НС РАН - История

История

Фундаментальная задача - современная геодинамика Тянь-Шаня

Магнитотеллурика - геофизический инструмент глубинных исследований

Тянь-шаньский регион необходимо рассматривать как ключевой и наиболее активный элемент Центрально-Азиатской геодинамической системы [Макаров, Трапезников и др., 1996]. Несмотря на казалось бы хорошую геолого-геофизическую изученность, существуют значительные разногласия в понимании природы неотектонических структур и новейшего горообразования Тянь-Шаня в целом. И это обстоятельство объективно отражает всю сложность протекающих здесь современных геологических процессов. Основные полярные взгляды сводятся либо к представлениям о складчатой природе новейших прогибов и поднятий и их формирования в условиях латерального смятия коры, либо о глыбовой их природе и формировании в результате вертикальных дифференцированных движений земной коры. Эти новейшие деформации вполне могут быть объяснены результатом коллизии Индийской и Евразийской континентальных плит.

В.И. Макаров и Ю.А. Трапезников предлагают помимо латеральных сил давления Памирской дуги на горные массы Тянь-Шаня рассматривать еще один дополнительный и автономный механизм неотектонических деформаций в земной коре, связанный с активными процессами структурно-вещественных преобразований, течения и пространственного перераспределения материала глубинных слоев земной коры и подстилающей мантии. По-видимому, сложение этих двух принципиально различных источников тектонических сил и реализует сложнейшую динамику деформаций земной коры. Задача разделения составляющих тектогенеза имеет фундаментальное значение. И здесь роль "геофизического арбитра" могут играть глубинные электромагнитные зондирования. Именно магнитотеллурика дает информацию о глубинном флюидном режиме и зонах дегидратации и частичного плавления, которая так необходима для оценки достоверности той или иной гипотезы о глубинном строении и динамике Тянь-Шаня.

Создание и реализация магнитотеллурического комплекса исследований на Фрунзенском (Бишкекском) полигоне.

Важнейшее место в реализации многопараметрических геофизических наблюдений в Тянь-Шаньском регионе занимает магнитотеллурический комплекс, включающий в себя три компоненты: МТЗ, ГМТЗ и МВЗ. Для решения этой задачи были привлечены магнитотеллурические зондирования (МТЗ), глубинные МТЗ (ГМТЗ) и магнитовариационные зондирования (МВЗ). Эти работы проведены по шести региональным профилям, пересекающим территорию Тянь-Шаня (рис.1). Южную границу этих профилей составляет Таласо-Ферганский разлом и Таримская платформа. Все профили пересекают Северо-Тянь-Шаньскую сейсмогенерирующую зону, а также проходят по флангам сейсмогенерирующей зоны, выявленной в Центральном Тянь-Шане. Для уточнения геоэлектрических параметров объектов, выделенных в результате интерпретации электромагнитных данных по этим профилям, были осуществлены детализационные работы по серии локальных профилей. К настоящему времени таких коротких профилей уже насчитывается семнадцать.

Карта-схема расположения пунктов МТ-наблюдений, выполненных ЛГМИ: 1 - пункт зондирования, 2 - пункт длинопериодного зондирования, 3 - номер регионального субмеридионального МТ-профиля, 4 - обозначение субширотного профиля ГМТЗ, 5 - основные разломы, 6 - государственная граница Киргизии.

Изучение глубинного строения Киргизского Тянь-Шаня методом МТЗ было начато в 1984 году с территории Чуйской впадины.

Сотрудники отряда МТЗ в 1983г.

Для зондирований использовались станции ЦЭС-2 с электрическими дипопями длиной 100 м. Измерение компонент магнитного поля выполнялось с помощью штатных магнитометров и индукционных датчиков ЦЭС-2.


Цифровая электроразведочная станция ЦЭС-2	Установка индукционного датчика Hz.

