ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 1, с. 11-32
УДК 550.83725
ТРЕХМЕРНАЯ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЮЖНОЙ ЧАСТИ
ПОЛУОСТРОВА КАМЧАТКА
© 2014 г. В. В. Белявский1, Е. Д. Алексанова23
ЦГЭМИРАНИФЗ им. О.Ю. Шмидта, г. Троицк 2МГУим. М.В. Ломоносова, геологический факультет, г. Москва 3ООО "Северо-Запад", г. Москва Поступила в редакцию 05.12.2011 г. После доработки 27.05.2013 г.
Интерпретация магнитотеллурических данных в южной части полуострова Камчатка, выполненная в режиме подбора 3Б моделей к инвариантным характеристикам матриц импеданса и типпера, позволила построить схему распределения электропроводности коры и мантии, выделить проводящие блоки в зоне сочленения Камчатского прогиба и Прибрежного горста, под Мутновско-Вилючин-ской и Авачинско-Корякской группами вулканов. Они приурочены к субширотным региональным разломам и к верхней части астеносферы. Распределение зон повышенной электропроводности коррелирует с распределением низкоплотностных и низкоскоростных доменов и областей, характеризующихся повышенной сейсмической и вулканической активностью, что может объясняться их значительной флюидонасыщенностью.
БОТ: 10.7868/80002333714010025
ВВЕДЕНИЕ
Региональные работы магнитотеллурически-ми методами начаты на Камчатке в 1979 г. ГГП "Камчатгеология" (ОАО "Камчатгеология"). До 2007 г. были выполнены наблюдения на девяти региональных профилях, пересекающих полуостров на разных широтах. В 2007—2010 гг. работы МТЗ и МОВЗ проведены на увязочном профиле мыс Лопатка—село Хаилино. В южной части полуострова Камчатка сеть профилей МТЗ наиболее густая.
Построение геоэлектрических моделей коры и мантии южной части Камчатского полуострова проводится с целью изучения строения очаговых зон землетрясений, вулканических построек и глубинного геологического строения. За годы исследования Южной Камчатки построены двумерные и одномерные геоэлектрические модели вулканических построек Авачинско-Корякской группы вулканов [Мороз и др., 2001], вулкана Горелый [Мороз, Скрипников, 1995], Мутновского гидротермального поля [Нурмухамедов, 2010], выделены слои повышенной электропроводности в коре и мантии [Мороз и др., 1990].
Двумерные модели не всегда являются удачной аппроксимацией реальных трехмерных геоэлектрических ситуаций. Часто это вынужденный подход при интерпретации магнитотеллурических (МТ) полей. При 3Э интерпретации профильных данных важно учесть влияние геоэлектрических неоднородностей расположенных в стороне от профиля МТЗ. Ситуация упрощается, если име-
ются карта распределения интегральной проводимости осадочного чехла (Б^) и магнитовариа-ционные наблюдения.
Полученные данные МТЗ—МВЗ по субмеридиональному региональному профилю, позволяют провести интерпретацию МТ полей в классе 3Э моделей в юго-восточной части Камчатки, учитывая имеющиеся Ш—2Э геоэлектрические модели по широтным профилям МТЗ. Эти модели и результаты многолетних сейсмических и гравиметрических исследований, представленные в
1 2
отчетах ОАО "Камчатгеология"1,2 позволили провести настоящие исследования.
1 Глубинные геолого-геофизические исследования сейсмо-разведочными (МОВЗ) и электроразведочными (МТЗ, ГМТЗ, АМТЗ) методами на региональных профилях Ейск-Ставрополь-Нефтекумск-Каспийское море (850 пог. км) и Корф-Верхнее Пенжино (500 пог. км). Анализ и обобщение данных глубинных геофизических исследований, проведенных на Северном Кавказе, Камчатке и юге Сибири". Отчет государственного федерального унитарного предприятия "ВНИИГеофизика", Министерства природных ресурсов Российской федерации. Государственный регистрационный № 1-03149/4. Авторы Белявский В.В., По-пруженко С.В., ЕгоркинА.В., Нурмухамедов А.Г., Золотов Е.Е., Недядько В.В. и др. М. 2006.
