Глубинное строение земной коры вдоль Полярно-Уральского геотраверса по данным магнитотеллурических исследований

Ермолин, Евгений Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Глубинное строение земной коры вдоль Полярно-Уральского геотраверса по данным магнитотеллурических исследований
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Глубинное строение земной коры вдоль Полярно-Уральского геотраверса по данным магнитотеллурических исследований"

На правах рукописи

ЕРМОЛИН Евгений Юрьевич

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ ВДОЛЬ ПОЛЯРНО-УРАЛЬСКОГО ГЕОТРАВЕРСА ПО ДАННЫМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ 1 ИССЛЕДОВАНИЙ --

I .•

Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические

методы поисков полезных ископаемых

Авторе ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 611ЮН 2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

4850414

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук

Егоров Алексей Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Жамалетдинов Абдулхай Азымович,

доктор физико-математических наук, профессор

Ковтун Аида Андреевна

Ведущая организация - ФГУ НПП «Геологоразведка».

Защита диссертации состоится 27 июня 2011 г. в 16 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 26 мая 2011 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук И.Г.КИРЬЯКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование глубинного геологического строения вдоль региональных геофизических профилей (геотраверсов) является одним из приоритетных направлений геологической службы России. Проблемам изучения глубинного строения, тектоники и геодинамики Тимано-Печорского региона, Полярного Урала и северо-западного фланга Западно-Сибирской геосинеклизы посвящено много исследований и крупных научных обобщений, выполненных Л.П. Зоненшайном, В.Е. Хаиным, В.И. Пучковым и другими. Глубинными исследованиями этих регионов активно занимались C.B. Аплонов, В.Г. Оловянишников, А.Г. Дьяконова, B.C. Сурков, B.C. Бочкарев, A.M. Брехунцов, С.Н. Кашубин, C.JI. Костю-ченко, Н.Г. Берлянд, A.C. Егоров, A.B. Рыбалка, В.Б. Соколов, Ю.К. Щукин, Д. Джи, К. Фукс и другие.

В составе комплексных региональных геолого-геофизических исследований в настоящее время ведущую роль играют методы сейсморазведки. В то же время новейшие исследования методом магни-тотеллурического зондирования (МТЗ) вдоль опорных геофизических профилей (геотраверсов), выполненные с использованием современных технологий обработки и интерпретации, свидетельств^-, ют о высокой информативности метода. Данные МТЗ существенно дополняют данные сейсморазведки, в частности, при моделировании неоднородностей платформенного чехла, рифтовых структур и не-однородностей консолидированного фундамента. В случае изучения сложных геологических сред электромагнитные исследования могут сыграть ключевую роль в понимании глубинного строения регионов. Усовершенствование методов обработки и интерпретации данных МТЗ позволяет повысить детальность и достоверность геоэлектрических построений. Одним из способов повышения качества обработки данных МТЗ в условиях влияния помех является амплитудно-фазовая коррекция (АФК), методика применения которой развивается в данном исследовании и применена для обработки кривых МТЗ вдоль линии Полярно-Уральского геотраверса (ПУГ). Включение в комплекс региональных исследований вдоль геотраверса метода магнитовариационного зондирования (МВЗ) позволяет повысить информативность и надёжность геоэлектрических профильных построений.

Цель работы. Уточнение глубинного строения земной коры вдоль 100-километровой полосовой зоны ПУГ на основе усовершенствования обработки и интерпретации данных МТЗ с эффективным использованием магнитовариационных функций отклика и их геологической интерпретации в комплексе региональных геофизических съемок.

Основные задачи исследований:

• Изучение возможности применения метода амплитудно-фазовой коррекции всех компонент тензора магнитотеллурического импеданса при обработке кривых МТЗ вдоль геотраверсов;

• Переобработка кривых МТЗ вдоль ПУГ с использованием методики АФК и их углубленная интерпретация;

• Разработка способа экспресс-оценки параметров линейных аномальных проводящих объектов, пересекаемых профилем вкрест их простирания (далее «двумерное тело») по частотным характеристикам типпера;

• Интерпретация аномалий типпера вдоль линии ПУГ;

• Выполнение комплексной геологической интерпретации данных региональных геофизических съемок вдоль 100-километровой полосовой зоны ПУГ и в его сечении с обоснованием параметров структурно-вещественной модели глубинного строения земной коры.

Методика исследования. Для изучения взаимосвязей между амплитудой и фазой компонент тензора магнитотеллурического импеданса и разработки способов экспресс-интерпретации данных типпера были выполнены расчёты магнитотеллурических и магнитовариационных функций отклика для набора «двумерных» и «трехмерных» моделей. Расчеты проводились с использованием программ: WinGLing («Geosystem»), REBOOK. Обработка данных МТЗ и реализация методики АФК осуществлялась с использованием программ «КОРРЕКТОР» (ООО «Северо-Запад», Москва) и SSMTBASE («Phoenix Geophysics, Ltd.», Торонто, Канада). Анализ и интерпретация данных МТЗ выполнялась с использованием программного комплекса MTDriver (ООО «ЕМГЕО», Москва). Создание рабочих банков данных геологической и геофизической информации, построение карты глубинного строения и разреза земной коры вдоль ПУГ осуществлялось в программе CORELDRAW.

