Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Глубинное геоэлектрическое строение Южного Забайкалья по данным магнитотеллургических зондирований

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Глубинное геоэлектрическое строение Южного Забайкалья по данным магнитотеллургических зондирований"

РГ6 00

2 2 РЕВ 1993

Г О О С ¡1 11 С К Л Я К Л Д К М И Я ИЛУ к СИБИРСКОЕ (ЭДШШЕ ШГСГ11ТУТ ЖЯЮП КОП)

¡¡а ггрсишх рукописи

,7;п..,г,г< 1Пг.,.л .............-/-и

УДК 550.837.2)I(1У/1.63/.55) УТ'-ТЛШ ГГ.ОЭ7.ШП!ЧгаСОЕ СТГСЕКИЗ

•'"'.чего по длшпсз

ЧОТЕИЮгаШКИЁСЮП Э0!Щ1Г02А!ГЛ

Специальность: 04.00.22 - геофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минэралогнческах наук

"ркутск - 1993

Работа выполнена в Институте земной кори СО РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Ю.А.Зорин'

Официальные оппононты': доктор геолого-минералогических наук В.И.Михалевский

(Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья, г. Иркутск)

кандидат геолого-минералогических наук А.В.Поспеев

(Государственное геологическое предприятие "Иркутскгеофизика", г. Иркутск)

Ведущее предприятие: Иркутский политехнический институт (г. Иркутск)

Защита диссертации состоится «Юг J0.brее 1993 Г. в часов на заседании специализированного совета Д.003.07.01. по защите докторских диссертаций при Институте земной коры СО РАН, по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, ИЗК СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСФ СО РАН

Автореферат разослан " I " 0)(ууЬ\ЭЭЗ г.

■ / "

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат геолого-минералоги- «гт/^^^^^^"

ческих наук. Ю.В.Мен

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблем. Забайкалье в целом и особенно территория, расположенная к югу от Моиголо - Охотского шва, слабо изучена глубинными геофизическими методами (Глубинное строение территории СССР, 1991). Маг-нитотеллурические зондирования (МТЗ) в этом регионе до настоящей работы не проводились. Существующие представления о глубинном строении Южного Забайкалья базируются в основном на данных гравиметрии и частично - на данных геотермии.

Большие перспективы связываются с изучением аномалий электропроводности земной коры и верхней мантии методом глубинных магнитотеллуричес-ких зондирований (ГМТЗ), который позволяет исследовать проводящие слои на глубинах в десятки и сотни километров и, в определенной степени, судить о температуре и вещественном составе земных недр.

Однако применение этого метода осложняется недостатками существующей аппаратуры, которые не позволяют получать высококачественные записи магнитотеллурического поля в инфранизком частотном диапазоне, а также высоким уровнем поверхностных геологических помех в Забайкалье, затрудняющим интерпретацию этих записей в условиях отсутствия априорной информации о распределении электропроводности в поверхностном слое и о "нормальном" (фоновом) геоэлектричес'ком разрезе этого региона.

Поэтому наиболее актуальной проблемой глубинной электроразведки на современном этапе изучения Южного Забайкалья является разработка соответствующей аппаратуры и методики интерпретации, позволяющих получить существенно более достоверную глубинную информацию (Кузьминых, 1991а; Кузьминых, 19916).

Данные о глубинном геоэлектрическом разрезе Южного Забайкалья могут быть использованы для понимания механизма современных тектонических процессов, познания истории развития земной коры и прогноза сейсмичности этого региона.

Цель работы. Изучение глубинного строения Южного Забайкалья методом

гага.

При этом ставились следующие задачи:

1. Провести глубинные магнитотеллурические зондирования по профилю Фомичево - Сретенск, пересекающему Хэнтей - Даурское сводовое поднятие, Агинскую негативную структурную зону и Ундино - Газимурское сводовое поднятие.

2. Разработать входное устройство для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот.

3. Разработать методику статистического анализа результатов обра-

Сотки данных ГМТЗ, позволяющую получить достоверные оценки значений тензора импеданса и их погрешности.

4. Провести анализ влияния приповерхностных геоэлектрических неод-нородностей на экспериментальные кривые ГМТЗ; разработать приемы получения кривых ГМТЗ, свободных от гальванического экранирования верхними горизонтами.

5. Разработать двумерную геоэлектрическую модель земной коры и верхней мантии Какого Забайкалья на основе полученных экспериментальных данных.

Фактический материал. В основу работы положены данные глубинных ма-гнитотеллурических зондирований в Южном Забайкалье и результаты опытно -методических работ по совершенствованию аппаратуры, обработки и интерпретации МТЗ, начатых в 1980 г. и выполненных при непосредственном участии автора сотрудниками группы МТЗ лаборатории геофизических исследований Института земной коры СО РАН в соответствии с плановой тематикой института.

Личный вклад автора при разработке входного устройства для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот был определяющим на всех этапах - от технической идеи до изготовления опытных образцов и внедрения в производство.

Под руководством и при непосредственном участии автора проведены полевые работы по профилю Фомичево - Сретенск со станцией ЦЭС-2, а также обработка цифровых записей магнитотеллурического поля.

Автором проведены опытно - методические работы с вращением измерительной установки в условиях квазилинейной поляризации магнитотеллурического поля (о. Ольхон), предложена новая модификация статистической обработки первичных значений тензора импеданса и проведена интерпретация результатов глубинных магнитотеллурических зондирований.

Научная новизна.

1. Впервые выполнены глубинные магнитотеллурические зондирования в Южном Забайкалье.

