Введение к работе
Актуальность темы.
В современных условиях, характеризующихся активным развитием аппаратурной базы и методик магнитотеллурических (МТЗ), аудиомагнитотеллурических (АМТ) 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 АМТ 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 изу
чением занимались Е.И. Воробьев, СВ. Обручев, A.M. Портнов,
B.C. Антипин, В.И. Воронин, С.А. Язев, СМ. Миронов,
М.В. Слипенчук, А.Н. Моисеинко, A.M. Федоров, В.П. Исаев, П.В. Исаев, Д.Ю. Демежко, И.А. Угрюмов, А.В. Поспеев, А.А. Савичев, О. Ингеров, Б.Н. Голубов, Ю.А. Сапожников, Ю.Ф. Болесто, Ю.Л. Кандыба, B.C. Федоровский, СВ. Ярмолюк,
Б.П. Высоцкий, А.А. Дмитриев, А.Г. Дмитриев, Д.В. Семенов, А.В. 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 АМТ 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 АМТ вдоль профиля «Патомский-2010» с использованием методики АФК;
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» по данным 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.
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.
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.
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 (АМТ 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».
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 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.-м.н., Егорову Алексею Сергеевичу за постоянную помощь при подготовке диссертационной работы и коллективу кафедры геофизических и геохимических методов поисков и разведки СПГГУ за участие в обсуждении основных результатов.
Автор выражает искреннюю благодарность вице-президенту канадской компании «Phoenix Geophysics Ltd.», к.г.-м.н. Олексу Инге-рову за консультации при работе над методическими разделами диссертации 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 Сараєву 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 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 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.