Научная новизна:

• Выявлены особенности взаимосвязи между амплитудными и фазовыми кривыми дополнительного импеданса в условиях изучения «квазидвумерных геоэлектрических сред».

• Разработан способ экспресс-оценки глубины залегания «двумерных» аномальных проводящих тел изометрического сечения по частотным характеристикам типпера.

• Разработан способ экспресс-оценки угла наклона контактов «двумерных» аномальных проводящих тел пластовой формы и отношения их линейных размеров по частотным характеристикам типпера.

• Обоснованы параметры глубинного строения главных структурно-вещественных подразделений земной коры в пределах 100-километровой полосовой зоны Полярно-Уральского геотраверса.

Защищаемые положения.

1. При изучении «квазидвумерных геоэлектрических сред» для повышения качества данных МТЗ, искаженных влиянием помех, в состав технологии обработки следует включать амплитудно-фазовую коррекцию всех компонент тензора магнитотеллурического импеданса.

2. Параметры особых точек частотных характеристик типпера целесообразно использовать для оперативной оценки глубины геометрического центра аномальных проводящих «квазидвумерных» объектов с изометрическим сечением и суммарной продольной проводимости их сечения, угла наклона контактов тел пластовой формы и соотношения их линейных размеров.

3. Анализ пространственного распределения индукционных векторов и морфологии аномалий типпера позволяет оценить глубину кровли и относительную продольную проводимость сечения аномальных проводящих «квазидвумерных», близких в сечении к изометрическому, объектов, расположенных вне линии профиля (при условии определения расположения оси проводника по априорным геолого-геофизических данным).

4. Применение разработанных методик обработки и интерпретации данных МТЗ и МВЗ вдоль Полярно-Уральского геотраверса позволило определить широтное простирание Войкарской сутурной зоны -под чехлом Западано-Сибирской геосинеклизы, положение и

морфологию разновозрастных рифтогенных структур и наличие разрывных нарушений взбросового характера в пределах структур Западного Урала.

Достоверность. Достоверность результирующей геолого-струкгурной модели глубинного строения земной коры вдоль Полярно-Уральского геотраверса базируется на использовании широкого комплекса разнородной информации и применении современных методов их обработки и интерпретации.

Практическая значимость. Методику АФК рекомендуется использовать при обработке полевых кривых МТЗ в условиях изучения «горизонтально-слоистых» и «квазидвумерных» геоэлектрических сред. Разработанные автором методы оценки параметров аномальных «двумерных» объектов по разрезам типпера рекомендуется использовать при решении рудных, структурных, гидрогеологических, экологических задач и задач геологического картирования методом МВЗ для оперативной оценки аномальных проводящих объектов. Обоснованные параметры глубинного строения Полярного Урала, представленные на тектонической схеме и глубинном разрезе земной коры, могут быть использованы в рамках научных обобщений, программах геологического картирования и в ходе прогнозно-минерагенических исследований мелкого и среднего масштабов.

Реализация результатов работы. Методические приёмы, полученные в данной работе, использованы при изучении Патомского кратера.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, сборе, систематизации, анализе и интерпретации данных ранее выполненных исследований. Выполнено моделирование магни-тотеллурических и магнитовариационных функций отклика с целью классификации сложных взаимосвязей между амплитудой и фазой компонент дополнительного импеданса и разработки методов экспресс-интерпретации данных типпера. Автором была выполнена обработка данных МТЗ и интерпретация данных МТЗ и МВЗ вдоль ПУГ, разработан метод, и с его помощью оценены параметры аномального объекта, расположенного параллельно восточному флангу ПУГ. Проведена комплексная интерпретация геолого-геофизических данных, построена схема глубинного строения и глубинный разрез земной коры вдоль ПУГ.

Апробация работы. Методика АФК и методы экспресс-интерпретации данных типпера были апробированы автором на материалах по ПУГ и при изучении Патомского кратера.

Основные результаты, полученные автором, докладывались на конференциях: XIV-я Международная конференция «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными» (Петрозаводск, 2008); VII и VIII Международный геофизический семинар «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 2009, 2010); 61-ая Международная научная конференция «День горняка и металлурга» (Фрайберг, Германия, 2010); Международный семинар «20th Induction Workshop», (Гиза, Египет, 2010); «V Всероссийская молодежная научно-практическая конференция по проблемам недропользования» (Екатеринбург, 2011).

Методические разделы работы обсуждались со специалистами в ходе стажировок в ведущих научно-производственных электроразведочных предприятиях (компания «Phoenix Geophysics Ltd.», Канада, 2009 г., Компания «AGCOS», Канада 2009 г., компания ООО «ЕМГЕО», Москва, Россия, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Благодарности. Автор благодарен научному руководителю д.г.-м.н., Егорову Алексею Сергеевичу за постоянную помощь при подготовке диссертационной работы и коллективу кафедры геофизических и геохимических методов поисков и разведки СПГГУ за участие в обсуждении основных результатов.