2. Разработано и использовано в'полевых условиях прецизионное входное устройство для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот. В 1987 г. оно демонстрировалось на ВДНХ СССР (Свидетельство N 496 1.987).

3. При обработке данных использована программа построения кривых ШТЗ с расчете« доверительных интервалов в заданных точках по совокупности первичных значений тензора импеданса, в основе которой лежит алгоритм кусочно - линейной аппроксимации методом наименьших квадратов с перекрытием интервала аппроксимации и последуюцим нелинейным .сглаадва-

нием полученных кривях.., / -,-4

4. При интерпретации кривых кажущегося сопротивления, осложненных " гальваническим влиянием приповерхностных геоэлектрических неоднороднос-

тей, предложено- применять нормализацию с помощью адекватного и значимого йблйномиального уравнения регрессии, аппроксимирувдего значения логарифмов кажущегося сопротивления вдоль профиля при фиксированном и достаточно большом периоде. Тип кривых, пригодный для выделения региональной составляющей, оптимальный период, на котором производится аппроксимация, и степень полинома определяются методами регрессионного анализа с учетом имеющейся информации нестатистического характера. '

5. На основе экспериментальных исследований в широком диапазоне частот с привлечением современных методов анализа и математического моделирования разработана глубинная геоэлектрическая модель Южного Забайкалья - одного из наименее исследованных районов Восточной Сибири.

Защищаемые положения.

1. Применение входного устройства для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот позволяет увеличить точность и достоверность определения магнитотеллурических параметров на длинных периодах. . . ■ '

2. В условиях отсутствия априорной информации о распределении приповерхностной электропроводности и "нормальном" разрезе Вхного Забайкалья нормализация квазипродольных кривых*с помощью адекватного и значимого полиномиального уравнения регрессии,- аппроксимирующего значения логарифма кажущегося сопротивления вдоль.профиля' при фиксированном и достаточно большом периоде, позволяет существенно подавить приповерхностные гальванические влияния и получить достоверные оценки параметров глубинного геоэлектрического разреза, ■

3. Земная кора Южного Забайкалья содержит слой повышенной электропроводности, имеющий под Хэнтей - Даурским и Ундино - Газимурским сводовыми поднятиями суммарную продольную проводимость около 400 См и слабо выраженный под Агинской негативной структурной зоной. Кровля этого слоя расположена на.глубинах 13 - 25 км.

В верхней мантии выделен проводящий слой с суммарной продольной проводимостью более 4000 См. Его кровля воздымается под Хэнтей -Даурским и Ундино - Газимурским сводовыми поднятиями соответственно до 100 и 144 км, а под Агинской негативной структурной зоной - погружается до 165 км.

Поведение проводящих слоев хорошо согласуется с имеющимися геологи--ческими и геофизическими данными (осредненные высоты современного рельефа, региональное гравитационное поле, тепловой поток).

Практическая ценность. Входное устройство для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот (фильтр инфранизких частот для магнитоэлектрических варяациошшх станций) внедрено в Московском институте нефти и газа (МИКГ) (акт о завершении внедрения в ноябре 1932 г.), в Иркутском институте народного хозяйства (акт на Енедрешю от 12.11.1986 г.), в Якутском государственном университете (акт на внедрение от' 07.01.1987 г.) ив других организациях.

Программа кусочно - линейной аппроксимации методом наименьших квадратов с перекрытием интервала аппроксимации, расчетом доверительных интервалов к последующим нелинейным сглазгившшем, а также программа регрессионного анализа используются при статистической обработке экспериментальных дашшх в Институте земной кори СО РАН.

Методика нормализации кришх МТЗ с помощью адекватного и значимого уравнения регрессии может быть использована для решения практических задач электроразведки при отсутствии априорной информации о распределении электропроводности в поверхностном слое и о "нормальном" разрезе данного региона.

Полученная глубинная геоэлектрическая модель Южного Забайкалья имеет важное значение для понимания процессов эволюции литосферы и может быть использована при разработке геодинамических концепций и для метал-логенического анализа.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались на семинаре лаборатории геофизических полей Института океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР (Москва, 1981), на X конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (Иркутск, 1982), на IV Всесоюзном съезде по геомагнетизму (Суздаль, 1991а), на Мекреспубли-канском научном семинаре "Теория и практика решения обратных задач гео-элвктрики" (Алма-Ата, 19916). По теме диссертации опубликовано 11 работ ( из них 8 - в соавторстве).

Объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав п заключения. Текст работы объемом 124 стр. машинописи сопровождается 9 таблицами, 36 рисунками и списком литературы из 145 наименований.

Работа выполнена в лаборатории геофизических исследований зекшй коры Института земной коры СО РАЯ под руководством профессора, доктора геолого - минералогических наук D.А.Зорина.

Автор искренне благодарен доктору геолого - кинэралогачаских наук С.В.Лысак, кандидатам геолого - минералогических наук A.M.Попову, Е.Х.Турутанову, Р.П. Дорофеевой, кандидатам физако - математических наук В.В.Мордвиновой, В.А.Рогожиной, научному сотруднику В.М.Каданникову , старзему щконэру А.Б,Бадаеву и другим сотрудникам лаборатории гео-

физических исследований ?а г:ле;<ака:л;пе - .••..•..-. •, , ;; из рлсот-з.

