CC BY
72
УДК 550.389
1 2 1 Р.А. Рахматулин, С.Ю. Хомутов, В.В. Харченко
1ИСЗФ СО РАН, Иркутск; 2АСФ ГС СО РАН, Новосибирск
РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТНОЙ СЪЕМКИ НА ЛЬДУ ОЗ. БАЙКАЛ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Представлены предварительные результаты магнитной съемки на льду оз. Байкал. Рассмотрены некоторые технические и методические аспекты съемки, сделана оценка точности.
R.A. Rakhmatulin(1, S.Yu. Khomutov(2, V.V. Kharchenko(11
(1) -Institute of Solar-Terrestrial Physics of SB RAS, Irkutsk; (2) - Altay-Sayan Branch of Geophysical Survey of SB RAS, Novosibirsk
THE RESULTS OF THE MAGNETIC SURVEY AT ICE OF BAYKAL LAKE: TECHOLOGY AND METHODICAL ASPECTS
The preliminary results of the magnetic survey at ice of Baikal Lake are presented. Some technical and methodical aspects and the accuracy estimations are considered.
1. Введение
Байкальская рифтовая зона (БРЗ) и, в частности, ее центральное звено -оз. Байкал, является объектом для обширных научных и прикладных исследований. Изучение БРЗ проводится различными методами: сейсмологическими, гравиметрическими, магнитными и другими. Исторически первичная геофизическая информация была получена с помощью гравиметрических и магнитных съемок, выполняемых как часть крупномасштабных проектов [1]. В настоящее время приоритет отдается сейсмическим методам (см., например, [2, 3]).
В экспериментальных исследованиях магнитного поля БРЗ и его центральной части - оз. Байкал, можно выделить три этапа:
1) Аэромагнитная съемка в 60-х годах, обобщение результатов которой представлено в работах [4, 5, 6];
2) Гидромагнитная съемка всей акватории оз.байкал, выполненная в 1970 г. С помощью протонного магнитометра пм-5 с катера, некоторые детали изложены в работе [7]. Сюда же можно отнести комплексную гидромагнитную съемку, выполненную в 1977 г. С помощью аппаратуры института океанологии ан ссср в отдельных районах оз. Байкал, в т.ч. Компонентные магнитные измерения по отдельным профилям, сопровождающиеся эхолотными измерениями и сейсмопрофилированием. Результаты этих работ изложены в статье [8], к сожалению, детали выполненной съемки в статье упущены;
3) Проведение с 80-х годов (разовые наблюдения - в более ранние периоды) практически непрерывных магнитных измерений в отдельных
локальных областях брз, которые ориентированы на тектономагнитные задачи в интересах прогноза землетрясений (см., например, работу [9]).
Таким образом, с конца 70-х годов прошлого столетия массовые магнитные измерения в БРЗ для изучения аномального магнитного поля практически не проводились. Вероятная причина этого - относительно высокая стоимость полевых работ. В последующем, при возобновлении экспериментальных работ, акцент был сделан на сейсмические методы, бурение и глубоководные погружения. Также усилия были направлены на развитие методов интерпретации данных, в т.ч., полученных ранее (см, например, [10]).
Отметим, что данные по магнитному полю БРЗ - это практически только аномалии модуля индукции F, частично дополненные вариационными профильными измерениями компонент H и Z. Измерения полного вектора как в постоянных пунктах (за исключением магнитной обсерватории "Патроны" ИСЗФ СО РАН и частично - на станции ИНГГ СО РАН в п.Энхэлук), так и при съемках не выполнялись.
2. Используемая аппаратура, район съемки, условия наблюдений
Для проведения компонентной магнитной съемки на льду оз. Байкал использовались следующие приборы:
- Протонный оверхаузеровский магнитометр POS-1 в обсерваторском (регистрация на ноутбук) и полевом (регистрация на специальный накопитель DLPOS) варианте. Абсолютная точность измерения модуля магнитной индукции F около 0.5 нтл, периодичность измерений до 1 с;
- DI-магнитометр для измерения магнитного склонения и наклонения на базе немагнитного теодолита 3Т2КП и феррозондового датчика в качестве нуль-индикатора. Инструментальная погрешность угловых компонент поля около 5-15", наклонение определялось в абсолютном смысле, склонение - в относительном (был необходим азимут удаленного репера). Для установки магнитометра использовался немагнитный штатив;
- Магнитометр М-27М для определения приращения вертикальной составляющей Z с приборной погрешностью около 4-5 нтл.
