CC BY
45
ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВНЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ОБЛАСТЕЙ КАМЧАТКИ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ
Денис Игоревич Фадеев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, лаборант, тел. +7(951)366-51-89, e-mail: [email protected]
София Павловна Бортникова
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, инженер, тел. +7(913)959-77-02, e-mail: [email protected]
Алексей Николаевич Фаге
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (383)333-36-11, e-mail: [email protected]
В работе описаны проведенные в 2013 году исследования по изучению структуры и путей миграции высокоминерализованных растворов в приповерхностном пространстве термальных полей и лавовых потоков разного возраста. Представлены результаты полевых исследований, а так их геолого-геофизической интерпретации.
Ключевые слова: электротомография, вулканология, полевые исследования.
RESEARCH THE KAMCHATKA
ACTIVE VOLCANIC REGIONS BY METHODS ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY
Denis I. Fadeev
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Novosibirsk, Russia, Akademika Koptyuga 3, lab assistant , tel. +7 (951)366-51-89, e-mail: [email protected]
Sofia P. Bortnikova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Novosibirsk, Russia, Akademika Koptyuga 3, engineer, tel. +7 (913)959-77-02, e-mail: [email protected]
Alexey N. Fague
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Novosibirsk, Russia, Akademika Koptyuga 3, Junior, tel. (383)333-36-11, e-mail: [email protected]
This paper describes held in 2013 a study of the structure and migration routes of highly solutions in the surface area of thermal fields and lava flows of different ages. The results of field studies, as well as their geological and geophysical interpretation will be presented.
Key words: electrical resistivity tomography, volcanology, field research.
Введение
В современной вулканологии до сих пор остается открытым вопрос о формировании состава флюидов и режиме функционирования газогидротермальных объектов вулканогенных построек, которые находятся в непосредственной близости от поверхности [Манштейн и др., 2008]. Понимание механизма транспорта флюидов позволило бы говорить о стабильности их состава. Устойчивость состава, в свою очередь, дает основание для использования получаемой информации с целью предсказания извержений.
Решение задачи выявления структуры осложнено тем, что исследуемый объект представлен не только твердыми, но и жидкими фазами, разрушающий контроль которого не сможет выявить объективной картины. Одним из методов, который может дать ответ на вопрос о внутреннем строении таких объектов является метод электротомографии, один из видов метода сопротивлений.
Объекты исследований
Вулкан Мутновский - один из самых посещаемых вулканов Камчатки. Постройка вулкана имеет максимальную высоту 2323 м. В периоды «затишья» активность вулкана реализуется через обширную сеть термопроявлений в активных кратерах и многочисленных термальных площадках. Самыми крупными проявлениями активности в том районе являются Донное и Северо-Мутновское термальные поля [Селянгин О.Б., 1993].
Вулкан Шивелуч - действующий вулкан на полуострове Камчатка в пределах Восточного хребта. Самый северный из действующих вулканов Камчатки. Диаметр основания вулкана — 45—50 километров, общая площадь составляет не менее 1300 км2 [Горкин А.П., 2006]. 27 июня 2013 года рано утром Шивелуч выбросил столб пепла до 10 км над уровнем моря, в поселке Ключи расположенном в 47 км от вулкана, прошел пеплопад, улицы поселка припорошило слоем рыжего пепла толщиной до миллиметра.
Были проведены электроразведочные работы по изучению Северо-Мутновского термального поля, а также свежих пирокластических потоков вулкана Шивелуч.
Метод исследования
Стандартная методика измерений представляла собой набор продольных и поперечных разведочных линий, что вынуждало интерполировать данные на участках исследуемой площадки, между соседними профилями. Такой прием не вполне корректен, поскольку является получаемый набор данных нельзя назвать трехмерным. На вулкане Мутновский была применена технология полноценных трёхмерных измерений. Были проведены измерения на квадратной площадке со стороной 48 м, с шагом между электродами 4м,
установка измерений - дипольная. Автоматическая последовательность измерений включала в себя около 7500 точек записи.
Исследования, описанные в работе [Фадеев Д.И., Панин Г.Л., 2013], показали, что при двумерных измерениях электротомографии наибольшую эффективность имеют установка Шлюмберже и дипольная. На пирокластических потоках вулкана Шивелуч были проведены измерения такой комбинацией установок.
Результаты работ
Стоит отметить, что работы 2013 года были затруднены геологическими условиями: прошедшая зима характеризовалась крайне высоким уровнем выпавших осадков, поэтому исследуемая среда местами была сильно увлажнена, что в совокупности с исключительной минерализацией, присущей фумарольным полям, дало геоэлектрический разрез, обладающий аномально-высокой проводимостью. Значения УЭС в таких условиях составляли от 1 до 20 Ом.м, и некоторые комбинации источников-приёмников давали «бесконечный ток», т.е. величины, находящиеся за пределами возможностей измерительного блока аппаратуры.
Была проведена инверсия полученных данных, в результате которого была создана трехмерная модель распределения удельного электрического сопротивления (рис. 1).
Рис. 1. Трехмерное распределения УЭС (в Омм)
Значения УЭС на участке работ находятся в пределах от 0.8 до 11 Омм. Стоит отметить что участки с сопротивлением больше 4 Ом.м занимают локальные области по краям исследуемой области. Для повышения информативности изображений шкала сопротивлений была обрезана до 5 Омм. Участок работ топографически неоднороден, что было учтено в процессе решения обратной задачи.
По полученным данным были построены изоповерхности равного электрического сопротивления, на которых можно обозначить подводящие каналы (рис. 2).
Resistivity
Рис. 2. Изоповерхность 2.5 Омм
На пирокластических потоках влк. Шивелуч был выполнен профиль электротомографии. Стоит отметить, что профиль был разложен вкрест простиранию старого и нового (покрывающего старый) пирокластических потоков. Границы потоков были записаны, на профиль нанесена топография. На рис. 3 можно заметить, что обе расстановки неплохо отражают переход от старого пирокластического потока - к новому.
Рис. 3. Двумерный разрез распределения УЭС на влк. Шивелуч
Новый пирокластический поток обладает высоким сопротивлением. Это объясняется тем, что он не успел остыть (извержение произошло в конце июля, съёмка проведена в конце августа), пропитаться поверхностными и дождевыми водами, частицы потока не спрессовались. Старый же поток уже уплотнился, остыл, и успел пропитаться влагой (ранее по распадку, куда извергся старый пирокластический поток, протекал ручей).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Балков, Е. В. Манштейн А.К. Трехкатушечный индукционный зонд в частотном зондировании // Геофизический вестник, 2001 - №12 - С. 17-20.
2. Горкин А.П., География // М.: Росмэн-Пресс, 2006 - 624 с.
3. Манштейн Ю.А., Бортникова С.Б., Манштейн А.К., Гавриленко Г.М.,
Верниковская И.П., Сезько И.П. Особенности строения проводящих каналов термальных источников вулкана Мутновский (Южная Камчатка) // Доклады Академии Наук, 2008. Т. 423 - № 3 -
С.383-388
4. Селянгин О.Б. Новое о вулкане Мутновский: строение, развитие, прогноз // Вулканология и сейсмология, 1993 - № 1 - С. 17 - 35.
5. Фадеев Д.И., Панин Г.Л. Теоретическое исследование разрешающей способности различных типов установок электротомографии при исследовании верхней части разреза вулканических объектов // Сборник тезисов 9-й международной конференции Инженерная геофизика 2013 - С. 5.
© Д. И. Фадеев, С. П. Бортникова, А. Н. Фаге, 2014
