Особенности методики обработки и интерпретации аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных данных при изучении двумерных геоэлектрических сред

Ермолин, Евгений Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Особенности методики обработки и интерпретации аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных данных при изучении двумерных геоэлектрических сред
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Особенности методики обработки и интерпретации аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных данных при изучении двумерных геоэлектрических сред"

На правах рукописи 005004295

ЕРМОЛИН Евгений Юрьевич

ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ АУДИОМАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ И МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ ДАННЫХ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДВУМЕРНЫХ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕД (НА ПРИМЕРЕ РАЙОНА ПАТОМСКОГО КРАТЕРА)

Специальность 25.00.10 ~ Геофизика, геофизические

методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

- 1 ДЕК 2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

005004295

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 21 декабря 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 18 ноября 2011 г.

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В современных условиях, характеризующихся активным развитием аппаратурной базы и методик магнитотеллурических (МТЗ), аудиомагнитотеллурических (AMT) и магнитовариационных (МВЗ) исследований существенно расширяется круг задач, решаемых этими методами. В связи с этим особую актуальность приобретает развитие методов обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ, позволяющих повысить детальность и достоверность профильных геоэлектрических построений. Одним из способов повышения качества обработки данных МТЗ-АМТ в условиях влияния помех является способ амплитудно-фазовой коррекции (АФК), методика применения которого развивается в данном исследовании. Включение в комплекс исследований метода магнитовариационного зондирования (профилирования) позволяет повысить информативность и надёжность геоэлектрических профильных построений, выполняемых при изучении сложнопостроенных геоэлектрических сред. Именно к такому типу сред относится район Патомского кратера, расположенного на севере Патомского нагорья (рис. 1). По результатам опытно-методических работ AMT 2008 года в районе кратера отмечено «квазидвумерное» строение верхней части земной коры. Геоэлектрический разрез этого района характеризуется высокой гетерогенностью: в вертикальном сечении он представляет собой чередование высокоомных и проводящих слоев; в латеральном измерении расслоенная среда интенсивно деформирована складчатыми и разрывными деформациями. Этот тип геоэлектрического разреза широко проявлен как в детальных, так и средне- и мелкомасштабных исследованиях, что позволяет выбрать район Патомского кратера для апробации разработанных методических приёмов.

Патомский кратер был обнаружен в 1949 году В.В. Колпаковым при проведении геолого-съемочных работ. С этого момента объект привлекает большое внимание геологического сообщества. Его изучением занимались Е.И. Воробьев, C.B. Обручев, A.M. Портнов, B.C. Антипин, В.И. Воронин, С.А. Язев, С.М. Миронов, М.В. Слипенчук, А.Н. Моисеинко, A.M. Федоров, В.П. Исаев, П.В. Исаев, Д Ю. Демежко, И.А. Угрюмов, A.B. Поспеев, A.A. Савичев, О. Ингеров, Б.Н. Голубов, Ю.А. Сапожников, Ю.Ф. Болесто, Ю.Л. Кандыба, B.C. Федоровский, C.B. Ярмолюк,

Б.П. Высоцкий, A.A. Дмитриев, А.Г. Дмитриев, Д.В. Семенов,

A.B. Антипов и другие.

Патомский кратер является уникальным геологическим объектом кольцевой формы, состоящий из обломков вмещающих известняков протерозойского возраста. По дендрологическим данным его возраст - около 500 лет (B.C. Антипин, В.И. Воронин, 2010).

К настоящему моменту разработано и широко обсуждается несколько моделей формирования Патомского кратера: импактная (В.В. Кокпаков, 1951), модель «современного вулкана» (В.С.Антипин и др., 2008), модель «газо-лито-кластитового» вулкана (В.П. Исаев и др., 2011), модель «криогенного гидролакколита». Однако ни одна из этих гипотез до настоящего времени не получила достаточного фактического обоснования.

Для детального изучения особенностей геологического строения района кратера была сформирована 8-я комплексная геолого-геофизическая экспедиция. При выполнении геофизических работ использовались два метода. Сотрудники Института геофизики УрО РАН (Д.Ю. Демежко и И.А. Угрюмов) для изучения верхней части разреза (до 200 метров) выполнили детальную площадную гравиметрическую съемку района кратера. Перед диссертантом была поставлена задача изучить геологический разрез района Патомского кратера до глубины нескольких километров с использованием методов AMT и МВЗ.

Цель работы. Усовершенствовать методики обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ, обеспечивающие изучение сложнопо-строенных «квазидвумерных» геоэлектрических сред, и выполнить их апробацию по профилю «Патомский-2010» с построением геоэлектрического разреза до глубины 2-3 км и оценкой геолого-структурных особенностей локализации Патомского кратера.

Основные задачи исследований:

• Выполнить оценку возможности и условий применения метода амплитудно-фазовой коррекции всех компонент тензора магнитотеллурического импеданса при обработке кривых АМТ-МТЗ;

• Обработать кривые AMT вдоль профиля «Патомский-2010» с использованием методики АФК;

■ ' а^д д .. .._I л

Патомского кратера с горы Джеболдо (а) (фотография Дмитрия Семёнова) и его географическое положение (б). Кратер обозначен желтым кружком.

штJi tui

Рис. 1. Вид Патомского

rpnrnttfhuup

о 10" а, ю-1

цц И а И I

j .................... г |

1 f .] Характерные! точки

1000 2500 4000 5500 7000

Расстояние вдоль профиля, м

X -1 Pt3mr -2 |

11 • -4 0,2 -5

]-з -6

Рис. 2. Разрезы типпера для двумерных тел квадратного сечения с относительной суммарной продольной проводимостью сечения G = 104 См*м и различными глубинами залегания геометрического центра (а - 125 м; б - 325 м; в - 725 м).

Рис 5. Геолого-структурная схема района Патомского кратера.

Условные обозначения: 1 — границы геологических свит; 2 - индексы геологических свит; 3 - положение Патомского кратера; 4 - положение пунктов АМТ-МВЗ; 5 - реальные индукционные вектора в конвенции Паркинсона (ориентированы в направлении на проводник); 6 — Патомская тектоническая зона, отвечающая зоне сгущения линеаментов.

ra -90-i - -

0.3

5 <

1 1_1_1_1_

. . -1' - ■ i'""' Т-тт —1-тпп4— II......—гп - т -'Т. mnt- I-lBi ---1 - &С i 111 mil—г

10*

ПК

XY YX Tz

10 10 10 10 Период, секунды

• о ■ -»«> --——

0.1 -

-пт^ гттттп^ гттттп^ тип)—г

101 10° Период, секунды

-.-.г1---.¡ыя**"-

i'ñ'ü.-íIS^'r't 111112 1

I 11 iiiii^—i iiiiiH—i i iinid—i i гтЦ—г

ПК

XY YX Tz

02 03 04 05

ПК

XY YX Tz

10 10 10 10 Период, секунды

Рис. 6. Типичные кривые кажущегося сопротивления (а), фазы импеданса (б) и типпера (в) для юго-западной (слева) центральной (в центре) и северо-восточной (справа) частей профиля. Сплошной линией показаны кривые для ТЕ моды (ХУ), пунктирной для ТМ моды (УХ), точками показаны кривые типпера (Тг).

