Введение к работе
Современное состояние проблемы и актуальность темы исследования.
Одной из основных задач современной геофизики является проблема создания модели магнитоактивного слоя типичных структур земной коры. Решение этой задачи невозможно без привлечешія данных об аномальном магнитном поле (АМП) Земли как на поверхности, так и в приземном пространстве.
Знание характеристик АМП, его законов изменения с удаленностью от поверхности Земли, с одной стороны, дает нам возможность достаточно квалифицированно решить ряд задач, связанных с геологическим картированием, исследованием вещественного состава подстилающих пород, с другой стороны, позволяет значительно расширить круг изучаемых фундаментальных проблем геомагнетизма - провести прогноз намагниченности континентальной и океанической коры, определить границы крупных тектонических нарушений, найти связь аномальных коровых полей с другими геофизическими полями: гравитационными, тепловыми, сейсмическими, а также определить нижнюю границу магнитоактивных источников аномалий и многое другое.
Если законы изменения поля с ростом высоты для главного магнитного поля Земли хорошо известны и с достаточной точностью определяются формулой Гаусса, то предполагаемые глубины и интенсивности источников АМП в литосфере, а также амплитуда их затухания с изменением высоты наблюдения изучены хуже, особенно для крупных региональных и материковых магнитных аномалий.
Для решения задач, связанных с изучением коровых полей обычно используют данные измерений геомагнитного поля по наземным, морским и аэромагнитным измерениям или картографическим материалам , существенным недостаком которых являются ошибки, происходящие из-за состыковок ограниченных в пространстве измерений, зашумленности выделяемых полей высокоинтенсивными локальными аномалиями, а также их крайне неравномерным распределением на земной поверхности. Это не только искажает выделение региональных аномалий, но и вносит ложные аномалии в результаты обработки.
Здесь существенную помощь оказывают спутниковые, аэростатные и высотные аэромагнитные съемки. Особый интерес, конечно, вызывают спутниковые измерения геомагнитного поля, которые были начаты с запуском в мае 1958 года советского ИСЗ Спутник-3 и эпизодически продолжают проводиться по настоящее время.
Преимущества спутниковых магнитных съемок очевидны. Это глобальное покрытие большой части территории Земли за относительно короткий интервал времени, что освобождает їштерпретатора от задач приведения поля к единому уровню, различных состыковок полученных аномальных полей по различным районам, приведение карт к одной эпохе и т.п., что часто делается при наземных и аэромагнитных съемках.
К сожалению, есть и свои трудности в обработке спутниковых
данных.Существует непростая задача разделения измеряемого на
спутнике поля на магнитные поля от магнитосферного и ионосферного
токовых источников , токи которых протекают выше и ниже орбиты
спутника соответственно ( например, для спутника Магсат).
Немаловажное значение имеет для выделения аномального магнитного поля и высота орбиты спутника . Так, например, высота наблюдения поля соизмерима с выделяемой длиной волны АМП, поэтому чем ниже высота орбиты, тем
выше частота выделяемого поля, и, следовательно, более подробно можно построить поле земной коры.
Тем не менее, проблемы, связанные с обработкой спутниковой информации решаются, а задача выделения, обработки и исследования аномального магнитного поля с использованием новых высокоточных измерений геомагнитного поля, полученных специальным американским спутником Магсат, представляется актуальной и перспективной , обеспечивая сеть наблюдений поля, равномерно распределенную практически над любой территорией земного шара.
Цели исследования. Основная цель настоящей работы - используя первичные материалы американского спутника Магсат, аэромагнитные и аэростатные данные с учетом наземных картографических материалов съемок, исследовать структуру и найти обобщенные закономерности аномального магнитного поля земной коры, особенно его региональной компоненты и применить эти характеристики к проблеме исследования глубинного строения литосферы.
При этом решались следующие задачи.
- Разработка методики выделения магнитных аномальных полей из спутниковых и аэростатных измерений и проверка их достоверности.
- Построение по полученным данным карты магнитного аномального поля
на примере территории Европы и прилегающих регионов.
- Создание модели аномальных магнитных полей, полученных из данных спутника Магсат на основе гармонического разложения на поверхности сферического сектора.
