CC BY
74
КАРТИРОВАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗЛОМОВ МЕТОДОМ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ОНЧ ДИАПАЗОНА
Владимир Алексеевич Крутиков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН), 634055, г. Томск, пр. Академический 10/3, директор, заведующий лабораторией геоинформационных технологий, доктор физико-математических наук, тел. 8913-886-69-79, e-mail: [email protected]
Юрий Петрович Малышков,
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН), 634055, г. Томск, пр. Академический 10/3, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, тел. 8-913-820-00-47, e-mail:
Василий Федорович Гордеев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН), 634055, г. Томск, пр. Академический 10/3, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, тел. 8-913-820-00-67, e-mail:
Сергей Юрьевич Малышков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН), 634055, г. Томск, пр. Академический 10/3, научный сотрудник, тел. 8-913-820-00-27, e-mail: [email protected]
Виталий Игорьевич Поливач
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН), 634055, г. Томск, пр. Академический 10/3, младший научный сотрудник, тел. 8-913-820-00-37, e-mail: [email protected]
В статье приведены результаты полевых исследований, пространственных вариаций интенсивности импульсных электромагнитных полей Земли в ОНЧ диапазоне, на площади с различными литологическими и структурными неоднородностями. Предложен новый геофизический метод картирования геологический разломов.
Ключевые слова: естественное импульсное электромагнитное поле Земли (ЕИЭМПЗ), геологический разлом, ОНЧ диапазон, геофизический метод.
GEOLOGICAL FAULT LINES MAPPING USING VLF ELCECTROMAGNETIC FIELDS REGISTRATION METHOD
Vladimir A. Krutikov
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS). 634055, Tomsk. Director, Head of Laboratory, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, tel. 8 913 886 69 79, e-mail: [email protected]
Yury P. Malyshkov
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS). 634055, Tomsk. Senior Researcher, Ph.D. tel. 8 913 820 00 47, e-mail: [email protected]
Vasiliy F. Gordeev
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS). 634055, Tomsk. Senior researcher, Ph.D. tel. 8 913 820 00 67, e-mail: [email protected]
Sergey Yu. Malyshkov
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS). 634055, Tomsk. Research officer, tel. 8 913 820 00 27, email: [email protected]
Vitaliy I. Polivach
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS). 634055, Tomsk. Junior researcher, tel. 8 913 820 00 37, email: [email protected]
The paper contains results of the field research on spatial variations of Earth VLF pulse electromagnetic fields intensity on the area with different lithologic and structural heterogeneities. The new method of geological fault lines mapping is suggested.
Key word: natural Earth pulse electromagnetic field, geological fault line, VLF, geophysical method.
В конце прошлого столетия, усилиями Томской научно-исследовательской группы было начато апробирование новых методов обнаружения структурных и литологических неоднородностей земной коры, поиска и разведки
месторождений полезных ископаемых. Разрабатываемые методы были основаны на регистрации импульсных электромагнитных полей литосферного происхождения.
Поиск неоднородностей осуществлялся на основе регистрации
естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) литосферного происхождения. Импульсы электромагнитного поля в ОНЧ
диапозоне, несущие информацию о строении земной коры и используемые в данном способе, возникают в массивах горных пород вследствие
естественного, постоянно существующего геодинамического, приливного движения земной коры и глубинных деформационных волн, создаваемых эксцентричным вращением внутреннего твердого ядра Земли и ее оболочкой
[1]. Процессы механоэлектрических преобразований энергии, вызванные этими явлениями, сопровождаются потоком электромагнитных импульсов, интенсивность и амплитудно-частотный состав которых определяется структурным и литологическим строением подстилающих пород.
Основополагающим вопросом применения методов регистрации ЕИЭМПЗ в решении геофизических задач является вопрос о «глубинности» этих методов. Наши многолетние исследования убеждают, что естественные импульсные электромагнитные поля Земли несут информацию и о процессах, происходящих на глубине нескольких и даже нескольких десятков километров [2].