Юго-западный Патомская

блок тектоническая

Ю-3 | зона I Ргкп 1000 ■

Северо-восточный

P(,sg&mK _ Pt3sg, 161

с-в

Удельное эл. сопр., Ом-м

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Расстояние вдоль профиля, м

ZrM- 1 ПН-2 IWW1-3

-4

Ptsmr

Рис. 7. Геоэлектрический разрез вдоль линии профиля «Патомский-2010» (результат решения обратной «двумерной» задачи с элементами геологической интерпретации).

Условные обозначения: 1 - положение Патомского кратера; 2 - пикеты АМТ-МВЗ; 3 - разрывные нарушения (а - главные, б - второстепенные); 4-5 - положение границ геологических свит (4 - по электроразведочным данным в пределах Юго-западного и Северо-Восточного блоков, 5 - предполагаемое в пределах Патомской тектонической зоны); 6 - индексы геологических свит.

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

• Выполнить экспресс интерпретацию аномалий типпера вдоль линии профиля «Патомский-2010»;

• Построить геоэлектрический разрез вдоль линии профиля «Патомский-2010» поданным АМТ-МВЗ;

• Выполнить комплексную геологическую интерпретацию геоэлектрического разреза вдоль линии профиля «Патомский-2010»;

• Оценить геолого-структурные особенности локализации Патомского кратера.

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. Математическое моделирование проводилось с использованием программ: WinGLink («Geosystem»), REBOCC. 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 WinGLing («Geosystem»).

Научная новизна:

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

• Установлено, что соответствия между амплитудными и фазовыми кривыми дополнительного импеданса в условиях изучения «квазидвумерных геоэлектрических сред» могут выполняться со сдвигом фазы импеданса на угол кратный 90 градусов.

• 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.

• Установлены параметры блокового строения и радиальной расслоенное™ этих блоков в сечении профиля «Патомский 2010».

• Установлена приуроченность Патомского кратера к тектонической зоне шириной 800 метров, имеющей северо-западное простирание и падение в северо-восточном направлении под углом 70-80 .

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 характерных точек частотных характеристик тип-пера целесообразно использовать для оперативной оценки глубины геометрического центра аномальных проводящих «квазидвумерных» объектов с изометрическим сечением и относительной продольной проводимости их сечения, угла наклона контактов тел пластовой формы и соотношения их линейных размеров.

3. В результате применения разработанных методик обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ вдоль профиля «Патомский-2010» и их комплексной интерпретации установлены параметры слоисто-блокового строения верхней части земной коры, приуроченность Патомского кратера к тектонической зоне шириной 800 метров, характеризующейся отсутствием низкоомных горизонтов^ и погружающейся в северо-восточном направлении под углом 70-80 .

Достоверность. Достоверность методических приемов, разработанных автором, опирается на результаты математического моделирования. Достоверность интерпретационной геолого-геофизической модели вдоль профиля «Патомский-2010» базируется на комплекси-ровании двух электроразведочных методов (AMT и МВЗ), применении современных методов их обработки и интерпретации и согласованности полученных результатов с данными других геофизических и геологических исследований.

Практическая значимость. Методику АФК рекомендуется использовать при обработке полевых кривых МТЗ-АМТ в условиях изучения сложнопостроенных «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 при геологическом картировании методом МВЗ для оперативной оценки аномальных проводящих объектов.

Установленные положение, угол наклона, кинематика и амплитуды смещений вдоль «Патомской тектонической зоны», морфология высокоомных и проводящих геоэлектрических слоев в сечении профиля «Патомский-2010» могут быть использованы при изучении природы Патомского кратера и моделировании процессов его образования.

Реализация результатов работы. Методические приёмы, полученные в данной работе, использованы при изучении Патомского кратера в рамках программы комплексных исследований экспедиции «Патомский кратер 2010». Они нашли практическое применение в ходе ряда научно-производственных исследований канадской компании «Phoenix Geophysics, Ltd.» (Торонто, Канада).

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, сборе, систематизации, анализе данных ранее выполненных исследований. Автором лично выполнено проектирование и полевые измерения методом АМТ-МВЗ вдоль профиля «Патомский-2010». Выполнено моделирование магнитотеллурических и магни-товариационных 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 и интерпретация данных АМТ-МВЗ вдоль профиля «Патомский-2010». Проведена комплексная интерпретация геолого-геофизических данных, выявлена «Патомская тектоническая зона» и построен геологический разрез вдоль профиля «Патомский-2010».

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); «Итоги научно-исследовательской экспедиции «Патомский кратер - 2010», (Санкт-Петербург, 2011); «V-я Всероссийская школа-семинар имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли», (Санкт-Петербург, 2011); 73-я конференция-выставка Европейской Ассоциации геофизиков и инженеров (Вена, Австрия, 2011); IX Международный геофизический семинар «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 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, 2009 и 2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Благодарности. Автор благодарен научному руководителю д.г.-m.h., 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 и помощь при интерпретации данных АМТ-МВЗ.

Автор благодарен ведущим специалистам компании «ЕМГЕО» к.г.-м.н. Игорю Сергеевичу Фельдману и главному инженеру Юрию Алексеевичу Сараеву за помощь при работе над методическими разделами диссертации.

Автор признателен профессору д.г.-м.н. Александру Валентиновичу Поспееву (ЗАО «Восточный геофизический трест») за предос-

тавленные материалы AMT 2008 года. Эти данные сыграли важную роль в проектировании работ АТМ-МВЗ 2010 года.

Автор благодарен доценту кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГУ к.г.-м.н. Андрею Александровичу Сави-чеву за консультации при проведении геологической интерпретации результатов электроразведочных работ.

Автор признателен организаторам и участникам Патомской экспедиции 2010 года за высокий уровень организации полевых работ, консультации и обмен опытом.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 64 иллюстрации, 1 таблицу, библиографический список из 81 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит общую характеристику работы.

Первая глава посвящена истории изучения Патомского кратера и описанию методики полевых работ АМТ-МВЗ 2010 года. Во второй главе на основании результатов математического моделирования обоснована методика амплитудно-фазовой коррекции всех компонент тензора магнитотеллурического импеданса при изучении «квазидвумерных сред». С использованием разработанной методики выполнена обработка данных AMT вдоль профиля, пересекающего Патомский кратер. 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. Доказывается второе защищаемое положение. В четвёртой главе охарактеризован геоэлектрический разрез вдоль профиля «Патомский-2010», полученный на основе анализа и интерпретации данных АМТ-МВЗ. Пятая глава посвящена комплексной интерпретации геоэлектрических данных и построению геологического разреза вдоль профиля «Патомский-2010» с обоснованием параметров «Патомской тектонической зоны». Доказывается третье защищаемое положение. Заключение содержит характеристику главных результатов исследований.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

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 магнитотел-

лурического импеданса.

Отклик геоэлектрической среды в методе МТЗ представляется в виде тензора импеданса (М.Н. Бердичевский). Повышение точности определения комплексных компонент тензора импеданса (как главных - г,, так и дополнительных 2^) в условиях искажающего воздействия помех имеет принципиальное значение при изучении реальных геоэлектрических сред. Известно, что влияние 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. Сухии, 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:

^ ' я* <1\ъсо

(0+0) йоЗ

а>-а) со

(1)

где (О - круговая частота, (р • фаза импеданса, Щ - амплитуда

импеданса.