Ориентация измерительной установки производилась вдоль и поперек основных геологических структур, широтное направление (ось X) и меридиональное (ось Y). Частотный диапазон регистрации Сотрудник Воронежского университета магнитотеллурического поля (МТ-поля) составлял от 0,1 до 1800 с. Шаг зондирований по профилю - около 10 км, расстояние между профилями - около 20 км. Ориентация профилей - субмеридиональная, т.е. вкрест простирания основных структур. По результатам работ под Чуйской впадиной был выделен проводящий коровый слой на глубине около 30 км с проводимостью, оцениваемой значением 300 См. После того как были завершены измерения в Чуйской впадине, были начаты региональные исследования методом МТЗ в горных районах Тянь-Шаня, продолжающиеся и по настоящее время.

Знаменательным в этих исследованиях стал год 1988, который, по-видимому, можно считать точкой отсчета в проведении полномасштабных магнитовариационных исследований и понимания их места и роли в изучении глубинной геоэлектрики Тянь-Шаня. Именно, начиная с этого года, совместно с Воронежским государственным университетом стали проводиться опорные ГМТЗ и МВ-наблюдения с использованием аналоговых станций МЭВС ИЗМИРАН-5.

Сотрудник Воронежского университета А.Барабанов

обслуживает станцию МЭВС ИЗМИРАН-5.(1988г)

В последующие годы для регистрации всех трех компонент переменного магнитного поля использовались цифровые станции ЦЭС-2, а позднее полевые компьютеризированные измерительные комплексы МТ-ПИК, разработанные сотрудниками Научной станции Бишкекского полигона [Ильичев и др., 2000]. В том же 1988 году были выполнены первые расчеты двумерных моделей для понимания и обьяснения профильных магнитовариационных наблюдений.


Станция МТ-ПИК	Блок магнитометров (конструкции Боброва)

Количественная интерпретация МТ, МВ-данных базировалась на анализе результатов 2-D моделирования и 2-D инверсии. Стартовые 1-D модели выбирались с помощью контролируемой S-интерпретации [Бердичевский и др., 1989]. Первоначально использовалась программа двумерного моделирования М. Н. Юдина [Юдин, 1985]. Основной объем 2-D моделирования и 2-D инверсии МТ, МВ-полей выполнен с помощью пакета программ, разработанных в Институте геоэлектрики И. М. Варенцовым и его коллегами [Варенцов, Голубев, 1979]. Использовались также программа 2-D моделирования Ваннамэйкера-Пальшина и программа квазитрехмерного пленочного моделирования Вайдельта-Пальшина.

На сегодняшний день силами Научной станции РАН на территории Центрального и Западного Тянь-Шаня выполнено более 800 МТЗ в интервале периодов от 0.1с до 30 мин., и около 100 ГМТЗ, охватывающих интервал периодов от 0.1с до 3 ч. Уникальные с точки зрения организации и проведения полевого эксперимента, а также качества полученных результатов, работы были выполнены в 1999 году. В рамках мультидисциплинарного проекта по изучению геодинамики Тянь-Шаня совместно с американскими геофизиками из Калифорнийского университета С. Парком и Р. Белински были проведены полевые зондирования с использованием трех типов измерительных МТ-систем: МТ-ПИК (НС РАН); MT-24 (ЭМИ, США); LIMS (Феникс,Канада). Получены кондиционные МТ, МВ-данные в широком диапазоне периодов от 300 гц до 8-12 час. Четырнадцать пунктов наблюдения с шагом 20-30 км, расположенные по профилю длиной 360 км вдоль меридиана 76-го градуса восточной долготы, дополнили профиль III-III (рис.1.) опорными длиннопериодными зондированиями.

Другим важным моментом в процессе выполнения этих полевых работ было сопоставление результатов измерений, полученных разными инструментами. Для сравнения аппаратуры, технологии измерений и обработки в двух пунктах профиля были осуществлены совместные измерения двумя станциями: МТ-ПИК и МТ-24. Сравнение полученных импедансных кривых показало их хорошее (в пределах погрешности определения импеданса) совпадение в рабочем диапазоне периодов МТ-ПИК.

В 2003 году на территории Бишкекского геодинамического полигона в рамках пилотного проекта с компанией Phoenix были начаты работы по мониторингу электромагнитных характеристик среды методом МТЗ.