Развитие методов интерпретации данных геоэлектрики в зонах субдукции японского типа

Алексеев, Дмитрий Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Развитие методов интерпретации данных геоэлектрики в зонах субдукции японского типа
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Развитие методов интерпретации данных геоэлектрики в зонах субдукции японского типа"

На правах рукописи Алексеев Дмитрий Александрович

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ГЕОЭЛЕКТРИКИ В ЗОНАХ СУБДУКЦИИ ЯПОНСКОГО ТИПА

25.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2009

" 3 ЛЕН 2009

003486994

Работа выполнена на кафедре геофизических методов исследования земной коры геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Бердичевский Марк Наумович

кандидат физико-математических наук, доцент Яковлев Андрей Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Кувшинов Алексей Вадимович доктор технических наук Белявский Виктор Владимирович

Ведущая организация: Геофизический факультет Российского

государственного геологоразведочного университета (РГГРУ)

Защита диссертации состоится 16 декабря 2009 г. в 16 час. 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д.501.001.64 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, ГЗ МГУ, сектор «А», Геологический факультет, ауд. 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ (ГЗ МГУ, сектор «А», 6-й этаж).

Автореферат разослан «12» ноября 2009 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Б.А. Никулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Исследование глубинного строения и геодинамических процессов, протекающих в зонах субдукции, является фундаментальной задачей геодинамики. Зоны субдукции - важнейшие элементы глобального "конвейера", с которыми связаны такие явления как сейсмичность, вулканизм, образование внутренних бассейнов и т.д.

Электромагнитные (магнитотеллурические и магнитовариационные) зондирования, наряду с сейсмологией являются одним из основных инструментов при исследовании глубинного строения Земли. Оценка таких параметров мантийных недр, как содержание воды и температурный режим не может быть получена без привлечения данных электромагнитных наблюдений.

В зависимости от параметров субдукционного процесса различают несколько основных типов субдукции [Хаин, Ломизе, 2005]. Их характер может быть весьма разнообразным: океаническая литосфера может субдуцировать под другую, более легкую, океаническую литосферу (Марианский тип субдукции), либо под более легкую континентальную литосферу. В последнем случае наблюдаются ситуации с раскрытием задугового бассейна (японский тип субдукции) или без такового (андский тип). Типичным примером субдукционной зоны андского типа является зона субдукции плиты Хуан-де-Фука, геоэлектрическое строение которой изучалось в рамках проекта ЕМБЬАВ [Ваньян и др., 2002]. Следует отметить, что эта субдукционная система характеризуется выдержанным субмеридиональным простиранием основных геоэлектрических структур и с высокой степенью точности допускает двумерную аппроксимацию.

Имеющиеся геофизические (главным образом, сейсмологические) данные указывают на то, что Дальневосточный регион (зона субдукции японского типа) характеризуется гораздо более сложным глубинным строением. Кроме того, интерпретация данных глубинной геоэлектрики сильно затруднена ввиду сложной трехмерной геоэлектрической структуры приповерхностной части разреза, характеризуемой существенными контрастами электропроводности. Аномалии, связанные с этими контрастами - трехмерный береговой эффект, - существенно затрудняют выделение глубинной информации.

зоны субдукции, а также в присутствии сильного искажающего действия трехмерного берегового эффекта.

Целью работы является разработка методики интерпретации данных глубинного электромагнитного (магнитотеллурического и магнитовариационного) зондирования в сложной геоэлектрической ситуации, типичной для зоны субдукции японского типа. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

Построить ЗБ-геоэлектрическую модель идеализированной зоны субдукции японского типа на основании прогнозных оценок глубинной электропроводности и современных представлений о тектоническом и геоэлектрическом строении района Японского окраинного моря, включающей такие "целевые" структуры, как зона «влажного» плавления (астеносфера) под окраинным морем и цепочка магматических очагов в основании островной дуги.

Провести трехмерное и двумерное численное моделирование электромагнитного (ЭМ) поля и последующий расчет различных магнитотеллурических (МТ) и магнитовариационных (МВ) функций отклика (тензора импеданса, горизонтального магнитного тензора, типпера).

Изучить явление нарушения дисперсионного соотношения в ТЕ-импедансе, наблюдаемого на дне океана в зоне континентального склона.

Оценить чувствительность различных компонент ЭМ-поля и различных МТ/МВ-функций отклика к присутствию целевых структур, а также выделить наиболее чувствительные компоненты (функции отклика).

Оценить степень влияния трехмерных неоднородностей электропроводности на различные компоненты ЭМ-поля и различные МТ/МВ-функции отклика с последующим выделением компонент (функций отклика), являющихся наиболее устойчивыми к подобным искажениям.

Выполнить двумерную инверсию различных ансамблей трехмерных синтетических данных (МТ/МВ-функции отклика) в последовательном и параллельном вариантах; выработать оптимальную стратегию инверсии.

Применить оптимальную стратегию инвесии при интерпретации МТ/МВ данных по профилю "Магнитная обсерватория СНС (г. Чанчунь, Китай) - донная обсерватория >1\УР (северо-западная часть Тихого океана)".

Автором защищаются следующие основные положения: 1.В рассмотренной геоэлектрической модели субдукционной зоны японского типа магнитотеллурическое поле имеет существенно трехмерный характер. Отличие в магнитотеллурических полях, рассчитанных для данной модели и для ее двумерного аналога, сопоставимо с аномальным эффектом

от изучаемых глубинных неоднородностей электропроводности в земной коре и верхней мантии.

2.Наиболее информативными по отношению к глубинным проводящим структурам являются квазипродольные компоненты тензора импеданса и горизонтального магнитного тензора. В то же время, вертикальная компонента магнитного поля, в первую очередь, определяется горизонтальными изменениями электропроводности в приповерхностной части разреза, обусловленными переходом от океана к островной дуге, затем к окраинному морю и, наконец, к континенту.

3.В прибрежной зоне на дне океана выявлена аномалия ТЕ-моды магнитотеллурического поля. В данной области нарушается дисперсионное соотношение, связывающее модуль и фазу продольного импеданса. Это явление наблюдается как в двумерной, так и в трехмерной моделях берегового эффекта.

4.В трехмерной геоэлектрической модели субдукционной зоны японского типа можно проводить двумерную интерпретацию магнитотеллурических данных по профилям, идущим вкрест островной дуги. Полученное решение будет устойчивым при использовании априорной информации по нормальному геоэлектрическому разрезу мантии Земли. Необходимым условием успешной интерпретации является совместное использование тензора импеданса и горизонтального магнитного тензора, полученных по данным как сухопутных, так и донных наблюдений.

Научная новизна. В ходе выполненных исследований получены следующие новые научные результаты:

• построена прогнозная модель электропроводности зоны субдукции японского типа;

• изучена чувствительность различных МТ/МВ-функций отклика к элементам глубинного геоэлектрического строения зоны субдукции Японского типа;

• исследована устойчивость МТ/МВ-функций отклика к влиянию интенсивных трехмерных контрастов электропроводности;

• развита методика интерпретации донных МТ-данных, основанная на выделении наиболее информативных компонент трехмерных данных и их последующей двумерной инверсии с приоритетом квазипродольного импеданса.

• построена глубинная геоэлектрическая модель по профилю "Магнитная обсерватория СНС - донная обсерватория

подтверждающая присутствие проводящей астеносферы под акваторией Японского моря.

Практическая значимость. Разработанная методика интерпретации МТ-данных может быть применена при изучении геоэлектрического строения зон субдукции японского типа по данным глубинных электромагнитных зондирований. Построение геодинамической модели Дальневосточного региона на основании выработанных подходов может быть использовано для прогноза сейсмичности и разведки геотермальных ресурсов.

Материалы и методы. Эксперименты по численному моделированию и инверсии магнитотеллурических данных выполнялись с использованием программ Р. Мэкки и Ив.М. Варенцова. Был разработан пакет программ для визуализации и редакции трехмерных и двумерных геоэлектрических моделей, а также для визуализации результатов моделирования, расчета различных функций отклика и их трансформант. При построении геоэлектрической модели по профилю "обсерватория СНС - донная обсерватория были использованы данные, доступные в архивах

ЮТЕИМАОМЕТ и обработанные Ив. М. Варенцовым. Кроме того, отдельные компоненты данных были заимствованы из ряда зарубежных и отечественных публикаций.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на XVIII и XIX Международных конференциях по электромагнитной индукции в Земле (Испания, Эль Вендрель, 2006; Китай, Пекин, 2008), а также на ряде семинаров, организованных в рамках совместного российско-японского проекта (РФФИ №07-05-91206-ЯФ-а) по изучению зоны перехода от Евразийского континента к Тихому океану: в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, 2007; Институте изучения землетрясений Токийского университета и в Университете г. Тояма (Япония, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 статьи в изданиях по перечню ВАК.

Объем и структура работы. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 11 таблиц, 91 рисунок, а также список литературы из 86 наименований.

неизменную поддержку, расширение научного кругозора. Постоянные консультации оказывал мне H.A. Палыпин, который предоставил материалы МТ наблюдений в Япономорском регионе и по существу был соруководителем. Без программного обеспечения, разработанного Ив.М. Варенцовым были бы не возможны эксперименты по инверсии донных МТ-данных. Значительную помощь оказывали мне В.К. Хмелевской, A.A. Булычев, И.Н. Модин, а также мои коллеги Д.В. Яковлев и Е.Д. Алексанова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Современные представления о природе электропроводности на мантийных глубинах

Вопросам электропроводности пород на мантийных глубинах посвящено большое количество работ [Hashin, Shtrikmaii, 1962; Rai, Manghani, 1978; Shankland, Duba, 1990; Constable et al., 1992; Karato, Jung, 1998; Xu et al., 1998a,b; 2000a,b; Xu, Shankland, 1999; Huang et al., 2005].

Главными породообразующими минералами верхней мантии являются оливин, пироксен, клинопироксен и гранат, переходной зоны - вадслеит и рингвудит, а нижней мантии - перовскит и магнезиовюстит [Лобковский и др., 2004]. Таким образом, речь идет о силикатном веществе различных структурно-кристаллических форм, распределение которых по глубине определяется термобарическими параметрами и считается близким к сферически-симметричному. Наиболее распространенной моделью состава мантийного вещества является пиролитовая модель А. Рингвуда [Ringwood, 1975].