Автор слетает сгокм долгом принести I',... .'.Г -1 1.*Г:!Г'ОД8р!!0С?ь научному руководит»» профессору М. А.Зарину га постододо б.уозь. л.хгсталатель-ное отношение к раготе и ценимо советы,

ГЛАВА X. ОБЗОР ГЕОЛОГО - ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАМШХ О ТИ;ХСН0С12Р2 ЕЖОГО ЗЛБАКШЬЯ

ИиЧГ'ЭТрЯий*'«!! торг-.;горня росполсгмио к кто- востоку от "онголо -<•.•готского глубгсшгого ргсл^лп и охмгнваот Понголо - Забайкальскую и И>*пу.-»»п - .■'рг.\,н::;суу> г:',чахтти-> с&лэсл!. комтгнгитздьяоя кора которых бп-ил скеьчгллпкю с р/т>г:по п позднем пс-лоозсо. О ироцоссе срошшоД :г',>:тс:>1;!'!"с.с;:.:! скткг;:лс!":я в "»рогойстеэ эти области (ЧШ! кнп'нсзп-

г:'Л \;\т;.уг);-ц (/лгптсл, Гл7Ь). П нлс-лектслмлг сгсм план- раосл";?р\:;:аэ-'••н территории пт.юс'лтпх к Г.к5.,:3каг,1.ске2 облает;: умеренного горообрлзо-1'::г.:л, л.о-.орлл ог.-;т?тся от ссседяас регионов углой части СссгочнсЗ гис'лрл - Счлно - ГсйкальскоЯ области интенсивного I /рообразевяная и Си-(Г'-фгкой нллт1оря1 (области слабого горообрасовзиия) степень» проявления когвзтх дыьнгай (Боргш, 1971).

Нове£зая структура (ймого Ззбо'Лкалья представлена позитивными и негативными зонам! - структурный! формам! первого порядка, по отношению к котором развитые здесь узкие линейно-вытянутые впадины забайкальского типа и разделяющие их невысокие поднятия выступают как структурные формы второго порядка.

Наиболее крупный! позитивным! структурными зонами являются Хэнтей -Даурское и Ундино - Газимурское сводовые поднятия в пределах которых высоты вершинной поверхности достигают 1500 - 2500 м.

Профиль исследований пересекает также Агинскую негативную структурную зону, характеризующуюся отметкам деформированной поверхности в пределах 600 - 1500 м.

Изученность Юшого Забайкалья глубинными геофизическими метода«! крайне низка (Глубшшое строение территории СССР, 1591). Глубинные сейсмические исследоЕ01Шя в этом регионе не проводились.

Представления о строении верхних горизонтов земной коры Южного Забайкалья до настоящего времени базировались на геологических дздаых. О стрсен;:и нютгей части коры и верхней мантии г.кшго было судить лиь по гравиметрическим и геотермическим данным.

На основе выполненных массовых расчетов глубин залегания верхних и шпагах кромок гранатиругап тел 1\ И.Менакером (1931, 1082, 1926, 1939) Сил сделан в'леод о том, что распределение разрывных нарушений в ьерти-

кальном разрезе характеризуется отчетливой тенденцией - с глубиной насыщенность тектоносферы разрывными нарушениями направленно уменьшается, причем, в разрезе тектоносферы устанавливаются четкие субгоризонтальше границы, разделяющие ее на ряд этажей, резко различавшихся по насыщенности разрывными нарушениям!. Такие границы устанашзшкзтся на глубинах 2-3, 6-8, 12-15, 36-42 км.

Анализ карта толщины земной корн, построенной Ю.А.Зориным и др. (1986) показывает, что региональная структура современного рельефа Южного Забайкалья находит отчетливое отображение в строении поверхности верхней мантии.

Устойчивая региональная корреляция отмечается тага® между поведением кровли астеносферы, построенной по гравис .ч:г,1чэским данным, и ос-редненшх высот дневной поверхности (Зорин и др., 1988, 1339).

Согласно имеющимся геотермическим данным (Лысак, 1S33; Дорофеева, Синцов, 1990) средний тепловой поток в Юкном Забайкалье (56+5 ыВт/м2)

^ о

выше, чем в южных районах Сибирской платформы (38 мВт/к") и практически не отличается от такового в сухопутной части ротовой зона (55 кВт/м2) (Те готовое поле..., 1987).

Глубинные электромагнитные исследования, впервые проведенные в Юетюм Забайкалье и обсуадаемао е данной роботе, позволили дополнить данные других геофизических катодов и получать существенно новую информацию о строении зешой коры и верхней мантии этого региона.

ГЛАВА II. АППАРАТУРА И Ы2Т0даКА МДПБПОТЕЛЛУИИКЯШХ ЗОНДИРОВАНИИ

Глубинные магнитотеллурические зондирования проводились с помо'до широкодиапазонной цифровой электроразведочной станции ЦЭС-2, магнитоэлектрической вариационной станции ЫЭВС с входным устройством для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот.

При глубинных магнитотеллурических зондированиях необходимо выделение вариаций электромагнитного поля с периодом до 10000 с и более. Су> шествующая аппаратура (станции ЦЭС-2 и МЭВС) не обладает достаточной из бирательностью, стабильностью и чувствительностью для таких исследова шШ.

Преодолеть указанные недостатки аппаратуры можно, если в ее соста ввести помехоустойчивый, высокостабилышй предварительный усилител электрических сигналов с компенсатором поляризации электродов и с филь тром инфранизких частот, пригодный для работы в полевых условиях (Кузь МИНЫХ И др., 1990).