Автор выражает искреннюю благодарность вице-президенту канадской компании «Phoenix Geophysics Ltd.», к.г.-м.н. Олексу Инге-рову за консультации при работе над методическими разделами диссертации.

Автор признателен ведущим специалистам компании «ЕМГЕО» к.г.-м.н. Игорю Сергеевичу Фельдману и главному инженеру Юрию Алексеевичу Сараеву за предоставленное программное обеспечение и помощь в интерпретации данных МТЗ.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит

72 иллюстрации, 3 таблицы, библиографический список из 86 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит общую характеристику работы.

Первая глава посвящена обзору представлений о глубинном геологическом строении территории исследований. Здесь сформулированы основные проблемы изучения структуры, состава и истории развития Полярного Урала. Во второй главе на основании результатов математического моделирования обоснована методика амплитудно-фазовой коррекции всех компонент тензора магнито-теллурического импеданса при изучении «квазидвумерных сред». С использованием разработанной методики выполнена обработка данных МТЗ вдоль ПУГ. В главе обосновывается первое защищаемое положение. В третьей главе, на основании результатов математического моделирования магнитовариационного отклика, обоснованы приемы оценки параметров аномальных двумерных объектов по частотным характеристикам типпера. С использованием методики выполнена количественная интерпретация аномалий типпера вдоль ПУГ. В главе доказывается второе защищаемое положение. Четвёртая глава содержит результаты комплексной интерпретации геолого-геофизических данных в пределах 100 километровой полосовой зоны ПУГ и в сечении геотраверса. На основании анализа карт индукционных векторов, карт потенциальных полей и трёхмерного моделирования МТ и МВ откликов определены параметры аномального объекта, находящегося севернее линии ПУГ. В главе доказываются третье и четвёртое защищаемые положения. Заключение содержит характеристику главных результатов исследований.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Отклик геоэлектрической среды в методе МТЗ представляется в виде тензора импеданса (М.Н. Бердичевский). Повышение точности

определения комплексных компонент тензора импеданса (как главных - 2ху, Zyx, так и дополнительных -Zxx, Zyy) в условиях искажающего воздействия промышленных помех имеет принципиальное значение при изучении реальных геоэлектрических сред. Известно, что влияние этих помех, в большей степени, искажают амплитудные и, в меньшей степени, фазовые составляющие параметров тензора импеданса (И.А. Безрук, В.О. Лахтионов, 1977; В.В. Белявский, В.В. Сухий, 2003; В.К. Хмелевской, 1989). В этих условиях представляется перспективной корректировка амплитудных кривых на основе использования параметров фазовых кривых. Данную методику называют «амплитудно-фазовой коррекцией» (АФК). В настоящий момент методика АФК применяется при изучении горизонтально-слоистых сред. Для этих сред параметры амплитуды и фазы импеданса связаны интегральным соотношением:

п i dina

где со - круговая частота, ф - фаза импеданса, |Z\ - амплитуда импеданса.

Это выражение преобразуется в приближенную формулу вычисления фазы импеданса:

ndb\z(®)\ ndln\zyr)\

(pico)«---1-=--!-т=—, где i = 2тг/cD. (2)

44 ' 2 din© 4 dln-JT '

Существование взаимосвязей между амплитудой и фазой в «двумерных» и «трехмерных» моделях долгие годы остаётся одним из самых спорных вопросов в магнитотеллурике (М.Н. Бердичевский, В.И.Дмитриев, 2010).

Автором выполнен анализ взаимосвязей между амплитудой и фазой главных и дополнительных компонент тензора импеданса, рассчитанных от контрастной «двумерной» геоэлектрической модели. При решении прямой «двумерной» задачи мы получаем продольные и поперечные кривые главных компонент тензора, при этом дополнительные компоненты равны нулю. Для того, чтобы получить ненулевое значение дополнительных компонент и изучить особенно-

0) + СО

а - со

da'

со'

(1)

ста взаимосвязей между амплитудными и фазовыми кривыми, автором был выполнен разворот тензора импеданса на 30 градусов.

При анализе изучаемых взаимосвязей автор использовал пересчет амплитудных кривых в фазовые по упрощённой формуле (2). Эти расчеты показали, что соответствия между характерными особенностями амплитудной и фазовой кривых для главных компонент «двумерной» модели подобны аналогичным соотношениям в «горизонтально-слоистых средах»: исходные кривые фазы и «рассчитанные по формуле 2» пересекаются в точках перегиба; экстремальные значения совпадают. При анализе кривых дополнительного импеданса были отмечены случаи как подобного поведения исходных фазовых и расчетных кривых, так и более сложные случаи, когда на графиках амплитуды выделяются отдельные глубокие минимумы, связанные с переходом значений реальной и (или) мнимой частей модуля импеданса через ноль. В этих ситуациях условия подобия кривых фаз импеданса и «синтеза» расчетного по модулю могут выполняться только для части частотного диапазона; при этом для оставшейся части частотного диапазона условие подобия выполняется со сдвигом фазы на 90°, 180°, 270°, ...720°.

Типы сложных соответствий между параметрами амплитудной и фазовой кривых дополнительного импеданса были проанализированы автором и использованы для создания методических рекомендаций при выполнении методики амплитудно-фазовой коррекции полевых данных МТЗ вдоль ПУГ и профиля, пересекающего Патом-ский кратер.

2. Параметры особых точек частотных характеристик типпе-ра целесообразно использовать для оперативной оценки глубины геометрического центра аномальных проводящих «квазидвумерных» объектов с изометрическим сечением и суммарной продольной проводимости их сечения, угла наклона контактов тел пластовой формы и соотношения их линейных размеров.

Развитию метода МВЗ посвящено много классических исследований (W.D. Parkinson, 1959; Н. Wiese 1956; И.И. Рокитянский, 1975, 1982; М.Н. Бердичевский, 1968; M.N. Berdichevsky, V.I.Dmitriev 2009 и др.). К. Возофф (1972) назвал параметр, рассчитываемый по 3-м ортогональным магнитным компонентам естественного переменного электромагнитного поля Земли, «типпером». Данный пара-

метр чувствителен только к латеральным неоднородностям геоэлектрической среды. К настоящему времени разработаны алгоритмы решения обратных «двумерных» и «трёхмерных» задач по данным типпера.

Автор сосредоточил свои усилия на создании экспресс-методов интерпретации данных типпера, для чего он выполнил «двумерное» моделирование магнитовариационных функций отклика для набора аномальных объектов изометрического (200x200 метров) сечения и тел пластовой формы с использованием алгоритма Р. Макки, реализованного в программе W¡nGLink (Сеозу51еш). Задачей исследований было определение визуальных и аналитических зависимостей, связывающих характеристики аномалий амплитуды типпера с параметрами «двумерных» проводящих тел с заданной формой сечения.

Примеры псевдоразрезов типпера для трёх «двумерных» аномальных тел квадратного сечения (200x200 метров) с одинаковым значением относительной продольной проводимости сечения (в), залегающих на разных глубинах, показаны на рисунке 1. На разрезах типпера определялись следующие параметры: расстояние между абсциссами максимумов типпера (в метрах); значение периода в максимумах типпера (в секундах); амплитуда в максимумах типпера (в условных единицах); параметры особых точек на отдельных изолиниях амплитуды типпера (абсциссы и периоды).

В результате обобщения модельных данных были построены графические зависимости координат особых точек на разрезах типпера от параметров аномальных объектов, которые далее были аппроксимированы аналитическими зависимостями. Последние могут использоваться для экспресс-оценки глубины залегания геометрического центра проводящего тела (Н) и его относительной суммарной продольной проводимости сечения (О):

Н= сей - Си (3)

где: Н - глубина геометрического центра проводящего тела, в метрах; с! - расстояние между абсциссами максимумов на разрезе типпера, в метрах; а - коэффициент пропорциональности (а=0,46); С1 -константа (С]=154);

Н = /3/А-Сь

(4)

где: А - максимальное значение типпера, в условных единицах; /3 -коэффициент пропорциональности (/3=274);

0 = уТ, (5)

где: в - относительная суммарная продольная проводимость сечения тела, в симменсах; Т период максимальных значений, в секундах; у-коэффициент пропорциональности (у= 2-Ю5);

в = 8-А3, (6)

где 5 - коэффициент пропорциональности (5 = 5,7-104);

в = к-ё2е, (7)

где: е - экспонента = 2,72; к - коэффициент пропорциональности (к = 3,2-10'16).

Наряду с координатами максимумов (основными характерными точками), автором предложен ряд дополнительных характерных точек на разрезах типпера, легко опознаваемых на теоретических и практических разрезах. Координаты всех этих точек тесно связаны с параметрами аномальных двумерных тел пластовой формы. На рисунке 2 показана зависимость отношения экстремальных периодов на изолинии 0,5 от отношения линейных размеров тела. Методика определения Тмах, Тм,„, Тср на изолинии 0,5 показана на рисунке 1Ь. На рисунке 3 представлен график зависимости отношения амплитуд в максимумах типпера от угла падения тела пластовой формы.

Выполненные модельные расчёты разрезов типпера от тел различной геометрической формы показали тесную взаимосвязь между параметрами характерных точек разрезов типпера и относительной продольной проводимостью сечения аномального тела, глубиной верхней кромки и геометрического центра, углом наклона контактов тел пластовой формы и соотношением их линейных размеров. Эти взаимосвязи, обобщенные в форме графических и аналитических зависимостей, могут рассматриваться в качестве методов экспресс-оценки параметров аномальных «квазидвумерных» тел различной геометрической формы при решении рудных, структурных, гидрогеологических, экологических задач и задач геологического картирования методом МВЗ.

bt^Lü4c£L £ J

S10 E:08 [0.6 t0.4 ).2 ).0

1000 2500 4000 5500 7000

Расстояние вдоль профиля, м

Рис. 5. Схематизированная ЗО геоэлектрическая модель земной коры в пределах полосовой зоны восточной части Полярно-Уральского геотраверса: а - срез на глубине 20 км, б - разрез земной коры по линии С-Ю; в - разрез земной коры по линии 3-В. (цифрами показаны значения удельного электрического сопротивления в Ом»м).

Рис 1. Разрезы типпера, для трех двумерных моделей, содержащих аномальный объект квадратного сечения с G = 104 См и различными глубинами залегания геометрического центра: а - 125 м.; b - 325 м.; с - 725 м.

Условные обозначения: 1-11 структурно-вещественные комплексы: 1 кристаллической коры (AR-PR0 (нерасчленённые); 2 - вулканогенно-осадочные островных дуг (R-V); 3 - молассоидные (V-G); 4-кембрийско-ордовикские вулканогенно-осадочные рифтогенные метаморфизованные (С-О); 5 -терригенно-карбонатные пассивной континентальной окраины (О-С); 6 - осадочно-вулканогенные островных дуг (Pz,_2); 7 - молассоидные толщи краевого прогиба (Р); 8 - вулканогенно-осадочные комплексы внутриконтинентальных рифтов (Т); 9 - блоки с корой континентального типа, перекрытые нерасчленёнными комплексами островных дуг (D-C); 10 - ареалы развития интрузивного магматизма кислого состава; 11 - ареалы развития интрузивного магматизма средне-основного состава; 12-15 - границы структурных зон: 12-границы блоков (палеоплит) и межблоковых (сутурных) зон; надвиговые (13) и сбросовые (14) границы структурных зон; 15-второстепенные разломы неустановленного морфокинематического типа; 16 - граница развития мезозойских осадочных комплексов ЗападноСибирской геосинекизы; 17 - сглаженная линия Полярно-Уральского геотраверса с пикетами МТЗ; 18-ориентировочное расположение проводящей зоны (цифрами обозначена глубина до верхней кромки в км).

100

Расстояние, км

Ьк^Си^Л- 2,

Рис. 7. Геоэлектрический разрез земной коры вдоль западного фланга Полярно-Уральского геотраверса. Синими пунктирными контурами показано ориентировочное положение и морфология проводников, выделенных по данным типпера.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Расстояние вдоль профиля, км

_ Харбей- Войкарская Левмммская юна i - ' , , ' 100 I скип , ---------—

Косбю-Роговскаш 9 зона (прогиб) ¡

1(1

¡е 20

X s 30

¡*> Ч 40

Рис 8. Геоэлектрический разрез верхней части земной коры вдоль восточного фланга Полярно-Уральского геотраверса. Синими пунктирными контурами показано ориентировочное положение и морфология проводников, выделенных по данным типпера. Черным пунктиром показана подошва мезозойских рифтогенных структур.

Рис. 9. Глубинный геолого-геофизический разрез земной коры вдоль Полярно-Уральского геотраверса.

Косбю-Роговская! О зона (прогиб) \ 0 1

Левминская зона

100

Харбей- | Войкарская i ский i (сутурная).] ¡мегаблок! зона í

Я л б ы и ь и и с к и й (мегаблок)

Шеркалинскаи (сутурная) зона

100 120 140 160 180 200 220 240 260 Расстояние вдоль профиля, км

1 -1 -2 I-3 I -4 -5 -6 I - 7 | - 8

BU -10 - 11 -■"-J - 12 V -13 i - 14 l ° 0° °l [-15 - 16 - 17 + +

X X - 19 I -м,— -20 I — К; — -21 | — F„- -22 ----- - 23 / -24 I/I -25 / -26 263

- 9

- 18 -27

Условные обозначения: 1-17 структурно-вещественные подразделения: 1 - верхняя мантия; 2-переходная коро-мантийная зона 3 - средняя-нижняя кора 4-7 - нерасчленённые - кристаллической коры (AR-PR]), дифференцированные по отражательной способности (4 - высокорефлективные, 5 - средпе-рефлективные; 6 - слаборефлективные; 7 - сейсмически прозрачные); 8 - рифтогенные осадочно-вулканогенные, метаморфизированные (R); 9 - нерасчленённые вулканогенно-осадочные (R-C); 10-осадочно-вулканогенные - островных дуг (R-V); 11 - рифтогенные осадочно-вулканогенные метаморфизованные (С-О); 12 - терригенно-карбонатные пассивной континентальной окраины (О-С); 13-осадочно-вулканогенные - островных дуг (Pz]_2); 14 - аномальная зона с пониженным значением удельного электрического сопротивления. 15 - молассоидные толщи краевого прогиба (Р); 16-осадочно-вулканогенные комплексы внутриконтинентальных рифтов (T); 17- слаболитифицированные карбонатно-терригенные угленосные - Западно-Сибирской геосинекизы (Mz); 18-19 - ареалы развития интрузивного магматизма кислого (18) и основного (19) составов; 20 - граница Мохоровичича по данным MOB (ОГТ) и по данным ГСЗ; 21 - граница верхней и средне-нижней коры. 22-кровля консолидированного фундамента. 23 - второстепенные границы радиальной расслоенности земной коры; 24 - разрывные нарушения первого порядка (границы мегаблоков и сутурных зон); 25 - разрывные нарушения второго ранга (границы структурных зон); 26 - второстепенные разрывные нарушения; 27 - пикеты МТЗ.

Шеркалинекая i (сутурная) зона

¡3000

3625

¡131 Омм

а27 280 {6

160 180 200 220 240 260 Расстояние вдоль профиля, км

(длина/ширина тела)

Рис. 2. График зависимости отношения экстремальных периодов от отношения линейных размеров тела

Угол падения тела, град.

Рис. 3. График зависимости отношения значения максимумов типпера в экстремумах на разрезах типпера от угла падения тела

Выполненные модельные исследования и полученные заключения апробировались на практических материалах по ПУГ и в сечении магнитотеллурического профиля, пересекающего Патомский кратер. Они позволили уточнить параметры основных «двумерных» проводников.

При прохождении профиля МТЗ вдоль простирания изучаемых геологических объектов решение обратной двумерной задачи геоэлектрики становится некорректным. В этих условиях автор выполнил оценку параметров проводящего объекта, находящегося вне сечения профиля, с использованием методов, изложенных во втором защищаемом положении.

Рассмотрим случай расположения «квазидвумерного» аномального проводящего объекта с сечением, близким к изометрическому, в стороне от профиля и параллельно ему. Пусть относительная суммарная продольная проводимость сечения тела (в) будет постоянной. Для такого случая период максимального значения амплитуды

типпера будет постоянным. Это хорошо видно на рисунке 1. Следовательно, по значению выше указанного периода можно однозначно определить значение в аномального объекта с использованием аналитической зависимости (5). Положение аномального проводника на площади исследований можно оценить с использованием другого магнитовариационного параметра - реального индукционного вектора (И.И. Рокитянский, 1982). При этом должна учитываться другая геологическая и геофизическая информация: например, распределение аномалий потенциальных полей.

Автор выполнил двумерное моделирование магнитовариацион-ных функций отклика для тел с заданным значением в и различной глубиной залегания. По этим данным были построены зависимости максимальной амплитуды типпера от глубины залегания аномального объекта в точке профиля на заданном расстоянии от его оси. График зависимости максимальной амплитуды типпера от глубины до верхней кромки «двумерного» аномального объекта, расположенного на расстоянии 25 км от профиля (в = 2-107 См), показан на рисунке 4.

в а о с в в н я

0.35 0.3 0.25 0.2

0.1

8; 0.15

в £ С

♦ ♦

0 4 8 1 2 16 20 24 Глубина до верхней кромки, км

Рис. 4. График зависимости максимальной амплитуды типпера от глубины до верхней кромки аномального объекта

С использованием этих зависимостей была составлена упрощённая трехмерная геоэлектрическая модель восточного фланга полосовой зоны ПУГ (рис. 5).

4. Применение разработанных методик обработки и интерпретации данных МТЗ и МВЗ вдоль Полярно-Уральского геотраверса позволило определить широтное простирание Войкар-ской сутурной зоны под чехлом Западано-Сибирской геосинек-лизы, положение и морфологию разновозрастных рифтогенных структур и наличие разрывных нарушений взбросового характера в пределах структур Западного Урала.

Как показывает опыт исследований вдоль геотраверсов (A.C. Бгоров, 2002), построению разрезов глубинного строения земной коры вдоль региональных геофизических профилей предшествует составление карты глубинного строения полосовой зоны геотраверса. Для этого автором был сформирован рабочий банк фактологической и интерпретационной информации для 100-километровой полосовой зоны геотраверса. Банк данных включал геологическую карту, тектоническую схему листа Q-41 масштаба 1:1 000 000 (Шишкин М.А. и др., «ВСЕГЕИ», 2010), геологическую карту доюрских образований (А.Н. Мельгунов и др., 2010), карту тектонического районирования России масштаба 1:5000000 (Гусев Г.С. и др., 2000); геофизическую основу государственной геологической карты (Ю.М. Асламов и др., ФГУ НПП «ВИРГ-РУДГЕОФИЗИКА», 1999) - карту аномального магнитного и гравитационного полей, трансформации аномального магнитного и гравитационного полей, схему безэталонной классификации аномального магнитного и гравитационного полей. Оперирование этой информацией выполнялось с использованием приемов качественной интерпретации потенциальных геофизических полей и их комплексного геологического анализа. Автор изучил опыт аналогичных работ, выполненных вдоль региональных геофизических профилей «Урал-сейс», «ESRU», «Мурманск-Кызыл», и рассмотрел научно-теоретические модели глубинного строения Уральской складчатой области и смежных структур Тимано-Печорской палеоплиты и Западно-Сибирской геосинеклизы. Анализ разработок C.JI. Костючен-ко, М.А. Камалетдинова, A.C. Перфильева, Н.Г. Берлянд, В.Н. Пуч-кова, С.Н. Кашубина, C.B. Аплонова, A.B. Рыбалко, Ю.В. Хачая, A.C. Егорова и других свидетельствует о том, что оптимальной с точки зрения автора является плейт-тектоническая модель формирования этого региона. В соответствии с этой схемой Урал был сформирован в результате позднепалеозойской акреции палеоплиты Бал-

тия, Казахстанского континента и серии микроплит на месте закрывшегося Уральского палео-океанического бассейна.

Результатом площадной интерпретации комплекса геологических и геофизических данных стала схема глубинного строения (рис. 6). Одной из наиболее сложных задач построений под платформенным чехлом Западно-Сибирской геосинеклизы являлось прослеживание Войкарской сутурной зоны. Для решения этой задачи автор дополнил данные потенциальных геофизических полей материалами МТЗ и МВЗ. В результате анализа карт реальных индукционных векторов и амплитудных полярных диаграмм автор сделал вывод, что восточная часть профиля проходит вдоль аномальной проводящей структуры. Для определения относительной продольной проводимости сечения этого объекта (G) автор использовал формулу (5). Оценка глубины залегания выполнена с использованием способа, обоснованного в третьем защищаемом положении. Для подтверждения геоэлектрических построений автор составил схематичную трёхмерную (3D) модель восточного фланга ПУГ (рис. 5). Рассчитанные по параметрам 3D модели карты реальных индукционных векторов, полярных амплитудных диаграмм, морфология аномалий типпера, меридиональные и широтные кривые кажущегося сопротивления и фазы импеданса получились весьма сходными с полевыми материалами МТЗ и МВЗ.

Для составления разреза земной коры автор создал банк данных, включающий данные сейсморазведки МОВ-ОГТ и ГСЗ-МОВЗ, разрезы особых точек, рассчитанных по кривым потенциальных полей, геоэлектрические построения. Последние, ввиду ряда недостатков сейсмических разрезов, сыграли важную роль при интерпретации.

Анализ и интерпретацию данных МТЗ автор выполнил в программном комплексе MTDriver (ООО «ЕМГЕО»). Для оценки размерности геоэлектрической среды и выбора алгоритма решения обратной задачи проведен анализ магнитотеллурических параметров, характеризующих: неоднородность среды (N, /3); асимметрию среды (skew) и фазочувствительный параметр асимметрии (т]). Решение обратной 1D задачи осуществлялось по эффективным кривым в программах МЭЛ и IP2win(MT). Для решения обратной «двумерной» задачи по квазипоперечным и квазипродольным кривым использовалась программа Rebook. Интерпретация для верхней части

разреза и земной коры выполнялась раздельно. При этом выбирались оптимальные параметры нормализации (подавления Б-эффекта) и пространственной фильтрации кривых МТЗ. Результирующий разрез земной коры для западного фланга ПУГ представлен на рисунке 7. Для геологической интерпретации восточного фланга геотраверса автор использовал только разрез верхней части разреза (рис. 8) ввиду того, что профиль проходит вдоль доминирующих геоэлектрических структур. На геоэлектрические разрезы были вынесены параметры проводящих объектов, выделенных по аномалиям разреза типпера.

Электромагнитные исследования существенно дополнили данные других геофизических методов, что позволило обосновать положение Войкарской сутурной зоны; положение и морфологию раннери-фейских, кембрийско-ордовикских и раннемезозойских рифтоген-ных структур; наличие герцинских высокоамплитудных разрывных нарушений в пределах структур Западного Урала.

В результате комплексной интерпретации автором был построен разрез земной коры вдоль ПУГ (рис. 9). Согласно результатам исследования геотраверс в направлении с запада на восток пресекает следующие структуры:

1. Деформированная позднепапеозойскими тектоническими процессами окраина Тимано-Печерской палеоплиты, включающая: Ко-сью-Роговскую зону (краевой прогиб), выполненную позднепалео-зойской малласой; Левминскую зону, выполненную осадочными комплексами пассивной континентальной окраины (Рг); Полярно-Уральскую зону, характерной особенностью которой является высокий уровень денудации с выведением на дневную поверхность ри-фейских - раннепалеозойских вулканогенно-осадочных комплексов островодужного и рифтогенного генезисов; Харбейский мегаблок, представленный на поверхности породами древней кристаллической коры.

2. Войкарская сутурная зона, представленная нерасчленёнными комплексами океанической коры и островных дуг.

3. Ялбыньинский мегаблок с глубоко денудированной корой континентального типа и выведением под мезозойский платформенный чехол пород древнего кристаллического фундамента; западный фланг мегаблока перекрыт тектоническим покровом островодужных образований.

4. Шеркалинская сутурная зона, представленная нерасчленённы-ми комплексами океанической коры и островных дуг.

В северо-восточной части полосовой зоны геотраверса широко проявлен интрузивный магматизм.

