных в одном направлении. На нем видно, что временшй ряд 1' отличается от 4, а 2' от 3. Такое различие указанных временны х рядов можно объяснить влиянием локальных геоэлектрических неоднородностей, которые могут быть приэлектродными или соизмеримы с длиной измерительных линий.

АНАЛИЗ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Представление об электропроводности геологической среды по данным измерительных линий 1 и 2, 1' и 2', 4 и 3 дают кривые магнитотеллурического

С

100 м

Рис. 3. Схема расположения измерительных линий в пункте Тундровый. 1, 2, 3, 4 - номера приемных линий. Азимуты линий: 1 - 0°; 2 - 90°; 3 - 40°; 4 - 310°. М-б приведен для измерительных линий.

зондирования. Они представлены на рис. 6. Кривые кажущегося электрического сопротивления различаются по уровню сопротивлений более чем на порядок. Кривые 1 и 2, ориентированные в направлениях С-Ю и В-3 расходятся между собой почти в два раза на коротких периодах. Это расхождение возрастает в сторону низких частот. Такое поведение кривых свидетельствует о геоэлектрической неоднородности среды. Важно обратить внимание, что кривые 1' и 4, ориентированные в одном направлении, существенно различаются между собой. Это также относится к кривым 2' и 3. Так кривые 1' и 4, близкие по форме, расходятся по уровню сопротивлений почти на целый порядок. Кривые 2' и 3 различаются между собой по форме и уровню сопротивлений. В области низких частот кривая 3 имеет нисходящую ветвь почти под 65°. В то же время кривая 2' выражена почти горизонтальной ветвью. Таким образом, мы приходим к выводу, что кривые в МТ3 в пункте наблюдений в сильной мере подвержены влиянию геоэлектрических неоднородностей среды.

Геоэл

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

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»