Не останавливаясь далее на механизмах возникновения естественного импульсного электромагнитного поля Земли, отметим важный момент, который необходимо учитывать при использовании естественного импульсного электромагнитного поля Земли в решении геофизических задач. Таким моментом является существенная неравномерность регистрируемого потока импульсов в течение суток и года [2]. В большинстве случаев геофизические измерения занимают не больше 10-20 дней. Поэтому годовые вариации полей, как правило, не приводят к существенным ошибкам. Исключение могут составлять работы, выполняемые в апреле и сентябре месяцах, когда интенсивность сигнала меняется с максимальной скоростью. Более существенные ошибки могут возникать за счет влияния внутрисуточных вариаций полей. Интенсивность потока импульсов, например, в утренние часы в летнее время в среднем может отличаться в пять - десять раз от интенсивности сигнала в послеполуденное время суток. Поэтому задача учета временных вариаций ЕИЭМПЗ требует специальной разработки.
При проведении геофизических поисковых работ нами используется метод разделения временных и пространственных вариаций полей, основанный на синхронной регистрации сигнала двумя или несколькими приборами. Для этих целей в настоящее время разработан программно-аппаратный комплекс на основе многоканального геофизического регистратора «МГР-01».
При проведении поисковых геофизических работ один из регистраторов служит в качестве базовой (неподвижной) станции, регистрирующей только временные вариации электромагнитных полей. С помощью других приборов проводят измерения параметров ЕИЭМПЗ по маршрутам, пересекающим исследуемую территорию. Маршрутные станции, в отличие от базовых, реагируют как на временные вариации полей, так и на изменение сигнала, вызванного изменением структуры подстилающих пород и их активности. Интерпретация результатов на исследуемой территории делается после удаления из зарегистрированных пространственно-временных вариаций полей временных составляющих. Разделение пространственных и временных вариаций осуществляется по специально разработанной методике.
При использовании разработанного комплекса, по сравнению с сейсморазведочными методами, не требуется подготовки профилей, взрывных работ, работы могут выполняться одним - двумя операторами в пешем варианте или с использованием любого вида наземного транспорта. За счет этого
снижается в несколько раз трудоемкость, себестоимость и сроки выполнения работ.
Приведем результаты полевых наблюдений по трассе проходящей по территории с известным геологическим строением, в частности через три зоны разломов верхнепалеозойского или мезокайнозойского возраста, разной кинематики, отразившиеся в строении комплекса пород и намеченные по результатам традиционных геофизических методов: горизонтальные сдвиги и сбросы или взбросы. Линейные аномалии, отождествляемые с крутопадающими обводненными зонами повышенной трещиноватости пород и с тектоническими нарушениями дизьюктивного и пликативного характера (коленчатые изгибы моноклинально залегающих слоев).
Измерения проводились от 150,0 до 172,0 км, через 25 м. На каждой физической точке время измерения составляла 2 мин. Для достоверности результатов выборочно проводились повторные измерения в местах, где при первом проходе были обнаружены аномальные значения пространственных вариаций интенсивности сигналов ЕИЭМПЗ.
На рис. 1 представлены результаты маршрута №1 от 151,5 до 153,2 км, пересекающего аномалию, отождествленную с крутопадающей обводненной зоной повышенной трещиноватости пород (151,8 - 152,0 км) и линеаменты обнаруженные по протяженному изменению гравитационного поля (151,5 км). На графике, статистически достоверно, наблюдается экстремум интенсивности ЕИЭМПЗ в этой области, что, по видимому, обусловлено вышеуказанными нарушениями в строении земной коры.
151.6 151.8 152.0 152.2 152.4 152.6 152.8 153.0 153.2
Расстояние, км
Рис. 1. Пространственные вариации интенсивности ЕИЭМПЗ по маршруту №1, при прямом (Ч1сг) и обратном ходе (Ч1обсг)
Маршрут №2 от 155 до 159,5 км пересекал разлом (155,5 - 157,0 км) и тектоническое нарушение дизьюктивного и пликативного характера (158,7 км). На рис. 2 представлены результаты изменения интенсивности импульсного потока ЕИЭМПЗ по маршруту №2.
Из рисунка видно, что борта разлома и линеаменты выявленные картированием гравитационного поля проявились повышенной интенсивностью сигнала ЕИЭМПЗ.
На рис. 3 представлены результаты исследований пространственных вариаций ЕТЭМПЗ от 162 до 172,5 км, маршрут пересекал два разлома, аномалию повышенной трещиноватости и линеамент гравитационного поля. Из рисунка видно, что все границы геологических нарушений, кроме одного борта разлома на 162,0 км, проявились в виде повышения интенсивности сигнала. Следует отметить, что измерения проводились дважды от 167,5 до 172,5 км. Аномалии ЕИЭМПЗ хорошо воспроизводятся при повторных измерениях.