В каждый из двух каналов разработанного автором прибора входят

симметричная трехэлектродная установка и :0.умя п." "¡. ".' .-.-¡¡шли ел::бополя-ризующимися электродами и независимым централ-икм аг.пктридом, соединенным с "землей" аппаратуры; защитная ячейка, ¡тредсхр^.яэдая устройство от перегрузок; компенсатор поляризации электродов; дифференциальный усилитель постоянного тока; фильтр низкой частоты; аттенюатор; параметрический стабилизатор; источник питания.

Применение симметричной трехэлектродной измерительной установки, работающей совместно с дифференциальным усилителем, позволяет эффективно подавлять синфазные высокочастотные помехи.

Для защиты от разрядов молний и от перегрузки полями мощных радиостанций и локационных систем в состав устройства введена специальная защитная ячейка, шунтирующая вход усилителей при воздействии импульса высокого напряжения (до 10 кВ).

Уменьиение температурного дрейфа "нуля" во входном каскаде достига- • ется применением микросхем К140УД13, представляющей собой дифференциальный предусилитель постоянного тока с модуляцией, усилением и демодуляцией сигнала,

В схеме компенсатора поляризации используются прецизионные резисторы с малым ТКС. Точная установка "нуля" осуществляется многооборс-тным регулировочным резистором, имеющим высокую электрическую разрешающую, способность.

Для выделения длиннопериодннх колебаний, регистрируемых при ГМТЗ, в предлагаемом устройстве применен активный фильтр с частотой среза 0.0037 Гц при аппроксимации передаточной функции по Баттерворту, порядке фильтра, равном четырем, и каскадной реализации на прецизионных ОУ К140УДШ.

Автором установлено, что в диапазоне инфранизких частот реальные характеристики фильтров во многом зависят от качества применяемых в частотно-задающих цепях конденсаторов и могут отличаться от расчетных на десятки процентов. При этом, обычная расчетная схема замещения звена второго порядка (Гоноровский, 1977) усложняется с учетом частотно-зависимого сопротивления утечки этих конденсаторов (эффект "тренировки"). Реальное входное сопротивление ОУ становится намного меньше теоретического значения (Гальперин и др., 1978).

Система построения ступеней аттенюатора обеспечивает стабильность выходного сопротивления прибора, что облегчает его согласование с последующими каскадами электроразведочных станций.

Высокое входное сопротивление прибора (не менее 50 МОм), стабильность параметров (приведенный ко входу температурный дрейф смещения "нуля" по напряжению составляет не более 0.5 мкВ/°С), возможность работа в

автономном режиме (не менее 500 часов) в сочетании с высокой надежностью и простотой изготовления позволяют широко использовать это устройство при исследовании слабых электрических сигналов. В результате его применения существенно повышаются достоверность магнитотеллурпческих зондирований и производительность труда во время полевых работ.

Устройство прошло испытания в лаборатории геофизических исследования Института земной коры СО РАН и внедрено в нескольких организациях (Акт...,1982,1936,1937). В 1987 г. оно демонстрировалось на ВДНХ СССР (Свидетельство N 496...,1987).

Специальные опытно - методические исследования показали, что кривые кажущегося сопротивления по главным направлениям эллипса поляризации теллурического поля, полученные при различных азимутах измерительной установки, мало отличаются друг от друга. Кромэ того, азимуты больших осей импедансных полярных диаграмм не зависят от периода, хотя испытывают некоторые изменения при повороте измерительной установки.

По результатам опытно-методических работ подобраны рациональные режимы аппаратуры и Еремя регистрации ЬГ-поля, а та::г;е ' выбрано расположение пунктов зондирования по профилю с учетом принципа группирования, уменьшения поверхностных геологических подах и регионального гальванического влияния, неустранимого статистичоски.гл методами.

Оценка стабильности технических характеристик станций и достоверности применяемых методов обработки сделана при обработке контрольного наблюдения. Результаты обработки показали, что систематическая ошибка отсутствует. Среднее квадратическое расхоздеипо мозду значениями модулей импеданса контрольных и основных наблюдений нэ превышает ±'555, что находится в пределах, допустимых инструкцией по электроразведке погрешностей (Инструкция..., 1984).

Тщательное выполнение рекомендаций по проведению глубинных магнитотеллурпческих зондирований, выработанных на основании собственных исследований автора, а также имеющихся в действущей инструкции по электроразведке (1984), позволило получить кондиционные экспериментальные данные о глубинном разрезе Южного Забайкалья.

ГЛАВА III. ОБРАБОТКА ДАННЫХ МАГНИТ0ТЕЛЛУР11ЧЕСКИХ ЗОНДИРОВАНИИ

Обработка полученных материалов проводилась в два этапа:

1. Первичная обработка - определение элементов магнитотеллурпческих матриц в ¡(игроком интервале частот в виде отдельных точек на соответствующих координатных плоскостях, а также расчет полярных диаграмм.

2. Статистическая обработка исходного массива точек с целью получе-

ния кривых модуля импеданса, аргумента икпед«! Л < и кв*). тогя ссирсглв-ления, пригодных для геофизической и гоологиче--. ой и га^-'.грзтацип. Этот этап включает в себя отбраковку, сглаживание, Цулученш» доьернтельних интервалов с заданной надежностью и вывод всех данных на печать и графопостроитель в форме, удобной для дальнейшего анализа.

Первичная обработка цифровых записей, полученных с помощью станции ЦЭС-2, проводилась по системе программ, разработанной Л.И.Томчаковым (Днепрогеофизика), А.Г.Чарушиным (Щ"Г, г. Москва) и усовершенствованной в ВСНИШТИМСе (г. Иркутск) под руководством В.И.ПоспееЕа и О.Н.Килъдю-кевской.