Это выражение преобразуется в приближенную формулу вычисления фазы импеданса:

2 йЫч> 4 dln.lT

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).

Автор изучил взаимосвязи 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 особенности 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 амплитудной и фазовой кривых бывают как простыми, так и сложными. Простые соответствия подобны ситуациям в «горизонтально-слоистых средах»: исходные кривые фазы и рассчитанные по формуле (2) пересекаются в точках перегиба; абсциссы экстремальных значений 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 условие подобия выполняется со сдвигом фазы на угол, кратный 90°. Таким образом, с использованием некоторых методических приёмов («временного перемещения» части частотного диапазона фазы) процедура амплитудно-фазовой коррекции применима для изучения «квазидвумерных сред».

Типы сложных соответствий между параметрами амплитудной и фазовой кривых проанализированы автором и использованы для создания методических рекомендаций при выполнении методики амплитудно-фазовой коррекции полевых данных МТЗ вдоль профиля «Патомский-2010».

2. Параметры характерных 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.

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. Dmitnev 2009* и др.). К. Возофф (1972) назвал параметр, рассчитываемый по 3-м ортогональным магнитным компонентам естественного^ переменного электромагнитного поля Земли, «типпером». Данный параметр чувствителен только к латеральным неоднородностям геоэлектрической среды.

При проведении полевых работ для корректировки методики съемки, а также при интерпретации данных важно получать общие представления о параметрах аномальных тел. В связи с этим автором разработана система экспресс-методов интерпретации данных типпера. Для этого было выполнено «двумерное» моделирование магнитовариационных функций отклика для набора аномальных объектов изометрического сечения и тел пластовой формы с использованием алгоритма Р. Макки, реализованного в программе WinGLink (Geosystem). Задачей исследований было определение графических зависимостей и аппроксимационных функций, 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 (G), залегающих на разных глубинах, показаны на рисунке 2. 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 характерных точек на отдельных изолиниях амплитуды типпера (абсциссы и периоды).

В результате обобщения модельных данных были построены графические зависимости координат характерных точек на разрезах

типпера от параметров аномальных объектов, которые далее были аппроксимированы функциями. Последние могут использоваться для экспресс-оценки глубины залегания геометрического центра проводящего тела (Н) и его относительной суммарной продольной проводимости сечения (О:

Н = ас1-Сь (3)

где: Н - глубина геометрического центра проводящего тела, в метрах; с1 - расстояние между абсциссами максимумов на разрезе тип-пера, в метрах; а - коэффициент пропорциональности (а = 0,46); С, - константа (С| = 154);

Н = р/А-Сь (4)

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

в = у-Т, (5)

где: в - относительная суммарная продольная проводимость сечения тела, в сименсах-м (в = 5-оа - 8-сср, где: Б-площадь сечения аномального тела, в м2; оа и оср - удельная электрическая проводимость аномального тела и вмещающей среды соответственно, в си-менсах/м); Т-период максимальных значений, в секундах; у - коэффициент пропорциональности (у = 2-105);

С = 5-А3, (6)

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

в = Ы2е, (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 3 показана зависимость отношения экстремальных периодов на изолинии 0,5 от отношения линейных размеров тела. Методика

определения Тмах, Тм!п, Тср на изолинии 0,5 показана на рисунке 26. На рисунке 4 представлен график зависимости отношения амплитуд в максимумах типпера от угла падения тела пластовой формы.

ю 100

Ьй (длина/ширина тела)

Рис. 3. График зависимости отношения экстремальных периодов от отношения линейных размеров тела

Ш м

15 с «

О 8

1.02 1

0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86

------------------------------ -------

♦

____________________♦ ---------- —

— ♦—ф----------- ------------

30 45 60 75 90 Угол падения тела, град.

Рис. 4. График зависимости отношения значения максимумов типпера в экстремумах на разрезах типпера от угла падения тела

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 зависимостей и ап-проксимационных функций, могут рассматриваться в качестве методов экспресс-оценки параметров аномальных «квазидвумерных» тел различной геометрической формы при решении рудных, структурных, гидрогеологических, экологических задач и при геологическом картировании методом МВЗ.

Разработанные экспресс-методы апробировались на практических материалах МВЗ измеренных вдоль профиля, пересекающего Патомский кратер. Результаты экспресс-интерпретации были учтены в ходе решения обратной двумерной задачи вдоль профиля «Па-томский-2010».

3. В результате применения разработанных методик обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ вдоль профиля «Патом-ский-2010» и их комплексной интерпретации установлены параметры слоисто-блокового строения верхней части земной коры, приуроченность Патомского кратера к тектонической зоне шириной 800 метров, характеризующейся отсутствием низкоом-ных горизонтов и погружающейся в северо-восточном направлении под углом 70-80°.

Электроразведочные работы методом АМТ-МВЗ выполнены автором вдоль профиля «Патомский-2010» в ходе комплексной геоло-го-геофизичесокй экспедиции в 2010 году с целью изучения геоэлектрического разреза в диапазоне глубин от нескольких десятков метров до нескольких километров.

Методика проведения полевых работ была обоснована автором на основе анализа результатов исследований АМТ, выполненных в 2008 году специалистами «Иркутского электроразведочного предприятия» под руководством профессора А.В. Поспеева, с учетом особенностей геологического строения района исследований.

В ходе экспедиции 2010 года был отработан один профиль, заданный вкрест простирания геологических структур: азимут простирания - СВ 45°; длина профиля - 5 км; шаг наблюдений - 200 м. Для оценки влияния боковых неоднородностей автором было предусмотрено измерение вертикальной компоненты электромагнитного (ЕМ) поля, что позволяет одновременно со съемкой АМТ выполнить магнитовариационное зондирование.

Полевые записи по технологии АМТ и МВЗ выполнялись многофункциональными широкодиапазонными регистраторами MTU-5a (пятое поколение GPS-синхронизированной многофункциональной электроразведочной аппаратуры), разработанными канадской компанией «Phoenix Geophysics, Ltd.». Преобразователями напряженности двух компонент (Ех, Еу) ЕМ-поля служили две заземленные электрические линии MN, длиной 30 м каждая и неполяризующиеся электроды. Преобразователями трех магнитных компонент (Нх, Ну, Hz) естественного ЕМ поля служили индукционные магнитные датчики АМТС-30. Применялась крестообразная установка с центральным заземленным электродом. Для установки магнитных датчиков использовались прецизионные треноги компании «AGCOS» (Торонто, Канада).

Вдоль профиля «Патомский-2010» было выполнено 22 физических наблюдения методом АМТ (18 дневных и 4 ночных). Длительность дневных записей составляла 40-60 минут, ночных - 14-18 часов. На всех пунктах выполнялась регистрация вертикальной магнитной компоненты поля Hz. Таким образом, выполнены измерения методом МВЗ. Съёмка проводилась по методике с постоянным базовым пунктом. Схема расположения пикетов АМТ-МВЗ представлена на рисунке 5.

Для первичной обработки использовался комплекс программ SSMT-2000, разработанный компанией «Phoenix Geophysics, Ltd.» (автор Джерри Грэхэм). Редактирование и реализация процедуры амплитудно-фазовой коррекции как главного, так и дополнительного импеданса выполнена с использованием программы SSMTBASE (автор Андрей Элбакидзе).

Анализ данных АМТ-МВЗ осуществлялся в программном комплексе WinGLink (Geosystem Ltd.). При рассмотрении карт амплитудных полярных диаграмм (АПД) наблюдается устойчивая тенденция ориентировки больших осей АПД основных импедансов по направлению профиля наблюдений. Эта тенденция сохраняется на всех приведенных частотах. На частотах 3000, 300 и 100 Гц для большинства пикетов АПД главных компонент приобретают форму овала, а АПД дополнительных импедансов имеют четыре лепестка, что свидетельствует о двухмерном характере МТ-поля для данного диапазона частот. Характер МТ-поля в диапазоне частот от 30 Гц и ниже свидетельствует о существенной неоднородности среды, которая по своим свойствам гораздо ближе к трехмерной среде.

В результате анализа типичных кривых АМТ и частотных характеристик типпера (Рис. 6) сделан вывод о том, что в сечении профиля выделяется три типа кривых, отражающих принципиально разный характер геоэлектрического разреза (западный, центральный и восточный участки профиля). Характерной особенностью западного участка является относительно пониженный уровень кривых кажущегося сопротивления. Для центрального участка характерно наличие в разрезе крутопадающих границ контрастных геоэлектрических сред. Восточный участок характеризуется согласным и пологим залеганием геоэлектрических слоев.

Автором выполнен анализ плана реальных индукционных векторов в конвенции Паркинсона на различных частотах. На частоте

3000 Гц (точка 3) происходит разворот направления реальных индукционных векторов (Рис. 5). Слева от точки 3 векторы ориентированы преимущественно в юго-западном направлении, в то время как справа от точки 3 векторы ориентированы в северо-восточном направлениях. На частоте 300 Гц подобный разворот реальных индукционных векторов происходит северо-восточнее (в районе точки 5), а на частоте 100 Гц в районе точки 12. Все это свидетельствует о северо-восточном падении оси центрального высокоомного блока, названного автором «Патомская тектоническая зона».

Решение обратной «двумерной» (2D) задачи выполнялось в рамках программного комплекса WinGLink. Использовалась сглаженная инверсия Р. Макки (алгоритм NLCG). Из-за выхода на целом ряде точек фаз основных импедансов за пределы своих четвертей автор был вынужден ограничить используемый диапазон кривых кажущегося сопротивления и фазы импеданса значениями до 100 Гц. Таким образом, на каждой точке AMT для двухмерной инверсии использовались кривые кажущегося сопротивления и фазы импеданса, соответствующие ТЕ моде (азимут -45 град., направлена вдоль простирания пород и в вдоль малой оси АПД основных импедансов) и ТМ моде (азимут 45 град., направлена в крест простирания пород и вдоль большой оси АПД основных импедансов). При инверсии использовался типпер во всём зарегистрированном диапазоне частот.

Для создания стартовой геоэлектрической модели для 2D инверсии магнитотеллурических и магнитовариационных данных автор использовал основные выводы по анализу данных АМТ-МВЗ, результаты экспесс-интерпретации разреза типпера и результаты одномерной (1D) интерпретации инвариантных (эффективных) амплитудных и фазовых кривых.

Было выполнено более 100 инверсий (не менее 40 итераций каждая), чтобы получить устойчивую двумерную модель (Рис. 7) и приемлемый уровень расхождения наблюденных и рассчитанных кривых АМТЗ и типпера (RMS ошибка составила 3,5 %).

Комплексная интерпретация.

Для районирования площади исследования автором был сформирован рабочий банк данных, включающий фрагмент геологической карты масштаба 1:200000, топографическую карту масштаба 1:50000; космический снимок; карту детальной гравиметрической

съемки района Патомского кратера (Д.Ю. Демежко и др, 2011); схемы распределения реальных индукционных векторов по данным МВЗ. Комплексная интерпретация этой разнородной информации выполнена с использованием традиционного приема качественной интерпретации - линеаментного анализа. В результате выполненных построений на площади исследований выделена зона сгущения ли-неаментов разных типов, маркирующих линейную структуру, названную автором «Патомской тектонической зоной» (Рис. 5).

При выполнении геологической интерпретации геоэлектрического разреза автор опирался на данные геологического картирования и справочные петрофизические данные по основным типам горных пород района Патомского кратера.

В результате геологической интерпретации была построена оригинальная геолого-геофизическая модель разреза верхней коры вдоль линии профиля «Патомский-2010» (Рис. 7). Согласно этой модели вдоль профиля «Патомский-2010» выделяется 3 блока с разнотипным геологическим строением.

Северо-восточный блок характеризуется согласным залеганием геологических слоев, полого погружающихся в юго-западном направлении под углом около 30 градусов. Данный блок осложнён тектоническим нарушением.

Юго-западный блок также характеризуется согласным залеганием геологических слоев. В центре блока расположена антиклинальная складка с углами падения крыльев более 45 градусов.

Центральный блок, названный автором «Патомская тектоническая зона», характеризуется нарушением прослеживаемости проводящих унифицированных толщ. Блок ограничен с юго-запада и северо-востока двумя низкоомными зонами разрывных нарушений, падающими в северо-восточном направлении под углом 70-80 градусов. Ширина зоны на участке пересечения профилем «Патомский-2010» составляет 800 метров. Амплитуды вертикальных смещений вдоль границ «Патомской тектонической зоны» оцениваются интервалом до 400 метров. Существенные различия в мощности геоэлектрических слоёв Юго-западного (опущенного) и Северо-восточного (приподнятого) блока позволяют предполагать наличие горизонтальных смещений вдоль вышеуказанной зоны.

Патомский кратер локализован в пределах центральной части «Патомской тектонической зоны»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная диссертация является самостоятельной законченной научно-квалификационной работой, содержащей исследования взаимосвязей между амплитудными и фазовыми параметрами тензора магнитотеллурического импеданса, разработанные способы экспресс-оценки параметров «квазидвумерных» объектов по разрезам типпера и решение задачи построения геологической модели района Патомского кратера.

Анализ результатов математического моделирования позволяет заключить, что при изучении «квазидвумерных» геоэлектрических структур:

1) Методика амплитудно-фазовой коррекции (АФК) может быть использована при корректировке кривых МТЗ-АМТ 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 влиянию помех, корректировка амплитудной кривой на основе фазовой приводит к улучшению качества данных, искаженных влиянием помех.

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

На площади исследований электромагнитные данные позволили решить следующие задачи: установить параметры слоисто-блокового строения верхней части земной коры вдоль профиля «Па-томский-2010»; обосновать приуроченность Патомского кратера к тектонической зоне шириной 800 метров, характеризующейся отсутствием низкоомных горизонтов и погружающейся в северовосточном направлении под углом 70-80°.