Восточную часть изучаемой территории перекрывают мезозой-ско-кайнозойские осадки, в основании которых находятся рифто-генные структуры триаса. Кроме этих геологических объектов, на схеме отображено положение проводника, локализованного вдоль границы Войкарской зоны и Ялбыньского мегаблока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная диссертация является самостоятельной законченной научно-квалифицированной работой, содержащей решение задач построения геологической модели региона, исследования взаимосвязей между амплитудными и фазовыми параметрами тензора магнито-теллурического импеданса, разработанные способы экспресс-оценки параметров «квазидвумерных» объектов по разрезам типпера.

Анализ результатов моделирования позволяет заключить, что в случае изучения «квазидвумерных» геоэлектрических структур:

1) Методика амплитудно-фазовой коррекции (АФК) может быть использована при корректировке кривых МТЗ, как главного, так и дополнительного импеданса. В случае АФК дополнительного импеданса следует учитывать, что для части частотного диапазона фазовые кривые и кривые фаз, рассчитанные по амплитудным кривым, могут соответствовать друг другу со сдвигом, кратным 90°. Учитывая, что фазовые параметры в меньшей степени подвержены влиянием помех, корректировка амплитудной кривой на основе фазовой приводит к улучшению качества данных, искаженных влиянием помех.

2) Особые точки аномалий на разрезе типпера тесно связаны с параметрами аномальных проводящих тел с различной формой сечения. По особым точкам можно однозначно определить относительную продольную проводимость сечения (в) аномального объекта с изометрической формой сечения, оценить глубину залегания его геометрического центра. Для тел пластовой формы можно оценить угол наклона контактов и отношение линейных размеров сечения тела.

3) Зная (по априорным данным) положение структур в плане по аномалии типпера, можно оценить его G и глубину залегания кровли.

В целом, электромагнитные данные при региональных исследованиях вдоль ПУГ позволили решить следующие задачи: обосновать положение Войкарской сутурной зоны; обосновать положение и параметры морфологии раннерифейских, кембрийско-ордовикских и раннемезозойских рифтогенных структур; обосновать наличие гер-цинских высокоамплитудных разрывных нарушений в пределах структур Западного Урала.

Обоснованные параметры глубинного строения Полярного Урала, представленные на тектонической схеме и глубинном разрезе земной коры, могут быть использованы в рамках научных обобщений, в программах геологического картирования и в ходе прогнозно-минерагенических исследований мелкого и среднего масштабов.

Методика применения АФК может быть использована при обработке полевых кривых МТЗ в задачах изучения горизонтально-слоистых и «квазидвумерных» геоэлектрических сред. Разработанные автором методы оценки параметров аномальных «двумерных» объектов по разрезам типпера могут быть использованы как методы экспресс-интерпретации данных МВЗ при решении рудных задач.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ермолин Е.Ю. Глубинное строение, тектоника и геодинамика Земной Коры вдоль сводного профиля "2АР" ("Ямал - Кяхта") / A.C. Егоров, И.Ю. Винокуров, Е.Ю. Ермолин, JI.H. Андреева // Материалы XIV-й Международной конференции «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными». Петрозаводск, 2008. с. 56-60.

2. ErmolinE. Amplitude-phase correction of additional mt impedance for quasi-layered and 2d structures. / Scientific Reports on Resource Issues, TU Bergakademie Freiberg, Germany. 2010. P. 207-211

3. Ermolin E. The parameter estimation of 2D conductive isometric bodies by singular points at the tipper frequency characteristic. /

О. Ingerov, Е. Ermolin I I Proceedings of 20th Induction Workshop IAGA, Giza, Egypt-2010, September 18-24. P. 303-306.

4. Ермолин Е.Ю. Оценка глубины залегания двумерных рудных объектов изометрического сечения по особым точкам частотных характеристик типпера. / Е.Ю. Ермолин, О. Ингеров // Записки Горного института. Т. 189. Санкт-Петербург. 2009. с. 27-29.

5. Ермолин Е.Ю. Амплитудно-фазовая коррекция кривых МТЗ дополнительного импеданса для двумерных сред. / Записки Горного института. Т. 189. Санкт-Петербург. 2009. с. 23-26.

6. Ермолин Е.Ю. Оценка параметров двумерных проводящих тел изометрического сечения по частотным характеристикам типпера. / Е.Ю. Ермолин, О. Ингеров // Проблемы недропользования: материалы V- Всероссийской молодежной научно-практической конференции по проблемам недропользования (с участием иностранных учёных) 8-11 февраля 2011 г. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург. УрО РАН, 2011. с. 407-414.

7. Ермолин Е.Ю. Предварительные результаты электроразведочных работ АМТ-МВЗ экспедиции "Патомский кратер-2010" / С.М.Миронов, О. Ингеров., A.C. Егоров, Е.Ю. Ермолин, P.A. Суханов // Геофизика, 2, 2010. с. 35-41.

РИЦ СПГГУ. 23.05.2011. 3.287 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Информация о работе

Ермолин, Евгений Юрьевич
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2011
ВАК 25.00.10

Автореферат

Похожие работы