Первичная обработка аналоговых записей, полученных с помощью станции МЭВС, проводилась по программе спектрального анализа В.».Семенова (Семенов, 1935).

На втором этапе проводилась статистическая обработка экспериментальных данных по программе, составленной автором, и позволяющей получить сглаженные кривые модуля импеданса, аргумента импеданса и кажущегося сопротивления с доверительными интервалам! в заданных точках, а также вычислить основные статистические параметры, угли наклона кривых и произвести дифференциальную трансформации Ниблетта. В программе используется алгоритм кусочно-линейной аппроксимации методом наименьших квадратов в билогаркфмических координатах для модуля импеданса, и в пэлулогаркф/м-ческих координатах - для аргумента импеданса.

Объединение всех значения тензора импеданса по "разведочному" и "глубинному" зондированиям и их совместная статистическая обработка позволили уменьшать доверительные интервалы кривых ГМТЗ в интервале перекрытия частотных диапазонов станций ЦЭС-2 и МЭВС.

В результате статистического анализа первичных значений тензора импеданса и сажвкй данных "разведочного" (станция ЦЭС-2) и "глубинного" (станция-МЭВС) зондирований удалось повысить достоверность результатов обработки и получить статистически обоснованные, гладкие кривые ГМТЗ в виде таблиц и графиков в диапазоне от 0.14 до 19000 с, пригодные для дифференциальных трансформаций и машинной интерпретации.

ГЛАВА IV. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ ГЛУБИННЫХ ШЖГОТЕЛЛУРИЧЕСКЙХ ЗОНДИРОВАНИИ

Интерпретация дашшх ГМТЗ в Южном Забайкалье выполнялась с применением как известных (Взньян, Шиловский, 1983; Бердичевский, №нов, 1981 и др.), так и разработанных непосредственно автором (Кузьминых, 1991а; Кузьминых, 19916) методических приемов.

Форма полярных диаграмм позволяет сделать вывод о преимущественном развитии двумерных геоэлектрических структур в исследуемом регионе.

Из сопоставления с картой новейшей тектоники юга Восточной Сибири (Карта ..., 1979) следует, что в. большинстве пунктов ЫТЗ большие оси им-педансных полярных диаграмм приблизительно совпадают по направлению с ближайшими разломами, изолиниями рельефа или долинами крупных рек. Это позволяет в первом приближении отождествить максимальные и минимальные кривые соответственно с продольными и поперечными относительно квазидвумерных поверхностных геоэлектрических неоднородностей.

Рассмотрение экспериментальных данных показывает, что кривые рк, по-видимому, испытывают влияние приповерхностных неоднородностей. Так как максимальные и минимальные кривые ГМТЗ конформны в пределах погрешностей обработки и построения, импэдансные полярные диаграммы слабо зависят от периода и имеют достаточно простую структуру, а полярные диаграммы аргумента импеданса близки к окружности, то решающую роль в данном случае играют гальванические эффекты,смещающие вдоль оси рк обе кривые - максимальную и минимальную. Но для максимальных кривых это смещение намного меньше и объясняется тем, что приповерхностные геоэлектрические структуры не являются чисто двумерными.

При имеющихся экспериментальных данных, по мнению автора, основная информация о глубинном строении Южного Забайкалья монет быть получена при интерпретации максимальных (в данном случае - квазипродольных) кривых ГМТЗ. которые являются менее искаженными и более достоверными.

Для наглядного представления данных и- дальнейшего анализа максимальных кривых были построены изометрические блок-схемы рк и (рк, стандартные разрезы рк и фк по исследованному профилю, графики рк и ^ при наиболее характерных пориоДах, а Факже график частотной зависимости коэффициента корреляции между короткопериодными и длиннопериодными участками кривых рк, отражающими поверхностную и глубинную части геоэлектрического разреза. ".■ •' • '

Эти рисунки свидетельствуют ' о', региональных вариациях кажущегося сопротивления, осложненных незакономерными "короткопериодными" смещениями кривых рк вдоль оси рк. Оценка влияния регионального изменения проводимости осадочного чехла вдоль профмя показывает, что в связи с вертикальным просачиванием электрического тока можно пренебречь возможным региональным гальваническим эффектом.

Обзор методов нормализации кривых, сделанный'в этой главе, позеолил оценить эффективность различных методических приемов применительно к условиям Южного Забайкалья. •

Автором исследованы все экспериментальные кривые р на "совмести-

мость" с нормальным холодаю разрезом U'-;" >»«, i' . •>;.•..*• " л лр. <:,0ü). Статистически обосновано, что верхняя гранзд. .• -г;; -»«ното •.аиорг.аяо правой части максимальных кривых рк с учетом вссх . срмолих иогг^ шностой не достигает нимюй границы доверительного интервала нормального холодного разреза. Минимальные кривые рк лежат еще ниже, и их еще труднее согласовать с нормальным холодным разрезом. Статистически обосновано такта, что угол поклона кривых в крайней правой части но совпадает с углом наклона нормального холодного разреза.

Сравнение экспериментальных кривых с теоретическими кривчми из альбома палеток для интерпретации ГМТЗ (Шиловский, 1980; Ваньян, Пяловский, 1933) приводит к выводам, что суммарная продольная проводимость литосферы равна 500 См; суммарная продольная проводимость астеносферы находится в пределах 4-6 тыс. См; экспериментальные кривые ГМТЗ млеют недостаточную глубинность для выхода на нормальный холодный разрез даже в условиях юга Восточной Сибири.

Для выделения региональной составляющей и подавления локальных гальванических влияний на кривые рк применен способ, ви'-окагациа из самих экспериментальных данных.

Предположение автора состоит в том, что при увеличении периода сигнал, соответствующий региональной составляющей уменьшается и стремится к-нулю, а нгум остается постоянным. Учесть эту остаточную региональную составляющую на максимальных периодах при подавлении шума мокло с помощью уравнения регрессии, полиномиальный вид которого подсказывают графики рк и<Рк.

При меньших значениях периода (в левой части кривых) условия для выделения региональной составляющей менее благоприятны, чем в длшноне-риодпом диапазоне, т. к. с уменьшением глубины разрез становится ьсе оо-лее неоднородным по лзтерали и для его пространственного описания нужны все более сложные функции.

С псиоцыо хорошо разработанной теории регрессионного анализа (Гу-тер, Овчипсккй, 1970; Себер, 1930; Дрейпер, Смит, 1986, 1987; Пустыль-ник, 1968) и составленной автором программы проанализированы экспори-менталыше данные и доказан вид адекватного и значимого нормализующего уравнения регрессии.

Анализ нормализованных кривых рк показывает, что правые ветви после дифференциальной трансформации вполне удовлетворительно согласуется с "нормальным" разрезом Забайкалья, построенным в работе (Бердиченекий, Вгньяя п др. 1979), что позволяет говорить о корректности примененного методического приема. -

. Формальная одномерная интерпретация нормализованных кривых осуцест-

влилась методом подбора по программам, разработанным в Институте океанологии АН СССР (авторы П.П. [Яиловский и Л.П. Цд:ловскг.Я). Канальные параметры определялись по трансформации Ниблетта.

Заключительным этапом штерпретации было составление обобщающей геоэлектрической модели Южного Забайкалья на базе одномерной интерпретации и корректировка ее с учетом двумерной ситуации. Двумерное моделирование осуществлялось по программе, разработанной в MFPí: М.Н.Юдиным (Юдин, 1985). При расчетах применялся вариационно-разностный котод ртаония уравнений электродинамики.

Двумерное моделирование проводилось в дза :>?sin пут»,м рззения нескольких сотен щпгах задач.

На п-рве:,: этепе расчеты выполнялись длл ь - jr, «риооьзлкогс tr-sm:-тотеллурич-зсксго поля и модельное Kpuí,;.« согрел катись с г:-1г.с;:"эл инка (¡¡ ланком елучоз - лвозппрододы;!,:..;;) юрилл^.у;;:.;»:;:'^; гр^г/лл: о[; i: с гаксимзльницп ;:р;;ы:;,а <р . Начядшзд iifx&r склей слуллл-] coto.iyr.'.DCib одномерных иэхФхэЯ вдодь профиля.

Путем последовательного уточнении испДОгураюш шодкородоостей и их удвлышх сопротивлений удалось обеспечить соответствие теоретических (модельных) и наблюденных кривых р и <р к с учетом их доверительных интервалов на большинстве периодов во всех пунктах МГЗ.

Для верхней, наиболее неоднородной части разреза двумерную модель пришлось усложнить по сравнению с совокупность» одномерных моделей. Глу-бинная.часть разреза практически не изменилась, что свидетельствует о том, что интерпретируемые кривые рк, нормализованные в помощью уравнения регрессии в правой части практически не осложнены влиянием горизонтальных неоднородностей.

На втором этапе двумерного моделирования выполнялись расчеты для Н - поляризованного магнитотеллурического поля и модельные кривые согласовывались с минимальными (в данном случае - квазипоперечныш) нормзлн-зовашгами кривыми рк. Нормализация минимальных (в данном случае - квазипоперечных) кривых рк проводилась'с помощью строго доказанного адекватного и значимого уравнения регрессии, получанного по максимальным (в данном случае - квазипродольным) кривым рк при т/т - 100 с1^ н достоверно описывающего региональную изстаЕЛякдую рк вдоль профиля. Срзвне-mie теоретических кривых, полученных при расчетах Н - поляризованного МТ- поля для окончательной . двумерной геоэлектрической модели- Юкногс Забайкалья и нормализованных мшимальгшх кривых. рк показало их полное соответствие в пределах доверительных интервалов.

ГЛАВА V. ГЛУБИННЫЙ ГЕОЗЛЕКТРИЧЕСКШ РАЗРЕЗ ШЮГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Проводимость осадочного слоя изменяется вдоль профиля в пределах 0.9 - 31 См и хорошо коррелируется с осредненным рельефом Южного Забайкалья. Удельное сопротивление кристаллической толщи верхней части земной коры (фундамент) изменяется вдоль профиля от 2450 да 5500 Ом«м. Коровий проводя-дий слой неоднороден и распадается на отдельные выклинивающиеся линзы, расположешге которых коррелируется с новейшей структурой региона. Удельное сопротивление этого слоя находится в пределах 45-2СО Ом-м. Удельное сопротивление нижележащего более еысокоомного слоя, вероятно, плэено уменьшается с глубиной и его среднее значение не превышает 450 Ом*м., что неплохо согласуется с параметрам! "нормального теплого" разреза (Ваньян и др., 1983). Под дитосфэрным, сравнительно высокоомным слоем находится астеносферный проводящий слой с суммарной продольной проводимостью 4000-6000 См. Среднее удельное сопротивление этого слоя по результатам моделирования составляет около 20 Ом>м. Глубина залегания кровли этого аномального слоя закономерно изменяется от 100 до 165 км и хорошо коррелируется с новейшей структурой, гравиметрическими данными и региональным тепловым потоком.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения лабораторных экспериментов, опытно - методических работ и глубинных магнитотеллурических зондирований в Южном Забайкалье автором впервые был получен фактический материал, анализ и интерпретация которого привели к следующим выводам.