Методика применения АФК может быть использована при обработке полевых кривых МТЗ-АМТ в задачах изучения сложнопостро-енных горизонтально-слоистых и «квазидвумерных» геоэлектрических сред. Разработанные методы оценки параметров аномальных «двумерных» объектов по разрезам типпера рекомендуется использовать при решении рудных, структурных, гидрогеологических, экологических задач и при геологическом картировании методом МВЗ для оперативной оценки аномальных проводящих объектов.

Обоснованные параметры строения разреза верхней части земной коры вдоль профиля «Патомский-2010» могут быть использованы с целью моделирования процессов образования Патомского кратера.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ermolin Е. The parameter estimation of 2D conductive isometric bodies by singular points at the tipper frequency characteristic. / O. Ingerov, E. Ermolin H Proceedings of 20th Induction Workshop IAGA, Giza, Egypt-2010, September 18-24. P. 303-306.

2. 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.

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

4. 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, 2,2011. С. 35-41.

5. Ermolin Е. The results of AMT survey at Patomsky crater. / E. Ermolin, O. Ingerov // 73rd EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC 2011 in Vienna, Austria 23-26 May 2011. P. 303306.

6. Ермолин Е.Ю. Картирование субвертикальных проводящих объектов по данным МВЗ / Е.Ю. Ермолин, О. Ингеров, И. Ингеров // 5-я Всероссийская школа-семинар имени М.Е. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли, Санкт-Петербург, 2011. С. 245-249.

РИЦ СПГГУ. 15.11.2011. 3.649 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Ермолин, Евгений Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЙОНА ПАТОМСКОГО КРАТЕРА.

1.1. Основные результаты комплексных геолого-геофизических исследований до 2008 года.

1.2. Гипотезы происхождения Патомского кратера и постановка задачи современных исследований.

1.3. Методика и предварительные результаты экспедиции 2010 года.

1.3.1. Предварительные результаты гравиметрических и геохимических работ.

Гравиметрические исследования.

Геохимические исследования.

1.3.2. Обоснование методики полевых электроразведочных исследований АМГ-МВЗ.

Геолого-геофизическая модель района Патомского кратера.

Методика полевых работ АМТ-МВЗ.

Краткий анализ результатов первичной обработки данных.

2. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ

ДАННЫХ МТЗ-АМТ.

2.1. Амплитудно-фазовая коррекция в технологической схеме обработки данных магнитотеллурических зондирований.

2.2. Обоснование методики амплитудно-фазовой коррекции на основе анализа МТ-отклика Ш, 2Б, ЗБ геоэлектрических моделей

2.2.1. Горизонтально-слоистые (Ю) модели).

2.2.2. Двумерная модель.

2.2.3. Трёхмерная модель.

2.3. Примеры Амплитудно-фазовой коррекции компонент тензора импеданса данных МТЗ.

2.4. Амплитудно-фазовая коррекция компонент тензора импеданса данных АМТЗ вдоль профиля «Патомский-2010».

3. МЕТОДИКА ЭКСПРЕСС ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ТИППЕРА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ОТКЛИКА 2D ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

3.1. Оценка параметров проводящих тел изометрического сечения по частотным характеристикам типпера.

3.1.1. Анализ результатов моделирования при изменении глубины геометрического центра тела.

3.1.2. Анализ результатов моделирования при изменении удельного электрического сопротивления тела.

3.2. Оценка параметров вертикальных и наклонных проводящих пластов по частотным характеристикам типпера.

3.2.1. Модели пласта с изменяющимся соотношением горизонтальных и вертикальных размеров.

3.2.2. Модели пласта расположенного на разных глубинах.

3.2.3. Модели пласта с разным углом падения.

3.3. Оценка параметров симметричных антиклинальных проводящих структур по частотным характеристикам типпера.

4. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ АМТ-МВЗ ВДОЛЬ ПРОФИЛЯ «ПАТОМСКИЙ-2010».

4.1. Анализ данных АМТ-МВЗ.

4.1.1.Анализ данных АМТЗ.

Анализ амплитудных полярных диаграмм.

Анализ кривых кажущегося сопротивления и фазы импеданса.

Анализ псевдоразрезов кажущегося сопротивления.

4.1.2. Анализ данных МВЗ.

Анализ разреза амплитуды типпера.

Анализ схем распределения индукционных векторов.

Анализ разреза индукционных векторов.

4.2. Априорная модель для 2Б инверсии на основе анализа данных

АМТ-МВЗ.

4.3. Решение обратной двумерной (2-D) задачи.

5. ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ РАЙОНА ПАТОМСКОГО КРАТЕРА ПО ДАННЫМ АМТ-МВЗ.

5.1. Удельное электрическое сопротивление горных пород района патомского кратера.

5.1.1. Удельное электрическое сопротивление основных типов вмещающих горных пород.

5.1.2. Факторы влияюгцие на значение удельного электрического сопротивления горных пород.

Минерализация подземных вод.

Наличие зон разрывных нарушений.

Оценка зоны многолетних мёрзлых пород.

5.2. Геологическая интерпретация данных АМТ-МВЗ вдоль линии профиля «Патомский-2010».

5.2.1. Геолого-геофизическое районирование Патомской площади.

Проявление шовной зоны в рельефе местности.

Проявление шовной зоны на космическом снимке.

Проявление шовной зоны на карте детальных гравиметрических измерений.

Проявление шовной зоны на схеме индукционных векторов.

Личные наблюдения.

Сопоставление результатов выполненных геолого-геофизических исследований с данными геологического картирования.

5.2.2. Интерпретация геоэлектрического разреза.

Северо-восточная часть.

Юго-западная часть.

Центральная часть.

5.2.3. Геолого-структурных особенностей локализации Патомского кратера.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Особенности методики обработки и интерпретации аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных данных при изучении двумерных геоэлектрических сред"

Актуальность темы.

В современных условиях, характеризующихся активным развитием аппаратурной базы и методик магнитотеллурических (МТЗ), аудиомагнитотеллурических (AMT) и магнитовариационных (МВЗ) исследований существенно расширяется круг задач, решаемых этими методами. В связи с этим особую актуальность приобретает развитие методов обработки и интерпретации данных МТЗ-АМТ, позволяющих повысить детальность и достоверность профильных геоэлектрических построений. Одним из способов повышения качества обработки данных МТЗ-АМТ в условиях влияния помех является способ амплитудно-фазовой коррекции (АФК), методика применения которого развивается в данном исследовании. Включение в комплекс исследований метода магнитовариационного зондирования позволяет повысить информативность и надёжность геоэлектрических профильных построений, выполняемых при изучении сложнопостроенных геоэлектрических сред. Именно к такому типу сред относится район Патомского кратера, расположенного на севере Патомского нагорья. По результатам опытно-методических работ AMT 2008 года в районе кратера отмечено «квазидвумерное» строение верхней части земной коры (Поспев A.B. 2008). Геоэлектрический разрез этого района характеризуется высокой гетерогенностью: в вертикальном сечении он представляет собой чередование высокоомных и проводящих слоев; в латеральном измерении расслоенная среда интенсивно деформирована складчатыми и разрывными деформациями. Этот тип геоэлектрического разреза широко проявлен как в детальных, так и средне- и мелкомасштабных исследованиях, что позволяет выбрать район Патомского кратера для апробации разработанных методических приёмов.

Патомский кратер был обнаружен в 1949 году В.В. Колпаковым при проведении геолого-съемочных работ. С этого момента объект привлекает большое внимание геологического сообщества. Его изучением занимались Е.И. Воробьев, C.B. Обручев, A.M. Портнов, B.C. Антипин, В.И. Воронин, С.А. Язев, С.М. Миронов, М.В. Слипенчук, А.Н. Моисеинко, A.M. Федоров, В.П. Исаев, П.В. Исаев, Д.Ю. Демежко, И.А. Угрюмов, A.B. Поспеев, A.A. Савичев, О. Ингеров, Б.Н. Голубов, Ю.А. Сапожников, Ю.Ф. Болесто, Ю.Л. Кандыба, B.C. Федоровский, C.B. Ярмолюк, Б.П. Высоцкий, A.A. Дмитриев, А.Г. Дмитриев, Д.В. Семенов, A.B. Антипов и другие.

К настоящему моменту разработано и широко обсуждается несколько моделей формирования Патомского кратера: импактная (Кокпаков В.В., 1951), модель «современного вулкана» (Антипин B.C. и др., 2008), модель «газо-лито-кластитового» вулкана (Исаев В.П. и др., 2011), модель «криогенного гидролакколита». Однако ни одна из этих гипотез до настоящего времени не получила достаточного фактического обоснования.

Для детального изучения особенностей геологического строения района кратера, была сформирована 8-я комплексная геолого-геофизическая экспедиция. Геофизические работы выполнялись двумя методами: сотрудники Института геофизики УрО РАН (Д.Ю. Демежко и И.А. Угрюмов) для изучения верхней части разреза (до 200 метров) выполнили детальную площадную гравиметрическую съемку района кратера; перед диссертантом была поставлена задача изучить геологический разрез района Патомского кратера до глубины нескольких километров с использованием методов AMT и МВЗ.

Цель работы. Усовершенствовать методики обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ, обеспечивающие изучение сложнопостроенных «квазидвумерных» геоэлектрических сред и выполнить их апробацию по профилю «Патомский-2010» с построением геоэлектрического разреза до глубины 2-3 км и оценкой геолого-структурных особенностей локализации Патомского кратера.

Основные задачи исследований:

• Переобработать кривые АМТ вдоль профиля «Патомский-2010» с использованием методики АФК;

• Выполнить экспресс интерпретацию аномалий типпера вдоль линии профиля «Патомский-2010»;

• Построить геоэлектрический разрез вдоль линии профиля «Патомский-2010» по данным АМТ-МВЗ;

• Оценить геолого-структурные особенности локализации Патомского кратера.

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: WinGLink («Geosystem»), REBOCC. 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 WinGLing («Geosystem»).

Научная новизна:

• Установлены параметры блокового строения и радиальной расслоенности этих блоков в сечении профиля «Патомский 2010».

• Установлена приуроченность Патомского кратера к тектонической зоне шириной 800 метров, имеющей северо-западное простирание и падение в северо-восточном падении под углом 70-80°.

Защищаемые положения.

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

3. В результате применения разработанных методик обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ вдоль профиля «Патомский-2010» и их комплексной интерпретации установлены параметры слоисто-блокового строения верхней части земной коры, приуроченность Патомского кратера к тектонической шовной зоне шириной 800 метров, характеризующейся отсутствием низкоомных горизонтов и погружающейся в северо-восточном направлении под углом 70-80°.

Достоверность. Достоверность методических приемов, разработанных автором, опирается на результаты математического моделирования. Достоверность интерпретационной геолого-геофизической модели вдоль профиля «Патомский-2010» базируется на применении современных методов их обработки и интерпретации, комплексировании двух электроразведочных методов (AMT и МВЗ) и согласованности полученных результатов с данными других геофизических и геологических исследований.

Практическая значимость. Методику АФК рекомендуется использовать при обработке полевых кривых МТЗ в условиях изучения сложнопостроенных «горизонтально-слоистых» и «квазидвумерных» геоэлектрических сред. Разработанные автором методы оценки параметров аномальных «двумерных» объектов по разрезам типпера рекомендуется использовать при решении поисковых, структурных, гидрогеологических, экологических задач и при геологическом картировании методом МВЗ для оперативной оценки аномальных проводящих объектов.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, сборе, систематизации, анализе данных ранее выполненных исследований. Автором лично выполнено проектирование и полевые измерения методом АМТ-МВЗ вдоль профиля «Патомский-2010». Выполнено моделирование магнитотеллурических 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 АМТ и интерпретация данных АМТ-МВЗ вдоль профиля, «Патомский-2010». Проведена комплексная интерпретация геолого-геофизических данных, выявлена «Патомская тектоническая зона» и построен геологический разрез вдоль профиля «Патомский-2010».

Апробация работы. 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); «Итоги научно-исследовательской экспедиции «Патомский кратер - 2010», (Санкт-Петербург, 2011); «V-я Всероссийская школа-семинар имени

М.Н. Бердичевского и J1.JI. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли», (Санкт-Петербург, 2011); 73-я конференция-выставка Европейской Ассоциации геофизиков и инженеров (Вена, Австрия, 2011); IX Международный геофизический семинар «Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 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 Ингерову за консультации при работе над методическими разделами диссертации и помощь при интерпретации данных АМТ-МВЗ.

Автор признателен профессору д.ф.-м.н. Александру Валентиновичу Поспееву («Иркутское электроразведочное предприятие») за предоставленные материалы АМТ 2008 года. Эти данные сыграли важную роль в проектировании работ АТМ-МВЗ 2010 года.

Автор благодарен доценту кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПГГУ к.г.-м.н. Андрею Александровичу Савичеву за консультации при геологической интерпретации результатов электроразведочных работ.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, содержит 64 иллюстрации, 1 таблицу, библиографический список из 81 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Ермолин, Евгений Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований автор усовершенствовал методику обработки и интерпретации данных АМТ-МВЗ применимых в условиях сложнопостроенных расслоенных «квазидвумерных» сред.

Важнейшим элементом на стадии обработки данных AMT является методика амплитудно-фазовой коррекции (АФК) кривых МТЗ, которая традиционно используется только при изучении одномерных («квазислоистых») сред. Автор на* основе результатов двумерного (2D) математического моделирования магнитотеллурических функций отклика доказал, что методика АФК может быть использована для корректировки кривых МТЗ, как главного, так и дополнительного импеданса при изучении «квазидвумерных» сред. При этом установлено, что в случае АФК дополнительного импеданса фазовые кривые и кривые фаз, рассчитанные по амплитудным кривым могут соответствовать друг другу со сдвигом, кратным 90°. То есть в этом случае смещение фазы импеданса на этот угол обеспечивает, подобия кривых измеренной фазы и фазы, рассчитанной по амплитудной кривой.

Обоснована эффективность применения способов экспесс-интерпретации разрезов типпера на стадии интерпретации электромагнитных данных. Автор показал, что по характерным точкам этих разрезов однозначно определяется относительная продольную проводимость сечения (G) аномального объекта с изометрической формой сечения и оценивается глубина залегания его геометрического центра. Для тел пластовой формы оценивается угол падения контактов и отношение линейных размеров сечения тела.'

Разработанные способы были применены при обработке и интерпретации данных АМТ-МВЗ, выполненных в пределах сложно построенного района Патомского кратера. Применение методики АФК позволило адекватно отбраковать недостоверные амплитудные и фазовые значения кривых AMT и построить сплайны всех компонент тензора магнитотеллурического импеданса. Это позволило более корректно рассчитать кривые кажущегося сопротивления и фазы импеданса вдоль и вкрест доминирующих геологических структур. Использование данных типпера для построения априорной модели и при проведении 2Б инверсии позволило повысить надёжность геоэлектрического разреза.

В результате обработки и интерпретации геоэлектрических данных с использованием стандартных технологий, дополненных оригинальными авторскими1 способами был построен геоэлектрический разрез вдоль профиля «Патомский-2010» до глубины 3000 м. Геологическая интерпретация геоэлектрического разреза, позволила установить что профиль «Патомский-2010» пересекает 3 части с разнотипным геологическим строением: северовосточный блок, который характеризуется согласным залеганием геологических слоёв с небольшими углами их погружения в юго-западном направлении; юго-западный расслоенный блок, осложнённый антиклинальной складкой; центральная зона, названный автором «Патомская тектоническая зона». Последняя характеризуется отсутствием проводящих слоев и в целом проявляется как высокоомная пластина, погружающаяся в северо-восточном направлении под углом около 70-80°. Границы зоны характеризуются пониженным значением удельного электрического сопротивления. Ширина зоны на участке ее пересечения профилем «Патомский-2010», составляет 750-850 метров. Именно к этой структуре приурочен Патомский кратер.

Выполненные исследования имеют научное и методическое значение. Методика применения АФК может быть использована при обработке полевых кривых АМТ-МТЗ в задачах изучения сложнопостроенных 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 широкого круга геологических задач.

Обоснованные параметры строения разреза верхней части земной коры вдоль линии профиля «Патомский-2010» будут использованы в ходе дальнейших исследований процессов образования такого уникального геологического объекта, как Патомский кратер.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Ермолин, Евгений Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Алексеев Д.А., Пальшин H.A., Варенцов Ив.М. Дисперсионные магнитотеллурические соотношения в двумерной модели берегового эффекта // Физика Земли. 2009. 2. С. 84-87.

2. Антипин B.C., Воронин В.И. Патомский кратер: земной или небесный? // Наука из первых рук. 2010, № 5 (35). С. 16-25.

3. Антипин B.C., Воронин В.И., Дмитриев А.Г, Язев С.А. Патомский кратер проблемы и перспективы изучения // VIII Международная конференция «Новые идеи- в науках о Земле». Доклады. Москва, 2007, том 8. С.285-288.

4. Антипин B.C., Воронин В.И., Федоров A.M. Патомский кратер в Восточной Сибири / Природа, 2008, № 8. С. 69-75.

5. Антипин B.C., Федоров A.M. Происхождение Патомского кратера (Восточная Сибирь) по геолого-геохимическим данным / Доклады Академии наук, 2008, том 423, № 3, С. 361-366.

6. Безрук И.А., Лахтионов В.О. Оценка достоверности определения импедансов при обработке магнитотеллурических вариаций. Прикладная геофизика, вып.89, М.: Недра. 1977. С.80-87.

7. Бердичевский М.Н. Электроразведка методом магнитотеллурического профилирования. М., 1968. 250 с.

8. Белявский В. В., Сухий В. В. Технология рудного аудиомагнитотеллурического зондирования. Разведка и охрана недр, 2. М.: Недра. 2003. С.38-47.

9. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир, 2009. 680 с.

10. Бердичевский М.Н., Логунович Р.Ф. Магнитотеллурические полярные диаграммы // Физика Земли. 2005. № 10. С. 66-78.

11. Бычков С.Г. Методы обработки и интерпретации гравиметрических наблюдений при решении задач нефтегазовой геологии. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 187 с.

12. Бычков С .Г., Долгаль A.C., Щербинина Г.П., Простолупов Г.В. Томографическая интерпретация аномалий силы тяжести с использованием системы VECTOR // Вестник Пермского научного центра, №4, Пермь, 2009. С. 28-39.

13. Ваньян Л. Л., Бутковская А. И., Магнитотеллурические зондирования слоистых сред, М., 1980

14. Ваньян Л.Л., Кауфман A.A., Терехин Е.И. Расчёт фазовых кривых частотного зондирования способом трансформации. Прикладная геофизика, Вып. 30, 1961. С. 103-114.

15. Ваньян Л. Л., Пальшин Н.А Искажения донных МТЗ в прибрежной зоне // Физика Земли. 1990. №8. С. 62-78.

16. Варенцов Ив.М., Голубев Н.Г., Гордиенко В.В., Соколова Е.Ю. Исследование глубинной геоэлектрической структуры вдоль профиля Линкольн Лайн (эксперимент ЕМБЬАВ) // Физика Земли. 1996. № 4. С. 124— 144.

17. Высоцкий Б.П. «Спонтанное моделирование» природных процессов. Природа, 1973, № 7. С. 54-60.

18. Геологическая карта СССР. Масштаба 1:200000. Серия Бодайбинская, лист (0-50-ІХ). Санкт-Петербург. ВСЕГЕИ, 1965 г.

19. Жданов М.С. Электроразведка: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986.316 с.

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

21. Ермолин Е.Ю. Ингеров О., Ингеров И. Картирование субвертикальных проводящих объ-ектов по данным МВЗ. 5-я Всероссийская школа-семинар имени М.Е. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли, Санкт-Петербург, 2011. с. 245-249.

22. Иванов А.И., Лифшиц В.И., Перевалов О.В. и др. Докембрий Патомского нагорья. М.: Недра, 1995. 352 с.

23. Ингеров.О., Применение электроразведочных методов при поисках залежей углеводородов., Записки Горного Института. Ст. Петербург.,Том 162., 2005, с. 15-25.

24. Кауфман A.A. Об амплитудных и фазовых характеристиках полей, применяемых в низкочастотной электроразведке. Известия ВУЗов, Сер. Геология и разведка, 6, 1960. С. 34-41.

25. Кац Я.Г., Полетаев А.И., Румянцева Э.Ф. Основы линеаментной тектоники-М.: Недра, 1986, 144с.

26. Кац Я.Г., Тевелев A.B., Полетаев А.И. Основы космической геологии. М.: Недра, 1988, 236с.

27. Колпаков В.В. Кратеры на Патомском нагорье оставил не Тунгусский метеорит. Чудеса и приключения, 2001, № 12. С. 24.

28. Колпаков В.В. Загадочный кратер в Патомском нагорье. -Природа, 1951, № 1-2, С.58.

29. Колпаков В.В., Язев С.А. Патомский конус. Земля и Вселенная, 2007, № 1,С. 57-65.

30. Ковтун A.A. Использование естественного электромагнитного поля при изучении электропроводности Земли: Учеб. пособие. Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. 196 с.

31. Корчуганова Н.И Геологические структуры на космических снимках // СОЖ, 1998, № 10, с. 60-67

32. Космогеология СССР. М.: Недра, 1987. 240 с.

33. Космическая информация в геологии. М.: Наука, 1983. 536 с.

34. Кротова З.А., Кандыба Ю.Л. Исследование Патомского кратера. -Метеоритика, 1966, вып. 27. С. 134-138.

35. Лео Фокс., Современные тенденции в развитии электроразведочного аппа-ратурно-программного комплекса. Записки Горного Института., Ст. Петербург, Том 162., 2005г., с.9-14.

36. Матвеев. Б.К. Электроразведка: Учеб. 2 изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1990. 386с.

37. Макаров В.И. Линеаменты (проблемы и направления исследований с помощью аэрокосмических средств и методов) // Исслед. Земли из космоса, 1981, №4, с. 109 -115.

38. Махорин A.A., Полетаев А.И. Значение линеаментного анализа горных территорий для изучения экзогенных геологических процессов (на примере Северного Кавказа) // Изв. ВУЗов. Геол. и разведка, 1989, №1, с. 133 -136.

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

40. Михайлов А.Е., Корчуганова Н.И., Баранов Ю.Б. Дистанционные методы в геологии. М.: Недра, 1993. 224 с.

41. Пархоменко Э.И., Бондаренко А.Т. Электропроводность горных пород при высоких давлениях и температуре. М., 1979. 272 с.

42. Петрофизика: Справочник. В трёх книгах Книга первая. Горные породы и полезные ископаемые / Под ред. Б.Н. Дортман. М.: Недра, 1992. 391 с.

43. Полетаев А.И. Линеаментный анализ как один из экологически чистых методов современных геологических исследований // Изв. ВУЗов. Геол. и разведка, 1991, №9, с.25 -30.

44. Портнов A.M. Кратер на Патомском и 1085 нагорье. Природа, 1962, № 11, С. 102-103.

45. Портнов A.M. Патомский кратер след Тунгусского явления? -Земля и Вселенная, 1993, № 1. С. 77-81.

46. Рокитянский И.И. Индукционные зондирования Земли. Киев: Hayкова Думка, 1981. 296 с.

47. Рокитянский И.И., Исследование аномалий электропроводности методом магнитовариационного профилирования. Наукова думка. Киев., 1975, 276 с.

48. Романовский Н.Н. О геологической деятельности наледей. Мерзлотные исследования. Выпуск XIII. Изд-во МГУ, 1973, с. 66-89.

49. Рябухин А.Г., Макарова Н.В., Макаров В.И. Космические методы в геологии. М.: Изд-во МГУ, 1988. 146 с.

50. Светов Б.С. Основы геоэлектрики М.:ЛКИ 2008. 658 с.

51. Фельдман И.С., Ермолин Е.Ю. Амплитудно-фазовая коррекция кривых МТЗ до-полнительного импеданса для двумерных сред. / // Записки Горного института. Т. 194. Санкт-Петербург. 2011. с. 201-210.

52. Хмелевской В.К. Электроразведка: Учеб. Пособие. 2 изд. перераб. и доп. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1984. 421с.

53. Электроразведка. Справочник геофизика. В двух книгах / Под ред. В.К. Хмельницкого и В.М. Бондаренко. Книга первая.-2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1989. с.291.

54. Якубовский Ю.В., Ренард И.В. Электроразведка. 4 изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1991.359 с.

55. Antipin V.S., Voronin V.I., Dmitriev A.G., Yazev S.A. The Patom crater in Eastern Siberia as evidenced by geological, geochemical, geophysical and dendrochronological research // Geophysics & Astronomy. Ulaanbaatar, 2007, No 3. P. 80-83.

56. Avdeev, D.B., Kuvshinov, A.V., Pankratov, O.V., & Newman, G.A., 1997. High-performance three-dimensional electromagnetic modeling using modified Neumann series. Wide-band numerical solution and examples, J. Geomagn. Geoelectr., 49, 1519-1539.

57. Berdichevsky M. N., Dmitriev V.I. Models and Methods of Magnetotellurics. Moscow: Scientific World, 2009. 680 p.

58. Egbert G. Comments on "Concerning Dispersion Relations of the Magnetotelluric impedance Tensor" by E. Yee and K. Paulson, Geophys. J. Int., 102, 1990. P. 1-8.

59. Ermolin E., Ingerov O. The results of AMT survey at Patomsky crater. 73rd EAGE Conference & Exhibition incorpo-rating SPE EUROPEC 2011 in Vienna, Austria 23-26 May 2011. P. 303-306

60. Franke, A., Borner, R.-U., and Spitzer, K., 2007. 3D finite element simulation of magnetotelluric fields using unstructured grids, Proceedings 4th International Symposium on Three-Dimensional Electromagnetics, Freiberg, 27. -30.9.2007. P. 15 18.

61. Gamble T.D., Goubau W.M., and Clarke J. Magnetotellurics with a remote magnetic reference. Geophysics, Vol. 44, 1, 1979. P. 53-68.

62. Hobbs, W.H. 1911, Repeating Patterns in the Relief and the Structure of the Land. Bull.G.S.A., vol. 22, p.p, 1213- 1276.

63. Ingerov O., Ermolin E. The parameter estimation of 2D conductive isometric bod-ies by singular points at the tipper frequency characteristic. Proceedings of 20th Induction Workshop IAGA, Giza, Egypt-2010, September 1824. P. 303-306.

64. Ingerov O., Fox L., Golyashov A., Colin A., Ingerov I. Non-grounded Surface Electroprospecting Technique. Proceedings of 71st EAGE Conference and Exhibition, Amsterdam, The Netherlands, 8-11 June 2009

65. Mackie R.L., Smith J.T., Madden T.R. Three-dimensional electromagnetic modeling using finite difference equations: the magnetotelluric example // Radio Science. 1994. V. 29. P. 923-935.

66. Parkinson W.D. Direction of rapid electromagnetic fluctuation. Geophys. J. 2, 1959. P. 1-14.

67. Porokhova L.N., and Kharlamov M.M. The solution of the one-dimensional inverse problem for induction soundings by an efficient linearization technique. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 60, 1990. P. 68-79.

68. Rodi W, Mackie R L. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversion. Geophysics, 2001,66: 174187

69. Simpson F., Bahr K., Practical Magnetotellurics. Cambridge University Press., UK, 2005.254p.

70. Sims W.E., Bostick F.X., H.W., Smith J.R. and Smith H.W. The estimation of magnetotelluric impedance tensor elements from measured data. Geophysics, Vol. 36, 5, 1971. P. 938-942.

71. Siripunavaraporn W. and Egbert G., 2000. An efficient data-subspace inversion method for 2-D magnetotelluric data. Geophysics, Vol. 65, 3. P. 791803.

72. Vozoff K. The magnetotelluric method. Electromagnetic methods in applied geophysics. V.2 Applications. Series: Investigations in geophysics, 3, 1991. P. 641-711.

73. Weidelt P., 1972, The inverse problem of geomagnetic induction, Zeitschrift fur Geophysik 8, 2, 257-290.

74. Wiese H., Geomagnetic Tiefentellurik. Deutche Akad. Wiss., Belin.1965.

Информация о работе

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

Диссертация

Особенности методики обработки и интерпретации аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных данных при изучении двумерных геоэлектрических сред - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы