Геоэлектрическая модель южного борта Чуйской впадины Северного Тянь-Шаня

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 550 372. 550.837

Об авторах:

1 - ЦГЭМИ РАН ИФЗ им. О.Ю.Шмидта, г. Троицк, г. Москва, Россия

Магнитотеллурические данные получены Научной станцией РАН (г. Бишкек) в 2004 - 2006 гг. с помощью станцией Phoenix MTU-5 при выполнении международного проекта ИНТАС «Трехмерная электромагнитная и термическая томография сейсмоактивных зон земной коры» [1]. Плотность МТ наблюдений способствовала повышению надежности решения обратной задачи МТЗ в условиях неоднородностей, слагающих структурные этажи Чуйской впадины (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения точек МТЗ [1]. 1 - полигон РАН, 2 - МТЗ и их номера, 3 - города, 4 - разломы (I - Иссык-Атинский, II - Шамси-Тюндюкский), 5 - Центрально-Чуйская флексурно-разрывная зона, 6 - номера профилей МТЗ

1. Методология 3D интерпретации кривых МТЗ

Алгоритм построения блочной 3D модели в себя включает: оценку размерности верхнего и нижнего структурных этажей; определение наиболее информативных типов инвариантных кривых МТЗ при выделении низкоомных блоков в коре; 1D инверсию максимальных сmaxH, минимальных сminH кривых индукции и построение по ним сечений с(у, H) верхней части 3D модели [2]; уменьшение влияния “шумовой” части неоднородностей верхнего этажа на кривые МТЗ с помощью инверсии нормализованных кривых сmaxHN и построение нижней части стартовой модели; построение стартовой 3D модели путем согласования оценок параметров глубинных частей разреза, полученных по кривым сmaxH и сmaxHN; корректировка параметров блоков в стартовой модели с помощью трехмерного моделирования МТ полей по программе Maxwellf [3]; оценку достоверности, полученной геоэлектрической модели, путем изучения разрешающей способности кривых сmaxH к изменению УЭС низкоомных блоков модели. геоэлектрический сейсмоактивный инверсия впадина

В результате проведенных модельных исследований были выбраны методы максимума и минимума индукции и фазового тензора. Матрица импеданса отвечает 2D размерности в основном на пр. 1 и 3.

Рис. 2. Вид сверху (Z = 0) на 3D модель Чуйской впадины. Справа - шкала УЭС блоков. Цифры на блоках т.н. модельных полей. В скобках - номера экспериментальных МТЗ

Сечения результирующей модели, полученной методом подбора 3D модельных кривых сmахНМ и сminНМ к экспериментальным даны для Z = 0 км на рис. 2, для вертикальных сечений: Х = 0 - 10 км (пр. 2zy - 3zy), Х = 40 - 65 км (5zy и 6zy), Х = 90 км (7zy), Х = 110 км (8zy) и Х = 130 км (9zy) и У = -15 км (1zx) на рис. 3. На сечения нанесены изолинии с(у, Н)М и с(х, Н)М. Пример сопоставления экспериментальных кривых сmахН, сminН и модельных сmахНМ, сminНМ для профилей МТЗ 1, 10 представлен на рис. 3а-б. Относительная погрешность подбора ZmахНМ к ZmахН на периодах Т < 50 c не превышает 15 %. С уменьшением фонового УЭС коры и мантии до 400 Омм она уменьшается и на Т > 50 c (рис. 4).

Оценка разрешающей способности кривых индукции к УЭС блоков показала, что в 3D моделях кривые сmaxHМ имеют низкую разрешающую способность к изменению сМ проводящих блоков, по сравнению с 1D - 2D моделями. Это связано с тем, что в рассмотренных моделях сmaxHМ ? с¦ и они отвечают не только кривым ТЕ-моде, но в них присутствует и составляющая ТМ моды. Анализ векторов Визе-Паркинсона (модели на рис. 2 - 3) показал, что ReWzy определяются разностью Д S = |Sмах - Smin| блоков расположенных на глубинах 5 - 15 км. для Д S: 160 См - ReWzy = 0.5, 550 См - ReWzy = 1.2, 300 Cм - ReWzy = 0.8 и для 500 См - ReWzy = 1.0. Разрешающая способность к УЭС низкоомных блоков модели ReWzу значительно выше, чем у кривых сmахНМ и сminНМ.

Результаты

1. На профиле 1, где проведена 2D-3D инверсия кривых МТЗ, наиболее вероятное положение проводящего слоя под отрогами Киргизского хребта на глубинах Zcr = 40 км с интегральной проводимостью Scr = 400 См (3D инверсия) или Zcr = 20 - 30 км (2D инверсия) с интегральной проводимостью Scr = 500 - 2000 См. Его интегральная проводимость под Чуйской впадиной при Zcr = 30 - 40 км составляет по данным МТЗ 300 - 400 См, а под Предкиргизским прогибом Scr = 700 - 800 См (рис. 3). Под профилем 3 в 2D модели на глубинах от 20 км до 50 км под предгорьями Киргизского хребта и впадиной выделен слой с удельным сопротивлением сcr = 100 Омм, а в 3D модели он расположен на глубинах от 40 до 80 км с УЭС сcr = 20 Омм.