Существующая длиннопериодная аппаратура (например, пятикомпонентная магнитоэлектрическая вариационная станция - МЭВС) не обладает достаточной избирательное«.», стабильность» параметров, чувствительностью и на-дешюстш для глубинных кагштотоллуричоских зондирований. Преодолеть указанные недостатки мотаю, если с состав аппаратуры ввести помехоустойчивой, шсскостабальпыЯ предварительный усилитель электрических сигналов с прецпзпошагм компенсатором поляризации электродов и с фильтром инфра-пизких частот, пригодный для работа в половых условиях.

Такое устройство било создало и использовано при глубинных магнитотеллурических зондированиях. В результате его применения повысилась достоверность полеки наблюдений за счет улучвепия качества записей, увеличилась производительность труда в связи с уменьшением общего количества записей, повне'.жсь устойчивость аппаратуры к впеакт перенапряжениям, которые часто наводятся л дзгаях во время грози.

Полученные при обработке полевых записей "По стандартным программам двумерные массивы значений тензора импеданса " (совокупности точек на плоскости) нуждаются в дальнейпей статистической обработке, включающей в себя отбраковку, сглаживание, получение доверительных интервалов, углов наклона и основных статистических параметров с целью получения кривых .ГМТЗ, пригодных для интерпретации. Для решения этих задач была составлена программа, в основе которой лежит алгоритм кусочно-линейной аппроксимации методой наименьших квадратов с перекрытием интервала аппроксимации и после дующим дополнительным нелинейным сглаживанием полученных кривых.

При состыковке данных "разведочного" зондирования (станция ЦЭС-2) и данных "глубинного" зондирования (станция МЭВС) все первичные значения тензора импеданса были объединены и подвергнуты совместной статистической обработке. Это увеличило достоверность окончательных единых кривых в интервале перекрытия частотных диапазонов двух станций.

Факт хорошей корреляции импедансных полярных диаграмм с осями активных неотектонических структур для данного региона позволяет в первом приближении отождествить максимальные и минимальные кривые соответственно, с продольными и поперечными относительно квазйдвумерных поверхностных геоэлектрических неоднородностей.

Эти неоднородности, оказывая соответствующие гальванические влияния, приводят к смещению кривых кажущегося сопротивления вдоль оси рк без изменения их формы. При этом максимальные и минимальные фазовые кривые импеданса несущественно отличаются друг от друга как по форме, так и по уровню в каждом отдельном пункте МТЗ, и закономерно изменяются по форме вдоль профиля.

Погрешность определения значений модуля и аргумента максимального основного импеданса меньше, чем минимального, т.е. достоверность максимальных кривых ГМТЗ в каждом пункте значительно выше, чем минимальных.

Случайный разброс значений кажущегося сопротивления вдоль профиля по максимальным кривым рк значительно меньше, чем до минимальным, т.е. максимальные кривые рк более устойчивы к действию ультралокальных гальванических.влияний и помех иного происхождения.

График частотной зависимости коэффициента корреляции значений Д8РК при /7 = 0.38 с,/2 (высокочастотная часть максимальных кривых рк) со значениями 1£РК при остальных периодах имеет существенно нелинейный характер, расположен 'преимущественно в отрицательной полуплоскости и наглядно свидетельствует о наличии отрицательной корреляции между региональными параметрами поверхностной и глубинной частей геоэлектрического разреза Южного Забайкалья.

Из приведенных выше фактов следует, что максимальные кривые кажуще-

гося сопротивления определяются более достоверно и меньше искажены помехами, поэтому дальнейшая интерпретация с целью определения параметров геоэлектрического разреза проводилась по максимальным кривым рк, которые в данном случае близки к квазипродольным.

Анализ графиков кажущегося сопротивления и фазы по максимальным кривым ГМТЗ вдоль профиля показывает, что при всех периодах наблюдаются закономерные длиннопериодные "вариации" для обоих типов графиков, которые осложнены высокочастотными флуктуациями. С увеличением периода амплитуда длиннопериодных "вариаций" затухает и графики становятся все более плавными. Такш образом, не смотря на наличие высокочастотной помехи, проявляет себя и региональная составляющая, которая в данной работе подлежала выделению и изучению.

Объективно обоснованное выделение региональной составляющей кажущегося сопротивления вдоль профиля по кривым рк с помощью уравнения регрессии возможно лишь при определенном соотношении амплитуды этой региональной составляющей и ошибки наблюдений, которую имеют экспериментальные значения кажущегося сопротивления при данном периоде. Невозможно выделение региональной составляющей по минимальным кривым рк и по высокочастотной и среднечастотной частям максимальных кривых рк.. Наиболее подходящим периодом для выделения*региональной составляющей по максимальным кривым рк при данном экспериментальном материале является период Т = 10000 с.

По всем критериям регрессионного анализа только полином 4-й степени является адекватным и значимым уравнением регрессии для значений lgpK вдоль профиля Фомичево - Сретенск при /т= 100 с1/2 по максимальным кривым кажущегося сопротивления. Это уравнение описывает региональную составляющую вариаций кажущэго сопротивления вдоль профиля.- После совмещения всех максимальных кривых при Т = 100 с1у/2 с линией, описываемой уравнением регрессии, были получены неискаженные кривые кажущегося сопротивления, пригодные для дальнейшей интерпретации.

