ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 1, с. 53-62
УДК 550.34.09
ЛИТОСФЕРНЫЕ АНОМАЛИИ НА ТЕРРИТОРИИ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ АЗИИ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ СПУТНИКА СНАМР
© 2012 г. Л. М. Абрамова1, Д. Ю. Абрамова2, А. Х. Фрунзе2
Центр геоэлектромагнитных исследований института физики Земли им. О.Ю. Шмидта, г. Троицк 2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В. Пушкова, г. Троицк
Поступила в редакцию 15.06.2010 г.
Новые возможности интерпретации длинноволновых магнитных аномалий возникли с появлением первых карт таких аномалий, полученных со спутников. Эти аномалии вызваны латеральными изменениями магнитных свойств и мощности намагниченных слоев на больших глубинах. Параметры орбиты спутника CHAMP позволяют ежедневно получать данные о магнитном поле на практически однородной сетке над поверхностью Земли. Это дает значительные преимущества при расчетах сферической гармонической модели главного магнитного поля Земли отдельно для каждого дня. Проанализировано распределение региональных литосферных аномалий, выявленных по результатам спутниковых измерений над территорией Юго-Восточной Азии и показана его согласованность с геологическими представлениями о зонно-блоковой структуре строения коры региона.
Ключевые слова: спутниковые измерения геомагнитного поля, литосферные магнитные аномалии, Юго-Восточная Азия.
Б01: 10.7868/80002333712120010
ВВЕДЕНИЕ
Наземная, аэро- и морская магниторазведка традиционно и успешно используется для построения геофизических и геологических моделей земной коры, изучения ее свойств и структуры на небольших глубинах. Разрешающая способность таких съемок, как правило, позволяет надежно выделить геологические объекты размерами по латерали не более 50 км.
Однако в последние десятилетия возрос интерес к изучению крупномасштабных аномалий, протяженностью в сотни километров, которые проявляются при региональных обобщениях данных аэромагнитных и морских съемок. Пространственные изменения этих длинноволновых аномалий отражают характеристики магнитных свойств и мощности намагниченных слоев на больших глубинах.
К сожалению, получить региональную карту, отображающую поля глубинных источников, используя экспериментальный материал наземных и аэромагнитных съемок практически невозможно. Это связано, в первую очередь, с тем, что из-за небольшой высоты полета при аэромагнитных съемках поверхностные источники магнитных полей подавляют сигналы, идущие из глубинных областей земной коры. К тому же трудно увязать данные съемок, которые проводятся на ограниченных площадях, на неодинаковых уровнях и в
разное время, особенно принимая во внимание нестационарность геомагнитного поля и присущий ему вековой ход.
Возможность по-новому взглянуть на крупномасштабные магнитные аномалии возникла у геофизиков благодаря запуску спутников, оснащенных специальной аппаратурой, позволяющей получить данные о параметрах геомагнитного поля Земли Pogo (1965-1971 гг.) [Regan et al., 1975], Magsat (1979-1980 гг.) [Langel et al., 1982; Cain etal., 1989; Пашкевич и др., 1990; Arkani-Hamed et al., 1994; Ravat et al., 1995; Sabaka et al., 2000] и 0rsted (1999-2002 гг.) [Olsen et al., 2000].
Первые глобальные карты литосферного магнитного поля компилировались по данным скалярных измерений. После того, как стало очевидно, что аномальное поле литосферы недостаточно адекватно описывается скалярными данными [Backus, 1970], спутник Magsat в дополнение к скалярному, был оборудован векторным магнитометром и специальным блоком для точного определения координат точки измерения. Данные спутника 0rsted оказались малопригодными для исследования магнитного поля литосферы из-за большой (около 700 км) высоты его орбиты. На этой высоте аномальное поле даже такой мощной магнитной аномалии, как Курская, имеющая на земной поверхности амплитуду порядка двух десятков тысяч нанотесла, не превышает 3-5 нТл.
Для большинства же регионов земного шара величина аномального поля на орбите спутника 0rsted составит доли нанотесла.
Анализ пространственного распределения магнитного поля показывает, что на спутниковых высотах аномальная часть поля существенно уменьшается: высокочастотные аномалии сглаживаются, остаются низкочастотные региональные аномалии с размерами пространственных периодов 400—500 км и интенсивностью порядка первых десятков нТл. Спутниковые наблюдения малочувствительны к мелкомасштабным структурам, что позволяет выделять по ним региональные литосферные аномалии, неосложненные локальной компонентой.
Исследования, проведенные на базе измерений магнитного поля на спутниках, показали, что крупномасштабные тектонические единицы — щиты, кратоны и зоны субдукции характеризуются положительными аномалиями (вызванными повышенной магнитной восприимчивостью), а бассейны и абиссальные равнины — отрицательными аномалиями, которые объяснялись утончением коры и поднятием изотермы Кюри. В последние годы спутниковые данные широко используются при геофизической интерпретации, обеспечивая длинноволновую часть литосферно-го поля как основу для наземных, морских и аэромагнитных съемок.
