УДК 550.837
Ив. М. Варенцов1, 1, 1, 1,
1, Рабочая группа KIROVOGRAD
МАССИВ МТ/МВ ЗОНДИРОВАНИЙ KIROVOGRAD: СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ НА СЕВЕРНЫХ ПРОФИЛЯХ КИРОВ, ЖИЗДРА И БРЯНСК
Аннотация. Международный проект KIROVOGRAD представил масштабный массив синхронных магнитотеллурических (МТ) и магнитовариационных (МВ) зондирований на западе Воронежского массива (ВМ). По технологии 2D+ получены геоэлектрические разрезы для 3-х северных профилей – Киров, Жиздра и Брянск. В инверсию включены результаты оценивания восьми компонент МТ/МВ данных: двух мод импеданса, типпера и горизонтального МВ отклика. Для прояснения природы выявленных коровых аномалий изучена корреляция результатов интерпретации МТ/МВ данных и гравимагнитных наблюдений/моделей.
Ключевые слова: МТ/МВ зондирования, передаточные операторы, 2D+ инверсия, аномалии коровой электропроводности, потенциальные поля.
Об авторах:
1 – Центр геоэлектромагнитных исследований, Институт физики Земли им. РАН, Москва, Троицк
В рамках международного проекта KIROVOGRAD построен первый на постсоветском пространстве масштабный массив синхронных МТ/МВ зондирований [1, 2]. На западном склоне ВМ и прилегающих территориях в 2006-15 г. выполнено ~220 синхронных зондирований. При интерпретации также используются данные более 300 локальных зондирований прошлых лет [1]. Изучается геоэлектрическая структура литосферы до глубин 60-80 км с фокусом на прослеживание коровых аномалий электропроводности, ассоциированных с древними платформенными шовными зонами и областями современной активизации [1-4]. Область исследований характеризуется высоким уровнем электромагнитных (ЭМ) шумов различной природы. Для их подавления синхронные зондирования велись с комплексированием разведочной и длиннопериодной регистрирующей аппаратуры [5], а обработка данных выполнялась по многоточечной методике совместного оценивания трех передаточных операторов: импеданса, типпера и горизонтального МВ отклика, разработанной в ЦГЭМИ ИФЗ РАН [2, 6, 7].
Результаты МТ/МВ зондирований в регионе исследований в разной степени искажены 3D эффектами [1, 2]. Для подавления этих искажений в ходе 2D инверсии погрешности данных увеличивались пропорционально степени их 3D-искаженности (технология 2D+ [1, 2, 7]). Наилучшие результаты по этой технологии получены для трех северных профилей массива (Киров, Жиздра и Брянск), характеризующихся умеренным уровнем искажений. Инвертировались 8-компонентные ансамбли МТ/МВ данных, включающие две моды главных импедансов (кажущиеся сопротивлений и фазы из фазового тензора для периодов 0.5-4096 с) и восточные компоненты типпера (Re и Im для этих же периодов) и горизонтального МВ отклика (модуль и фаза для периодов 32-4096 с). Для борьбы со статическими искажениями погрешности данных кажущегося сопротивления дополнительно увеличены в 5-20 раз.
Геоэлектрические разрезы для профилей Жиздра и Брянск имеют сходную структуру (рис. 1а) с двумя яркими аномалиями электропроводности в нижней коре. Субгоризонтальный восточный коровый проводник на профиле ЖИЗДРА, выделяемый на пикетах Z3–Z8, имеет ширину ~120 км, мощность ~10 км, сопротивление 2-20 Ом•м и продольную проводимость до 1000 См. Он погружается с севера на юг - на профиле Жиздра глубина верхней кромки составляет ~20 км, на профиле БРЯНСК - 25-30 км. Эта аномалия, получившая название Кирово-Барятинской (КбрА), представляется северным продолжением Курской коровой аномалии электропроводности (КурА) [1, 2, 8]. Второй, западный проводник, выделяемый на профиле ЖИЗДРА на пикетах Z0–Z1, имеет ширину ~30 км, глубину 35-45 км, сопротивление ~30 Ом•м и продольную проводимость до 400 См. На профиле БРЯНСК этот проводник слегка смещен на запад, имеет сходную глубину и несколько увеличенную контрастность – сопротивление ~20 Ом•м. Данная аномалия может рассматриваться как северное окончание продолжающейся южнее Кировоградской коровой аномалии электропроводности (КрвА), поскольку на профиле КИРОВ, следующем на севере после ЖИЗДРЫ, она уже не проявляется. Аномалия КбрА на профиле КИРОВ более узкая и менее контрастная по сравнению с профилем ЖИЗДРА и имеет сходную глубину. На этом профиле сильно проявляются искажения шумами от железной дороги на постоянном токе Москва-Сухиничи (RW на рис. 1а).
