CC BY
14
УДК 550.37
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-3-281-287
РЕЗУЛЬТАТЫ МНОГОЛЕТНЕГО МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В СЕЙСМОАКТИВНОЙ ЗОНЕ ГОРНОГО АЛТАЯ МЕТОДАМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Нина Николаевна Неведрова
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, доцент, тел. (913)890-26-45, e-mail: NevedrovaNN@ipgg.sbras.ru
Петр Валерьевич Пономарев
Сейсмологический филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, инженер, тел. (913)713-71-83, e-mail: petruss@bk.ru
В статье рассмотрены результаты многолетнего мониторинга методами вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электротомографии (ЭТ), выполненного на территории западной части Чуйской впадины Горного Алтая. Проведен анализ динамики изменений коэффициента электрической анизотропии на основе полевых данных, полученных в период 2004-2017 гг.
Ключевые слова: вертикальное электрическое зондирование, электротомография, Чуйское землетрясение, электрическая анизотропия, геоэлектрическое строение западной части Чуйской впадины.
MULTI-YEAR MONITORING RESULTS OF ELECTROPHYSICAL PARAMETERS IN ALTAI MOUNTAINS SEISMOACTIVE AREA BY DIRECT CURRENT RESISTIVITY METHODS
Nina N. Nevedrova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, D. Sc., Leading Researcher; Novosibirsk National Research State University, 2, Pirogova St., Novosibirsk, 630073, Russia, Associate Professor, phone: (913)890-26-45, e-mail: NevedrovaNN@ipgg.sbras.ru
Peter V. Ponomarev
Seismological Branch of Federal Research Center Geophysical of RAS, 3, Prospect
Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Engineer, phone: (952)916-79-62, e-mail: PonomarevPV@ipgg.sbras.ru
The article describes the results of multi-year VES and ERT studies, performed in the territory of the western part of Chuya basin of the Altai Mountains. An analysis of the dynamics of the changes in the electric anisotropy coefficient on the basis of field data obtained in the period 20042017 is carried out.
Key words: vertical electric sounding, ERT, Chuya earthquake, electrical anisotropy, seismi-cally active zone, geoelectric structure.
В западной части Чуйской впадины, в долине р. Чаган, выполняется многолетний мониторинг электрофизических параметров разреза (удельное электрическое сопротивление, электрическая анизотропия). Чуйское землетрясение 2003 г. с М = 7,3 существенно изменило облик долины и состояние массива горных пород. Магистральный разрыв землетрясения проявился на дневной поверхности в верховьях р. Чаган в виде ориентированной трещиноватости (рис. 1).
Рис. 1. Общая схема измерений комплекса методов геоэлектрики
в долине р. Чаган
В Чуйско-Курайской зоне пока не завершен афтершоковый процесс, и происходят землетрясения разной магнитуды, в результате которых возникают новые сейсмодислокации, активизируются участки существующих разломов. Состояние геологической среды нельзя назвать стабильным. Регулярные наблюдения в долине за геоэлектрическими параметрами (УЭС, коэффициентом анизотропии) осуществляются с 2004 г. методом ВЭЗ. Для анализа этих наблюдений необходимы достоверные и детальные данные о геоэлектрическом
строении участка, подтвержденные геологической информацией, которой здесь накоплено немало [1]. Например, в левом борту долины р. Чаган расположен одноименный разрез, который является одним из ключевых при изучении четвертичной истории Горного Алтая. Разрез подробно описан специалистами -геологами, выделены основные свиты, определен их возраст. В зоне этого разреза выполнены параметрические ВЭЗ, по результатам интерпретации которых получены значения удельного электрического сопротивления основных лито-логических комплексов, слагающих осадочный чехол долины, что увеличивает достоверность интерпретации всего объема полученных данных [2].
С учетом небольшой ширины долины с крутыми обрывистыми склонами, здесь в течение 2004-2017 гг. создана система наблюдений методом ВЭЗ, ЗС, электротомографии (см. рис. 1). Пункты ВЭЗ размещены по трем профилям северо-восточного простирания в пределах относительно плоского днища долины, минуя отдельные сильно заболоченные участки и крутые осыпи. С юго-запада профили ограничены горным ригелем долины, а с запада и востока -горными массивами.
Профиль 1
Расстояние, м
Профиль 2
211 567 1527 4112 11068 29794
УЭС, Ом м
Рис. 2. Разрезы по данным электротомографии по крестовым профилям № 1 и № 2
Начиная с 2012 г. выполняются измерения методом электротомографии (ЭТ), в основном в зонах разломных структур [3]. С помощью измерений ЭТ наряду с ВЭЗ можно определять анизотропные характеристики разреза. Для
этого ЭТ выполняется по крестовым профилям в трещиноватых зонах, вдоль и поперек направления трещин. Крестовые профили 1 и 2 были выполнены в 2012 г. в районе кругового ВЭЗ 13-14 для прослеживания изменений УЭС верхней части разреза (рис. 2). Для определения коэффициента анизотропии разработана методика интерпретации данных электротомографии. Так как профили 1 и 2 пересекаются в пункте крестового ВЭЗ 13-14, можно сопоставить результаты двух методов [4].
Электрическую анизотропию можно определять по-разному. Геоэлектрические параметры разреза оцениваются на основе решения обратной задачи. Коэффициенты электрической анизотропии (X) рассчитываются для крестовых ВЭЗ как отношения суммарных продольных проводимостей вдоль и поперек выбранного направления. Значения X за все годы наблюдений после сильного сейсмического события приведены в табл. 1. В этом случае X характеризует среднее значение анизотропии всей осадочной толщи.
Таблица 1
Коэффициенты анизотропии по данным ВЭЗ № 13-14, № ВЭЗ 15-16
в зоне трещин
Год 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Л13-14 4.87 1.19 0.79 0.74 0.78 0.86 0.67
Л15-16 2.04 1.05 0.90 0.94 1.06 0.90 0.81
год 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Л13-14 0.60 0.80 0.67 0.62 0.66 0.74 0.91
Л15-16 0.96 0.86 1.00 0.75 0.63 0.70 0.71
Анализ данных табл. 1 свидетельствует о том, что в районе пункта ВЭЗ № 13-14, расположенного в зоне развития трещин, в 2004 г. коэффициент электрической анизотропии осадочной толщи был максимальным, в 2005 г X = 1.2, далее его значение мало изменяется, и в 2017 г. близко к единице.
На рис. 3 представлены графики X для всех крестовых ВЭЗ, выполненных в долине.
По данным 2012 г. были сопоставлены коэффициенты анизотропии, определенные по суммарной продольной проводимости разреза для методов электротомографии (ЭТ) и ВЭЗ, они не слишком отличаются и соответственно равны 0.71 и 0.81.
Но если рассмотреть и сопоставить кривые ВЭЗ по разным направлениям, то хорошо видны интервалы разносов, на которых они различаются (области максимума и минимума кривых, правая восходящая ветвь), что свидетельствует о присутствии анизотропии в верхних высокоомных слоях разреза, в проводящем горизонте и в фундаменте (рис. 4).
Рис. 3. Графики значений X за 2004-2017 гг. измерений всех крестовых ВЭЗ
Рис. 4. Кривые рк по взаимно перпендикулярным направлениям
в пункте ВЭЗ № 13-14
Далее X рассчитан также на основе решения обратной задачи для каждого горизонта разреза. В табл. 2 показаны модели по данным крестовых ЭТ и ВЭЗ, а также значения коэффициента анизотропии осадочных горизонтов по данным обоих методов.
Кроме того, были сопоставлены кривые кажущегося удельного сопротивления в двух взаимно перпендикулярных направлениях по данным ВЭЗ, рассчитанные по данным электротомографии (рис. 5).
Таблица 2
Коэффициенты анизотропии осадочных горизонтов разреза по данным ВЭЗ 13-14 и профили электротомографии № 1 и № 2 (2012 г.)
№ слоя Мощность, м р(ЭТ 13), Ом-м р(ЭТ 14), Ом-м р(ВЭЗ 13), Ом-м р(ВЭЗ 14), Ом-м X по ЭТ X по ВЭЗ
1 0.65 433 1270 182 120 1.71 0.81
2 4.75 1 615 7 000 2.08
3 2 4 700 2 700 945 25 000 0.75 5.14
4 30 15 000 12 700 10 400 9 800 0.92 0.97
5 100 61 82 55 82 1.16 1.22
6 - - - 4 700 9 000 - 1.38
а)
Рис. 5. Сопоставление данных ВЭЗ и электротомографии для крестовых наблюдений: а) ВЭЗ № 13, профиль ЭТ № 1; б) ВЭЗ № 14, профиль ЭТ № 2
Из представленной информации можно сделать вывод о том, что анизотропия тонких высокоомных горизонтов верхней части разреза (до глубины 20-25 м.), скорее всего, обусловлена приповерхностными неоднородностями, которые хорошо видны на разрезах электротомографии на рис. 2. Для глубоких горизонтов анизотропные характеристики по-прежнему значительны: X = 1.22 для проводящего горизонта, залегающего в интервале ~ 40-140 м; X достигает 1.38 для пород кровли фундамента на глубине свыше 140 м.
Вывод
В настоящее время состояние трещиноватых (разломных) зон в долине р. Чаган, образовавшихся в результате катастрофического Чуйского землетрясения, характеризует электрическая анизотропия слоев разреза с глубиной залегания более 40 м, а не ее средние значения для всей осадочной толщи. Максимальные значения X получены на глубинах, превышающих 140 м.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Девяткин Е. В. Кайнозойские отложения и неотектоника юго-восточного Алтая. -М. : Наука, 1965. - 244 с.
2. Деев Е. В., Неведрова Н. Н., Зольников И. Д., Русанов Г. Г., Пономарев П. В. Геоэлектрические исследования отложений Чуйской котловины (Горный Алтай) // Геология и геофизика. - 2012. - Т. 53. - № 1. - С. 120-139.
3. Неведрова Н. Н., Деев Е. В., Пономарев П. В. Выявление разломных структур и их геоэлектрических характеристик по данным метода сопротивлений в эпицентральной зоне Чуйского землетрясения 2003 г. (Горный Алтай) // Геология и геофизика. - 2017. - Т. 58. -№ 1. - С. 146-156.
4. Zond - программы для геофизики [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.zond-geo.ru.
REFERENCES
1. Devyatkin E. V. Kajnozojskie otlozheniya i neotektonika yugo-vostochnogo Altaya. - M. : Nauka, 1965. - 244 s.
2. Deev E. V., Nevedrova N. N., Zol'nikov I. D., Rusanov G. G., Ponomarev P. V. Geoelektricheskie issledovaniya otlozhenij Chujskoj kotloviny (Gornyj Altaj) // Geologiya i geofizika. - 2012. - T. 53. - № 1. - S. 120-139.
3. Nevedrova N. N., Deev E. V., Ponomarev P. V. Vyyavlenie razlomnyh struktur i ih geoelektricheskih harakteristik po dannym metoda soprotivlenij v epicentral'noj zone Chujskogo zemletryaseniya 2003 g. (Gornyj Altaj) // Geologiya i geofizika. - 2017. - T. 58. - № 1. -S. 146-156.
4. Zond - programmy dlya geofiziki [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa : http://www.zond-geo.ru.
© Н. Н. Неведрова, П. В. Пономарев, 2018