Основной механизм электропроводности, реализующийся в твердом мантийном силикатном веществе, - ионный, связанный с перемещением ионов-носителей заряда через структуру кристаллической решетки. Степень эффективности этого механизма существенно зависит от дефектов кристаллической решетки, наличие которых упрощает движение ионных частиц в матрице. Выделяют различные виды дефектов, в частности, точечные дефекты Шоттки и Френкеля, отвечающие, соответственно, пустым позициям решетки и нарушенным (промежуточным) положениям ее атомов. Концентрация этих видов дефектов связана с температурной активацией и характеризуется экспоненциальной зависимостью от обратной температуры (1Я). В то же время, точечные дефекты могут быть связаны с присутствием инородных включений в кристаллической решетке.

Отдельное место в исследованиях электропроводности занимает проблема сред, представленных совокупностью различных минеральных фаз. Поскольку результаты лабораторных измерений получены на монофазных образцах, для оценки электропроводности двухфазных агрегатов используются различные аналитические модели: Хашина-Штрикмана [Hashin, Shtrikman, 1962], эффективной среды [Landauer, 1952], среднего геометрического [Shankland, Duba, 1990] и др. В то же время, в рамках данных моделей не учитываются такие важные факторы, как развитие процессов частичного плавления и присутствия связанной воды в зернах силикатной породы.

С процессами частичного плавления традиционно связывается астеносферный слой в верхней мантии, выделяемый в диапазоне глубин от 50 до 300 км [Хаин, Ломизе, 2005]. Появление в верхнемантийном веществе базальтовой выплавки даже в небольшом процентном содержании способно скачкообразно увеличить электропроводность на фоне ее монотонного роста с температурой [Ваньян и др., 2001].

С. Карато и X. Юнг [Karato, Jung, 1998] предлагают связывать аномалии электропроводности не с процессами частичного плавления, а с повышенным содержанием связанной воды в зернах верхнемантийных минералов [Karato, 1990]. В работе [Huang et al., 2005] приводятся оценки содержания воды в переходной зоне верхней мантии (410-670 км) на основании результатов лабораторных измерений электропроводности вадслеита и рингвудита при давлении порядка 15 ГПа в сопоставлении с геоэлектрической моделью [Ichiki et. al., 2006], полученной по данным длиннопериодных электромагнитных исследований в Тихоокеанском регионе.

По данным глобального магнитовариационного зондирования, а также по результатам глубинных электромагнитных исследований были предложены модели радиального распределения электропроводности в мантии Земли [Рикитаки, 1972, Файнберг, 1983], а также стандартные разрезы ряда тектонических областей [Ваньян и др., 2001; Utada et al., 2003].

Совокупность современных представлений о природе электропроводности мантии в виде ряда "стандартных" моделей может быть использована при выполнении модельных расчетов, направленных на оценку информативности МТ/МВ-данных по отношению к глубинным геоэлектрическим аномалиям. Целесообразно также привлекать эти модели в качестве априорной информации о геоэлектрическом разрезе при интерпретации экспериментальных МТ/МВ данных.

ГЛАВА 2. Опыт геоэлектрических исследований в субдукционных зонах

Основное представление о тектонофизических параметрах субдукционных систем дают методы сейсмической томографии [Fukao et al., 2004]. Одним из наиболее заметных проявлений субАукционной динамики являются сейсмофокальные зоны (зоны Беньофа), связанные с механическими напряжениями, возникающими в погружающейся литосфере, где концентрируются очаги землетрясений.

Крупным проектом по изучению строения Каскадной субдукционной зоны стал международный эксперимент EMSLAB [Wannamaker et al., 1989; Varentsov et al., 1996; Ваньян и др., 2002], в рамках которого проведены масштабные электромагнитные (в том числе морские) наблюдения на тихоокеанской окраине США. Интерпретация полученных данных велась в рамках двумерного (2D) подхода, применимого ввиду взаимоортогонального расположения линии профиля и основных тектонических структур рассматриваемого региона.

Наиболее детальная геоэлектрическая модель Каскадной субдукционной зоны была получена П.Ю. Пушкаревым [Ваньян и др., 2002]. Им был применен подход последовательных частичных инверсий различных компонент тензора импеданса и матрицы Визе-Паркинсона (типпера), реализованный на уровне проверки гипотез. Построенная модель содержит коровый проводящий слой, проводящую континентальную астеносферу и подтверждает наличие субвертикального проводящего канала, соединяющего астеносферный и коровый проводники.

Геоэлектрические исследования западной окраины Тихого океана активно ведутся с середины прошлого столетия [Rikitake, 1959]. Большинство работ по этой тематике [Shimakawa, Honkura, 1991; Toh, 1993] также были основаны на двумерном подходе к интерпретации МТ/МВ-данных.

Изучение Японской зоны субдукции ведется с привлечением материалов длиннопериодных наблюдений на магнитных обсерваториях в Японии, северо-востоке Китая и Приморье, а также ряда глубинных магнитотеллурических зондирований, в том числе донных. В 1996 г. был начат крупный проект, связанный с измерениями электрического поля с помощью старого телефонного кабеля Находка-Наоетцу - Japan Sea Cable (JASC) [Vanyan et al., 1998; Ваньян и др., 2000]. С использованием пленочного моделирования, получена оценка интегрального сопротивления литосферы, составляющая 6-107 Ом •м [Ваньян и др., 2000].

В работе [Никифоров и др., 2004] предложена прогнозная ЗБ-геоэлектрическая модель Дальневосточного региона. Приповерхностная часть предложенной модели отражает неоднородный характер геоэлектрического разреза, обусловленный батиметрическими неоднородностями дна акваторий, сложным строением осадочных толщ и изрезанными очертаниями береговых линий. Глубинная часть модели принимается горизонтально-слоистой; параметры опорного разреза задавались в соответствии с типичными значениями для стабильных континентальных областей. Оценка поперечного сопротивления литосферы, полученная на основании сопоставления расчетных и экспериментальных данных, составляет 1.25-108 Омм2. Отмечаются существенные расхождения между модельными данными и имеющимися результатами наблюдений, что, очевидно, объясняется сложной (трехмерной) глубинной геоэлектрической структурой рассматриваемого региона.

Электромагнитные исследования зон субдукции свидетельствуют о существенных различиях их геоэлектрического строения. Для восточной окраины Тихого океана типичны субдукционные зоны андского типа с выдержанным простиранием основных тектонических элементов. В то же время, находящаяся на северо-западной границе Тихоокеанской плиты Японская зона субдукции характеризуется существенно трехмерной геоэлектрической структурой. В таких условиях следует ожидать наличие сильного берегового эффекта, возникающего из-за больших контрастов электропроводности в приповерхностном слое и имеющего сложную пространственную структуру ввиду кривизны береговой линии окраинного бассейна и островодужной системы. Трехмерный береговой эффект затрудняет выделение аномалий, связанных с глубинными геоэлектрическими неоднородностями и осложняет интерпретацию МТ/МВ данных.

Изучение глубинной геоэлектрической структуры зоны субдукции японского типа требует анализа информативности магнитотеллурических (магнитовариационных) данных к параметрам целевых структур и оценки эффективности процедур интерпретации в условиях сильного трехмерного берегового эффекта. Таким образом, методика интерпретации данных геоэлектрики в Япономорском регионе должна опираться на результаты трехмерного численного моделирования и учитывать возможности и границы применимости двумерной инверсии.

ГЛАВА 3. Аномальное поведение импеданса ТЕ-моды в 2Б-модели берегового эффекта

Опыт геоэлектрических исследований в зоне перехода от Евроазиатского континента к Тихому океану свидетельствует о присутствии интенсивных аномальных эффектов, связанных со значительными контрастами электропроводности (суша-океан) в относительно тонком с точки зрения глубинных исследований (толщиной до 10 км) приповерхностном слое. Они оказывают существенное влияние на разрешающую способность электромагнитного зондирования по отношению к глубинным аномалиям электропроводности, представляющим основной интерес в геоэлектрических исследованиях. Совокупность этих явлений, получившая в литературе название берегового эффекта, требует адекватного учета при интерпретации электромагнитных данных [Алексеев, 2007].

Береговой эффект анализировался различными исследователями в рамках подходов физического [Бовво, 1973] и математического (численного) [Бердичевский и др., 1989] моделирования. Последнее направление развивалось преимущественно в классе двумерных моделей, однако в последние годы стали появляться попытки трехмерного моделирования [Никифоров и др., 2004].

Физическая природа берегового эффекта имеет достаточно простое объяснение в рамках двумерного приближения, позволяющего разделить аномалию на гальваническую и индукционную части. Гальваническая аномалия связана с перераспределением поперечного (к линии берега) тока, затекающего из проводящего океана в осадочный чехол и глубинные проводящие зоны континента [Бердичевский, Яковлев, 1989]. Индукционная аномалия связана с концентрацией избыточного продольного тока в водной толще в пределах прибрежной зоны.

Предшествующие исследования берегового эффекта концентрировались на изучении амплитудных характеристик магнитотеллурического поля и импеданса [Бердичевский и др., 1989]. В то же время, имеются яркие аномальные эффекты, искажающие фазовые характеристики ЭМ-поля и приводящие к нарушению дисперсионного соотношения в магнитотеллурическом импедансе [Ваньян, Палыпин, 1990; Варенцов и др., 1996].

Соотношение Крамерса-Кронига [Кгош§, 1926], являющееся следствием принципа причинности, получило название дисперсионного соотношения. Теория дисперсионных соотношений в магнитотеллурическом

импедансе была построена П. Вайдельтом [Weidelt, 1972; Weidelt, Kaikkonen, 1994] и подробно представлена в монографии [Бердичевский, Дмитриев, 1991]. Дисперсионные соотношения связывают кажущееся сопротивление и фазу импеданса:

. Рк(®о) л , , coifco

In—т~\ =tPv Т+Ф(ю) —-7

РЛХ) 4 о 4 а>--(£>1

где рк— кажущееся сопротивление, ф - фаза импеданса, со - частота, pv - главное значение интеграла.

П. Вайдельт доказал существование дисперсионных соотношений в импедансе одномерной среды и в ТМ-импедансе двумерной среды. Йи и Паулсон [Yee, Paulson, 1988], исходя из принципа причинности, распространили доказательство Вайдельта на среды произвольной размерности (ID, 2D и 3D). Однако этот результат был подвергнут критике, так как в моделях 2D-TE и 3D электрическое и магнитное поля взаимодействуют друг с другом и применение причинно-следственной схемы (магнитное поле - причина, электрическое поле - следствие) не оправдано [Светов, 1991]. Численные эксперименты показали, что существуют трехмерные модели, в которых дисперсионные соотношения в главных импедансах грубо нарушаются, а их фазы выходят за пределы "нормального" (первого или четвертого) квадранта [Berdichevsky, Pokhotelov, 1997].