В начале текущего века возможность анализа параметров геомагнитного поля, полученных ранее на искусственных спутниках Земли, серьезно расширилась в связи с запуском уникального искусственного спутника Земли CHAMP (с 2000 г. по настоящее время), поставляющего высокоточные данные практически в масштабе реального времени. Миссия, продолжается уже 10 лет, обеспечивая надежные измерения скалярных и векторных параметров геомагнитного поля с достаточно высокими разрешением и плотностью покрытия поверхности Земли.
Сейчас для изучения свойств и пространственного распределения геомагнитного поля наиболее эффективно используются материалы спутников Magsat и CHAMP, поскольку и скалярные, и векторные данные магнитного поля, полученные на них, имеют высокую точность и равномерно покрывают поверхность всего земного шара [Cohen, Achache, 1990; Ravat et al., 1995; Порохова и др., 1996; Maus et al., 2002; Reigber, et al., 2002; Ротанова и др., 2005; Hemant et al., 2005].
Авторы настоящей работы получили положительный опыт исследований аномального магнитного поля (АМП) с использованием спутниковых геомагнитных данных, измеренных СНАМРом над территорией Восточной Европы [Абрамова и др., 2009].
Основная задача настоящей работы — анализ распределения региональных литосферных магнитных аномалий, выявленных по результатам спутниковых измерений над территорией Юго-Восточной Азии. Данный регион представляется интересным в связи с присутствием здесь крупных геолого-тектонических единиц, различных по своей природе.
Для решения поставленной задачи необходимо:
— собрать, обобщить и привести к удобной для дальнейшей обработки форме данные геомагнитного поля, измеряемые спутником в околоземном пространстве;
— используя специально разработанные технологии, выделить из полученных огромных массивов данных составляющие, наиболее адекватно характеризующие литосферное АМП, построить карты распределения аномального магнитного поля в рассматриваемом регионе;
— провести интерпретацию выделенных магнитных аномалий, сопоставить полученные результаты с имеющимися для этих регионов геофизическими и геологическими данными.
ПОДГОТОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Для исследования аномального магнитного поля в этой работе нами были использованы материалы спутника CHAMP (Германия), запущенного в июле 2000 г. Он имеет круговую орбиту с углом наклона 87.3°; средняя высота полета около 460 км [Reigber et al., 2002]. Благодаря околополярной орбите спутник равномерно покрывает поверхность всего земного шара высококачественными высокоточными измерениями. Данные имеют секундное разрешение по времени, в пространстве это составляет примерно 7 км. За одни сутки спутник совершает порядка 14 витков, равномерно охватывая весь интервал локального времени.
По прошествии 5 лет с момента запуска высота полета спутника снизилась до 360 км. После двукратных маневров по увеличению высоты его миссия была продлена, спутник работает и поныне.
На спутнике установлены два магнитометра: скалярный магнитометр OVM, регистрирующий амплитуды модуля полного вектора геомагнитного поля (Т) и феррозондовый магнитометр FGM, измеряющий три ортогональных векторных компоненты (X, Y, Z). Точность измерения магнитных полей практически такая же, как и на спутнике MAGSAT: для скалярного поля ~1 нТл; для векторного ~6 нТл.
Для решения задачи, поставленной в настоящей работе, были отобраны измерения компонент геомагнитного поля вдоль 200 витков орбиты спутника CHAMP, полученные в сентябре-ок-
тябре 2006 года. Диапазон покрытия территории по широте — в пределах ф = 20—60° с.ш., по долготе — X = 60°—130° в.д. Отметим, что нами использовались витки с пятисекундным разрешением по времени, т.е. ~35-ти километровым разрешением в пространстве.
МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Измеренное на спутниковых высотах поле является сложной функцией пространства и времени и представляет собой сумму вкладов нескольких источников — внешних и внутренних — по отношению к поверхности Земли. Основная проблема при анализе состоит в корректном разделении суммарного магнитного поля на составляющие, связанные с различными физическими источниками.
Измеренное на спутнике геомагнитное поле является суперпозицией следующих составляющих:
— главного геомагнитного поля, генерируемого источниками магнитогидродинамической природы, расположенными в жидкой части земного ядра;
— внешних полей, произведенных магнито-сферно-ионосферными токовыми системами;
— аномального поля, связанного с намагниченностью горных пород, слагающих земную литосферу;
— индукционных полей, обусловленных токами в проводящих слоях земной коры и верхней мантии Земли.
Аномальное магнитное поле (АМП) остается после последовательного исключения из измеренных значений всех остальных составляющих, что, естественно, ставит надежность его выделения в зависимость от методик, выбранных для описания удаляемых частей.
Этот, так называемый, "физический" подход к выделению аномального магнитного поля является практич
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.