О природе магнитных эффектов в пункте Стволовая на восточном побережье оз. Байкал в период стояния ледового покрова Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.389.3 + 551.326.8 + 551.343

О ПРИРОДЕ МАГНИТНЫХ ЭФФЕКТОВ В ПУНКТЕ СТВОЛОВАЯ НА ВОСТОЧНОМ ПОБЕРЕЖЬЕ ОЗ. БАЙКАЛ В ПЕРИОД СТОЯНИЯ ЛЕДОВОГО ПОКРОВА

Петр Георгиевич Дядьков

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского Отделения Российской Академии наук (ИНГГ СО РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, зав. лабораторий естественных геофизических полей ИНГГ СО РАН, доцент кафедры геофизики геолого-геофизического факультета Новосибирского государственного университета, кандидат геолого-минералогических наук, тел. (383)333-03-99, e-mail: DyadkovPG@ipgg. sbras.ru

Александра Аглямовна Дучкова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского Отделения Российской Академии наук (ИНГГ СО РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, инженер, тел. +7(383)333-03-99, e-mail: [email protected]

Дмитрий Александрович Кулешов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского Отделения Российской Академии наук (ИНГГ СО РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, аспирант, тел. +7(383)333-29-05, e-mail: KuleshovDA@ipgg. sbras.

Александра Викторовна Левичева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского Отделения Российской Академии наук (ИНГГ СО РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, аспирант, тел. +7(383)333-29-05, e-mail: [email protected]

Дарья Михайловна Павлова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» (НГУ), 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, студент геолого-геофизического факультета НГУ, e-mail: [email protected]

Специальные экспериментальные исследования и теоретические оценки позволили установить, что некоторые из наблюдаемых в феврале-марте в пункте Стволовая магнитных эффектов могут иметь магнитоупругую природу и быть связаны с воздействием ледового покрова на прибрежные массивы горных пород при тепловом расширении. Интерпретация этих аномалий в рамках магнитоупругого механизма позволила оценить механические напряжения, которые оказались равными ~ 0.1 - 0.2 МПа.

Ключевые слова: тектономагнитный мониторинг, озеро Байкал, воздействие ледового покрова, магнитоупругий эффект.

ON THE NATURE OF MAGNETIC EFFECTS AT STVOLOVAYA STATION ON THE EAST COAST OF LAKE BAIKAL DURING THE PERIOD OF ICE COVERAGE

Petr G. Dyadkov

Trofimuk Institute Of Petroleum Geology And Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, ave. Academician Koptyuga 3, head of laboratory of natural geophysical fields, docent of geophysics department of Novosibirsk State University, Ph.D., tel. +7(383)333-03-99, e-mail: [email protected]

Alexandra A. Duchkova

Trofimuk Institute Of Petroleum Geology And Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, ave. Academician Koptyug 3, engineer, tel. +7(383)333-29-05, e-mail: [email protected]

Dmitry A. Kuleshov

Trofimuk Institute Of Petroleum Geology And Geophysics SB RAS, 630090, Russia,

Novosibirsk, ave. Academician Koptyug 3, postgraduate, tel. +7(383)333-29-05, e-mail: KuleshovDA@ipgg. sbras.ru

Alexandra V. Levicheva

trofimuk institute of petroleum geology and geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, ave. Academician Koptyug 3, postgraduate IPGG SB RAS, tel. +7(383)333-29-05, e-mail: [email protected]

Darja M. Pavlova

Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, ave. Pirogova 2, student, e-mail: [email protected]

Special experimental studies and theoretical estimates allowed to establish that some from observed in February-March in the Stvolovay station magnetic effects can have the piezomagnetic nature and to be connected with impact of an ice cover on coastal massifs of rocks at temperature changes. Interpretation of these anomalies within the piezomagnetic mechanism allowed to estimate the mechanical stresses which equal ~ 0.1 - 0.2 MPa.

Key words: tectonomagnetic monitoring, Lake Baikal, effect of ice cover, piezomagnetic effect.

На Байкальском геодинамическом полигоне в пределах Зареченской магнитной аномалии детально исследуются геомагнитные эффекты различной природы, выявляемые при проведении непрерывных синхронных наблюдений на стационарном пункте «Стволовая» в районе Зареченской магнитной аномалии и в 15 км от нее на базовом пункте «Энхалук». Разработанные методические приемы учета и исключения ряда геомагнитных эффектов, таких как индуктивный и ориентационный эффекты геомагнитных вариаций, вековая вариация, значительно повысили чувствительность и информативность тектономагнитного метода [1, 2]. Благодаря этому в пункте Стволовая удалось выявить магнитные эффекты с амплитудой до 0.7 нТл в феврале - марте 2008 года (рис. 1).

Из рис. 1 видно, что долговременный температурный тренд с середины февраля до конца марта не сопровождается трендом в данных магнитных наблюдений, что имело бы место в случае значимого температурного коэффициента у используемой аппаратуры либо каких-либо природных источников с такого же типа зависимостью. В то же время, на более коротких периодах, при достаточно быстрых изменениях температуры, такая зависимость хорошо прослеживается с 20-х чисел февраля по середину марта, что является основанием для предположения о другом типе механизма взаимосвязи между температурой и эффектами в магнитном поле, например, о магнитоупругом, вызванным эпизодическими воздействиями ледового покрова на береговые массивы горных пород при тепловом расширении. В этом случае на длинных периодах за счет развития дислокаций в ледовом покрове, льдотрясений и подвижек по имеющимся трещинам значительного накопления упругих деформаций в ледовом покрове не происходит.

Рис. 1. Пример аномального изменения ежедневных значений модуля вектора магнитной индукции dTск.ср. в пункте Стволовая относительно базовой станции Энхалук (скользящие средние из 3-х значений) и изменение среднесуточной температуры с 14 февраля по 31 марта 2008 года. Прямыми линиями обозначены тренды соответствующих кривых

Для определения роли возможных источников изменений в аномальном магнитном поле в п. Стволовая, проведены специальные экспериментальные

исследования пространственных градиентов магнитного поля в местах расположения датчиков магнитных станций, определена магнитная восприимчивость почв и подлежащих осадочных пород в этих местах.

Получено, что величины вертикального градиента на высоте датчика (120 - 130 см) на 2-х станциях не превышают 0.02 нТл/см и только для одной из станций он составляет 0.35 нТл/см. При таких градиентах значительные изменения магнитного поля за счет изменения высоты расположения датчиков при промерзании и оттаивании почвы маловероятны.

Определена магнитная восприимчивость почвы и подстилающих ее песков около станции «Бункер». Для измерений использовался каппа-мост KLY-2. Значение магнитной восприимчивости почвы (%) составило 13 х 10-5 ед.СИ, а песка - 79,010-5 ед.СИ. Породы с такими значениями % не могут генерировать значительные аномалии, тем более при близком к горизонтальному залегании осадочных слоев горных пород. Соответственно, вертикальный градиент поля на высоте около 130 см меняется слабо, что и подтвердили результаты измерения градиента, изложенные выше.

На основе полученных экспериментальных данных была оценена величина механических напряжений, которые могли быть источником регистрируемых в феврале - марте магнитных аномалий в предположении магнитоупругого механизма. Амплитуда зарегистрированных магнитных аномалий достигала 0,4 - 0,8 нТл (например, в 2008 году). Магнитоупругий коэффициент был принят равным

10° 1/МПа. Значение магнитной восприимчивости коренных пород измерялось нами в полевых условиях на скальных обнажениях вблизи магнитных станций и составило для разных

3 2

пород (как правило, гранодиориты и граносиениты) от 5 х 10 до 2 х 10 ед. СИ. Для расчетов было взято значение 10 ед. СИ. Поскольку источник силовых воздействий и коренные породы находились близко к земной поверхности, в качестве аномального магнитного тела было принято однородно намагниченное полупространство. Получилось, что необходимые для генерации наблюдаемых изменений в магнитном поле механические напряжения должны быть равны 0.1 - 0.2 МПа. Эти значения приблизительно на один - полтора порядка ниже предела прочности льда (максимальные значения - около 5 МПа).

Выполнены оценки напряжений в ледовом покрове оз. Байкал, обусловленные потеплением воздуха на 20°С для размеров ледовой пластины 40 км и модуля Юнга льда = 3 109 Па. Эти напряжения получились равными 0.42 МПа, что составляет четверть или половину от значений напряжений (0.1 - 0.2 МПа), полученных выше в результате интерпретации зарегистрированных магнитных эффектов в пункте Стволовая. При этом следует учитывать эффект ослабления поля напряжений с удалением от берега, поскольку ближайшие пункты регистрации магнитного поля расположены в 200-300 м от береговой линии.

Полученные результаты значительно сузили количество потенциальных источников, которые могут быть причиной наблюдаемых в феврале-марте

магнитных аномалий, и существенно повысили вероятность их магнитоупругой природы.

Отдельные разделы данного исследования поддержаны проектами МИП СО РАН 73, ПФНИ УШ.70.2.3, партнерского 54, Президиума РАН 4.1.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дядьков П.Г., М.М. Мандельбаум, Татьков Г. И. и др. Особенности развития сейсмотектонического процесса и процессов подготовки землетрясений в центральной части Байкальской рифтовой зоны по результатам тектономагнитных исследований // Геология и геофизика, 1999, т. 40, №3, с. 346 - 359.

2. Кулешов Д.А., Дядьков П.Г. Проблемы и методы учёта вековой вариации при проведении геомагнитных наблюдений и съемок в Сибири // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Международный научный конгресс: Международная научная конференция «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых»: сб. мат. в 3 томах (Новосибирск, 1526 апреля 2013 г.). Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2.- С. 171-175.

© П. Г. Дядьков, А. А. Дучкова, Д. А. Кулешов, А. В. Левичева, Д. М. Павлова, 2014