ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЗЕМЛИ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КОРЫ ПО ДАННЫМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

    При постановке первых зондирований мы исходили из представления, распространенного в геофизике в 50-е годы. Земная кора древних платформ должна иметь большое сопротивление, поскольку в процессе развития породы коры подвергались нагреванию под большим давлением. И только верхний слой осадков, накопленный за время сравнительно стабильного развития платформы, может иметь небольшие сопротивления: 1-100 Ом*м. В связи с этим в геоэлектрике рассматривалась упрощенная модель коры: проводящий осадочный чехол лежит на непроводящем основании или "фундаменте". Изучение строения осадочного чехла и определение глубины залегания непроводящего фундамента являлись важной задачей электроразведки. Однако магнитотеллурический метод, обладающий огромной глубинностью по сравнению с другими методами электроразведки, мог дать представление о строении этого фундамента. И уже первые выезды в поле преподнесли сюрпризы. Выполняя в 1962 году зондирования по профилю 2-2, мы обнаружили в районе г. Любим резкое понижение сопротивления коры на глубине около 10 км. Проводящее тело обладало продольной проводимостью свыше 5000 См (продольная проводимость S_а = h_aа , где h_a - мощность аномального пласта, _а - его проводимость, См = 1/Ом).   

Рис. 2. Положение коровых аномалий электропроводности...

    В последующие годы в средней части коры на глубине от 5 до 20 км нами выявлено еще несколько проводящих зон. Эти области отмечены штриховкой на рис. 2, а и обозначены буквами А-Е. Все коровые аномалии расположены вблизи зон глубинных разломов. По магнитотеллурическим данным удалось дать примерное строение аномальных зон. На рис. 2, б приведено строение Валмиеро-Локновской аномалии (Б ) по профилю I-I ', пересекающему ось аномалии. Под осадочным чехлом, имеющим сопротивление 4-20 Ом*м, наблюдается понижение сопротивления верхней части коры до сотен Ом*м. Скорее всего, оно связано с графитизацией и сульфидизацией пород в зоне разлома. На глубине 15-20 км сопротивление понижается до первых десятков Ом Ч м. Эта область является ядром аномалии и вносит главный вклад в величину продольной проводимости аномалии Sa . Поскольку проводящая область ограничена по ширине, то за характеристику аномалии принимают величину G = S_ad_a . В случае Валмиеро-Локновской аномалии, имеющей ширину d_a ~ 60-70 км, величина G ~ 5*107 См*м.
    Более сложное строение имеет аномалия Д, возникшая в зоне стыковки двух крупных геоблоков: Свекофенского и Карельского. Геоэлектрическая модель этой зоны, пересекаемая профилем Суоярви-Выборг (профиль II-II ' на рис. 2, а), представлена на рис. 3. Зона сочленения геоблоков идет по Янисьярвинскому разлому, который на этом участке имеет северо-западное направление, а затем на территории Финляндии поворачивает на север. Положение Янисьярвинского разлома указано на рис. 3 двойной пунктирной линией. Профиль пересек несколько блоков 3-го порядка. Почти каждый разлом отразился на профиле большим понижением сопротивления на глубине ~ 5-10 км. Но эпицентры проводящих областей смещены от выходов разломов на поверхность в юго-западном направлении. Анализ данных геоэлектрики и других геофизических исследований, проведенный совместно с геологами, позволит в дальнейшем понять особенности тектонического развития двух геоблоков.   

Рис. 3. Положение глубинных разломов...

    Наличие областей пониженного сопротивления в коре чаще всего связывают с широким распространением в ослабленных зонах графита и сульфида, которые имеют повышенную электронную проводимость. Проведенный нами тщательный анализ поведения кривых зондирования в этих районах показал, что сульфидизация и графитизация, безусловно, приводят к понижению сопротивления в верхней части коры [6]. Однако самая проводящая часть аномалии, расположенная ниже 5-10 км, может иметь другое происхождение. В настоящее время представляется правдоподобной идея В.Н. Николаевского и Н.И. Павленковой о широком распространении зон горизонтальной трещиноватости на этих глубинах и присутствии свободной воды, которая при повышенной температуре обладает способностью хорошо растворять соли. Минерализированная вода заполняет трещины и значительно понижает сопротивление пород. Появление воды на этих глубинах может вызываться разными причинами. Главным источником воды может быть дегидратация - высвобождение связанной воды в областях, где температура превышает определенный уровень (300-500°С). Однако до окончательной разработки проблемы образования зон пониженного сопротивления в коре еще далеко.
    Пока исследования проводили на территории, покрытой мощным проводящим чехлом, мы были лишены возможности изучить "нормальное" геоэлектрическое строение коры. Нам удалось только выявить крупные аномалии электропроводности коры, продольная проводимость которых значительно превышала продольную проводимость осадочного чехла. Уникальную возможность для изучения геоэлектрического строения коры представляет Балтийский щит, практически лишенный верхнего проводящего покрова.   

Рис. 4. Распределение сопротивления в коре и мантии Центральной Карелии по результатам магнитотеллурических зондирований: при интерпретации в рамках слоистой модели среды (1 ) и в рамках градиентной модели (2 ).

    Главной задачей при зондировании на Балтийском щите является изучение вертикального распределения сопротивления в коре и подкоровой области в условиях "нормального" залегания, то есть в районах, лишенных крупных проводящих аномалий, связанных с присутствием хорошо проводящих включений типа сульфида, графита и зон повышенной трещиноватости. Уже первые зондирования, проведенные в интервале периодов 10^-3-10⁴ с на Кольском полуострове вблизи поселка Териберка (профиль 9-9 ) и в центральной Карелии (профиль 8-8 ), привели нас к новым представлениям о "нормальном" строении коры. Ранее представления о распределении сопротивления в коре до глубины 30-40 км складывались на основании лабораторных измерений сопротивления горных пород, входящих в состав гранитного и базальтового слоев коры. В экспериментах учитывали зависимость сопротивления от температуры и влажности. Эти два параметра главным образом и определяют поведение сопротивления в коре.
    По лабораторным данным, верхняя часть коры имеет сопротивление 10³-10⁴ Ом*м, оно медленно растет до 10⁴-10⁶ Ом*м на глубине 20-30 км. Повышение сопротивления до этой глубины происходит вследствие уменьшения пористости и влажности. С глубины 30 км должно происходить понижение сопротивления, вызванное ростом температуры. Однако, по данным зондирований, сопротивление коры ведет себя иначе: рост сопротивления наблюдается до глубины 8-10 км, где оно достигает 10⁴-10⁵ Ом*м, но на глубине 10-20 км сопротивление уменьшается в десятки, а иногда и в сотни раз (рис. 4). По данным зондирования наиболее точно определяются положение верхней границы области пониженного сопротивления и ее суммарная продольная проводимость. Глубина залегания верхней кромки проводящего слоя в коре на профилях 9-9 и 8-8 меняется от 10 до 20 км. Продольная проводимость корового слоя мала по сравнению с продольной проводимостью аномально проводящих зон в коре, обнаруженных нами под осадочным чехлом. Если в аномальных областях она нередко превышает 103 См, то на Балтийском щите нормальная проводимость корового слоя не превышает 60-70 См. В некоторых районах Карелии продольная проводимость корового слоя уменьшается до 2-4 См. Интересно отметить, что положение верхней границы корового слоя близко к положению верхней границы крупных аномалий, обнаруженных под осадочным чехлом, что может указывать на единую природу их происхождения.

Назад| Следующая страница