книги из ГПНТБ / Бердичевский, Марк Наумович. Электрическая разведка методом теллурических токов

Глава I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Всостав электромагнитного поля Земли входят электриче­

ское поле Е с составляющими Ех, Еу, Ez и магнитное поле Н с составляющими Нх, Ну, Hz. Каждое из этих полей может пред­ ставлять собой сумму нескольких полей, действующих в различ­ ных сочетаниях и возникших вследствие различных причин. Здесь, будет идти речь только о переменном электромагнитном поле Земли, имеющем региональный характер и неразрывно связан­ ном с явлениями на Солнце и в ионосфере. Электрическая часть, такого поля носит название поля теллурических токов (поля ТТ).

Теллурические токи постоянно циркулируют в верхних слоях земной коры. Их существование можно обнаружить при помощи показанной на рис. 1 измерительной установки с двумя электро­ дами-заземлениями М и N. Между этими электродами в поле ТТ возникает напряжение U *. Мерой интенсивности поля ТТ слу­ жит величина

которая практически равна составляющей вектора напряженности поля ТТ по направлению измерительной липни. Наблюдая тел­ лурическое поле при помощи двух различно направленных изме­ рительных линий MiNi и MzNz, можно по соответствующим со­ ставляющим Е Ni и Е N построить вектор Е напряженности поля ТТ, как показано на рпс. 2. Здесь по осям, направление которых совпадает с направлением измерительных линий, отло­ жены отрезки, пропорциональные Ем и Ем затем из кон­

цов этих отрезков восстановлены перпендикуляры, пересечение которых и определяет положение конца вектора Е.

Линия, которую описывает своим концом вектор Е за неко­ торый промежуток времени, носит название годографа поля ТТ. Обычно годограф поля ТТ представляет собой слож-

9>

ную кривую с многочисленными точками самопересечения (рис. 3).

Рис. 3. Годографы поля теллурических токов.

а — линейная поляризация; FF — ось поляризации; б ив — нели­ нейная поляризация.

Изменения составляющих поля теллурических токов во вре­ мени принято называть вариациями поля теллу­ рических токов. Характерные осциллографические за­

10

писи вариаций меридиональной и широтной составляющих ноля ТТ приведены на рис. 4. На каждой из этих записей могут быть выделены отдельные импульсы поля ТТ — под импульсами поля ТТ мы в дальнейшем будем понимать вариации той или иной составляющей поля в интервале времени между двумя

ляющих поля ТТ за некоторый промежуток времени (рис. 4, б) и по­ строить вектор АЕ приращения напряженности поля, называемый вектором вариаций. Построение вектора вариаций ана­ логично построению вектора напряженности поля ТТ (рис. 2).

§ 2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОЛЯ ТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ТОКОВ

Теллурические токи охватывают весь земной шар, образуя на его поверхности региональные токовые вихри (рис. 6), и имеют пульсирующий характер, изменяясь, как правило, по величине

11

и направлению [65]. Плоскость земного экватора в первом при­ ближении является плоскостью симметрии токовых вихрей.

Поле теллурических токов неразрывно связано с общим элек­ тромагнитным состоянием Земли и солнечной активностью [73]..

Так, одиннадцатилетняя периодичность в числе солнечных пятен ясно отражается па вековых графиках интенсивности геомагнитного поля и поля теллурических токов (рис. 7). Отмечается и годовой пе­

12

устойчивости В. А. Троицкая делит средиепериодные вариа­ ции на две группы [52, 53, 54].

Рис. 10. Распределение устойчивых вариаций электро­ магнитного поля Земли по периодам.

а— Западная Сибирь, лето 1956 г.; б — Латвия, лето 1954 г.

незакономерными изменениями видимых амплитуд и периодов (рис. 4 и 9). Чаще всего наблюдаются устойчивые вариации с пе­ риодом 15—60 сек. (рис. 10).

13

2. Цуги вариаций.

