Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

ЮЖНЫЙ БЕРЕГ ОЗЕРА ИЛЬМЕНЬ – ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ МАЛОГЛУБИННОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Блюдик О.А.1, Исаева И.А.1, Данильев С.М.2, Ермолин Е.Ю.2

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург

1 Студенты группы РФ-10, кафедры геофизических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (ГФХМР)

2 Ассистенты кафедры ГФХМР

Аннотация

В данной работе отписываются результаты работ методом сопротивлений, выполненные новгородской области на южном побережье озера Ильмень в рамках геолого-геофизической практики студентов. Хорошая обнаженность района исследований, наличие контрастных геоэлектрических границ горных пород верхнего девона и малоамплитудных пликативных дизъюктивных тектонических нарушений позволяют рассматривать данный район как полигон для малоглубинной электроразведки.

Summary

The same results of field electroprospecting works near Ilmen lake coast area in Novrorodskyi region have been presented. The field works had made within the limits of student-training. A lot of outcrops of upper Devonian, the little amplitude of flexures and breaks, the contacts of contrast geoelectrical boundaries are making this area polygon for smalldepth electroprospecting.

Введение

В наши дни при больших темпах развития электроразведочной аппаратуры и усовершенствования методик полевых работ становится актуальным создание геофизических полигонов. Полигон должен обладать следующими характеристиками: слабым уровнем промышленных помех, хорошей обнаженностью (наличием буровых скважин), наличием контрастных геоэлектрических границ, наличием участков с пологим залеганием геоэлектрических слоёв. В настоящее время такие полигоны в западной части Российской Федерации существуют: пос. Александровка (кафедра геофизики МГУ); побережье Белого моря (кафедра физики земли СПбГУ) и д.р. С 2012 года студенты кафедры геофизических и геохимических методов поисков начали проходить академическую практику в Новгородской области вблизи поселка Буреги. В данной работе представлены обобщенные результаты электроразведочных работ методом сопротивления 2012 года. Авторы поставили перед собой задачу оценить участок южного побережья оз. Ильмень как полигон для малоглубинной электроразведки.

Здесь представлен терригенно-карбонатный комплекс пород франского яруса верхнего девона, который сформировался в мелководном морском бассейне около 370 млн лет назад. В этом районе установлены стратотипы ильменских (D3il) и бурегских (D3br) слоев, которые являются подразделениями региональной стратиграфической схемы. Стратиграфическая колонка района показана на рисунке 2.

В Ильменском глинте можно наблюдать складчатые дислокации, охватывающие всю представленную в обнажениях толщу франского яруса (рис 3г). Преимущественно это

123

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

малоамплитудные (до 3 м) синклинальные и антиклинальные складки шириной от 100 до 300 м, с углами падения крыльев до 5˚. Кроме того, установлен ряд антиклинальных складок амплитудой 5-7 м, с углами падения крыльев 35-40˚.

Рис. 1. Географическое положение (а), топографическая схема расположения профилей ВЭЗ 2012 года (б) и фотография надвига (в) закартированного на береговом уступе оз. Ильмень

(глинте).

Условные обозначения: 1 – пикеты ВЭЗ, 2 – номера пикетов ВЭЗ; 3 – пикеты круговых ВЭЗ; 4 – линии профилей ВЭЗ, 5- линия надвига, 6 – обнажения пород, 7 – реки (а) и временные водотоки (б), 8 - дороги, 9 – изогипсы рельефа, 10 - здания.

В 2012 году в рамках геолого-геофизической практики студентов были выполнены электроразведочные работы методом сопротивления. При выполнении полевых работ использовался генератор переменного тока «ERA», измеритель «ERA-MAX», четыре стальных электрода: 2 питающих (А и В) и 2 приемных (M и N). Измерения выполнялись с использованием симметричной установки вдоль нескольких профилей: линия берегового уступа (пикеты c индексом «g» на рисунке 2), в крест закартированного надвига (пикеты c индексом «n»), и в пределах русла временного водотока (пикеты c индексом «g»). Использовались разносы АБ/2 равные от 1,5 до 60(100) метров (10 разносов на декаду).

Результаты

По полученным измерениям были построены кривые вертикального электрического зондирования (рис 3а). Основная часть измеренных кривых является кривыми К-типа (проводник- диэлектрик-проводник). Лишь в районе ПК 3000 встречаются кривые другого типа. Именно в этом пикете на геологическом разрезе, составленным С.Б. Шишловым и д.р. [1,2] (рисунок 3г) происходит выклинивание бурегских «ракушняковых» известняков.

