ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЗЕМЛИ

ОСНОВЫ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО МЕТОДА

    В основе предложенного метода лежит упрощенная модель естественного электромагнитного поля. Предполагается, что первичное поле, возбуждаемое внешними источниками, однородно на поверхности горизонтально однородной Земли. В этом случае отношение взаимно перпендикулярных горизонтальных компонент электрического и магнитного полей, измеренных на поверхности Земли, будет зависеть только от периода вариации и распределения проводимости по глубине. Это отношение, названное импедансом Z, может быть вычислено по любой паре ортогональных компонент, то есть Z = E_x / H_y = - E_y / H_x.
    Чем больше период вариаций, тем глубже проникает поле внутрь Земли. Изменение импеданса с ростом периода отражает изменение удельного сопротивления с глубиной. На практике удобнее следить за изменением кажущегося удельного сопротивления _T , которое вычисляется по формуле:

где , T - период вариации в секундах, =  4 * 10^-7 Генри/м, Z - в Ом, _T - в Ом*м. Значения _T только в предельных случаях близки к истинному значению удельного сопротивления. Например, при очень малых значениях периода, когда поле не проникает в нижележащий слой, значение _T равно удельному сопротивлению первого слоя. Регистрируя вариации естественного электромагнитного поля в широком интервале периодов, можно построить зависимость кажущегося удельного сопротивления от периода. Зависимость _T от периода называется кривой зондирования.
    Нетрудно рассчитать поведение кривой зондирования для любой среды, электропроводность которой меняется только по вертикали. Несколько труднее рассчитать поведение кривых зондирования в случае, когда электропроводность меняется и по горизонтали, то есть для дву- и трехмерных сред. При этом методика обработки материала наблюдений и интерпретации осложняется, так как импеданс приобретает свойства тензора и его величина зависит от направления электрического поля на поверхности Земли. Наличие алгоритмов для расчета кривых зондирования в произвольных средах позволяет в принципе определить распределение сопротивления по глубине, решив обратную задачу: по значениям _T определить параметры среды.
    Несмотря на простоту высказанных идей, магнитотеллурический метод не сразу вошел в геофизическую практику. Потребовалось более десяти лет, чтобы разработать необходимую аппаратуру для регистрации в полевых условиях компонент магнитного поля, имеющих в области коротких периодов очень небольшие амплитуды (10^-2-10^-6 А/м), и создать методику проведения зондирований в условиях горизонтально неоднородных сред.
    На первом этапе большой вклад в развитие метода внесли профессор МГУ М.Н. Бердичевский, сотрудница Института физики Земли РАН Н.В. Липская, профессор МГУ В.И. Дмитриев, а также сотрудники кафедры физики Земли СПбГУ, возглавляемой профессором Б.М. Яновским. Магнитотеллурический метод получил развитие и за рубежом. Но в первую очередь следует отдать должное отечественной научной школе, поскольку в решении многих вопросов в первые годы она опережала зарубежных ученых. Благодаря этим исследованиям магнитотеллурический метод в 60-е годы стал одним из главных методов электроразведки при поиске нефти и газа на территории СССР. Одновременно метод получил развитие в отдельных научных центрах как метод глубинной геоэлектрики, позволяющий получить дополнительную информацию о строении коры и мантии Земли. К числу таких центров в первую очередь следует отнести Институт физики Земли РАН и кафедру физики Земли СПбГУ.

МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЗЕМЛИ
НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ

Рис. 1. Расположение пунктов магнитотеллурических зондирований СПбГУ на северо-западе Русской платформы: а - пункты зондирований, б - профили

    Не останавливаясь на вопросах, касающихся методики обработки и интерпретации данных магнитотеллурических зондирований, которым посвящено огромное количество публикаций (см., например, [3-5]), перейдем к рассмотрению основных результатов, полученных с помощью магнитотеллурического метода на территории северо-запада Восточно-Европейской платформы, где в течение почти 40 лет проводят исследования сотрудники кафедры физики Земли СПбГУ.

    Первое зондирование в полевых условиях было проведено сотрудниками кафедры в 1960 году вблизи поселка Темта Горьковской области. Начиная с этого года каждое лето университетская экспедиция проводит зондирования в одном из районов северо-запада Восточно-Европейской (Русской) платформы. В пункте зондирования регистрируются горизонтальные взаимно перпендикулярные компоненты естественного электромагнитного поля: магнитные H_x , H_y и электрические E_x , E_y . В настоящее время измерения проводятся в расширенном интервале периодов: 10^-3-10⁴ c, что позволяет изучить распределение сопротивления по глубине от первых сотен метров до сотен километров.
    На территории северо-запада нами проведено около 200 зондирований. Расположение пунктов зондирований представлено на рис. 1. Большая часть зондирований выполнена по профилям, пересекающим крупные тектонические структуры: профили 1-1 и 2-2 пересекают Средне-Русскую впадину, где мощность осадочного чехла в центральной части превышает 3 км. Профили 5-5 и 3-3 соединяют Средне-Русскую и Прибалтийскую впадины через Латвийскую седловину, где толщина проводящего слоя осадков уменьшается до 500 м. Профили 7-7, 8-8 и 9-9 расположены на Балтийском щите. Здесь осадочный чехол отсутствует, что дает возможность изучить детали строения коры и верхней мантии.

Следующая страница