CC BY
50
УДК 550.37:519.63/64
Н.Н. Неведрова, А.М. Санчаа, И.В. Суродина ИНГГ СО РАН, Новосибирск
ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ВПАДИН ГОРНОГО АЛТАЯ ПО ДАННЫМ ГЕОЭЛЕКТРИКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ
N.N. Nevedrova, A.M. Sanchaa, I.V. Surodina
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS
Koptyug, 3 , Novosibirsk, 630090, Russian Federation
3D MODELING OF TECTONIC BASINS STRUCTURE OF MOUNTAIN ALTAY REGION USING DIRECT CURRENT METHOD DATA
Tectonic basins of Mountain Altay region are locatied in zone of high seismic activity and have complex block construction with fault structures of various genesis. In this case there are great number of geoelectrical field material that couldn’t be interpreted correctly in the range of horizontally layered model. Therefore to prove complex geoelectrical structure it is expedient to use 2D and 3D modelling programs. The results of 3D modeling using EMF_DC3Dmod program conformably to west Chuya basin field data of DC method are shown. Information about Chuya basin structure is very important from the point of electromagnetic monitoring data analysis. Moreover mineral deposits are confined to sedimentary basins of Mountain Altay region. At present within Chuya basin ore resources explorations are resumed.
Геоэлектрические исследования в западной части Чуйской впадины выполняются комплексом методов электрометрии на постоянном и переменном токе в течение 2004-2007 гг. В комплекс входят зондирования становлением электромагнитного поля (ЗС), вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ). Одной из целей этих исследований является восстановление геоэлектрического строения участка работ, расположенного в эпицентральной области разрушительного Алтайского землетрясения (рис. 1).
Пункты ВЭЗ расположены в долине реки Чаган (рис. 1) в двух различных областях проявления последствий землетрясения. Первая область с развитыми на поверхности тектоническими трещинами находится в верховьях реки Чаган. В этой области выполнены круговые и крестовые вертикальные электрические зондирования (пункты 13-16, 17-18). Здесь же проведены профильные измерения с шагом 250 метров. Во второй области, где видимых трещин не наблюдается, размещены крестовые ВЭЗ (пункты 1920). По правому берегу реки Чаган выполнены зондирования по профилю с шагом 500 метров, длина профиля составила 4 000 метров. Каждый год повторяются все круговые и крестовые ВЭЗ на обоих участках, а также часть пунктов по профилям.
Для корректного построения геоэлектрической модели участка привлечены априорные данные (геологические, скважинные, гидрологические) и программные средств моделирования и инверсии как для
слоисто однородных, так и сложно построенных сред (используются двумерные и трехмерные программы моделирования и инверсии).
Рис. 1. Карта фактического материала на участке «Бельтир»
На рис. 2, для примера представлены два геоэлектрических разреза, по профилям, расположенным в левобережье реки Чаган. Оба профиля находятся в зоне развития тектонических трещин, где наблюдается наиболее сложное строение. Разрезы построены с помощью одномерных и двумерных программных комплексов моделирования и инверсии. Рассмотрим рис. 2 подробнее.
Рис. 2. Геоэлектрические разрезы по профилям в левобережье р. Чаган
Самая верхняя часть разреза в интервале от дневной поверхности до глубин 40-70 м наиболее неоднородна по геоэлектрическим параметрам. В этом интервале наблюдается несколько маломощных приповерхностных слоев, образующих по профилю протяженные линзы, как высокоомные, так и относительно проводящие. Кроме того, в верхней части выделены аномально высокоомные отложения (УЭС более 8 000 Омм) значительной мощности. Эти отложения по всему комплексу различных априорных и геофизических данных отнесены к многолетнемерзлым. Присутствие криогенных пород еще более усложняет геоэлектрическую ситуацию, так эти породы имеют неустойчивые значения мощности и сопротивления, которые изменяются по площади в широких пределах. Ниже высокоомных отложений по разрезу наблюдается проводящий слой с относительно выдержанным удельным сопротивлением в интервале 20-50 Омм. Еще ниже по целому ряду кривых ВЭЗ выделятся опорный геоэлектрический горизонт (> 1 000 Омм). Описанный тип разреза характерен для всей территории участка исследований.
