CC BY
57
УДК 550.837.312
ИЗУЧЕНИЕ НЕБОЛЬШИХ
ИМПАКТНЫХ СТРУКТУР (АСТРОБЛЕМ) МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ И МАГНИТНОЙ РАЗВЕДКИ
Алексей Николаевич Фаге
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник лаб. электромагнитных полей, тел. (383)333-36-11
София Павловна Бортникова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, инженер лаб. электромагнитных полей
Леонид Валерьевич Цибизов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, инженер 1 категории лаб. естественных геофизических полей, тел. (383)333-03-99
Петр Георгиевич Дядьков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, зав. лаб. естественных геофизических полей, тел. (383)333-03-99
Игорь Викторович Карлов
Поисковик и исследователь астроблем и метеоритов, 630090, Россия, г. Новосибирск, Морской пр-т 15-17
Согласно данным публикаций, небольшие (менее 300 м) астроблемы недостаточно изучены методами современной малоглубинной электроразведки. В частности, электротомография, позволяющая получать детальные геоэлектрические разрезы в короткие сроки, не была в достаточной мере опробована на подобных задачах. Для апробации метода электротомографии как технологии изучения небольших астроблем нами был выбран объект в Новосибирской области, имеющий признаки метеоритной воронки. Помимо исследования с использованием электрических методов на объекте была произведена магнитная съемка. В результате выполненных комплексных работ были получены важные данные о структуре исследуемого объекта и разработаны планы необходимых дальнейших исследований.
Ключевые слова: электротомография, магнитометрия, метеоритная воронка, импактная структура, астроблема, электрическое зондирование, магнитная восприимчивость.
ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY AND MAGNETOMETRY SURVEY OF SMALL IMPACT STRUCTURES (ASTROBLEMES)
Alexey N. Fague
A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG SB RAS), 630090, Russia, Novosibirsk, 3, Akademika Koptyuga Prosp., junior research associate at laboratory of Electromagnetic fields, tel. (383)333-36-11
Sofiya P. Bortnikova
IPGG SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3, Akademika Koptyuga Prosp., engineer at laboratory of Electromagnetic fields
Leonid V. Tsibizov
IPGG SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3, Akademika Koptyuga Prosp., engineer 1-st grade at Laboratory of natural geophysical fields, tel. (383)333-03-99
Petr G. Dyadkov
IPGG SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3, Akademika Koptyuga Prosp., head of Laboratory of natural geophysical fields, tel. (383)333-03-99
Igor V. Karlov
Explorer, astroblemes and meteorite researcher, 630090, Russia, Novosibirsk, 15-17, Morskoy Prosp.
Due to the lack of published papers concerning small (less than 300 meters) impact structures (astroblemes) we can make a conclusion that these problems are not covered by means of modern electrical resistivity methods and magnetometry. Electrical resistivity tomography (ERT) in particular, which enables detailed resistivity sections in short time, have not been used well-enough. We picked an object in Novosibirsk region which bears features similar to those observed in meteorite holes to evaluate ERT as a method of studying small astroblemes. In addition to ERT method we have done a magnetic survey. Important data on the structure of subject of interest were obtained as a result of joint survey and plans for future activity were formulated.
Key words: electrical resistivity tomography, magnetometry, meteorite hole, impact structure, astrobleme, resistivity imaging, magnetic susceptibility.
Предметом настоящего исследования является изучение возможности применения методов электротомографии в комплексе с магнитной съемкой с целью определения импактной природы изучаемой геологической структры, а также выявления её характерных электрических и магнитных свойств. Работы производились в декабре 2013 года с использованием аппаратурного комплекса СКАЛА-48 [1] и магнитометра MMPOS-2.