В результате расчетов на одномерных и двумерной моделях был получен глубинный геоэлектрический разрез Южного Забайкалья по профилю Фомичево - Сретенск. Земная кора исследованного региона содержит слой повышенной электропроводности, распадающийся на две отдельные выклинивающиеся линзы, одна из которых находится под Хэнтей - Даурским, другая - под Ундино - Газимурсккм сводовыми поднятиями. Интегральная продольная проводимость этих линз составляет около 400 См. Наименьшая глубина залегания кровли первой линзы равна 13 км, второй - 18 км. Минимальное удельное сопротивление корового проводящего слоя составляет 45 Ом.м. Под Агинской негативной структурной зоной и восточнее Ундино - Газимурского

сводового поднятия коровий проводящий слой замещается линзами с более высоким удельным сопротивлением (200 Ом-м) и поэтому слабо выражен.

В верхней мантии Южного Забайкалья выделен проводящий слой. Кровля проводящего слоя Еоздымается под Хэнтей-Даурским сводовым поднятием дс глубины 100 км, под Ундино-Газимурским сводовым поднятием - до глубинь 144 км. Под Агинской зоной относительного опускания кровля слоя заглубляется до 165 км.

Результаты моделирования данных ГМТЗ показывают, что наибольшие геоэлектрические неоднородности по латерали заключены в двух верхню слоях - осадочном слое и фундаменте. Этот результат неплохо согласует« с геолого - геофизическими данными о структурной и вещественной неоднородности верхней части земной коры.

Проводящие линзы в земной коре приурочены к определенному уровни глубин и зоны их развития совпадают с новейшими тектоническими поднятиями, что отчетлива видно при сравнении с картой осредненного рельефа.

Возможно, что за наличие проводящих линз в земной коре ответствене! мантийный диапиризм, который привел к утонению литосферы под новейшим! поднятиями и к увеличению теплового потока.

Результаты интерпретации данных ГМТЗ корродируются с толщиной литосферы по грависеймическим данным, что позволяет предположить единую термическую природу астеносферного слоя пониженного сопротивления и пониженной плотности.

При сопоставлении полученной методом ГМТЗ оценки средней мощност! литосферы в Южном Забайкалье и регионального теплового потока с теоретической зависимостью теплового штока от глубины кровли астеносферы отмечается хорошее соответствие эмпирических данных с результатами теоретических расчетов.

Проведенные исследования вносят существенный вклад в познание глу бинного строения земной коры и верхней мантии Южного Забайкалья.

Разработанные автором аппаратура, а также методика обработки и ин терпретации данных ГМТЗ с использованием современных математических ме тодов позволяют получать существенно более достоверную глубинную инфор мацию при меньших затратах времени и средств.

Это позволяет рекомендовать использованный в данной работе комшгак глубинных магнитотеллурических исследований в других регионах.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кузьминых Ю.В. Геоэлектрическое строение Забайкалья по данны магнитотеллурических зондирований (МТЗ) // IV Всесоюзный съезд по reo

магнитизму: Тез. докл. - Владимир -Суздаль, 1991а. - С.138 - 139.

2. Кузьминых Ю.В. Методика интерпретации магнитотеллурических данных в Забайкалье// Межреспубликанский научный семинар "Теория и практика решения обратных задач геоэлектрики": Тез. докл. - Алма-Ата, 19916. -С.24 - 25.

3. Кузьминых Ю.В. Фильтр пнфранизюи частот для станции МЭВС-1 // X конференция молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири: Тез. докл. - Иркутск, 1982. - С.150 - 151.

4. Кузькиных Ю.В., Попов А.Й., Бздуев A.B. Входное устройство для исследования теллурических токов в диапазоне инфранизких частот // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1990. - Вып. 92. - С.115 - 121.

5. Кузьминых Ю.В.,. Попов A.M., Найдич В.И., Бадаев А.Б. Фильтр инфранизких частот для магнитоэлектрических вариационных станций. - Геофизический журнал. - 1983. - т.5, N б.- С. 83 - 86.

6. Попов A.M., Бадуев А.Б., Амар А., Кузьминых Ю.В., Запов В.В. Анализ гальванических искагений магнитотеллурических зондирований в Монголии // Изв. АН СССР. 5изизса Земли. - 1992. - N-4. - С.93 - 101.

7. Попов A.M., Кузьминых Ю.В. Методика интерпретации и новые данные ГМТЗ в Прибайкалье // VII Всесоюзная школа- семинар по электромагнитным зондированиям (Звенигород, ноябрь 1984 г.): Тез. докл. - М. - 1984. -С.84 - 85..

8. Полов A.M., Кузьминых Ю.В. О методике наблюдений и обработке МТ-зондирований в Прибайкалье // Геомагнитные исследования. '- М.: Изд-во АН СССР, 1988. - С.39-49. .

9. Попов A.M., Кузьминых Ю.В., Бадуев А.Б. Экспериментальные исследования локальных неоднородностей в магнитотеллурических полях // Геология и геофизика. - 1989. - N 9. - С, 117 - 127.

10. Попов A.M., Потапов A.C., Кузьминых Ю.В., Бадуев А.Б., Пархомов В.А. Длиннопериодныэ МТ-зондарования в Прибайкалье // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1988. - N 11 . - С. 83 - 87.

11. Попов A.M., Потапов A.C., Кузьминых Ю.В., Бадуев А.Б., Пархомов В.А. Опорные магнитотеллурическиа зондирования для юга Восточной Сибири // Исследования По геомагнетизму, аэронсмшш И физике Солнца. - М.: Наука, 1987. - ВШ1. 78. - Ö.125 - 132.