С целью уточнения геоэлектрических параметров участка «Бельтир» далее выполнено трехмерное моделирование. Была использована программа EMF_DC3Dmod. Эта программа разработана совместно лабораторией электромагнитных полей ИНГГ и ИВМиМГ СО РАН применительно к данным метода сопротивлений и позволяет решать прямую задачу ВЭЗ с установкой Шлюмберже [1]. В программе реализован конечно-разностный метод решения для аномальных полей с применением консервативной схемы для случая разрывных коэффициентов [2]. В расчетах использовался параллельный вариант программы, позволяющий одновременно на 10 процессорах рассчитать пять разносов установки Шлюмберже. Все расчеты по трехмерной программе проведены на многопроцессорных ЭВМ ССКЦ СОРАН МВС-128 и ^^-2.
Исходная модель для 3D моделирования составляется из набора усеченных треугольных призм, из которых формируются блоки с однородными электрическими параметрами. Такая конфигурация позволяет легко уменьшать или увеличивать при необходимости размеры этих блоков.
Область трехмерного моделирования в районе «Бельтир» отмечена на рис. 1 квадратом, здесь была выполнена геофизическая съемка по трем профилям. Стартовая модель построена с использованием программных комплексов одномерной интерпретации и затем верифицирована с помощью различных двумерных программ моделирования и инверсии.
Тем не менее, для целого ряда моделей (пункты ВЭЗ 10, 11, 12, 28, 29) не удалось решить проблему значительной эквивалентности, существующую как для высокоомного слоя многолетней мерзлоты, так и нижнего проводящего слоя. Для всех перечисленных ВЭЗ имеется несколько вариантов интерпретации, практически равнозначных по погрешности подбора. Различные комбинации интерпретационных моделей и были включены в трехмерное моделирование.
Всего на данном этапе по трехмерной программе рассчитано три объемных модели с разными вариантами интерпретации для пунктов ВЭЗ 10, 11, 12, 28, 29. Отметим, что пункты 10, 11, 12 находятся на профиле в правобережье, а пункты 29, 29 в левобережье реки. В основном на данном этапе проверялась гипотеза двухслойного строения высокоомных криогенных отложений. В первой объемной модели выбран вариант двухслойного строения многолетней мерзлоты только в пунктах левобережья - ВЭЗ 28, 29. Для второй 3Э модели для всех пяти пунктов многолетняя мерзлота представлена одним слоем, и, наконец, в третьей модели для всех пяти пунктов полагали мерзлоту двухслойной.
Для примера рассмотрим данные для одного из пунктов - ВЭЗ 10. Для него были подобраны две модели, показанные в табл. 1. Модели 1 и 2 по геоэлектрическим параметрам отличаются принципиально. В модели 1 мерзлота представлена одним слоем. Для модели 2 высокоомный слой, отнесенный к многолетней мерзлоте, разделен на два пропластка, то есть предполагается слоистое строения криогенных отложений. На рис. 3 представлена геоэлектрическая ситуация в районе этого пункта ВЭЗ. На геоэлектрическом разрезе рис. 3 выделяется ослабленная зона в опорном горизонте в районе пунктов ВЭЗ 12 и 11, также наблюдается резкое погружение опорного горизонта в пункте 10. Скорее всего, на этом участке находится разломная структура, которая будет промоделирована на следующем этапе работы.