С целью анализа аномалии, приводящей к нарушению дисперсионного соотношения в ТЕ-импедансе [Алексеев и др., 2009], численное моделирование ЭМ поля выполнено для 2D модели берегового эффекта (рис. 1). Модель содержит горизонтально-слоистую "нормальную" среду, которая на глубинах от 0 до 3 км осложнена контактом двух блоков, отвечающих континенту (слева) и океану (справа). Моделирование проводилось с помощью программы К. Новожинского [Новожинский, Пушкарев, 2001] в диапазоне периодов от 0.25 до 16 ч. На рис. 2. показаны кривые продольного кажущегося сопротивления рТЕ и фазы продольного импеданса срТЕ по профилю длиной 2000 км. Аномальное поведение донных фазовых кривых (рТЕ наблюдается в интервале расстояний 20-260 км от берега. Короткопериодные фазы <рТЕ выходят за пределы "нормального" IV квадранта (0, -90°) и достигают значений -180...-330°. Длиннопериодные фазы фТЕ (при 7>8 ч) повсеместно лежат в пределах "нормального"

„ ТЕ

квадранта. В рассматриваемой зоне кривые кажущегося сопротивления р 10

ж&ш

645

Ом м

a 645

Омц_._

-1000 -500 " 0 100 200 300 400 500 1000

Расстояние, км

Рис. 1. Геоэлектрическая модель береговой зоны. Треугольниками показаны пункты, в которых вычислен продольный импеданс

!HMMM?MMnHM;iUt!Íl¡li(¡ál>!t>!!!l!i!!ilHUHIHnin!!

ssfgsssss

88S88S8888

§§§8§8§8888888888S8§§88888888888888S888S8888888888S

Vt, C"

Рис. 2. Кривые фазы продольного импеданса (вверху) и продольного кажущегося сопротивления (внизу) вдоль профиля от -1000 км до 1000 км

также имеют аномальный характер: они изменяют свой вид и смещаются по уровню в область более низких значений. С увеличением периода аномальный эффект затухает.

Отмечаемая аномалия магнитного поля связана с индуктивным взаимодействием избыточных продольных токов, концентрирующихся в проводящей морской воде в зоне континентального склона, т.е. с горизонтальным скин-эффектом. На дне океана эти токи создают интенсивное аномальное магнитное поле, превышающее нормальное магнитное поле по амплитуде и находящееся с ним практически в противофазе. В результате полное поле оказывается направленным против нормального.

Степень нарушения дисперсионного соотношения можно оценить, сравнивая модельные значения фазы продольного импеданса со значениями фазы, вычисленными по кривым кажущегося сопротивления. На рис. 3.

тс ТЕ Тр

показаны модельные кривые р , (р и кривая <р , рассчитанная по модельной кривой рТЕ. Кривые зондирования приведены для пункта, находящегося на дне океана на расстоянии 170 км от берега. Расхождения

Рис. 3. Донные кривые кажущегося сопротивления рТЕ (слева) и фазы фТЕ (справа) для пункта 170 км. 1 — модельные кривые рТЕ и фТЕ, 2 — кривая срТЕ, вычисленная по

"ТЕ

модельной кривои р

между исходной фазовой кривой и фазовой кривой, вычисленной по кривой кажущегося сопротивления, превышают 90° на периодах менее 10000 с. Максимальное расхождение отмечается на самых коротких периодах и достигает величины 140°. Расхождения уменьшаются с понижением частоты. Наиболее яркие нарушения дисперсионного соотношения отмечаются в интервале 220-260 км. При удалении в сторону океана аномальное магнитное поле затухает и дисперсионные соотношения восстанавливаются.

Таким образом, рассмотренная двумерная модель берегового эффекта демонстрирует нарушение дисперсионных соотношений в магнитотеллурическом импедансе, полученном на дне океана. Характерная особенность этой модели заключается в том, что профиль наблюдений лежит ниже проводящей области, в которой индуцируются интенсивные избыточные токи.

ГЛАВА 4. Анализ синтетических магнитотеллурических функций отклика в идеализированной ЗО-геоэлектрической модели субдукционной зоны

При построении ЗБ-геоэлектрической модели учитывалась специфика геологического строения Япономорского региона: латеральные размеры и характерная глубина задугового бассейна; идеализированные очертания островов вулканической дуги; батиметрические параметры глубоководного желоба и абиссальной котловины; наклон и глубина прослеживания субдукционного слэба; параметры крупных геоэлектрических структур, присутствие которых ожидается в разрезе — линзовидной астеносферы под 12

I 2

Расстояние вдоль оси X, км Расстояние вдоль оси X, км

Рис. 4. Идеализированная ЗО-геоэлектрическая модель зоны субдукции: а) геометрия модели, б) типичные одномерные распределения электропроводности в мантии, В) разрезы вдоль профиля "А" для варианта с проводящими объектами и без них

Японским морем и магматического очага, питающего вулканы островной дуги; параметры фоновых глубинных геоэлектрических разрезов континентальной и океанической частей разреза.

Построение модельного ряда проводилось в несколько этапов. На первом этапе была создана базовая ЗО-геоэлектрическая модель "3081" (рис. 4). В основе этой модели лежит двумерное фоновое распределение электропроводности, состоящее из континентального и океанского блоков. В интервале глубин от 0 до 500 км блоки имеют различные "нормальные"

Кривая

электропроводное™ [СопяаЫе. 1992|

Удельное сопротивление, Ом-м

разрезы, построенные в соответствии с современными представлениями об электропроводности литосферного и мантийного вещества [Ваньян и др, 2001]. На глубинах свыше 500 км континентальный и океанический разрезы совпадают.

Фоновое распределение электропроводности осложнено такими геоэлектричесми элементами, как: вулканическая островная дуга, область окраинного моря, субдукционный слэб. Кроме того, модель содержит две глубинные проводящие структуры ("тс" и "ав"), имитирующие, соответственно, зону плавления под вулканической дугой и линзовидную астеносферу под окраинным морем (рис. 4в). Следует отметить, что проводящие элементы "тс" и "аз" представляют ключевой интерес в настоящем исследовании и играют роль целевых структур.

Для изучения характеристик аномальных эффектов МТ/МВ функций отклика, связанных с элементами "тс" и "аз", была построена модель "3052". Модель "3082" отличается от модели "ЗБ81" отсутствием элементов "тс" и "ав". Сопоставление результатов моделирования, полученных для моделей "ЗОБГ' и "ЗБ82", было направлено на оценку чувствительности различных МТ/МВ функций отклика по отношению к целевым структурам.

Трехмерное численное моделирование ЭМ поля в диапазоне периодов от 0.5 до 16 ч выполнялось с использованием программы Р. Мэкки, построенной на методе конечных разностей [МасЫе е1 а1., 1994]. Для визуализации и редакции моделей, а также для визуализации моделируемых данных использовался пакет программ, разработанный автором. Расчет поля проводился на дневной поверхности в пределах континентальной части модели и на дне водной толщи в пределах ее океанской части. По полученным значениям компонент ЭМ поля был построен набор МТ (кажущееся сопротивление и фаза импеданса), а также МВ (горизонтальный магнитный тензор, типпер) функций отклика. При вычислении компонент магнитного тензора в качестве "нормального" пункта использовался пункт "ВМТ", расположенный в пределах континентальной части модели на удалении порядка 700 км от внутреннего берега окраинного моря.

Чувствительность различных функций отклика к присутствию геоэлектрических элементов "тс" и "аз" оценивалась путем сравнения результатов моделирования, полученных для моделей "ЗБ81" и "3082". Сопоставление псевдоразрезов вышеуказанных функций отклика, построенных вдоль "центрального" профиля для моделей "ЗБ81" и "3082" (рис. 5), а также псевдоразрезов соответствующих разностных характеристик

Рис.5. Псевдоразрезы функций отклика в модели иЗЭ8Iмвдоль профиля "А"

Чувствительность компоненты |[ УУ||

Чувствительность компоненты <Рху

Чувствительность компоненты \gPxy

-2500 -2000

Расстояние,км

Расхождения модуля магнитного тензора

Расхождения фазы импеданса, градусы

9 9 9 9 8

Расхождения десятичных логарифмов Расхождения модуля типпера

кажущегося сопротивления « ц>

° 5 § 9 2225999

Чувствительность компоненты

Чувствительность компоненты 1

* "-1

Чувствительность компоненты р„

Расстояние, км Чувствительность компоненты ра;

-1600 -1000 -500

Расстояние,км

600 1000

Рис. 6. Разностные псевдоразрезы по профилю "А", отражающие чувствительность функций отклика к целевым элементам модели

(рис. 6) дает возможность количественно оценить проявленность структур

Наблюдаются следующие основные закономерности поведения функций отклика:

Модуль горизонтального магнитного тензора М в пределах окраинного моря в диапазоне периодов 0.5-3 ч снижает значения с 0.9-1 до 0.5-0.6. На дне океана эти значения становятся еще меньше, достигая 0.1 и менее.

Фаза квазипоперечного импеданса фду характеризуется чередующимися аномалиями в береговых зонах окраинного моря, а также в центральной части последнего.

Фаза квазипродольного (рух импеданса характеризуется более яркими (30? и более) аномалиями по сравнению с фазой квазипоперечного импеданса. В районе глубоководного желоба наблюдается выход значений за границы "нормального" квадранта, сопровождаемый нарушением дисперсионного соотношения.

Квазипоперечное кажущееся сопротивление р^ имеет интенсивные чередующиеся разнознаковые аномалии в береговых зонах, областях окраинного моря, островной дуги и при переходе к океану. Изменения значений при увеличении периода выражены крайне слабо. На квазипродольное кажущееся сопротивление рух также существенно влияют структуры окраинного моря и островной дуги. В то же время, достаточно ярко проявлены структура "ав" и, в меньшей степени - структура "тс". Квазипоперечная компонента матрицы Визе-Паркинсона ^ на профиле "А" имеет очень малые значения модуля в силу симметрии модели, а квазипродольная характеризуется яркими аномалиями, связанными с горизонтальными изменениями электропроводности в приповерхностном слое.