Волновод на НV = 35 - 40 км, выделяемый в работе (Cабитова и др., 1998), близок к зонам низких с(Н) на профилях 1 (3zy), 3 (6zy), 5 (8zy) и 10 (1zx) (рис. 3). Волноводы на глубинах НV = 25 км и НV = 50 км (Сабитова и др. в [4]) близки к положению проводящих слоев на разрезах с(Н) профилей 2 (5zy), 6 (9zy), 7 (13zx) и 8 (17zx).

Согласно 3D инверсии кривых сmaxH южнее Шамси-Тюндюкского разлома (широты ц = 42.30ґ - 42.40), под профилем 10 (1zx) проводник расположен на Zcr = 35 - 40 км для л = 73о.40ґ - 74o30` и л = 75о10ґ. Между последними долготами и севернее ц = 42.30` он залегает на глубине Zcr = 10 км.

Рис. 3. Сечения 3D модели, отвечающие профилям МТЗ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10 (рис.1) и модельным:

а - пр. 2zy - 3zy, б - 5zy, в - 6zy, г - 7zy, д - 8zy, е - 9zу, ж - 1zx. Пунктиры - зоны пониженных продольных VP по томографическим данным (Cабитова и др., [4]). Разломы: 1 - Шамси-Тюндюкский, 2 - Иссык-Атинский. Изолинии с(у, Н)М - в lg(Омм). Справа - УЭС блоков. Масштаб по оси У - логарифмический. Сверху номера модельных т. н. и экспериментальных МТЗ

В северной части Предкиргизского прогиба (модельный профиль 17zx) волноводы на глубинах НV = 25 - 30 км и НV = 50 - 60 км коррелируют с положением блоков, у которых с = 10 - 30 Ом.м (рис. 3,а-б). В пределах Предкиргизского прогиба для долгот л = 73о.40ґ - 74o30' проводящие блоки выделяются на глубинах Zcr = 10 - 30 км и Zcr = 50 - 80 км.

Шамси-Тюндюкский и Иссык-Атинский разломы проявляются низкими УЭС там, где они изменяют своё простирание с широтного на северо-восточное или на северо-западное (под точками МТЗ 601 - 602 на профиле 1, МТЗ 565 на профиле 2, МТЗ 545 на профиле 4 и МТЗ 447, 448 на профиле 6). То есть там, где есть сдвиговая составляющая перемещения блоков коры, а не только надвиговая, связанная с давлением Таримской плиты.

Подавляющая часть волноводов под отрогами Киргизского хребта (профиль 10, точки МТЗ 730 -734 и 737 - 738) коррелирует с положением блоков пониженного УЭС. Причинами низких пластовых УЭС на глубинах в 25 - 40 км могут быть, как дегидратация слоев коры и насыщение ее минерализованным флюидом, так и плавление пород [4]. На глубинах 8 - 15 км понижение УЭС, возможно, объясняется инфильтрацией флюида в верхнею часть коры. Проводящие слои на глубинах 50 - 60 км, где температура превышает 800о С, возможно вызваны и плавлением пород мафического ряда.

Рис. 4. Сопоставление экспериментальных сmахН (Rmax), сminН (Rmin) и кривых 3D моделей М1, М2 и М3 по пр. МТЗ: 1 (а) и 10 (б).

В скобках - номера т.н. на пр.: 3zy (а) и 1zx (б). По оси Х - Т1/2, с1/2; по оси У - Омм, масштаб билогарифмический. В модели М1 на Z = 50 км - с = 100 Омм, а в М2 - с = 20 Омм, М3 отличается от М1 УЭС вмещающей среды свм = 400 Омм. Сплошная линия - нормальная кривая зондирования (Ваньян, 1997), широкие пунктирные - сху, по работам до 2008 г [1]

Библиографический список

1. Рыбин А.К., Спичак В.В., Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Сафронов И.В., Черненко Д.Е. Площадные магнитотеллурические зондирования в сейсмоактивной зоне Северного Тянь-Шаня. // Геология и геофизика. 2008. Т. 49. № 5. С. 445 - 460.

2. Белявский В.В. Геоэлектрическая модель Алтае-Саянского региона. Часть 1// LAMBERT Academic publishing GmbH. Saarbrucken, Germany. 2014. 187 c.

3. Друскин В.Л., Книжнерман Л. А. Спектральный полудискретный метод для численного решения трехмерных нестационарных задач в электроразведке // Известия Акад. Наук СССР, Физика Земли. 1988. № 8. С. 63 - 74.

4. Современная геодинамика областей внутриконтинентального коллизионного горообразования (Центральная Азия). Редакционная коллегия: Лаверов Н.П., Айтматов И.Т., Бакиров Г. и др. - М. Научный мир. 2005. - 400 с.

Аннотация

Keywords: magnetotelluric sounding, 3D inversion, the resolution impedance.