Геологическое строение исследуемой территории (Маслянинский район) типично для юго-восточной части Новосибирской области. Фундамент в исследуемом районе сложен палеозойскими породами (известняки, сланцы), на которых залегает каолинитовая кора выветривания мел-палеогенового возраста. Выше расположены переотложенные глины коры выветривания. Верхнюю часть разреза слагают лёссы, переслаивающиеся с песками и глинами. Скальные породы обнажаются в оврагах, местами выходят к самой
поверхности в речных поймах. Мощность четвертичных отложений составляет от 0 до 40 метров.
Вероятная метеоритная воронка расположена на вершине останца, сложенного лёссовыми четвертичными образованиями. Исходя из геологии района и визуальной оценки состояния предполагаемой метеоритной воронки можно сделать предположение, что событие произошло не более 1000 лет назад. Мы предполагаем, что в случае импактного происхождения изучаемой структуры на геоэлектрическом разрезе должны проявиться особенности, связанные с нарушением геологического строения четвертичных отложений, вызванные ударным воздействием, в частности, — изменение пористости и плотности пород [2, 3] .
При выполнении работ с использованием метода электротомографии применялись две геометрические конфигурации по схеме Шлюмберже:
1. две косы по 24 электрода на каждой с расстоянием между ними 2 метра для получения подробных разрезов на глубину до 17 метров и определения локальных особенностей геологического строения;
2. две косы по 24 электрода на каждой с расстоянием между ними 5 метров для получения разреза на глубину до 40 метров с целью уточнения глубины залегания фундамента;
По априорной информации этого должно было быть достаточно для фиксации геологических нарушений, связанных с возможным прохождением метеорита сквозь среду. Полученные результаты представлены на 0, 0, 0.
С
Рис. 1. Схема расположения профилей на исследуемом участке. Вероятная метеоритная воронка - тёмная область овальной формы. Начало профилей электроразведки отмечено звездочкой
Интерпретация данных по профилю 5 позволяет зафиксировать зону аномальных значений УЭС на интервале 110-130 метров по горизонтали и 10-20 метров по глубине. При этом, возможно, зона охватывает не только массив рыхлых четвертичных отложений, но и распространяется на верхнюю границу скальных пород. Таким образом, не исключено, что мы фиксируем область ударного воздействия. Основываясь на данных разреза по профилю 5 можно предположить глубину залегания скальных пород: 20 метров, что соответствует данным геологических карт.
Рис. 2. Геоэлектрический разрез по профилю 5
Геоэлектрические разрезы по профилям 1-4 с использованием установки Шлюмберже
УЭС
10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 80 90 [0м-м]
Расстояние по профилю [м]
Рис. 3. Геоэлектрические разрезы по профилям 1-4
Интерпретация данных съемки по профилям 1-4 позволила подтвердить наличие аномальных геологических структур на исследуемом участке. В частности интервалы (40;70) метров на профиле 1 и (30;50) метров на профиле 2 находились в области распространения предполагаемой метеоритной воронки (0). Кроме того, интерес вызвали области повышенного УЭС, которые имеются на профилях 2 и 3 (интервалы 40-70 метров и 40-60 метров соответственно), они отсутствуют на профиле 1, который проходил в непосредственной близости от центра воронки.
Магнитная съёмка производилась в области эпицентра аномалии, отмеченной при электроразведочных работах (0). В случае импактного происхождения изучаемой структуры источником магнитных аномалий помимо обломков метеорита [4] могут быть сильно деформированные или выброшенные на поверхность породы, а также последующие изменения зоны ударного воздействия, вызванные поверхностными процессами. Съёмка производилась протонным магнитометром ММРОЗ-2 с чувствительностью 0,01 нТл и среднеквадратической погрешностью - 0,1 нТл. Вариации внешнего поля учитывались с помощью магнитовариационной станции МВ-08 с аналогичными характеристиками. В процессе съёмки одновременно измерялись значения модуля вектора магнитной индукции на высоте 1 и 2 метра над поверхностью земли. Сеть наблюдения представляет собой две пары параллельных (на расстоянии 2 м) профилей (0). Измерения на каждом профиле выполнялись с шагом 2 м. Площадная съёмка 30*30 м с шагом 2 м выполнена с частичным перекрытием всех четырёх профилей (0). Результаты измерений представлены на рис. 4, 5, 6.
Рис. 4. Аномалии модуля вектора магнитной индукции Т на высоте 2 м над поверхностью (а, в) и вертикальный градиент Т (б, г), И - высота рельефа (пунктир)
Выявлен ряд локальных аномалий, связанных, предположительно, с металлическими малоглубинными (до 1 м) объектами (арматура, обрезки труб, детали техники и др.). Такие аномалии, характеризующиеся повышенными (>3 нТл) значениями вертикального градиента, наблюдаются на профиле р1 (0 б) в точках -18 м и 12 м, на профиле р3 (0 г) в точке 38 м и на профиле р4 (0 г) в точках -38 м и 12 м. Несколько аналогичных локальных аномалий наблюдается в западной части участка площадной съёмки (0, слева).
Площадная съёмка: Т, нТл (высота 2 м)
Рис. 5. Результаты площадной съёмки: изолинии Т проведены через 1 нТл (слева). Аномалии модуля вектора магнитной индукции Т относительно среднего значения для всех профилей(р1, р2, р3, р4) -положительные и отрицательные (справа)
В северной части профилей p1 и p2 (0 а) выявлена отрицательная аномалия T в интервале от -35 м до 10 м порядка 5 нТл в сравнении с южной частью профиля. Также в восточной части профилей p3 и p4 (0 в) в интервале от -4 м до 38 м наблюдается отрицательная аномалия T порядка 3 нТл. Указанные аномалии имеют небольшую амплитуду при значительной протяжённости (45 и 42 м, соответственно) и, вероятно, образуют общую область отрицательной аномалии в северо-восточной части исследуемого участка (0, справа), что подтверждается данными площадной съёмки (0, слева). Амплитуда аномалии уменьшается в юго-восточном направлении.
Таким образом, анализ результатов позволяет сделать предварительные выводы о наличии отрицательной магнитной аномалии по направлению простирания СЗ-ЮВ, совпадающей с предполагаемой нарушенной структурой верхней части разреза, возможно, обусловленной падением метеорита.
В ближайших планах группы стоит детальное исследование вероятного места импактного события: подробная площадная съемка методом
электротомографии (установки шлюмберже и поль-диполь, расстояние между электродами не более 2 метров, расстояние между соседними профилями не более 5 метров) и магниторазведки (непрерывная съемка с использованием квантового магнитометра), совместный анализ полученных результатов.
На основании выполненных работ можно заключить:
1. Магнитная съемка, помимо объектов с очевидной техногенной природой, позволила определить наличие отрицательной магнитной аномалии по направлению простирания СЗ-ЮВ.
2. Аномальные зоны, выделенные при интерпретации данных электротомографии коррелируют с аномалиями, полученными по результатам магнитной съемки, и приурочены к вероятной зоне ударного воздействия метеорита.
Авторы благодарят И.Н. Ельцова, В.В. Оленченко, И.Д. Зольникова, А.В. Василевского, Н.Н. Семакова и Е.В. Разину.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Булгаков А.Ю., Манштейн А.К. Геофизический прибор для автоматизации многоэлектродной электроразведки // Приборы и техника эксперимента. 2006. № 4. С. 123-125.
2. Кринов Е. Л. Падения кратерообразующих метеоритов. Метеоритные кратеры. // Основы метеоритики, М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит-ры. - 1955. 391 с.
3. Вишневский С.А. Астроблемы. Новосибирск., Нонпарель, 2007. 288 с.
4. Гуськова Е.Г., Почтарёв В. И. Магнитные свойства метеоритов коллекций Советского Союза. Meteorite Research // Astrophysics and Space Science Library Volume 12, 1969, pp 633-637.
© А. Н. Фаге, С. П. Бортникова, Л. В. Цибизов, П. Г. Дядьков, И. В. Карлов, 2014