В заключение подчеркнем наиболее важную особенность предложенного метода, обеспечивающую преимущества данного способа геофизической разведки по сравнению с другими.
О
X
н
о
со
1=
СО
ш
-а
I—
о
0
1 т
О
х
Ф
ь
2,6
2.4 2,2 2,0
1,8 ■ 1,6'
1.4 1,2 ■ 1,0' 0,8 ■ 0,6
,
см ГГ 1 ■ деньЗ! Вег
I
я [ 1
/I ! И ,,м Л
! \ \ и 1\ , г
/ “ ^ % к/ III '1 (V
Г "и *
155,0 155,5 156,0 156,5 157,0 157,5 158,0 158,5 159,0 159,5
Расстояние, км
Рис. 2. Пространственные вариации интенсивности ЕИЭМПЗ по маршруту №2
Рис. 3. Пространственные вариации интенсивности ЕИЭМПЗ по маршруту от
162,0 до 172,5 км
Источниками сигналов в горных породах являются литологические и структурные неоднородности, генерирующие сигнал за счет микродвижения горных пород, вызванных естественными процессами в земной коре. Это обеспечивает экологичность метода, его избирательную чувствительность к границам всевозможных геологических структур.
Предложенный способ геофизической разведки совмещает в себе положительные моменты электроразведочных и сейсморазведочных способов. По сравнению с сейсморазведкой предлагаемый способ не требует специальной подготовки профилей, взрывных работ, значительно снижается трудоемкость, себестоимость и сроки выполнения геофизических работ.
Как показано в наших работах характеристики ЕИЭМПЗ оказываются чрезвычайно чувствительными не только к границам структурных и литологических неоднородностей земной коры, но, что не менее важно (в плане практического применения), к напряженно-деформированному состоянию массивов горных пород. Предложены способы выделения как глобальных пространственно-временных вариаций ЕИЭМПЗ, так и региональных и мелкомасштабных вариаций. Выявляя вариации различного масштаба можно прогнозировать время энергию и координаты эпицентров готовящихся землетрясений [3], активизацию опасных оползневых процессов и провалов грунта на территориях бывших шахтных выработок [4].
Уже на данном этапе, метод получил широкое практическое применение в инженерной геологии для оценки устойчивости оползневых склонов и определения напряженно-деформированного состояния грунтов на подрабатываемых территориях.
Работа выполнена в рамках проекта ИМКЭС СО РАН по интеграционной программе Президиума РАН №4 «Природная среда России: адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики» (координатор - академик Лавёров Н.П.).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. The Earth's Core: Structure, Properties and Dynamics, Editors: Jon M. Phillips, 2012 Nova Science Publishers, Inc. ISBN: 978-1-61324-584-2 (Chapter 6, Yury P. Malyshkov, Sergey Yu. Malyshkov Eccentric Motion of the Earth’s Core and Lithosphere: Origin of Deformation Waves and their Practical Application pp. 115-212.
2. Малышков, Ю.П. Периодические вариации геофизических полей и сейсмичности, их возможная связь с движением ядра земли [Текст] / Ю. П. Малышков, С. Ю. Малышков,// Геология и геофизика. - 2009. - №2. - С. 152-172.
3. Малышков Ю.П., Джумабаев К.Б., Малышков С.Ю., Гордеев В.Ф., Шталин С.Г., Масальский О.К. Способ прогноза землетрясений. - Патент РФ № 2238575, выдан 20.10.2004. - Бюл. № 29.
4. Гордеев, В.Ф. Оценка напряженно деформированного состояния горных пород по трассам магистральных газопроводов методом регистрации радиошумов земли в ОНЧ диапазоне [Текст] / В. Ф. Гордеев, С. Ю. Малышков, В. И. Поливач, С. Г. Шталин // Сб. материалов VII Международного научного конгресса «ГЕ0-СИБРЬ-2011», 19-21 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: 2011. - Т. 1. - Ч.1. - С. 127-132.
© В. А. Крутиков, Ю. П. Малышков, В. Ф. Гордеев, С. Ю. Малышков, В. И. Поливач, 2012