Учитывая пологое залегание геологических слоёв района исследований, интерпретация кривых выполнялась в рамках горизонтально-слоистых моделей (1D). Решение обратной 1D задачи выполнялось с использованием программы IPI2Win (А.А. Бобачёв, МГУ). Невязки полевых (рис 3а, кривые 1) и расчётных (рис 3а, кривые 3) кривых не превышали 3%. По результатам интерпретации

124

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

были построены геоэлектрические разрезы. Геоэлектрический разрез вдоль линии глинта показан на рисунке 3в.

Рис. 3. Кривые кажущегося сопротивления (а), разрез кажущегося сопротивления (б), геоэлектрический разрез - результат решения 1D задачи (в) и геологический разрез С.Б.Шишлов и д.р. (г)

Условные обозначения: 1 –Ильменские глины, 2 – ильменские песчаники, 3 – ракушняковые известняки, 4 – плитчатые известняки, 5- четвертичные образования, 6- пикеты ВЭЗ, 7-складки, 8 – положение ракушняковых известняков на геоэлектрическом разрезе.

125

песчаникам и глинам ильменской свиты. В районе пикетов g-2200 и g-2400 на геоэлектрическом разрезе наблюдается понижение УЭС второго слоя, авторы считают, что это связано с наличием разрывного нарушения (надвига), который хорошо наблюдается на глинте (фотография на рисунке 2в). Для детального изучения этого дизъюктивного нарушения были выполнены ВЭЗ в крест него (пикеты с индексом «n» на рисунке 2б). Результаты измерений и интерпретации кривых показаны на рисунке 4. Наличие вертикального контакта пород между пикетами 200 и 150 очевидно.

до проводника (ильменских глин) для участка «временного водотока» показаны на рисунке 6 (слева). Благодаря результатам электроразведки была построена геологическая карта (рис. 6, справа).

Выводы

Список литературы

1.С.Б. Шишлов, М.А. Иванов, Е.Д. Михайлова, В.П. Матвеев, Р.А. Щеколдин Ильменский глинт – уникальный геологический памятник и учебный полигон.

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

126

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

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

ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОВОДЯЩИХ ДВУМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ, НАХОДЯЩИХСЯ В СТОРОНЕ ОТ ТОЧЕК ИЗМЕРЕНИЯ ПО

ПРОФИЛЬНЫМ МАГНИТОВАРИАЦИОННЫМ ДАННЫМ

Ермолин Е.Ю.1, Ингеров А.И.2

1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Ermolin_stud@list.ru 2 «PHOENIX GEOPHYSICS» LTD, Канада, Торонто, Онтарио

Аннотация

В работе представлены возможности определения параметров проводящих двумерных объектов изометрического сечения для случая, когда измерения проводятся в стороне от объекта. Показано, что суммарная продольная проводимость сечения однозначно определяется по значению периода характерных точек на разрезах типпера. В работе демонстрируется, что при известном положении оси проводника по амплитуде типпера в характерной точке можно определить глубину залегания его центра.

Summary

The possibility of determination of parameters of two-dimensional conductor near profile measuring has been demonstrated. The longitudinal conductivity of section defines by the period of maximum on the tipper pseudo-section. If the position of conductor is well-known then depth of center of conductor will define.

Введение

Развитию метода МВЗ посвящено много классических исследований (W.D. Parkinson, 1959 [1]; H. Wiese 1956 [2]; И.И. Рокитянский, 1975 [3]; М.Н. Бердичевский и В.И. Дмитриев 2009 [4] и др.). К. Возофф (1972) [5] назвал параметр, рассчитываемый по 3-м ортогональным магнитным компонентам естественного переменного электромагнитного поля Земли, «типпером». Данный параметр чувствителен к латеральным неоднородностям геоэлектрической среды, что является весьма важным при изучении электропроводности Земли для съёмок любого масштаба: от региональных до детальных исследований. Благодаря усовершенствованию аппаратурной базы, методики полевых работ [6,7] и технологий обработки данных повысился уровень качества магнитовариационных функций отклика используемых при качественной и количественной интерпретации (индукционный вектор, типпер). К настоящему времени разработаны алгоритмы решения обратных «двумерных» и «трёхмерных» задач по данным типпера [8] и др. Являются актуальными и методы экспресс-интерпретации интерпретации магнитовариационных данных. В работе И.И. Рокитянского [9] было показано, что по частоте максимума магнитных компонент поля может быть определена суммарная продольная проводимость сечения тела G. О. Ингеровым и Е.Ю. Ермолиным предложен метод определения глубины залегания двумерных проводящих объектов по расстоянию между характерными точками на разрезах типпера [10]. В исследованиях [11] авторами было показано, что по соотношению значений амплитуды в характерных точках можно оценить угол падения тел пластовой формы, а по форме аномалии оценить соотношение их линейных размеров.