Наиболее высокая чувствительность к глубинным проводящим структурам "ав" и "тс" отмечается у квазипродольного импеданса (компонента ух) и компоненты Мхх горизонтального магнитного тензора в интервале периодов 0.5-3 ч. Соответствующий аномальный эффект по отношению к структуре "аз" характеризуется 10-кратным изменением значений кажущегося сопротивления, составляет 20° в терминах разности фаз и 40-45% для магнитного тензора. Структура "тс" характеризуется схожими значениями соответствующих аномальных эффектов. Кроме того, по отношению к элементу "тс", имеющему квазидвумерную конфигурацию, отмечается яркая аномалия квазипоперечного кажущегося сопротивления р^. Квазипродольная компонента матрицы Визе-Паркинсона в пределах островной дуги имеет чувствительность к элементу "тс" (аномальный эффект достигает 0.3). В то же время, на дне окраинного бассейна она оказывается практически нечувствительной к присутствию структуры "аз".

Оценка величины и характера трехмерных искажений ЭМ-поля проводилась путем сопоставления результатов моделирования, полученных для моделей "ЗББГ и "2Б81-А" (рис. 7). Модель "2Б81-А" является двумерным аналогом модели "3081" и описывает двумерное распределение электропроводности модели "3081" в разрезе вдоль профиля "А".

Расхождения 3D/2D компоненты

rr ft

Расхождения 3D/2D компоненты <рп

Расхождения 3D/2D компоненты (/V7rr|

Расхождения 3D/20 компоненты (fa

Расхождения 3D/2D компоненты lg рху

■2SOO -2000

Расхождения модуля магнитного тензора

Расхождения фазы импеданса, градусы

9 9 9 9 9

Расхождения десятичных логарифмов кажущегося сопротивления

Расхождения 3D/2D компоненты lgр^

Расстояние,км

Расхождения 3D/2D

J 111

Расстояние, км

Рис. 7. Разностные псевдоразрезы по профилю "А", отражающие влияние трехмерности модели

Уровень трехмерных искажений в квазипродольной моде ЭМ-поля по сравнению с квазипоперечной модой является существенно более высоким. Максимальные расхождения между трехмерным и двумерным квазипродольным кажущимся сопротивлением рух достигают одного порядка; их высокие значения отмечаются на отдельных участках профиля во всем интервале периодов моделирования поля. Фаза квазипродольного импеданса и квазипродольная компонента Мхх магнитного тензора также характеризуются интенсивными ЗО-искажениями. Квазипоперечная мода ЭМ-поля демонстрирует существенно более высокую устойчивость по отношению к влиянию контрастных трехмерных геоэлектрических структур, присутствующих в модели.

На профилях "В" и "С" уровень трехмерных искажений оказывается еще более высоким, а аномальные эффекты имеют величины, сопоставимые с наблюдаемыми на профиле "А".

Таким образом, установлено, что в рассматриваемой модели субдукционной зоны японского типа магнитотеллурическое поле имеет существенно трехмерный характер. Уровень трехмерных искажений функций отклика сопоставим с величиной аномальных эффектов от глубинных неоднородностей электропроводности, представляющих основной интерес исследований, а наиболее информативными по отношению к глубинным проводящим структурам являются квазипродольные компоненты тензора импеданса и горизонтального магнитного тензора.

ГЛАВА 5. 2D-iiHBepciin синтетических магнитотеллурических функций отклика в идеализированной ЗО-геоэлектрической модели зоны

Целью модельного эксперимента являлась оценка возможностей применения 2Б-инверсии при интерпретации синтетических МТ-данных, характеризующихся высоким уровнем трехмерных искажений, а также выделение наиболее информативных ансамблей (компонент) данных и выявление оптимальных стратегий (последовательностей) их инверсии. Решение 2Б-обратной задачи выполнялось с помощью программы Ив. М. Варенцова [Варенцов, 2002]. Эффективность инверсии оценивалась по степени близости получаемого решения к двумерному сечению исходной 3D-геоэлектрической модели в метрике L2 относительно значений электроводности [Жданов, 2007; Варенцов, 2002].

При инверсии рассматривалось несколько вариантов параметризации восстанавливаемой модели, определяющей покрытие разреза блоками с постоянным и непрерывным (окна сканирования) пространственными распределениями сопротивления. Параметризация разреза (схематически показана на рис. 8) содержит 60 блоков с фиксированными (неоптимизируемыми в ходе инверсии) параметрами, а также одно (вариант № 1) или два (вариант № 2) окна сканирования (с оптимизацией значений сопротивления в ячейках окна), покрывающих область разреза в интервале расстояний от -1390 до 170 км и диапазоне глубин от 10 до 400 км. В варианте № 2 два окна сканирования имеют одинаковые вертикальные размеры; при этом окно № 1 покрывает интервал расстояний от -1390 до -450 км и в его пределах находится целевой аномальный объект " as ", а окно № 2 - от -450 до 170 км и содержит объект "тс". Использование двух вариантов покрытия разреза окнами сканирования было направлено на выявление наиболее оптимального из них при поиске решения в режиме с коррелированными значениями сопротивления в пределах окна при задании

I I I I II 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

-1500

-юоо

-500 Расстояние, км

Рис. 8. Схема параметризации геоэлектрического разреза по профилю "А" различных значений ожидаемых размеров структур в окне. Эти значения составляли 100x50 км в однооконном варианте и 500x60 и 80x70 км для окон №№ 1 и 2, соответственно, в двухоконном варианте, что соответствует истинным размерам целевых структур "аз" и "тс".

С целью тестирования аппарата инверсии сначала была решена 2Б-имитационная задача - решение прямой и обратной двумерной задачи для модели соответствующей центральному разрезу полной трехмерной идеализированной модели.

На следующем этапе инвертировались различные наборы данных квази-Е-поляризации, рассчитанные для ЗБ-геоэлектрической модели субдукционной зоны:

Ансамбль данных №1: рух, ср^, геРГ^., гтЖ^, аЬвМхх и аг^Мхх,

Ансамбль данных №2: рух, (рух,

Ансамбль данных №3: геРГ-*, шЖ^, аЬвМ^ и argМ^.

Значения компонент данных были заданы в 86 узлах сетки для набора периодов, использованного при ЗБ-моделировании: 0.5, 1, 2, 4, 8 и 16 ч. Модель начального приближения, использованная при инверсии, совпадает с истинной моделью вне области покрытия окнами сканирования, а в пределах последней является горизонтально-слоистой с параметрами, эквивалентными параметрам "левого" нормального разреза. Данная модель начального приближения была использована также при последующей инверсии трехмерных данных по центральному профилю.

Полученные в ходе инверсии двумерные модели в сопоставлении с истинной моделью и моделью начального приближения показаны на рис. 9.

Рис. 9. Геоэлектрические модели по профилю "А": а) истинная модель, б)модель начального приближения, в) результат однооконной инверсии 20-данных, г) результат двухоконной инверсии 2D-данных, А11 - однооконная инверсия ансамбля № 1, А12 - однооконная инверсия ансамбля № 2, А21 - двухоконная инверсия ансамбля № 1, А22 - двухоконная инверсия ансамбля № 2

2В-инверсия двумерных данных (тестовый режим инверсии) в рассматриваемой модели позволяет восстановить параметры целевых структур с достаточно высокой точностью (рис. 9в,г). Более точное решение было получено при двухоконной параметризации разреза.

2В-инверсия трехмерных данных (выполненная по профилям "А","В" и "С") позволяет выделить целевые структуры и оценить их геометрические параметры. Точность получаемого решения варьирует в зависимости от набора входных данных и применяемой регуляризации. Использование двухоконной схемы инверсии с индивидуально задаваемыми в каждом из окон значениями ожидаемых размеров структур не дает существенного улучшения результата по отношению к однооконной инверсии. В ряде случаев применение двухоконной схемы ухудшает результат инверсии.

На основании совокупности полученных результатов установлено, что оптимальной является однооконная инверсия многокомпонентного ансамбля данных № 1, так как по сравнению с частными инверсиями ансамблей №№ 2 и 3 она лучше восстанавливает параметры нормального разреза в пределах окна и точнее выделяет искомые аномальные структуры.

ГЛАВА 6. Интерпретация длиннопериодных электромагнитных наблюдений по профилю "обсерватория СНС (Чанчунь, Китай) - донная обсерватория NWP (Тихий океан)"

В рамках работ по совместному Российско-Японскому проекту, была собрана коллекция магнитотеллурических временных рядов, являющаяся уникальной по территории, длительности и качеству. Для обработки данных Ив.М. Баренцевым и Н.А. Пальшиным применялись современные алгоритмы (Варенцова, Ларсена, Смирнова, Чэйва).

В результате обработки временных рядов были получены оценки горизонтального магнитного тензора в нормировках на обсерватории СНС, иШ. (Китай) и КАК (Япония). Кроме того, из ряда публикаций были заимствованы оценки компонент тензора импеданса электропроводности, построенные по отдельным наблюдениям [1сЬШ е1 а1., 2006; ТоЬ й а1., 2006].

Проведена двухмерная интерпретация данных по обсерваториям СНС, КАК и >ШР, а также ряда магнитотеллурических зондирований на дне Японского моря. При инверсии использовались квазипродольные компоненты тензора импеданса горизонтального магнитного тензора в диапазоне периодов от 600 до 100 000 с. Применялась схема однооконной параметризации разреза с коррелированными параметрами. Модель

начального приближения строилась с учетом одномерных моделей из [1сЫ1а е1 а1., 2006; ТоЬ е1 а1., 2006], а также с учетом оценок поперечного сопротивления литосферы, полученных по данным кабельного зондирования 1А8С [Ваньянидр., 2001].

О 1000 2000 3000 км

Рис. 10. Геоэлектрический разрез по профилю "СНС" -

ВЫВОДЫ

1. В рассмотренной геоэлектрической модели ЭМ поле имеет существенно трехмерный характер. Уровень трехмерных искажений МТ/МВ функций отклика сопоставим с величиной аномальных эффектов от глубинных неоднородностей электропроводности, представляющих основной интерес исследований.

2. На дне океана на расстояниях 50-500 км от берега наблюдается нарушение дисперсионного соотношения в импедансе ТЕ-моды. Это явление связано с индуктивным взаимодействием избыточных продольных токов, концентрирующихся в проводящей морской воде в зоне континентального склона, т.е. с горизонтальным скин-эффектом. На дне океана эти токи создают интенсивное аномальное магнитное поле, превышающее нормальное

магнитное поле по амплитуде и находящееся с ним практически в противофазе. В результате полное поле оказывается направленным против нормального.

3. Квазипоперечная мода имеет более слабую чувствительность к целевым проводящим структурам по-сравнению с квазипродольной.

4. Наиболее информативными функциями отклика квазипродольной моды ЭМ-поля в порядке убывания информативности являются: фаза импеданса; кажущееся сопротивление; квазипродольная компонента горизонтального магнитного тензора. Типпер обладает информативностью только на сухопутном участке модели и полностью теряет ее на дне окраинного бассейна /океана.

5. Влияние трехмерных неоднородностей электропроводности сильнее проявлено в квазипродольной моде.

6. Несмотря на то, что уровень трехмерных искажений сопоставим с эффектом от целевых элементов разреза, двумерная инверсия трехмерных синтетических данных обеспечивает получение достаточно надежного решения обратной задачи, достаточно близкого к истинному при использовании:

- как сухопутных, так и донных наблюдений;

- ансамблей наиболее информативных компонент данных;

- априорной информации о глубинном геоэлектрическом разрезе на основе стандартных моделей электропроводности;

- регуляризации решения обратной задачи на основе параметризации восстанавливаемого разреза.

7. Объем длиннопериодных ЭМ измерений, выполненных в Япономорском регионе, оказывается недостаточным для построения надежной геоэлектрической модели. Однако все же удалось выделить проводящую структуру (астеносферу) под акваторией Японского моря, что подтверждает результаты других исследователей [ТоИ ег а!., 2006]

Работы по теме диссертации

Статьи по перечню ВАК:

1. Алексеев Д. А. Влияние берегового эффекта на данные магнитотеллурического зондирования в южной части геотраверса 2-ДВ, Магаданская область // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. геол. 2007. Т. 82, вып. 6. С. 11-16.

2. Алексеев Д.А., Пальшин Н.А., Варенцов Ив.М. Дисперсионные магнитотеллурические соотношения в двумерной модели берегового эффекта // Физика Земли. 2009. № 2. С. 84-87.

Прочие публикации:

3. Alekseev D.A., Palshin N.A., Berdichevsky M.N., Varentsov I.M. Violation of dispersion relationship in seafloor TE-impedance // Abstracts of 18th EMI Workshop, 2006, El Vendrell, Spain. S3-22.

4. Alekseev D.A., Palshin N.A., Berdichevsky M.N. Far East subduction zone 3D-conductivity structure modeling (case study) // Abstracts of 18th EMI Workshop, 2006, El Vendrell, Spain. S3-23.

5. Alekseev D.A., Palshin N.A. Analysis of the MT-responses, modeled for the idealized subduction zone 3D-conductivity structure // Abstracts of 19th EMI Workshop, 2008, Beijing, China. P. 710.

6. Алексеев Д.А. Анализ синтетических магнитотеллурических функций отклика в идеализированной ЗБ-геоэлектрической модели субдукционной зоны // Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». CD-ROM. С. 3.

Подписано к печати 10.10.2009

Отпечатано в ООО «Северо-Запад» 117545, г. Москва, 1-й Дорожный проезд, домовладение 9, строение 1, помещение 2

Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Алексеев, Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИРОДЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НА МАНТИЙНЫХ ГЛУБИНАХ.

1.1. Электропроводность вещества верхней мантии и переходной зоны.

Минеральный состав пород мантии.

Лабораторные измерения электропроводности.

Факторы, определяющие электропроводность мантии Земли.

1.2. Представления о нормальном геоэлектрическом разрезе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Развитие методов интерпретации данных геоэлектрики в зонах субдукции японского типа"

Электромагнитные (магнитотеллурические и магнитовариационные) зондирования, наряду с сейсмологией являются одним из основных инструментов при исследовании глубинного строения Земли. Оценка таких параметров мантийных недр, как содержание воды, и температурный режим не может быть получена без привлечения данных электромагнитных наблюдений.

В зависимости от параметров субдукционного процесса различают несколько основных типов субдукции [Хаин, Ломизе, 2005]. Их характер может быть весьма разнообразным: океаническая литосфера может субдуцировать под другую, более легкую, океаническую литосферу (марианский тип субдукции), либо под более легкую континентальную литосферу. В последнем случае наблюдаются ситуации с раскрытием задугового бассейна (японский тип субдукции) или без такового (андский тип). Типичным примером субдукционной зоны андского типа является зона субдукции плиты Хуан-де-Фука, геоэлектрическое строение которой изучалось в рамках проекта EMSLAB [Ваньян и др., 2002]. Следует отметить, что эта субдукционная система характеризуется выдержанным субмеридиональным простиранием основных геоэлекгрических структур и с высокой степенью точности допускает двумерную аппроксимацию.

Имеющиеся геофизические (главным образом, сейсмологические) данные указывают на то, что Дальневосточный регион (зона субдукции японского типа) характеризуется гораздо более сложным глубинным строением: сложной морфологией субдукционного слеба и наличием трехмерно-неоднородных зон. Кроме того, интерпретация данных глубинной геоэлектрики сильно затруднена ввиду сложной трехмерной геоэлектрической структуры приповерхностной части разреза, характеризуемой существенными контрастами электропроводности. Аномалии, связанные с этими контрастами — трехмерный береговой эффект, — существенно затрудняют выделение глубинной информации.

Актуальность исследований определяется необходимостью разработки эффективных подходов к интерпретации данных магнитотеллурических и магнитовариационных данных в условиях сложного глубинного строения зоны субдукции, а также в присутствии сильного искажающего действия трехмерного берегового эффекта.

Целью работы является разработка методики интерпретации данных глубинного электромагнитного (магнитотеллурического и магнитовариационного зондирования) в сложной геоэлектрической ситуации, типичной для зоны субдукции японского типа. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Построить ЗО-геозлектричсскую модель идеализированной зоны субдукции японского типа на основании прогнозных оценок глубинной электропроводности и современных представлений о тектоническом и геоэлекгрическом строении района Японского моря, включающей такие "целевые" структуры, как зона «влажного» плавления (астеносфера) под окраинным морем и цепочка магматических очагов в основании островной дуги.

2. Провести трехмерное и двумерное численное моделирование магнитотеллурического (МТ) поля и последующий расчет различных магнитотеллурических (МТ) и магнитовариационных (MB) функций отклика (тензора импеданса, горизонтального магнитного тензора, типпера).

3. Изучить явления нарушения дисперсионного соотношения в ТЕ-импедансе, наблюдаемого на дне океана в зоне континентального склона.

4. Оценить чувствительность различных компонент МТ-поля и различных МТ/МВ-функций отклика к присутствию целевых структур, а также выделить наиболее чувствительные компоненты (функции отклика).

5. Оценить степень влияния трехмерных неоднородностей электропроводности на различные компоненты МТ-поля и различные МТ/МВ-функции отклика с последующим выделением компонент (функций отклика), являющихся наиболее устойчивыми к подобным искажениям.

6. Выполнить двумерную инверсию различных ансамблей трехмерных синтетических данных (МТ/МВ-функции отклика) в последовательном и параллельном вариантах; выработать оптимальную стратегию инверсии.

7. Применить оптимальную стратегию инверсии при интерпретации МТ/МВ данных по профилю "Магнитная обсерватория СНС (г. Чанчунь, Китай) -донная обсерватория NWP (северо-западная часть Тихого океана)".

Автором защищаются следующие основные положения:

1.В рассмотренной геоэлектрической модели субдукционной зоны японского типа магнитотеллурическое поле имеет существенно трехмерный характер. Отличие в магнитотеллурических полях, рассчитанных для данной модели и для ее двумерного аналога, сопоставимо с аномальным эффектом от изучаемых глубинных неоднородностей электропроводности в земной коре и верхней мантии.

2. Наиболее информативными по отношению к глубинным проводящим структурам являются квазипродольные компоненты тензора импеданса и горизонтального магнитного тензора. В то же время, вертикальная компонента магнитного поля, в первую очередь, определяется горизонтальными изменениями электропроводности в приповерхностной части разреза, обусловленными переходом от океана к островной дуге, затем к окраинному морю и, наконец, к континенту.

3. В прибрежной зоне на дне океана выявлена аномалия ТЕ-моды магнитотеллурического поля. В данной области нарушается дисперсионное соотношение, связывающее модуль и фазу продольного импеданса. Это явление наблюдается как в двумерной, так и в трехмерной моделях берегового эффекта.

4. В трехмерной геоэлектрической модели субдукционной зоны японского типа можно проводить двумерную интерпретацию магнитотеллурических данных по профилям, идущим вкрест островной дуги. Полученное решение будет устойчивым при использовании априорной информации по нормальному геоэлектрическому разрезу мантии Земли. Необходимым условием успешной интерпретации является совместное использование тензора импеданса и горизонтального магнитного тензора, полученных по данным как сухопутных, так и донных наблюдений.

Научная новизна. В ходе выполненных исследований получены следующие новые научные результаты:

- построена прогнозная модель электропроводности зоны субдукции японского типа;

- изучена чувствительность различных МТ/МВ-функций отклика к элементам глубинного геоэлектрического строения зоны субдукции японского типа;

- исследована устойчивость МТ/МВ-функций отклика к влиянию интенсивных трехмерных контрастов электропроводности;

- развита методика интерпретации донных МТ-данных, основанная на выделении наиболее информативных компонент трехмерных данных и их последующей двумерной инверсии с приоритетом квазипродольного импеданса.

- построена глубинная геоэлектрическая модель по профилю, подтверждающая присутствие проводящей астеносферы под акваторией Японского моря.

Практическая значимость. Разработанная методика интерпретации МТ-данных может быть применена при изучении геоэлектрического строения зон субдукции японского типа по данным глубинных электромагнитных зондирований. Построение геодинамической модели Дальневосточного региона с учетом геоэлекгрических построений может быть использовано для сейсмического районирования и разведки геотермальных ресурсов.

Материалы и методы. Эксперименты по численному моделированию и инверсии магнитотеллурических данных выполнялись с использованием программ Р. Мэкки, К. Новожинского и Ив.М. Варенцова. Был разработан пакет программ для визуализации и редакции трехмерных и двумерных геоэлектрических моделей, а также для визуализации результатов моделирования, расчета различных функций отклика и их трансформант. При построении геоэлектрической модели по профилю "обсерватория СНС — донная обсерватория NWP" были использованы данные, доступные в архивах INTERMAGNET и обработанные Ив. М. Варенцовым. Кроме того, отдельные компоненты данных были заимствованы из ряда зарубежных и отечественных публикаций.