2 Разработка геолого-геофизической модели глубинного строения Корякско-Камчатской складчатой области (Региональный увязочный профиль МОВЗ-МТЗ мыс Лопатка—с. Хаилино). Нурмухамедов А.Г., Яковлев А.Г., Белявский В.В. и др. 2010. Гос. регистрационный № 15-07-14/1. Отчет ОАО "Камчатгеология". Федеральное агентство по недропользованию (РОСНЕДРА).
1 £
§
?О-В-К -К X
сг
0 100 250 км
1_I_I_I_I_I
Юж _1
10
1
2
3
4
9
7
А >
тп
> Ц V
ш
Рис. 1. Схема тектонического районирования Камчатки [Апрелков, 2003]: 1 — срединные массивы; 2 — области с платформенным строением; 3 — породы мафического ряда Ганальского массива (ГН); 4 — районы распространения верхнемеловых офиолитовых формаций; 5 — кайнозойские прогибы; 6 — вулканиты Западно-Камчатско-Корякского пояса; 7 — границы Центрально-Камчатского вулканического пояса — ЦКВП; 8 — границы поднятий, впадин, СФЗ и их названия: П-З-К — Пенжинско-Западно-Камчатская, У-С — Укэлаятско-Срединный блок, Ю — Южно-Камчатская, Б — Большерецкая плита, Сб — Соболевский выступ, С — Срединный выступ, Н — Начикинская зона, Ун — Ункановичский и Пр — Прибрежный горсты, Юж — Южно-Камчатский прогиб, ГЛ — Голыгинский прогиб, Шп — Шипунский блок; 9 — Амбонско-Шелиховский антиклинорий; 10 — разломы, границы главных тектонических элементов. Глубинные разломы: ГК — Главный Камчатский, Пп — Петропавловский, Вл — Вилючинский ББ — Больше-Банный, Об — Облу-ковский, Хд — Ходутковский, КК — Кагнисинско-Карымский.
1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕКТОНИКИ ЮГА КАМЧАТКИ
В пределах полуострова Камчатска выделяются три основные структурные единицы (структур-но-фациальные зоны (СФЗ)) северо-восточного простирания: Пенжинская-Западно-Камчатская (П-З-К) СФЗ, Укэлаятско-Срединный (УС) блок, упирающийся в Срединный выступ (С), и Олю-торско-Восточно-Камчатская (ОВК) СФЗ. Последняя через Начикинскую (Н) зону поперечных дислокаций переходит в Южно-Камчатскую СФЗ
(Ю) (рис. 1) [Апрелков, 2003]. Начикинская зона на северо-западе граничит с Ганальским массивом северо-западного простирания, сложенным, как и Срединный выступ, мезозойскими отложениями [Апрелков, 1991]. На юго-востоке зона Н — это грабенообразная структура с домеловыми отложениями, погруженными на глубину до 6 км. Считается, что она является продолжением П-З-К, разделенной Срединным выступом. Вдоль Главного Камчатского (ГК) глубинного разлома расположены грабенообразные структуры с домеловым
фундаментом залегающим на глубине 5—7 км [Ап-релков, 1991]. На юге Камчатки ГК имеет северозападное простирание, отделяя с севера ЮжноКамчатскую зону от Начикинской.
Южно-Камчатская зона практически полностью закрыта вулканитами Центрально-Камчатского вулканического пояса. Ее фундамент представлен верхнемеловыми вулканогенно-кремни-стыми и терригенными, метаморфизованными породами и вулканогенно-осадочными отложениями чехла эоцен-антропогенового возраста на востоке и олигоцена-антропогена на западе. Здесь выделяются Южно-Камчатский прогиб шириной 20—40 км, Ункановичский (Ун) и Прибрежный (Пр) горсты. Глубина залегания складчатого основания в прогибе составляет в среднем 3.5 км. На востоке он примыкает к Пр, вдоль которого развита система гидротермальных источников. Ун горст разделяет Голыгинский (Гл) и Южно-Камчатский прогибы (рис. 1). Пр горст, сложенный осадочными и вулканогенно-осадочными отложениями олигоценового возраста, прорванными интрузиями гранитоидов, занимает полосу в 20—30 км тихоокеанского побережья.
2. МЕТОДИКА ИНТЕРПРЕТАЦИИ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Нормализация кривых МТЗ
На первом этапе производился расчет инвариантных кривых максимума и минимума индукции (pmaxff и pminH) [Counil et al., 1986], проводилась их нормализация, т.е. снималось влияние "геоэлектрического шума" от приповерхностных неодно-родностей малого размера. Она выполнялась в предположении, что кривые pmaxH и pminH получены над характерным блоком коры и искажены локальными геоэлектрическими неоднородностями, приводящими к смещению по оси ординат без изменения их формы ("shift''-эффект). Выбирался "период нормализации" Tn и на периодах T < Tn в интервале S или pk = const кривых pmaxH для N кривых, расположенных в предполагаемом однородном блоке коры, вычислялось среднее значение
Z1 max //1 \ 1 I гт-maxH\ I-\т п
^ N = У. \Zi \N. За-
лт I rymax Hi
тем для каждой i-ой точки из N кривых \Zi , расположенных в пределах этого блока, для периодов Т < Tn вычислялся модуль коэффициента искаже-
m
ния IK,-
= Z
max H
Z
max H
N
уменьшить влияние случайных ошибок измерения, К рассчитывался для двух-четырех периодов, а в нормализации кривых МТЗ участвовало его среднее значение.
Поскольку априори считалось, что это искажения типа "shift''-эффекта, то коэффициент искажения распространялся на всю кривую с T > Tn. Для его снятия выполнялась процедура нормали-
Z' max Hi | гт-max H| /I j^maxl | r-^-max H| r
, Ni = \Zi /\Kj , где \Z, наблюденное значения импеданса в i-ой точке на пери-
max H
оде T, а ZNi — нормализованное. Аналогично вычислялся модуль коэффициента искажения
Ij^minl | r-fi
Kt и для \Zi
min H
max H .-т-min H и \ZN
|) [Бе-
Для того, чтобы
На втором этапе строилась стартовая геоэлектрическая модель с помощью Ш—2Э инверсии нормализованных инвариантных кривых максимума и минимума индукции ( лявский, 2011].
При нормализации квазиконформных кривых ртахя и ртшя фазы импедансов Агашах и Лг&£ш1п несут информацию о том, насколько группа из N кривых отвечает требованию "8Ый"-эффекта. В идеале, в каждой из групп ршахН или рШ1пН Агатах или Лг&£т1п должны сливаться. Их расхождение свидетельствует о нарушении конформности амплитудных кривых и о различии геоэлектрического разреза под ними. Нами фазы использовались для контроля надежности, полученных при 3Э инверсии амплитудных кривых, параметров 3Э модели. Если фазы модельных Агатах или Лг&£тт не отвечают экспериментальным, то при выполнении дисперсионных соотношений между ними и модулями импедансов корректировались параметры 3Э модели. Для кривых 2тякН и 2Ш1пН продольного профиля они в основном выполняются [Белявский, 2011].
2.2. Оценка надежности геоэлектрических построений
С целью оценки надежности геоэлектрических построений вычислялась степень проявления глубинных структур на фоне МТ полей создаваемых крупными неоднородностями верхнего этажа. Будем считать, что геоэлектрический шум от верхних локальных неоднородностей снят
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.