Под цугами в а р и а ц и й понимаются отдельные се­ рии импульсов, разделенные длительными перерывами (рис. 11). Каждая серия обычно содержит от двух до десяти импульсов. Для цугов характерно быстрое нарастание и затем быстрое зату­ хание видимых амплитуд. Периоды импульсов, составляющих

даются сравнительно редко и длятся недолго (3—5 дней в месяц).

Рис. 11. Цуги вариаций геомагнитного поля; Алма-Ата, 19 августа 1951 г., время мировое:

(по В. А. Троицкой [54]).

В остальное же время видимая амплитуда среднепериодных ва­ риаций поля ТТ колеблется от 3—10 мв/км в районах с неглубо­ ким залеганием непроводящего фундамента до 0,5—1 мв/км в районах с мощной проводящей толщей, перекрывающей породы фундамента.

Суточный ход среднепериодных вариаций изучен еще недо­ статочно. На рис. 12 приведены в виде примера записи теллури­ ческих токов в обсерваториях Европы, Африки и Америки [55]. Как видим, на всех записях выделяются синхронные цуги вариа­ ций, приуроченные к одним и тем же моментам мирового времени L На рис. 13 дано распределение устойчивых вариаций и цугов вариаций по часам мировых суток. Диаграмма составлена по ре­ зультатам наблюдений, производившихся в течение 1950—1953 гг.. в Средней Азии. Анализ этой диаграммы показывает, что устой­ чивые вариации и цуги вариаций имеют различный суточный ход и, как правило, сменяют друг друга. Устойчивые вариации обычно наблюдаются в интервале 0—12 час. мирового времени

1 Московское время на 3 часа опережает мировое.

14

и только частично захватывают интервал 20—24 часа. Чаще всего устойчивые вариации отмечаются между 1—9 часами. Цуги, вариаций в большинстве случаев возникают между 12 и 24 часами. Максимальная вероятность возникновения цугов вариаций при-

Рис. 12. Среднепериодные вариации поля ТТ на станциях Европы, Африки и Америки 24 февраля 1952 г., время мировое (по В. А. Троицкой [55]).

ходится на вечерние часы (между 15 и 21 часами). Такие же ре->. зультаты в мировом времени были получены в других районах

СССР (Шацк, Иркутск, Маточкин Шар). Эти факты позволили В. А. Троицкой говорить о том, что среднепериодные вариации того или иного типа начинаются одновременно на всем земном шаре.

15.

Иной точки зрения придерживается Н. П. Пенькова, В рабо­ тах которой суточный ход среднепериодных вариаций связывается преимущественно с местным временем [10]. Указания на связь

в пределах одного токового вихря. Изменение же направления вращения векторов происходит тогда, когда пункты наблюдения значительно удалены друг от друга и, по-видимому, относятся к различным токовым вихрям. Пример

а — устойчивые вариации; б — цуги вариаций.

векторных диаграмм с изменением направления вращения векторов дан па рис. 15. Здесь, как и на карте О. Гита (рис. 6), пло­ скость земного экватора является плоскостью симметрии поля.

16

ния, связанные с особенностями геологического строения ис­

рактер поляризации поля ТТ. В прибортовых частях крупных осадочных бассейнов обычно отмечается устойчивая линейная

Рис. 16. Возмущение поля ТТ типа бухты; Тюмень, 13 сен­ тября 1957 г., время мировое.

поляризация поля ТТ. В центральных частях таких бассейнов, где фундамент погружен на значительную глубину, преобладает нелинейная поляризация поля ТТ. Подобные явления типичны, в частности, для Днепровско-Донецкой впадины и ЗападноСибирской низменности.

Рис. 17. Пульсации на фоне среднепериодных вариа­ ций поля ТТ.

1 — широтная составляющая К; 2 — меридиональная состав­ ляющая Е; Тюмень, 27 июля 1957 г., 12 ч. 31 м., время миро­ вое.

Наряду со среднепериодными вариациями наблюдаются и

обычно наблюдаются близко к местной полуночи и часто сопровож­ даются цугами среднепериодных вариаций. К цугам вариаций

18