Личный вклад автора. Выполнен анализ современных представлений о природе электропроводности мантийного вещества, а также имеющихся результатов исследования субдукционных зон с использованием данных геоэлектрики. В вычислительной среде MATLAB разработан пакет программ для визуализации и редакции трехмерных геоэлектрических моделей, а также для визуализации результатов моделирования, расчета различных функций отклика и их трансформант. Создана программа-оболочка для программы 20-инверсии МТ-данных И.М. Варенцова, позволяющая визуализировать геоэлектрические модели и различные параметры процесса инверсии. Построена прогнозная трехмерная геоэлектрическая модель идеализированной зоны субдукции японского типа. Проведено трехмерное численное моделирование МТ/МВ-функций отклика. Выявлен и проанализирован эффект нарушения дисперсионного соотношения в импедансе ТЕ-моды, наблюдаемый на дне океана в зоне континентального склона. Выполнена двухмерная инверсия трехмерных синтетических данных и получены оценки чувствительности различных компонент МТ-поля и эффективности двумерной инверсии МТ-данных в условиях влияния сильных трехмерных искажений. Выполнена двухмерная инверсия данных по профилю "магнитная обсерватория СНС (г. Чанчунь, Китай) - донная обсерватория NWP (северозападная часть Тихого океана)" и построена модель глубинного геоэлектрического строения Япономорского региона.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на XVIII и XIX Международных конференциях по электромагнитной индукции в Земле (Испания, El-Vendrell, 2006; Китай, Пекин, 2008), а также на ряде семинаров, организованных в рамках совместного Российско-Японского проекта (проект РФФИ№07-05-91206-ЯФ-а) по изучению зоны перехода от Евразийского континента к Тихому океану: в Институте океанологии РАН, Москва, 2007; Институте изучения землетрясений Токийского университета и в Университете г. Тояма (Япония, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликованы статьи и тезисы докладов:

1 .Алексеев Д.А. Влияние берегового эффекта на данные магнитотеллурического зондирования в южной части геотраверса 2-ДВ, Магаданская область // Бюл. Моск.

О-ва Испытателей Природы. Отд. Геол. 2007. Т. 82, Вып. 6. С. 11—16.

2. Алексеев Д.А., Пальшин Н.А., Варенцов Ив.М. Дисперсионные магнитотеллурические соотношения в двумерной модели берегового эффекта // Физика Земли, 2009. №2. С.84—87.

3. Alekseev D.A., Palshin N.A., Berdichevsky M.N., Varentsov I.M. Violation of dispersion relationship in seafloor TE-impedance // Abstracts of 18th EMI Workshop, 2006, El Vendrell, Spain. S3-22.

4. Alekseev D.A., Palshin N.A., Berdichevsky M.N. Far East subduction zone 3D-conductivity structure modeling (case study) // Abstracts of 18th EMI Workshop, 2006, El Vendrell, Spain. S3-23.

5. Alekseev D.A., Palshin N.A. Analysis of the MT-responses, modeled for the th idealized subduction zone 3D-conductivity structure // Abstracts of 19 EMI Workshop, 2008, Beijing, China. P. 710.

5. Алексеев Д.А. Анализ синтетических магнитотеллурических функций отклика в идеализированной ЗБ-геоэлектрической модели субдукционной зоны // Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». CD-ROM. С. 3.

Объем и структура работы. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 8 таблиц, 68 рисунков, а также список литературы из 94 наименований.

Благодарности. Я особенно благодарен М.Н. Бердичевскому, явившемуся инициатором настоящих исследований. Также я выражаю огромную признательность научному руководителю А.Г. Яковлеву за его неизменную поддержку, расширение научного кругозора. Постоянные консультации оказывал мне Н.А. Пальшин, который предоставил материалы МТ наблюдений в Япономорском регионе и по существу был соруководителем. Без программного обеспечения, разработанного Ив.М. Варенцовым были бы не возможны эксперименты по инверсии донных МТ-данных. Значительную помощь оказывали мне В.К. Хмелевской, А.А. Булычев, И.Н. Модин, а также мои коллеги Д.В. Яковлев и Е.Д. Алексанова.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Алексеев, Дмитрий Александрович

5.8. Основные результаты эксперимента по 2Б-инверсии ЗБ-данных

С использованием аппарата 2Б-инверсии магнитотеллурических данных выполнена оценка эффективности решения обратной задачи в геоэлектрической модели идеализированной субдукционной зоны. Наибольший интерес исследования сводился к возможностям восстановления параметров проводящих целевых структур "as" и "тс", играющих роль астеносферной линзы и магматического очага, соответственно.

На первом этапе произведено тестирование используемой программы инверсии на двумерных МТ-данных. Полученные результаты позволяют говорить о высокой точности восстановления распределения УЭС в классе двумерных моделей и могут рассматриваться как верхняя оценка эффективности инверсии, выполняемой на трехмерных данных.

На втором этапе выполнялась серия инверсий трехмерных данных, синтезированных на центральном профиле "А", характеризующимся наименьшим уровнем трехмерных искажений данных ввиду симметрии исходной модели относительно профиля. Инверсии выполнялись на различных наборах компонент входных данных для различных схем параметризации разреза, а также при разных параметрах регуляризации решения. Произведено сопоставление результирующих геоэлектрических моделей и дана оценка точности восстановления разреза в каждой из инверсий. На основе анализа выходных данных семейства инверсий выявлена оптимальная схема инверсии, предполагающая использование многокомпонентного набора входных данных (импеданс, типпер, горизонтальный магнитный тензор) и однооконную параметризацию разреза.

На третьем этапе выявленный оптимальный подход был применен при инверсии ЗБ-данных на краевом профиле "В" и косоориентированном профиле "С", характеризующимся повышенным уровнем трехмерных искажений данных по отношению к центральному профилю "А". Проведен анализ сходимости решения, охарактеризованы результирующие 2Б-модели. Полученные результаты свидетельствуют об ухудшении эффективности инверсии. В то же время, на качественном уровне, представляется возможным говорить об успешном выделении целевых структур геоэлектрической модели.

Таким образом, получено представление о возможностях двумерной инверсии МТ-данных в областях субдукционных зон Япономорского типа, характеризуемых сложным тектоническим и, следовательно, геоэлектрическим строением. В условиях, когда имеющиеся экспериментальные МТ-данные носят профильный характер (например, в Дальневосточном регионе), полученные в разделе результаты могут быть использованы при их интерпретации и оценке достоверности построений (геоэлектрических и тектонических), основанных на этих данных.

ГЛАВА 6. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДАННЫХ ПО ПРОФИЛЮ "ОБСЕРВАТОРИЯ СНС (ЧАНЧУНЬ, КИТАЙ) - ДОННАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ NWP (ТИХИЙ ОКЕАН)"

6.1. Данные электромагнитных наблюдений по Дальневосточному региону, доступные для интерпретации

В рамках работ по совместному Российско-Японскому проекту, была собрана собранная коллекция магнитотеллурических временных рядов,

Рис. 6.1. Схема расположения магнитных обсерваторий в Дальневосточном регионе являющейся уникальной по территории, длительности и качеству. В недавних европейских экспериментах (EMTESZ-Pomerania, BEAR) расстояния между пунктами наблюдения не превышали 1-2 тысяч км, в этом же случае они превышают 4 тысячи км (рис. 6.1). Для обработки данных Ив.М., Баренцевым и Н.А. Ладыниным применялись самые совершенные современные алгоритмы обработки данных (Варенцова, Ларсена, Смирнова, Чэйва).

В результате обработке временных рядов были получены оценки горизонтального магнитного тензора в нормировках на обсерватории СНС, LZH (Китай) и КАК (Япония). Кроме того, из ряда публикаций были заимствованы оценки компонент тензора импеданса и одномерные модели электропроводности, построенные по отдельным наблюдениям [Ichiki et. al., 2006; Toh et. al., 2006a,6; Ваньян и др., 2001]. Реестр доступных данных приводится в табл. 6.1.

Название пункта наблюдений Географические координаты Доступные компоненты данных Источник

Кабель JASC 42.8 N, 132 82 Е 37.67 N 137.98 Е рт и фт квазипоперечные Ваньян и др., 2000

Обсерватория ВМТ (Пекин, Китай) 40.3 N, 116.2 Е |Мхх|, Arg(Mxx), |Муу|, Arg(Myy) Архив INTERMAGNET

Обсерватория КАК (Какиока, Япония) 36.2 N, 140.2 Е |Мхх|, Arg(Mxx), |Муу|, Arg(Myy), Рху, фху, Pyx, фух, rcWzx, imWzx, reWzy, imWzy Архив INTERMAGNET

Обсерватория ММВ (Мемамбетцу, Япония) 43.9 N, 144.2 Е |Mxx|, Arg(Mxx), |Myy|, Arg(Myy), pxy, фху, PyX, ф^, reWzx, imWzx, reWzy, imWzy Архив INTERMAGNET

Обсерватория VLA (Владивосток, Россия) 43.78 N, 132.03 Е |Mxx|, Arg(Mxx), |Myy|, Arg(Myy), reWzx, imWzx, reWzy, imWzy Архив INTERMAGNET

Донные пункты МТЗ в Японском море (Т02, Т04, Т05, Т06) Т02: 39.5 N, 136.5 Е Т04: 39.5 N, 138.5 Е Т05: 39.5 N, 139.0 Е Т06: 39.5 N, 139.5 Е Рху, фху? Pyxs фух, с введенными поправками за батиметрию Оцифровка с иллюстраций из Toh et. al., 2006

Обсерватория LZH (Чанчунь, Китай) 36.08 N, 103.9 Е |Мхх|, Arg(Mxx), |Муу|, Arg(Myy) Архив INTERMAGNET

Обсерватория СНС (Чанчунь, Китай) 43.9 N, 125.3 Е; |Мхх|, Arg(Mxx), |Муу|, Arg(Myy) Архив INTERMAGNET

МТЗ в Северовосточном Китае 43.92 N, 125.0 Е Рху? фху, Рух, фух. Оцифровка из Ichiki et. al., 2006

Донная обсерватория NWP в Тихом океане 41.1 N, 160 Е |Мхх|, Arg(Mxx), |Муу|, Arg(Myy), рху, фху, Рух, фух, Оцифровка с иллюстраций X. Тоха

Табл. 6.1. Реестр доступных МТ/МВ данных по Япономорскому региону

6.2. 2В-инверсия данных по профилю CHC-NWP

Положение профиля инверсии и пунктов долговременных наблюдений показано на рис. 6.2. Направление профиля выбиралось таким образом, чтобы обеспечить пересечение основных тектонических структур вкрсст их локального простирания. Профиль начинается в пункте СНС (обсерватория Чанчунь, Китай) и заканчивается в акватории Тихого океана в точке с координатами 33.7 N, 152.8 Е. Следует отметить, что расстояние между этой точкой и донной обсерваторией NWP превышает 1000 км, однако, учитывая высокую степень латеральной однородности этой части Тихоокеанской плиты [Toh et al., 2006], представляется возможным формально относить данные с пункта NWP были к точке окончания профиля. На линию профиля были спроецированы (с учетом сферичности Земли) пункгы СНС, Т02, Т04, Т05, Т06, КАК, NWP; координаты проекций этих пунктов приводятся в табл. 6.2.

Рис. 6.2. Положение профиля "СНС" - "NWP" При подготовке данных к инверсии тензор импеданса приводился к главным направлениям по методу Эггерса [Бердичевский, 2009]. Одно из этих направлений можно считать близким к генерализованному направлению простирания основных геоэлектрических структур. Магнитный тензор в каждом пункте наблюдения также приводился к тем же направлениям, что и тензор импеданса.

Имя пункта СНС Т02' Т04' Т05' Т06' КАК' NWP

Широта, град. 43.9 N 40.7 N 40.1 N 40 N 39.8 N 39.1 N 33.7 N

Долгота, град. 125.3 Е 137.2 Е 138.9 Е 139.2 Е 139.7 Е 141.6 Е 152.8 Е узла сетки 6 37 41 42 43 49 84

Табл. 6.2. Распределение пунктов наблюдения вдоль профиля инверсии При инверсии был использован ансамбль данных в составе квазипродольного импеданса (кажущееся сопротивление, фаза импеданса) в диапазоне периодов от 600 с до 100 ООО с и квазипродольную компоненту магнитного тензора в диапазоне периодов от 600 с до 10 000 с. Длиннопериодные значения компонент магнитного тензора (при Т>3 ч) не использовались, т.к. они существенно искажены из-за воздействия солнечно-суточных вариаций. Данные были передискретизированы на сетку периодов, содержащую 8 значений, распределенных с геометрическим шагом. Использовалась схема однооконной параметризации разреза с коррелированными параметрами. Модель начального приближения строилась с учетом одномерных моделей, построенных рядом исследователей для обсерваторий СНС и NWP. Сравнение фоновых одномерных разрезов, использованных при построении идеализированной ЗБ-модели с результатами ID-интерпретации МТ-зондирований в пункте СНС по данным М. Ичики и в пункте NWP по данным X. Тоха показало, что последние оказываются несколько более проводящими по отношению к первым. Поэтому в качестве модели начального приближения использовалась соответсвующим образом адоптированная модель начального приближения из эксперимента по инверсии синтетических функций отклика. Адоптация предполагала также трансформацию сетки модели,' выполненную с учетом реальных расстояний между пунктами наблюдения, а также размерами сухопутных частей модели и акваторий. Исходя из

136 этих величин, шаг горизонтального разбиения во внутренней части модели был увеличен в 1.637 раза по отношению к сетке, использовавшейся при инверсии синтетических данных. Горизонтальный размер ячеек внутренней части модели составил 32.74 км. Коэффициент пересчета горизонтальных размеров ячеек во внешней части модели был равен 1,367.

Оптимизация модели велась в пределах единственного окна сканирования в интевале расстояний от 400 до 3200 км и интервале глубин от 10 до 600 км. Ожидаемые размеры структур в данном окне были приняты равными 100 х 50 км.

0 1000 2000 3000 км

Рис. 6.3. Геоэлектрический разрез по профилю "СНС" - "NWP" В ходе итерационного процесса невязка данных 5d убывала с 23.6% до 17.3%, причем выход на 17.3.% состоялся уже на итерации № 14, а дальнейшее продолжение итерационного процесса (65 итераций) не приводило к уменьшению

Результирующая модель показана на рис. 5.3. В центральной части окна сканирования в интервале расстояний 1400-1900 км на глубинах 60-300 км выделена проводящая структура с УЭС порядка 5-10 Ом-м. Следует отметить, что расхождения между результирующей моделью и моделью начального приближения вне этой аномально-проводящей области оказываются крайне снс

Т02

Т04

Т05

Т06

КАК

NWP

10® 10* 10е 10® 10* 10® 10s 10* 10®

Т, с

Т. с и> оо о q; г а> И s я

1.5

1.0 а.5 у Ы" d?' ' ч i'■

Рис. 6.4. Сопоставление экспериментальных и модельных данных по результатам инверсии

Экспериментальные данные Модельные данные незначительными. В пределах аномалии снижение удельного сопротивления по отношению к фоновому разрезу окна достигает 7 раз. Примечательно, что единственная аномальная структура оказалась выделенной на участке пунктов Т02—Т06, т.е. в зоне наибольшей плотности наблюдений.

Анализ расхождений экспериментальных и модельных данных (рис. 5.4) позволяет сделать вывод о лучшей сходимости по кажущемуся сопротивлению и фазе импеданса, нежели по модулю и фазе горизонтального магнитного тензора. В целом, качество интерпретации является удовлетворительным. Полученный результат демонстрирует явное ухудшение эффективности 2Б-инверсии в условиях недостаточной плотности наблюдений.

Следует отметить, что, несмотря на малое количество и низкую плотность наблюдений, удалось выявить зону повышенной электропроводности под акваторией Японского моря, ассоциируемую с астеносферой. Астеносферный проводник локализуется в интервале расстояний от 1200 до 1800 км на глубинах от 90 до 300 км. Этот результат, в целом, подтверждает результаты X. Тоха [Toh et. al., 2006 ].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

4. Наиболее информативными функциями отклика квазипродольной моды ЭМ-поля в порядке убывания информативности являются: фаза импеданса; кажущееся сопротивление; квазипродольная компонента горизонтального магнитного тензора. Индукционный вектор (типпер) обладает информативностью только на сухопутном участке модели и полностью теряет ее на дне окраинного бассейна /океана.

5. Несмотря на то, что уровень трехмерных искажений сопоставим с эффектом от целевых элементов разреза, двумерная инверсия трехмерных синтетических данных обеспечивает получение достаточно надежного решия обратной задачи, достаточно близкого к истинному при использовании:

- как сухопутных, так и донных наблюдений;

- ансамблей наиболее информативных компонент данных;

- регуляризации решения обратной задачи на основе параметризации восстанавливаемого разреза.

6. Объем длиннопериодных ЭМ измерений, выполненных в Япономорском регионе, оказывается недостаточным для построения надежной геоэлектрической модели. Однако все же удалось выделить проводящую структуру (астеносферу) под акваторией Японского моря, что подтверждает результаты других исследователей [Toh et al., 2007а]

Следует отметить, что в настоящее время в Тихом океане у восточных берегов Японии проводятся донные магнитотеллурические наблюдения. Также обсуждается возможность раскладки в центральной части акватории Японского моря длинного кабеля субмерйдионального направления с целью получения квазипродольного импеданса. В ближайшие годы ожидается существенный прирост электромагнитных данных в этом регионе. Рассмотренная методика интерпретации может оказаться полезной при изучении глубинной геоэлекрической структуры Японской субдукционной системы и подобных ей зон субдукции.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Алексеев, Дмитрий Александрович, Москва

1. Алексеев Д.А. Влияние берегового эффекта на данные магнитотеллурического зондирования в южной части геотраверса 2-ДВ, Магаданская область // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2007. Т. 82. Вып. 6. С. 11-16.

2. Алексеев Д.А., Палыиин Н.А., Варенцов Ив.М. Дисперсионные магнитотеллурические соотношения в двумерной модели берегового эффекта // Физика Земли. 2009. № 2. С. 84-87.

3. Алексеев Д.А. Анализ синтетических магнитотеллурических функций отклика в идеализированной ЗО-геоэлектрической модели субдукционной зоны // Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». CD-ROM. С.З.

4. Бахвалов Н. С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М., 2006. 636 с.

5. Бенъкова Н.П. Магнитные бури и системы электрических токов Л.: Гидрометеоиздат, 1953. 157 с.

6. Бердичевский М.Н., Борисова В.П., Коломийцева Г.И., Ротанова И.М., Файнберг Э.Б. Глубинные электромагнитные исследования Земли // Геомагнитные исследования. 1976. № 15. С. 5-16.

7. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально однородных сред. М.: Недра, 1992. 250 с.

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

9. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И., Голубцова Н.С., Мерщикова Н.А., Пушкарев П.Ю. Магнитовариационное зондирование: новые возможности // Физика земли. 2003. № 9. С. 3-30.

10. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И., Мерщикова Н.А. Об обратной задаче зондирования с использованием магнитотеллурических и магнитовариационных данных. М.: МАКС Пресс, 2000. 68 с.

11. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И., Новиков Д.Б., Пастуцан В.В. Анализ и интерпретация магнитотеллурических данных. М.: Диалог-МГУ, 1997. 161 с.

12. Бердичевский М.Н., Жданова О.Н., Жданов М.С. Глубинная геоэлектрика в океане. М.: Наука, 1989. 80 с.

13. А. Бердичевский М.Н., Яковлев А.Г. Аналитическая модель МТЗ, искаженного эффектом S // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1989. № 9. С. 82-88.

14. Ванъян Л.Л., Палыиин Н.А. Искажения донных МТЗ в прибрежной зоне // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1990. № 8. С. 109-112.

15. Ванъян JI.JI., Бердичевский М.Н., Васин Н.Д., Окулесский Б.А., Шиловский П.П. О нормальном геоэлектрическом разрезе // Физика Земли. 1980. № 2. С. 73-76.

16. Ванъян JI.JI., Шиловский П.П. Глубинная электропроводность океанов и континентов. М.: Наука, 1983. 88 с.