Сложное взаимное положение трех выявленных коровых аномалий (КрвА, КурА и КбрА) еще нагляднее прослеживается на карте суммарной продольной проводимости для интервала глубин 15-50 км, построенной по результатам профильных 8-компонентных 2D+ инверсий (рис. 1б). На ней отчетливо видна слитность аномалий КурА и КбрА, близкое примыкание к ним КрвА к ЮВ от Брянска и дальнейшее продолжение КрвА на север вплоть до профиля ЖИЗДРА. Плановое положение доминирующих коровых аномалий подтверждается (в большинстве деталей) и результатами квази-3D инверсии горизонтальных МВ откликов для всего массива KIROVOGRAD, хотя оценки их продольной проводимости в последнем случае представляются завышенными [1, 2, 8].
Над нижнекоровой аномалией КбрА на всех трех профилях БРЯНСК, ЖИЗДРА и КИРОВ выделяются две менее контрастные субвертикальные верхнекоровые проводящие зоны с сопротивлением 100-300 Ом•м, разделенные блоком с сопротивлением выше 1000 Ом•м. Положение аномалий в плане хорошо совпадает с известными глубинными разломными зонами рис. 1б) и яркими аномалиями магнитного поля (рис. 2б) – Курской и Барятинской [3, 4, 9].
а б
Рис. 1. Результаты 2D+ инверсии МТ/МВ данных: a – разрезы вдоль профилей КИРОВ, ЖИЗДРА и БРЯНСК (сверху вниз, сопротивление в Ом•м, lg-масштаб, координаты в км, начало координат на меридиане 34?E, запад – слева, восток - справа, на глубине 0-1 км дан более детальный вертикальный масштаб); б – карта коровой продольной проводимости (См, lg-масштаб) для интервала глубин 15-50 км (легенду тектонических линий см. в [8])
Для прояснения природы аномалий необходимо привлечь дополнительные геолого-геофизические данные. Естественно начать этот анализ с сопоставления геоэлектрических моделей с гравимагнитными полями и моделями. На рис. 2а представлена карта аномального гравитационного поля [10], а на рис 2б – карта аномального магнитного поля с двухминутным разрешением на высоте 4 км, построенная в рамках международного проекта EMAG2 [11]. Сводка графиков аномального магнитного (EMAG2 и спутниковые данные CHAMP [5]) и гравитационного полей вдоль профилей ЖИЗДРА и БРЯНСК показана на рис. 3. Положение КурА хорошо коррелируется в плане с известной Курской магнитной аномалией (КМА), а КбрА – с не менее интенсивной Барятинской магнитной аномалией [3, 4, 9]. При этом, однако, самые яркие максимумы магнитного поля (свыше 3000 нТл) связаны с магнитоактивными областями в верхней части фундамента, а не с нижнекоровыми зонами повышенной проводимости. Скорее всего, данная корреляция вдоль линии КурА и КбрА обусловлена генетической связью и субвертикальной реализацией нижнепротерозойских тектонических событий, сформировавших обе аномальные структуры. Заметно более слабая корреляция магнитных и электрических свойств среды наблюдается вдоль КрвА. Здесь магнитные аномалии на долготах 34.0-34.5?E заметно ниже 1000 нТл и имеют фрагментарную структуру по простиранию. Следует отметить на профилях ЖИЗДРА и БРЯНСК отчетливую корреляцию локальных магнитных максимумов с пиками электропроводности нижнекоровых аномалий и приуроченных к ним верхнекоровых умеренных проводников (рис. 3). Литосферные спутниковые магнитные аномалии CHAMP [9], показанные на этом же рисунке, свидетельствуют о повышенной намагниченности глубинных коровых слоев в центральной части рассматриваемых профилей, но не дают деталей их латеральной структуры.
В пределах всего региона исследований корреляция между гравитационными полями и коровыми аномалиями электропроводности проявляется достаточно слабо, однако в области широт 52-54?E (между профилями СУЗЕМКА и КИРОВ) она достаточно высока. Для исследования этой корреляции областям повышенной коровой электропроводности в разрезах вдоль профилей БРЯНСК и ЖИЗДРА были присвоены повышенные значения плотности (на 0.1-0.3 г/см3), после чего была решена прямая задача. Такие модельные построения позволили хорошо подобрать гравитационные аномалии, наблюдаемые на этих профилях (рис. 3).
В результате проведенного анализа приходит понимание, что область аномалии КбрА, наряду с повышенной электропроводностью, характеризуется повышенной плотностью, а, возможно, с учетом магнитных данных CHAMP, и повышенной намагниченностью. Выполненное сопоставление геофизических данных склоняет нас к представлениям об электронной природе проводимости КбрА и КрвА в пределах СЗ сектора ВМ, обусловленной присутствием мощных толщ графитизированных и/или сульфидизированных нижнепротерозойских сланцевых комплексов [3, 4], различающихся, вероятно, магнитными свойствами. Уточнению этих представлений будут способствовать результаты построения геоэлектрических 3D моделей региона и углубления процедур совместного анализа геолого-геофизических данных.
а б
Рис. 2. Карты аномального гравитационного поля (а – редукция Буге, мГал) и аномального магнитного поля (б - нТл, база данных EMAG2 на высоте 4 км)
Рис. 3. Корреляция геофизических данных и моделей вдоль профилей КУРСК и ЖИЗДРА;: г, з – геоэлектрические разрезы (Ом•м, lg-масштаб) с контурами и значениями избыточной плотности (г/см3); а, д – графики аномального магнитного поля (нТл, сплошные линии – EMAG2, пунктир – CHAMP); б, е – графики аномального гравитационного поля (мГал, сплошные линии – наблюденное, пунктир – рассчитанное); в, ж – значения продольной проводимости для разных интервалов глубин (См, зеленые линии – 0-4 км, розовые – 4-15 км, красные - 15-50 км); координаты - как на рис. 1
Библиографический список
1. Варенцов Ив. М., и др. Синхронные МТ и МВ зондирования на западном склоне Воронежского массива // Геофиз. журн. 2012. Т. 34(4). С. 90-107.
2. Varentsov Iv. M. Arrays of simultaneous EM soundings: design, data processing, analysis and inversion // EM sounding of the Earth’s interior: theory, modeling, practice. Elsevier. 2015. P. 271-299.
3. , Варенцов Ив. М., и др. Глубинные аномалии электропроводности в северной части Воронежской антеклизы // Геофизика. 2013. №2. С. 32-38
4. Варенцов Ив. М., , и др. Склон Воронежского кристаллического массива (геофизика, глубинные процессы). Киев: Логос. 2013. 118 с
5. Варенцов Ив. М., Комплексирование разведочной и длиннопериодной аппаратуры при проведении синхронных МТ/МВ зондирований литосферы // Настоящее издание. 2015. 4с.
6. Варенцов Ив. М. Развитие программной системы PRC_MTMV многоточечной обработки данных синхронных МТ/МВ зондирований // Настоящее издание. 2015. 4с.
7. Varentsov Iv. M. Methods of joint robust inversion in MT and MV studies with application to synthetic datasets // EM sounding of the Earth’s interior: theory, modeling, practice. Elsevier. 2015. P. 191-229.
8. Варенцов Ив. М., , др. Массив МТ/МВ зондирований KIROVOGRAD: квази-3D инверсия горизонтальных МВ откликов // Настоящее издание. 2015. 4с.
9. , , Варенцов Ив. М. и др. Корреляция аномалий постоянного магнитного поля и коровых геоэлектрических структур на западном склоне Воронежского массива // Геофиз. журн. 2012. Т. 34. № 4. С. 62-69.
10. (Ред.). Карта гравиметрического поля, редукция Буге, М 1:1000000. ВНИИГеофизика. 1982.
11. Maus S., Barckhausen U., Berkenbosch H. et al. EMAG2: a 2–arc min resolution Earth magnetic anomaly grid compiled from satellite, airborne, and marine magnetic measurements // Geochem. Geophys. Geosyst. 2009. V. 10(8). P. Q08005. doi:10.1029/2009GC002471.
Iv. M. Varentsov, I. N. Lozovsky, L. M. Abramova, N. V. Baglaenko, P. V. Ivanov, Working Group KIROVOGRAD
KIROVOGRAD MT/MV SOUNDING ARRAY: COMPARISON OF GEOELECTRIC MODELS AT NORTHERN PROFILES KIROV, ZHIZDRA AND BRIANSK
Abstract. The international KIROVOGRAD project brought a wide-scale array of simultaneous magnetotelluric (MT) and magnetovariational (MV) soundings over the western Voronezh Massive (VM). The 2D+ joint inversion models are presented along three northern profiles: Kirov, Zhizdra and Briansk. Inverted 8-component datasets included bimodal impedances, tippers and horizontal MV responses. The correlation of these inversion results and gravimagnetic data/models was studied to outline the nature of conductivity anomalies.
Keywords: MT/MV soundings, transfer operators, 2D+ inversion, crustal conductivity anomalies, potential fields.