В работе демонстрируется, что по частотной характеристике типпера можно определить глубину двумерного аномального проводящего объекта, находящегося в стороне от точек наблюдения (при условии, что расположение оси проводника в плане известно).

Методика

В магнитовариационном методе измеряются 3 (одна вертикальная и две горизонтальные) ортогональные магнитные компоненты естественного переменного электромагнитного поля Земли [4]. Следует отметить, что в классическом магнитотеллурическом методе измеряется 4 горизонтальные компоненты (две магнитные и две электрические). Схема установки показана на рисунке 1.

Рассмотрим случай, когда профиль исследований расположен в стороне от крупного проводника с изометрическим сечением (рис. 2). В этом случае практически все магнитотеллурические параметры (на больших периодах) на профиле измерений будут свидетельствовать о том, что геоэлектрическая

127

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

среда является двумерной. Магнитотеллурические полярные диаграммы будут иметь соответствующий вид. Диаграммы основных компонент будут иметь форму овала, а диаграммы дополнительных компонент будут иметь четырёхлепестковую форму. Несмотря на очевидное доказательство применимости двумерной интерпретации, решение обратной двумерной задачи для указанного на рисунке 2 случае будет некорректно. Даже если удастся подобрать двумерную модель, удовлетворяющую наблюденным данным, то полученная модель не будет отражать реальное геоэлектрическое строение.

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

объекта известно.

Выводы

В результате обобщения результатов моделирования была построена зависимость максимальной амплитуды типпера (в точке, расположенной в стороне от проводника) от глубины до центра аномально двумерного объекта. Данный результат позволяет обосновать последовательную методику определения верхней кромки для аномальных двумерных объектов с сечением близким к изометрическому, расположенных в стороне от профиля наблюдений:

1.анализируются карты индукционных векторов, определяется: в какой стороне от профиля находится проводник;

2.По экстремальному значению типпера (Тextr) в точках измерения определяется относительная суммарная проводимость сечения аномального объекта (G) по методике, предложенной в работе [10];

3.определяется расположение оси проводника по априорным геолого-геофизических данным и расстояние от оси проводника до профиля наблюдений (L);

4.Выполняется двумерное моделирование для аномального объекта с фиксированным значением G и различной глубиной залегания до верхней кромки. Строится зависимость максимальной амплитуды типпера (Amax) на расстоянии L от глубины залегания центра проводника.

5.С использованием полученной зависимости и максимального значения типпера на полевых кривых определяется глубина до центра проводника.

Следует отметить, что магнитовариационные параметры на длинных периодах освобождаются от влияния верхней части разреза [4], т.е. S-эффекта [14], что делает данную методику более надёжной, чем определение глубины до верхней кромки проводника по продольной компоненте магнитотеллурических данных.

В последнее десятилетия появились алгоритмы трёхмерного моделирования и решения обратных трёхмерных задач. Рассмотрены случаи трёхмерной инверсии по профильным данным [15]. Предложенная в данной работе методика может быть использована как для определения стартовой модели трёхмерной инверсии, так и самостоятельный инструмент при решении поисковых задач и региональных исследованиях.

Список литературы

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

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

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

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

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

6.Ingerov O. et all., 2008. Hi sensitivity EM prospecting technique based on measurement of three magnetic components of natural EM field. 19th IAGA WG Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth, Beijing, p.965-970.

7.Ingerov O. et all., 2009. Non-grounded Surface Electroprospecting Technique., 70th EAGE annual Conference. Amsterdam #6149.

8.Rodi W, Mackie R L. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversion. Geophysics, 2001,66: 174_187

9.Rokityansky, I.I., l982. Geoelectromagnetic Investigation of the Earth's Crust and mantle. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 378 pp.

10.Ingerov O., Ermolin E. The parameter estimation of 2D conductive isometric bod-ies by singular points at the tipper frequency characteristic. Proceedings of 20th Induction Workshop IAGA, Giza, Egypt-2010, September 18-24. P. 303306.

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

12.Cao J X, Li X M, He Z H. MT inversion including magnetic parameters. The Sixth China International GeoElectromagnetic Workshop Collection, 2003. P. 5-8.

13.Kiss J., Szarka L., Práscer E. Second-order magnetic phase transition in the Earth, Geophysical research letters, VOL. 32, L24310, 4 PP., 2005

130

Материалы X-го международного геофизического научно-практического семинара

14.Электроразведка. Справочник геофизика. В двух книгах /Под ред. В.К. Хмелевского и В.М. Бондаренко. Книга первая. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1989. с.300.

15.Пушкарев П.Ю., Иванов П.В. Оценка возможностей трёхмерной инверсии магнитотеллурических данных, полученных на одиночном профиле. 5-я Всероссийская школа-семинар имени М.Е. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли, Санкт-Петербург, 2011. с. 99-102.

131