Магнитометры перед полевыми измерениями были протестированы на обсерваториях "Патроны" (ИСЗФ СО РАН, Иркутск) и "Ключи" (АСФ ГС СО РАН, Новосибирск). Непосредственно перед выездом на лед на станции "Узур" были выполнены специальные тестовые наблюдения в условиях, близких к реальным. Отметим также, что в период полевых измерений на станции Узур с помощью феррозондового трехкомпонентного магнитометра LEMI-418 непрерывно измерялись составляющие D,H,Z, что обеспечивало съемку достаточно представительными данными о вариациях поля.
Геодезические координаты на маршруте и точное время определялись с помощью GPS-навигатора Garmin eTrex Legend. Автономное питание обеспечивалось двумя батареями 12В, 175 АхЧас и конвертером 12-220В.
Велась фото- и видеосъемка. Для перевозки аппаратуры и специалистов по льду были задействованы два автомобиля УАЗ-3909.
Район проведения магнитной съемки (к северу от о.Ольхон до Ушканьих островов) был предварительно определен исходя из результатов выполненного анализа состояния магнитной изученности Байкала, интересных в научном плане районов, а также с учетом возможных базовых стоянок и ледовой обстановки. Первый профиль был проложен вдоль Академического хребта, два вторых были спланированы по результатам первого дня измерений и проложены поперек первого от западного до восточного берегов (см. рис. 1). Поскольку DI-наблюдения более трудоемки, было решено выполнять их через 10 км, а измерения dZ и F - каждые 5 км.
Общая протяженность профилей около 150 км, общее количество пунктов измерений dZ, F - 32, в том числе определение полного вектора (0,1^) сделано на 16 пунктах.
Съемка на льду была выполнена в течение 6-8 марта 2009 г., по одному профилю каждые сутки (первоначально планировалось шесть суток работы, но обстоятельства вынудили завершить
измерения раньше).
Метеорологические условия были приемлемыми -температура в дневное время не опускалась ниже -10°С, ветер переменный до сильного. 6 марта погода была солнечная, 7 и 8 марта -переменная облачность, снег. Ледовая обстановка была благоприятной -безопасный лед толщиной свыше 1 м, торосы по маршруту практически не встречались. Магнитных возмущений в период измерений не было, К-индекс 6-7 марта не превышал 1, 8 марта был не более 3.
3. Методика измерений
Методика измерений магнитометрами М-27М и POS-1 была стандартная. Методика DI-измерений также соответствовала общепринятой на магнитных обсерваториях. На каждом пункте профиля выполнялось две полных серии определения склонения и наклонения, включая измерение F над штативом в конце ОІ-наблюдений. Оценка точности измерения сЮ и I по парным результатам дает около ±0.8' и ±8", соответственно.
Рис. 1. Расположение профилей магнитной съемки. Профиль 1 в направлении "ЮЗ-СВ" (мыс Хобой - о. Бол. Ушканий), профиль 2 - "СЗ-ЮВ" (мыс Шартлай - мыс Маркова), профиль 3 - "СЮ" (мыс Рытый - акватория с максимальной глубиной)
Важным моментом была необходимость определения на каждом пункте азимута удаленного репера, необходимого для вычисления магнитного склонения. Использовались два метода - астрономический и геодезический.
В первом методе азимут репера определялся по измерению азимута Солнца согласно [11]. На каждом пункте выполнялось две независимых серии, каждая из которых занимала около 10 мин. Погрешность определения азимута оценивается не хуже 0.5'.
При отсутствии видимости Солнца использовался приближенный геодезический метод: с помощью GPS-навигатора определялись
геодезические координаты пункта измерений и удаленного репера, в качестве которого использовался автомобиль, который отъезжал на 1-3 км. Затем вычислялся азимут на эллипсоиде в системе WGS84. Формальная оценка точности по погрешности плановых координат составляет около 5-8', однако сравнение азимутов репера, полученных одновременно двумя методами на трех пунктах, показало, что разница не превышает 1-2'.
Поскольку поле во время съемок было достаточно спокойным и изменения за 10-20 мин. были малы по сравнению с пространственными вариациями, то измерения D,I,F на одном пункте формально рассматривались как одномоментные и специальные редукции для предварительного анализа не применялись.
4. Основные результаты и обсуждение
На рис. 2 представлены оценки пространственного распределения различных элементов поля, полученные по данным магнитной съемки. В целом можно отметить наличие нескольких аномалий в склонении D с перепадом до 30' и достаточную однородность распределения наклонения I с медленным ростом от Ольхона к Ушканьим о-вам тоже примерно на 30'. Изодинамы F показывают пространственную изменчивость более 400 нТл с отрицательными аномалиями вблизи восточного берега и положительными -у западного. Сопоставление полученной картины распределения F с данными в [S, 12] в целом показало совпадение, хотя существуют некоторые различия.
Рис. 2. Пространственное распределение магнитного склонения D, наклонения I и модуля индукции F по результатам магнитной съемки на акватории оз. Байкал в марте 2009 г. Символом "о" отмечены пункты профилей, на которых выполнялись измерения
Необходимо отметить следующие моменты, которые показала выполненная съемка:
- Качество полевых измерений на поверхности льда при температурах до -10 °С вполне приемлемо для оценки пространственных вариаций поля (аномалии с амплитудами в сотни нТл). Погрешности определения склонения (без учета возможных ошибок в определении удаленного репера) оцениваются в 1-1.5', погрешности наклонения - в 0.1-0.2'. Точность F-измерений с помощью магнитометра POS-1 - не хуже 1 нТл, точность приращений dZ - на уровне первых десятков нТл;
- Требуется более строгий контроль достоверности оперативной информации из-за почти неизбежных ошибок при считывании показаний приборов и ручной их записи в полевом журнале (оптимально -непосредственно на пункте наблюдений, без демонтажа настроенных магнитометров);
- Остается неопределенным вопрос о надежности определения азимута удаленного репера по GPS-координатам (оценки получаются на уровне 1-2'). Однако ясно, что расстояние до репера должно быть как можно большим, возможно - 5-10 км или больше.
Благодарности. Авторы благодарят начальников метеорологических станций "Узур" и "Ушканьи острова" за помощь в организации и проведении работ на льду. Работа выполнена при поддержке регионального гранта РФФИ 08-05-98073-р_сибирь_а.
1. Новоселова М.Р. Об особенностях и источниках гравитационных и магнитных аномалий северо-восточной части Байкальской рифтовой зоны // Байкальский рифт. -Новосибирск: Наука, 1975. - С. 50-65.
2. Emmerson B., Jackson J., McKenzie D., Priestley K. Seismicity, structure and rheology of the lithosphere in the Lake Baikal region // Geophys. J. Int. - 2006. - V.167. - P. 1233-1272.
3. Яковлев А.В., Кулаков И.Ю., Тычков С.А. Глубина Мохо и трехмерная структура сейсмических аномалий земной коры и верхней мантии в Байкальском регионе по данным локальной томографии // Геол. и геофизика. - 2007. - Т. 48, № 2. - С. 261-282.
4. Блюменцвайг В.И., Мандельбаум М.М. О некоторых вопросах тектоники СаяноБайкальской горной области и сопредельных территорий по данным аэромагнитной съемки // Геофизические исследования при решении геологических задач в Восточной Сибири. - М.: Недра, 1964. - Вып. 3. - С.
5. Булмасов А.П. Некоторые особенности геофизических полей и структуры земной коры Прибайкалья // Байкальский рифт. - М.: Наука, 1968. - С. 113-123.
6. Коростин П.В. Магнитное поле Прибайкалья и опыт его геологической интерпретации // Байкальский рифт. - М.: Наука, 1968. - С. 131-140.
7. Анистратенко А.Г., Белугина П.В., Коростин П.В. и др. Магнитная съемка озера Байкал // Геомагн. и аэрономия. - 1973. - Т. 13, № 2. - С. 387-388.
8. Валяшко Г.М., Мирлин Е.Г., Шрейдер А.А. и др. Аномальное магнитное поле акватории озера Байкал // Геолого-геофизические и подводные исследования озера Байкал. - М., 1979. - С. 111-118.
9. Дядьков П.Г., Мандельбаум М.М., Татьков Г.И. и др. Особенности развития сейсмотектонического процесса и процессов подготовки землетрясений в центральной части Байкальской рифтовой зоны по результатам тектономагнитных исследований // Геол. и геофизика. - 1999. - Т. 40. - № 3. - С. 346-359.
10. Эпов М.И., Неведрова Н.Н., Санчаа А.М. Геоэлектрическая модель Баргузинской впадины Байкальской рифтовой зоны // Геол. и геофизика. - 2007. - Т. 48. -№ 7. - С. 811-829.
11. Уралов С.С. Курс геодезической астрономии. - М.: Недра, 1980. - 592 с.
12. Новоселова М.Р. Магнитная модель Байкальской впадины // Сейсмичность и глубинное строение Прибайкалья. - Новосибирск: Наука, 1978. - С. 88-94.
© Р.А. Рахматулин, С.Ю. Хомутов, В.В. Харченко, 2010