Таблица 1
Модель 1 (ВЭЗ 10) Модель 2 (ВЭЗ 10)
УЭС, Ом-м Мощность, м УЭС, Ом-м Мощность, м
540 1.0 500 1.2
180 1.8 100 0.8
4 500 42.7 2 700 20
6 000 23
30 160 28 120
4 000 10 000
Глубинэ, м
50
1 ОО
1 50
200|
25 О]
Рис. 3. Геоэлектрический разрез в правобережье р. Чаган
Результаты трехмерного моделирования для пункта 10 показаны в табл. 2. Рассмотрим табл. 2 подробнее. В первых двух колонках приведены полевые данные для пункта ВЭЗ 10. В следующих колонках содержатся синтетические данные, рассчитанные для этого пункта по программе БМЕ_ВС3Вшоё последовательно для всех описанных выше трехмерных моделей. Для каждой синтетической кривой выполнено сравнение с полевыми данными и рассчитаны невязки. Наименьшая средняя невязка получена для третьей 3Э модели, в которой криогенные отложения на всем участке представлены двумя слоями. Аналогичные результаты получены и для остальных пунктов, включенных в 3Э моделирование.
ВЭЗ 10 Полевые 1 2 3
данные 3й 3й 3й
АВ/2 Рк Рк невязка, % Рк невязка, % Рк невязка, %
1,5 427 411,2 3,84 411,2 3,84 402,56 6,07
2 400,5 376,97 6,24 377,04 6,22 380,56 5,24
3 360 339,74 5,96 340,26 5,80 358,02 0,55
4 415,6 358,52 15,92 359,84 15,50 386,19 7,62
5 443,2 407,45 8,77 409,84 8,14 442,78 0,09
7 567 534,77 6,03 539,98 5,00 565,53 0,26
9 697 657,27 6,04 665,86 4,68 706,78 1,38
12 856 749,93 14,14 845,98 1,18 883,4 3,10
15 995 988,72 0,64 1010,11 1,50 1040,38 4,36
20 1231 1202,35 2,38 1235,81 0,39 1251,71 1,65
25 1431 1397,1 2,43 1448,42 1,20 1447,33 1,13
32 1701 1615,23 5,31 1689,9 0,66 1674,52 1,58
40 1948 1803,42 8,02 1903,39 2,34 1874,96 3,90
50 2105 1967,07 7,01 2093,9 0,53 2055,68 2,40
65 2136 2089,21 2,24 2199,99 2,91
65 2244 2243,98 0,00
80 2108 2091,98 0,77
80 2176 2252,24 3,39 2195,68 0,90
100 2041 1977,42 3,22 2130,33 4,19 2068,79 1,34
123 1784 1733,66 2,90 1851,3 3,64 1787,88 0,22
150 1434 1391,63 3,04 1454,83 1,43 1405,68 2,01
180 1015 1029,92 1,45 1043,39 2,72 1015,12 0,01
220 659,6 654,66 0,75 641,6 2,81 631,64 4,43
275 356,5 324,96 9,71 309,45 15,20 313,02 13,89
410 101 98,7 2,33 110,46 8,56 112,51 10,23
480 95,7 106,79 10,38 103,29 7,35 107,17 10,70
580 108,6 84,56 28,43 98,71 10,02
700 152,5 128,37 18,80 123 23,98 142,36 7,12
840 179,5 149,56 20,02 144,22 24,46 172,48 4,07
1000 226 176,32 28,18 170,67 32,42 209,51 7,87
Ср.невязка, %
7,02
7,43
3,97
Основные выводы
Разработанная программа трехмерного моделирования БМЕ_ВС3Вшоё позволяет значительно уточнить строение различных сложных геологических объектов. Для участка «Бельтир» на основе 3Э моделирования обосновано двухслойное строение криогенных отложений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Неведрова, Н.Н., Суродина, И.В., Санчаа, А.М. Трехмерное моделирование при построении геоэлектрической модели Тункинской впадины Байкальской рифтовой зоны // ГЕ0-Сибирь-2006: сб. науч. ст. - Новосибирск, 2006. - С. 19-25.
2. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. - М.: Наука, 1971.
© Н.Н. Неведрова, А.М. Санчаа, И.В. Суродина, 2008