- Совместный анализ аэромагнитных, аэростатных и спутниковых данных
об аномальном поле в классе региональных моделей для целей
интерпретации и изучения глубинного строения литосферы .
На защиту выносятся следующие положения.
-
Магнитные аномальные поля, полученные по скалярным и векторным измерениям спутника Магсат для Европы и прилегающих территорий, вполне пригодны для регионального изучения глубинного строения Земли и обладают рядом преимуществ по сравнению с наземными и аэромагнитными наблюдениями.
-
Аналитическая модель коровых полей, полученная из данных спутника Магсат и разработанная с использованием гармонического разложения на поверхности сферического сектора для территории Европы, позволяет получить 3-х мерную пространственную структуру АМП на разных высотах полета спутника и выполнить ее анализ для рассматриваемой территории.
3. Результаты впервые проведенного совместного анализа данных
спутниковых, стратосферных и аэромагнитных съемок по профилю в районе
Курской магнитной аномалии, позволили корректно решить прямую задачу,
оценить затухание АМП и утверждать в рамках модели, что источниками
аномалии могут быть высокомагнитные породы, расположенные в верхнем
10 км слое земной коры.
Научная новизна и практическая значимость работы.
До настоящего времени у нас в России не было сделано практических попыток построения по первичным измерениям магнитного поля на спутнике Магсат аномального магнитного поля Земли, хотя многие исследователи использовали уже опубликованные по этим данным карты аномального магнитного поля. Необходимо отметить, что опубликованные карты мало пригодны для геолого-геофизической интерпретации, так как они даются только в цветном или черно-белом изображении без численных значений. Все это не позволяет только из публикаций широко применять уникальные данные спутника Магсат при решении проблем, связанных с аномальными магнитными полями.
В диссертационной работе впервые продемонстрировано совместное использование данных градиентных магнитных съемок на стратосферных высотах и магнитных измерений на спутнике Магсат , что позволило надежно выделить практически весь спектр аномального поля, а также подтвердить достоверность полученных скалярных и векторных карт магнитных аномалий. Построенная аналитическая модель аномальных магнитных полей достаточно хорошо описывает исходные поля. Среднеквадратическое отклонение наблюденных и рассчитанных полей составляет 1-2 нТл. Такая модель позволила построить и провести анализ карт аномального поля для всех компонент на спутниковых высотах 300,400 и 500 км. Приведенные исследования показывают широкие перспективы практического использования данных спутника Магсат в задачах исследования региональных аномалий.
Реализация работы.
Работа выполнена в лаборатории Главного магнитного поля Земли Отделения Магнетизма Земли и планет ИЗМИРАН по плану научно-исследовательских работ, проводимых в рамках темы " Использование данных спутниковых магнитных съемок для комплексного изучения Земли и процессов в ее магнитосфере" (ГРО 1.9.20019230).
Апробация результатов и публикации. Основные результаты исследования, составившие содержание диссертации, были представлены на Международном Семинаре по палеомагнитному изучению Гималайско-Каракорумского пояса складчатости и окружающей территории (Исламабад, Пакистан, 20-21 ноября 1996 г.) , доложены на очередном Европейском Геофизическом Союзе ( Вена, Австрия, 10-21 апреля 1997 г. ), на 8 научной Ассамблее IAGA ( Уппсала, Щвеция, 4-16 августа 1997 г.), на Российско-Индийском
симпозиуме (Россия,1997 г.) и на научных семинарах , Ученом Совете ИЗМИРАН. По теме диссертации опубликовано 18 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 122 машинописных страницы, содержит 29 рисунков и 2 таблицы. В списке цитируемой литературы 98 наименований.
Диссертация выполнена под руководством профессора Н.М. Ротановой и старшего научного сотрудника, канд. техн. наук Ю.П. Цветкова, которым автор глубоко признателен за постоянное внимание и неоценимую помощь на всех этапах работы - от постановки задач и до подготовки диссертации к защите. Хотелось бы также поблагодарить всех сотрудников лаборатории за ценные замечания и полезные советы во время работы над диссертацией. Автор также благодарит за помощь в оформлении диссертации Л.И. Яковлеву и Н.И. Волкову.