17. Ванъян JI.JI., Кузнецов В.А., Любецкая Т.В., Палыиин Н.А., Корья Т., Лахти И. и Рабочая группа Международного проекта BEAR. Электропроводность земной коры центральной Лапландии // Физика Земли. 2002. № 10. С. 4-22.

18. Ваньян JI. Л., Пальшин Н. А., Утада X., Шимицу X., Никифоров В. М. Изучение теллурического поля с использованием кабеля, пересекающего Яонское море // Физика Земли. 2000. №7. С. 17-26.

19. Варенцов Ив.М., Голубев Н.Г. Конечно-разностная технология решения двухмерных прямых задач геоэлектрики в классе региональных моделей // Электромагнитное зондирование Земли. М.: ИЗМИР АН, 1985. С. 23-28.

20. Варенцов Ив.М., Голубев Н.Г., Гордиенко В.В., Соколова Е.Ю. Исследование глубинной геоэлектрической структуры вдоль линии Линкольн (эксперимент ЭМСЛАБ) // Физика Земли. 1996. № 4. С. 124-144.

21. Дмитриев В.И. Электромагнитные поля в неоднородных средах // Труды ВЦ МГУ. 1969. 132 с.

22. Жданов М.С. Обратные задачи и теория регуляризации в геофизике. М.: Научный мир, 2007. 712 с.

23. Лобковский Л.И., Никишин A.M., Хаин В.Е. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. М.: Научный мир, 2004. 610 с.

24. Мороз Ю.Ф., Нурмухамедов А.Г., Лощинская Г.А. Магнитотеллурическое зондирование земной коры Южной Камчатки // Вулканология и сейсмология. 1995. № 4-5. С. 127-138.

25. Мороз Ю.Ф., Нурмухамедов А.Г. Глубинная геоэлектрическая модель области сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг // Физика Земли. 2004. № 6. С. 54-67.

26. Никифоров В.М., Дмитриев И.В. Геоэлектрический разрез тектоносферы в зоне сочленения Япономорской впадины с материковым обрамлением // Тихоокеанская геология. 2007. Том 26. № 6. С. 3-14.

27. Никифоров В.М., Пальшин Н.А., Старжинский С.С., Кузнецов В.А. Численное моделирование трехмерного берегового эффекта в Приморье // Физика Земли. 2004. № 8. С. 56-69.

28. ЪХ.Новожинский К., Пушкарев П.Ю. Анализ эффективности программ для двумерной инверсии магнитотеллурических данных // Физика Земли. 2001. № 6. С. 72-85.

29. Рикитаки Т. Электромагнетизм и внутреннее строение Земли. Т.2. М.: Недра, 1968.331 с.

30. ЪЪ.Рокитянский И.И. Индукционные зондирования Земли. Т. 2. Киев: Наукова Думка, 1981.294 с.

31. ЪА.Палъшин И. А. Интерпретация донных глубинных магнитотеллурических зондирований в северной части Тихого океана. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова, 1992.

32. ЪЬ.Светов Б.С. Передаточные функции электромагнитного поля // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1991. № 1. С. 119-128.

33. Светов Б.С. Основы геоэлектрики. М.: Издательство ЛКИ, 2008. 656 с.

34. ЪЪ.Спичак В.В. Магнитотеллурические поля в трехмерных моделях геоэлектрики. М.: Научный мир, 1999. 204 с.

35. Тихонов А.Н. Об определении электрических характеристик глубоких слоев земной коры // ДАН СССР. 1950. Т. 73. № 2. С. 295-297.

36. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. 2-е изд. М.: Книжный дом "Университет", 2005. 560 с.

37. Яковлев А.Г. Технология и результаты МТЗ на региональных профилях // Электромагнитные исследования земных недр. М.: Научный мир, 2005. С. 157-165.

38. Alekseev D.A., Palshin N.A., Berdichevsky M.N., Varentsov I.M. Violation of dispersion relationship in seafloor TE-impedance // Abstracts of 18th EMI Workshop, 2006, El Vendrell, Spain. S3-22.

39. Alekseev D.A., Palshin N.A., Berdichevsky M.N. Far East subduction zone 3D-conductivity structure modeling (case study) I I Abstracts of 18th EMI Workshop, 2006, El Vendrell, Spain. S3-23.

40. Alekseev D.A., Palshin N.A. Analysis of the MT-responses, modeled for the idealized subduction zone 3D-conductivity structure // Abstracts of 19th EMI Workshop, 2008, Beijing, China. P. 710.

41. Al.Baba K. Electrical structure in marine tectonic settings // Surv. Geophys. 2005. Vol. 26. P.701-731.

42. Berdichevsky M.N., Pokhotelov D.O. Violation of the dispersion relations in a three-dimensional magnetotellutic model // Physics of the Solid Earth. 1997. Vol. 8. №33. P. 603-612.

43. Cox C.S. On electrical conductivity of the oceanic lithosphere // Phys. Earth Planet. Int. 1981. Vol. 25. P. 196-201.

44. Cox C.S., Constable S.C., Chave A.D. and Webb S.C. Controlled source electromagnetic sounding of the oceanic lithosphere // Nature. 1986. Vol. 320. P. 52-54.

45. Constable S., Shankland T.J., Duba A. The electrical conductivity of an isotropic olivine mantle // J. Geophys. Res. 1992. Vol. 97. N B3. P. 3397-3404.

46. Constable S.C., Duba A. The electrical conductivity of olivine, a dunite, and the mantle // J. Geophys. Res. 1990. Vol. 95. P. 6967-6978.

47. Eckhardt D.H., Lamer K., Madden T. Long period magnetic fluctuations and mantle electrical conductivity estimates // J. Geophys. Res. 1963. V. 68, No 23. P. 6279-6289.

48. Ernst Т., Sokolova E.Yu., Varentsov Iv.M., Golubev N.G. Comparison of two MT data processing techniques using synthetic data sets // Acta Geophys. Pol. 2001. Vol. 49. N2. P. 213-243.

49. Fukao Y., Koyama Т., Obayashi M., Utada H. Trans-Pacific temperaturee field in the mantle transition region derived from seismic and electromagnetic tomography // Earth Planet. Sci. Letters. 2004. Vol. 217. P. 425-534.

50. Gill P., Murray W. and Wright M. Practical optimization London: Academic, 1982.

51. Hashin Z., Shtrikman S. A variational approach to the theory of the effective magnetic permeability of multiphase materials // J. Appl. Phys. 1962. Vol. 33. P. 3125-3131.

52. Karato S., Riedel M.R., Yuen D.A. Rheological structure and deformation of subducted slabs in the mantle transition zone: implications for mantle circulation and deep earthquakes // Phys. Earth Planet. Int. 2001. Vol. 127. P. 83-108.

53. Mackie R.L., Madden T.R. Conjugate direction relaxation solutions for 3D magnetotelluric modeling // Geophysics. 1993. Vol. 58. N 7. P 1052-1057.

54. Nikiforov KM., Palshin N.A., Starzhinsky S.S., Kuznetsov V.A. Numerical modeling of the three-dimensional coastal effect in the primorski region // Izvestiya. Phys. Solid Earth. 2004. Vol. 40. N 8. P. 660-671.

55. Palshin N.A. Oceanic electromagnetic studies: a review // Surv. Geophys. 1996. Vol. 17. P.455-491.

56. Рек J. Linearization methods of interpreting MT and MV data I I Travaux Geophys. 1985. Vol. 33. P. 199-326.lA.Rai C.S., Manghani M.H. Electrical conductivity of ultramafic rocks to 1820 Kelvin // Phys. Earth Planet. Int. 1978. Vol. 17. P.6-13.

57. Shimakawa Y., Honkura Y. Electrical conductivity structure beneath the Ryukyu trench-arc system and its relation to subduction of the Phillipine sea plate // J. Geomagn. Geoelectr. 1991. Vol. 43. P. 1-20.

58. Soyer W., Unsworth M. Deep electrical structure of the northern Cascadia (British Columbia, Canada) subduction zone: Implications for the distribution of fluids // Geology. 2006. Vol. 34. N 1. P. 53-56.

59. Tyburczy J.A., Waff H.S., Electrical conductivity of molten basalt and andesite to 25 kilobars pressure: Geophysical significance and implications for charge transport and melt structure // J. Geophys. Res. 1983. Vol. 88. ,P. 2413 2430.

60. Toh H. Electrical conductivity structure of the Izu-Bonin arc revealed by seafloor electromagnetic observations. Ph.D. Thesis. Ocean Research Institute, University of Tokyo. 1993. Ill p.

61. Toh H., Baba K., Ichiki M., Motobayashi Т., Ogawa Y., Mishina M., Takahashi I. Two-dimensional electrical section beneath the eastern margin of Japan Sea // Geoph. Res. Lett. 2006. Vol. 33.

62. Toh H., Hamano Y., Ichiki M. Long-term seafloor geomagnetic station in the northwest Pacific: A possible candidate for a seafloor geomagnetic observatory // Earth Planets Space. 2006. Vol. 58. P.697-705.

63. Utada H., Koyama Т., Shimizu H. and Chave A.D. A semi-global reference model for electrical conductivity in the mid-mantle beneath the north Pacific region // Geoph. Res. Lett. 2003. Vol. 30. No. 4. P. 2645-2648.

64. Wannamaker P.E., Booker J.R., Filloux J.H. et al. Magnetotelluric section across the Juan de Fuca subduction system in the EMSLAB project // J. Geophys. Res. Special Section on EMSLAB. 1989a. Vol. 94. P. 14111-14125.

65. Wannamaker P.E., Booker J.R., Jones A. G. et al. Resistivity cross section through the Juan de Fuca Ridge subduction system and its tectonic implications // J. Geophys. Res. Special Section on EMSLAB. 1989b. Vol. 94. P. 14127-14144, 14277-14283.

66. Weidelt P. The inverse problem of geomagnetic induction // Zeitschrift fur Geophysik. 1972. Vol. 8. P. 257-290.

67. Xu Y.S., Shankland T.J., Рое В.Т. Laboratory-based electrical conductivity in the Earth's mantle // J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105, N В12. P. 27865-27865.

68. Yee E., Paulson K. Concerning dispersion relations for the magnetotelluric impedance tensor // Geophys. J. Int. 1988. Vol. 95. P. 549-559.

Информация о работе

Алексеев, Дмитрий Александрович
кандидата физико-математических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.10

Диссертация

Развитие методов интерпретации данных геоэлектрики в зонах субдукции японского типа - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы