Подать статью
Стать рецензентом
Том 278
Страницы:
153-162
Скачать том:
RUS ENG
Научная статья
Геология

Эксперимент «Ковдор-2023» по глубинному электромагнитному зондированию литосферы Беломорского блока Фенноскандинавского щита

Авторы:
А. А. Скороходов1
А. Н. Шевцов2
А. Е. Ганнибал3
В. В. Колобов4
В. В. Ивонин5
Т. Г. Короткова6
Об авторах
  • 1 — ведущий инженер Геологический институт КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 2 — канд. физ.-мат. наук старший научный сотрудник Геологический институт КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 3 — младший научный сотрудник Геологический Институт КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 4 — канд. техн. наук ведущий научный сотрудник Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 5 — научный сотрудник Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 6 — ведущий программист Геологический институт КНЦ РАН ▪ Orcid
Дата отправки:
2024-10-14
Дата принятия:
2025-12-24
Дата публикации онлайн:
2026-04-27
Дата публикации:
2026-05-12

Аннотация

Представлены результаты эксперимента «Ковдор-2023» по глубинному электромагнитному зондированию земной коры в пределах архейского основания юго-западной части Кольского региона с применением естественного источника – магнитотеллурического зондирования (МТЗ) и контролируемого источника – аудиомагнитотеллурического зондирования с контролируемым источником (CSAMT). Целью эксперимента было исследование электропроводности верхней части земной коры Беломорского блока Фенноскандинавского щита. Эксперимент являлся продолжением работ 1995 г., а также эксперимента «Ковдор-2015», по результатам которого был сделан вывод, что существование неоднородного промежуточного проводящего слоя (ДД-слоя) с продольной проводимостью в десятые доли и единицы сименсов в верхней части докембрийской кристаллической земной коры на глубинах до десяти километров является региональной характеристикой, закономерно присущей Фенноскандинавскому щиту. В ходе эксперимента 2023 г. применены новейшие технологии в области генераторно-измерительной техники и новые методы обработки данных. По результатам предыдущих исследований выявлена необходимость расширения частотного диапазона в сторону высоких частот для измерительной аппаратуры, а также улучшенной синхронизации между источником и приемником. Для выполнения эксперимента были созданы новая генераторная группа и новое электронное устройство – блок управления генератором и регистрации выходного тока источника, а также разработана методика синхронной обработки временных рядов силы тока в источнике и компонент электромагнитного поля в точке наблюдений. Эксперимент «Ковдор-2023» выполнен с применением нового генератора и новой измерительной системы, что позволило получить дополнительные сведения о верхней части исследуемого объекта. Проведена синхронная обработка новых данных с учетом материалов и опыта предыдущего эксперимента, включающая учет статических искажений и токов смещения. Построен геоэлектрический разрез по совокупным данным МТЗ и CSAMT с применением программы MARE2DEM.

Область исследования:
Геология
Ключевые слова:
электропроводность магнитотеллурические зондирования частотные зондирования статические искажения дилатантно-диффузионный слой
Финансирование:

Работа поддержана грантом РНФ № 22-17-00208.

Перейти к тому 278

Введение

Электромагнитные исследования земной коры включают множество методов, направленных на решение глобальных и инженерных задач. Совершенствуются теоретическая база, технологии измерения, обработки и интерпретации данных. Объектами исследования электромагнитными методами являются различные структуры, начиная с простых горизонтально-слоистых сред и неоднородностей простых геометрических форм, заканчивая сложными неоднородными ассиметричными средами. Высокое удельное сопротивление и неоднородность приповерхностных слоев на щитах, таких как Фенноскандинавский, предъявляют свои требования к электромагнитным методам исследования [1, 2].

Магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) – один из самых распространенных методов электромагнитного исследования земных недр [3-5]. Основным преимуществом метода является отсутствие необходимости применения генераторных устройств для возбуждения электромагнитного поля в земле. Источниками магнитотеллурического поля являются процессы естественного происхождения в ионосфере и магнитосфере, их природа достаточно хорошо изучена [6]. МТЗ имеют и недостатки – искажения сигнала, вызванные неоднородностями вблизи точки наблюдений; чувствительность к помехам, особенно вблизи искусственных источников электромагнитного поля, таких как линии электропередачи, недетерминированность естественного источника [7]. Тем не менее магнитотеллурические зондирования могут применяться и в таких условиях [8].

Магнитотеллурический метод с контролируемым источником (CSAMT) доказал свою эффективность в подавлении внешних шумов, что привело к относительно высокому соотношению сигнал/шум [9-11]. Современные источники позволяют создавать мощный сигнал в широком диапазоне частот [12], а измерительные установки обладают высокой разрешающей способностью. Эта особенность делает метод особенно эффективным для разведки полезных ископаемых [13, 14], геотермальных исследований, разведки углеводородов, обнаружения длинных и глубоких туннелей, а также для решения проблем загрязнения грунтовых вод [15-17].

Развитие методов МТЗ и CSAMT шло параллельно, первый метод позволял получать данные с больших глубин, второй – с верхних слоев подстилающего пространства. По мере совершенствования технологий и методов обработки данных стало возможно получать информацию с одного диапазона глубин обоими методами [17, 18]. Кроме того, развитие вычислительных технологий позволило перейти от одномерного к двумерному приближению обоих методов. Однако результаты электромагнитных методов не всегда согласуются между собой [18].

В 1997 г. методом частотного зондирования на территории Центрально-Финляндского гранитоидного массива был обнаружен промежуточный проводящий слой [19]. Он располагается в верхней части земной коры на глубинах до 10 км и имеет незначительную продольную проводимость – доли и единицы сименсов. Природа слоя получила истолкование в рамках гипотезы дилатантно-диффузионной природы проводимости (ДД-слой) [20]. Согласно этой гипотезе считается, что под действием тангенциальных напряжений направление трещин в хрупкой горной породе меняется с субвертикального на субгоризонтальное. Ионно-проводящие флюиды проникают на глубину с дневной поверхности по этой системе трещин. Явления дилатансии, т.е. необратимого разуплотнения, возникают за счет хрупкого разрушения горных пород в условиях взаимодействия тангенциального и литостатического давлений. Это способствует появлению свободных флюидов в открывающихся полостях и повышению электропроводности горных пород в довольно узком диапазоне глубин (от 2 до 10 км) в виде промежуточного проводящего слоя. ДД-слой представляет собой не сплошную однородную область, а неоднородную зону пониженного сопротивления, обусловленную влиянием множества мелких токопроводящих трещин. Интерес к нему определяется тем, что с ДД-слоем связывается возможное присутствие флюидов в верхней толще земной коры на глубинах от 2-3 до 7-10 км.

В 2015 г. были выполнены зондирования в пределах Ковдорско-Енского сегмента Беломорского блока. Целью эксперимента «Ковдор-2015» являлось исследование параметров ДД-слоя. Результатом стала серия геоэлектрических одномерных разрезов с наличием промежуточного проводящего слоя на глубинах от 2 до 10 км.

Район работ сложен преимущественно различными по составу и структуре архейскими гранито-гнейсами, амфиболитами, а также рудными зонами мусковита и апатит-магнетитовых руд [21].

Цель данной работы – изучение глубинной электропроводности земной коры Беломорского блока Феннсокандинаского щита на территории Кольского региона. Исследование является продолжением эксперимента 2015 г. [1]. Были поставлены задачи, во-первых, повысить синхронизацию источника и приемника, во-вторых, получить информацию в более высокочастотной области. Для решения задач были введены новые системы сбора данных и создана новая генераторная установка. Это позволило повысить информативность данных, полученных в ходе измерений 2023 г., и дополнить результаты эксперимента «Ковдор-2015».

Архейские породы имеют высокое удельное сопротивление до 106 Ом∙м, зоны пониженного сопротивления могут быть связаны с концентрацией ионно-проводящих флюидов в зонах повышенной трещиноватости, а также с разломными зонами, содержащими электронно-проводящие сульфиды и графиты.

Рассмотрение данных обоих экспериментов вдоль одного профиля выполнено в двумерном приближении с применением современных методов обработки и инверсии данных.

Методика измерений

Измерения проведены вдоль субширотного профиля Ковдор – Полярные Зори с шагом 12-15 км с применением взаимно ортогональной питающей установки в виде Г-образных заземленных линий (диполей) длиной 1,5-1,8 км (рис.1). Исследования проведены в семи точках.

По сравнению с предыдущими исследованиями в этом эксперименте был расширен частотный диапазон в высокочастотной части. Оценка эффективной глубины исследования электромагнитных частотных методов (глубины, с которой вносится максимальный вклад в отклик электромагнитного поля на поверхности для конкретной частоты) производится по формуле скин-эффекта [10]

H S = 10ρT 2π ,(1)

где ρ – удельное электрическое сопротивление подстилающей породы, Ом·м; Т – период колебаний электромагнитного поля, с.

В ходе эксперимента 2015 г. верхняя частота сигнала составляла около 2000 Гц. Это позволило получать сигнал с глубин первых километров. Для увеличения частоты сигнала и уменьшения минимальной глубины исследования требовалась модификация источника и приемника.

Рис.1. Схема расположения питающих линий и точек наблюдений на геологической карте Фенноскандии [22]

Красные точки – пункты наблюдений в эксперименте «Ковдор-2023», зеленые точки – пункты наблюдений эксперимента «Ковдор-2015», черные линии – питающие линии, желтые точки – пункты наблюдений МТЗ 2016 г., пунктирная линия – положение профиля Ковдор – Полярные Зори

Ar – Ковдорско-Енский сегмент Беломорского блока, сложенный преимущественно архейскими породами

Электромагнитное поле создавалось генератором «Энергия-5», который был разработан для данного эксперимента на основе генератора «Энергия-4» [12]. Силовым блоком генератора является однофазный мостовой инвертор на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором модулей, позволяющий методом трехуровневой широтно-импульсной модуляции формировать в излучающей линии ток произвольной формы в диапазоне частот 0,001-2000 Гц, а также двухполярный сигнал меандровой формы с переменной скважностью формы в диапазоне частот 0,07-10000 Гц.

Генератор «Энергия-5» смонтирован в кунге автомобиля КамАЗ-43101 и питается от дизель-генераторной установки АЗИМУТ ЭД 100-Т400-1РКМ11 с выходным напряжением 380 В и мощностью 100 кВт. Генератор «Энергия-4» питался от генератора мощностью 29 кВт, вмонтированного в кунг автомобиля ЗИЛ-131 и соединенного с двигателем через вал отбора мощности.

Применение новых транзисторов и более современной мощной силовой установки в генераторе «Энергия-5» позволило увеличить амплитуду выходного сигнала, особенно на высоких частотах, что привело к увеличению верхней частоты сигнала с 2 кГц в 2015 г. до 4 кГц в 2023 г. Это позволило уменьшить минимальную глубину исследования [1] в 1,4 раза (менее 1 км).

Регулируемая форма выходного тока генератора обеспечивает его универсальность, т.е. возможность применения для различных методов глубинных электромагнитных зондирований. В частности, синусоидальная форма или меандр могут использоваться для частотных зондирований, а модифицированный меандр с изменяемой скважностью – для зондирований в ближней зоне источника методом становления поля.

Для обеспечения более высокого излучающего магнитного момента необходимо выбирать установку генераторного оборудования и самих диполей в геологических зонах с высоким удельным сопротивлением грунта, что обеспечивает большую глубину протекания обратного тока диполей. С другой стороны, это приводит к сложностям построения заземляющих устройств и более высокому полному сопротивлению излучающих диполей. Расположение питающих линий источника в данном эксперименте выбрано с учетом азимута профиля исследования и обеспечения наименьшего сопротивления заземлителей. В эксперименте «Ковдор-2015» были развернуты две питающие установки – в восточном и западном секторах района работ (рис.1). В 2023 г. применялась установка, практически полностью совпадающая с восточной установкой 2015 г.

В работе 2023 г. использовались две измерительные станции – широкополосная магнитотеллурическая VMTU-10 (пятого поколения) и КВВН-7 (четвертого поколения) [23], совместно разработанная сотрудниками ЦЭС КНЦ РАН и ПГИ КНЦ РАН. Станция VMTU-10 имеет внутренний логгер, синхронизирующийся по GPS, работающий в пятиканальном режиме с частотой дискретизации до 1000 Гц и до 32 разрядов чувствительности, а также имеет возможность подключения внешнего логгера. Станция КВВН-7 регистрирует сигнал на семи каналах через внешний регистратор и имеет режекторные фильтры первых пяти нечетных гармоник промышленной частоты 50 Гц.

Для выполнения задач эксперимента «Ковдор-2023» частотный диапазон станции VMTU-10 был недостаточен. Необходимость измерения сигналов в диапазоне от 1 Гц до 4 кГц требовала модификации системы регистрации сигнала. Для решения проблемы измерения проводились с помощью внешнего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) серии QMBox17-16. С помощью АЦП QMBox станция VMTU-10 записывала сигнал на частоте 20 кГц. На станции КВВН-7 и генераторе «Энергия-5» также были применены данные АЦП, работавшего в том же режиме. В эксперименте «Ковдор-2015» использовались АЦП 14-битной разрядности без синхронизации. Таким образом, в работе 2023 г. в сравнении с работой 2015 г. удалось расширить диапазон исследуемых частот до 10 кГц, повысить точность измерений с 14 до 16 бит и обеспечить синхронность данных по меткам GPS с точностью до 0,00001 с.

Измерения проводились идентично магнитотеллурическим зондированиям – измерялись горизонтальное электрическое и полное магнитное поля. Электрические компоненты поля измерялись с помощью взаимно ортогональных заземленных линий длиной 200 м. Магнитное поле измерялось с помощью индукционных датчиков. Собственные шумы магнитных датчиков станций КВВН-7 [23] и VMTU-10 составляют 20-30 фТл/Гц1/2 в области частотного диапазона 10-300 Гц, что на порядок ниже шумов естественного поля. Благодаря режекторым фильтрам станция КВВН-7 могла регистрировать сигнал в условиях высоких промышленных помех (точка P06). Магнитные датчики VMTU-10 имеют более ровные амплитудно- и фазово-частотную характеристики, поэтому результаты измерений в условиях отсутствия помех оказались качественнее (все точки, кроме P06). Запись велась во время сеанса работы генератора, а также измерялись вариации естественного поля после сеанса для измерения МТЗ в отсутствии сигнала источника.

Результаты

Поскольку измерения идентичны магнитотеллурическим исследованиям, то обработка данных выполнена как по методике МТЗ [24, 25], так и по методике CSAMT [10, 26]. Задача обработки данных эксперимента «Ковдор-2023» заключается в получении значений модулей полных векторов электрического и магнитного полей и значения модуля полного импеданса.

Поиск полезного сигнала CSAMT во временных рядах измеренных компонент электромагнитного поля проводился в автоматическом режиме, синхронно с обработкой временных рядов сигнала источника. Эта схема была реализована для обработки данных серии экспериментов FENICS [27]. Расчеты кажущегося удельного сопротивления и геометрических коэффициентов выполнены по следующим формулам [10]:

  • для электрического поля
ρ tot E = K tot E E tot IL ; E tot = E x 2 + E y 2 ; K tot E = K x E K y E K x E 2 + K y E 2 ; K x E = 2π r 3 3 cos 2 θ2 ; K y E = 2π r 3 3cosθsinθ ;(2)
  • для магнитного поля
ρ tot H =2πf μ 0 K tot H H tot IL 2 ; H tot = H x 2 + H y 2 ; K tot H = K x H K y H K x H 2 + K y H 2 ; K x H = 2π r 3 3cosθsinθ 2 ; K y H = 2π r 3 3 cos 2 θ2 2 ,(3)

где Ех – напряженность электрического поля вдоль оси х, В/м; Еу – напряженность электрического поля вдоль оси у,В/м; Нх – напряженность магнитного поля вдоль оси х,А/м; Ну – напряженность магнитного поля вдоль оси у,А/м; I – амплитуда тока, А; L – длина питающего диполя, м; r – расстояние между источником и приемником, м; θ – угол между осью источника и направлением r, град; f – частота сигнала, Гц.

Расчет кажущегося удельного сопротивления по импедансу

ρ tot Z = Z tot 2 2πf μ 0 ; Z tot = E tot 2 H tot 2 .(4)

Обработка данных по методике МТЗ была выполнена с помощью программы VMTU-1d, разработанной для обработки и одномерной интерпретации данных станции VMTU-10. В ней реализована стандартная процедура обработки магнитотеллурических данных, предложенная В.Ю.Семеновым в 1985 г. [28]. Измеренные через АЦП QMBox данные со станций КВВН-7 и VMTU-10 переформатировались для обработки в этой программе.

Для каждой измеренной компоненты поля рассчитываются усредненные спектры и корреляционные соотношения между сопряженными и антисопряженными компонентами электромагнитного поля. Затем по частотам, удовлетворяющим критериям отбора, определяется отклик среды Zxx, Zxy, Zyx, Zyy (компоненты тензора импеданса, Ом) из соотношений

E x = Z xx H x + Z xy H y ; E y = Z yx H x + Z yy H y .

Далее рассчитываются кажущееся удельное сопротивление, фаза импеданса и параметр асимметрии [29]:

ρ xy = 1 2πf μ 0 Z xy 2 ; φ xy =arg( Z xy );(5)
ρ yx = 1 2πf μ 0 Z yx 2 ; φ yx =arg( Z yx );(6)
skew= Z xx + Z yy Z xy Z yx .(7)

В каждой точке определены направления главных компонент поля относительно магнитного меридиана, значения кажущегося удельного сопротивления ρxy, ρyx (рис.2, а), фазы импеданса φxy, φyx (рис.2, б) по формулам (5), (6) в диапазоне частот порядка 1-300 Гц. Дополнительно по формуле (7) рассчитывается параметр асимметрии skew (рис.2, в), определяющий размерность нижнего полупространства.

Согласно формуле (1), эффективная глубина исследования для исследуемого участка варьируется от 1 до 40-60 км в зависимости от удельного сопротивления подстилающего пространства и нижней частоты полезного сигнала.

Магнитотеллурические зондирования, помимо влияния региональных неоднородностей [30], подвержены статическим искажениям, вызванным приповерхностными неоднородностями, как правило, пониженного удельного сопротивления [31-33]. Существуют разные способы учета этих искажений [34, 35]. В данной работе используется метод, предложенный А.А.Жамалетдиновым [36]. Для учета искажений статического сдвига по этому методу проводится анализ кривых кажущегося удельного сопротивления частотного зондирования с искусственным источником (рис.3).

Кривые, рассчитанные по магнитной составляющей (3), не подвержены влиянию статических искажений, но подвержены влиянию ионосферы и токов смещения в высокочастотной ветви. Горизонтальное магнитное поле не подвержено статическим искажениям, поскольку не имеет гальванической связи с землей и отражает истинное сопротивление верхней толщи земной коры. Коррекция искажений проводится путем параллельного смещения электрических ρE и импедансных ρZ кривых по оси сопротивлений до их совпадения с уровнем кривой ρH по горизонтальному магнитному полю в пределах действия квазистационарной волновой зоны [35].

На низких частотах при зондировании с искусственным источником происходит переход в ближнюю зону, когда длина волны становится сопоставима с расстоянием между источником и приемником. Переход из квазистационарной волновой в ближнюю зону может быть приблизительно определен с помощью параметра kr, где k – волновое число в квазистационарном приближении, м–1, k = π/λ; λ – длина волны, м; r – расстояние между источником и приемником, м.

Для ближней зоны выполняется условие kr ≥ 1, а для дальней квазистационарной зоны – kr ≤ 1. Между ними находится диапазон частот, относящийся к промежуточной зоне [18].

Рис.3. Кривые кажущегося сопротивления CSAMT, полученные по профилю Ковдор – Полярные Зори по данным от источников АВ1 (а) и АВ2 (б)

Синие линии – ρH, красные – ρЕ, зеленые – ρZ

В ближней зоне «магнитная» кривая удельного сопротивления (3) сохраняет информацию о глубинном распределении электропроводности с понижением частоты. Кривая удельного сопротивления, рассчитанная по электрическому полю (2), становится независимой от частоты, а кривая удельного сопротивления, рассчитанная по импедансу (4), соответственно, растет с понижением частоты. Это расхождение экспериментальных кривых в низкочастотной части на всех точках измерений можно наблюдать на рис.3.

Для учета статического искажения используется импедансная кривая кажущегося удельного сопротивления частотного зондирования, скорректированная по уровню с «магнитной» кривой в квазистационарной зоне. Для промежуточной и ближней зон используется низкочастотная часть «магнитной» кривой кажущегося удельного сопротивления.

Волновая квазистационарная зона наблюдается в интервале частот от 100 до 500 Гц (рис.3). На более высоких частотах кривые кажущегося сопротивления, рассчитанные по электрическому и магнитному полям, вследствие влияния токов смещения искажаются, а импедансные кривые ρZ не подвержены влиянию ионосферы и токов смещения.

Рис.4. Геоэлектрический разрез по профилю Ковдор – Полярные Зори по данным МТЗ и CSAMT, полученный с помощью программы MARE2DEM

Обсуждение результатов

Основное различие экспериментов «Ковдор-2015» и «Ковдор-2023» заключается в том, что точки наблюдений эксперимента 2015 г. были расположены на участках с однородным плохопроводящим основанием для максимального проникновения поля на глубину и избежания влияния боковых неоднородностей, а точки наблюдений 2023 г. располагались примерно на одинаковом расстоянии вдоль одного профиля (см. рис.1).

Результаты «Ковдор-2023» предоставляют информацию для построения двумерной модели распределения электропроводности земной коры Беломорского блока вдоль профиля Ковдор – Полярные Зори. Также были использованы результаты эксперимента «Ковдор-2015» и дополнительные МТЗ 2016 г.

Параметр симметрии skew является показателем размерности среды [25, 26]. Анализ параметра показывает, что измеренные данные можно аппроксимировать двумерной средой лишь частично, однако они также могут быть интерпретированы как двумерные [37].

Инверсия данных производилась с помощью программного обеспечения MARE2DEM, разработанного К.Кейем (Обсерватория Земли Ламонт-Доэрти, Колумбийский университет, США) для двумерной инверсии как частотных зондирований с искусственным источником, так и магнитотеллурических зондирований [38]. Программа разработана для исследований морского дна, но может быть применена и в условиях щита. MARE2DEM использует полигональную модель и метод конечных элементов решения прямой задачи.

Процедура инверсии данных требует значительных вычислительных ресурсов, поэтому для решения обратной задачи необходимо аккуратно подходить к выбору начальной модели. На рис.4 приведен результат 14-й итерации, где априорной моделью является усредненная модель, полученная по результатам эксперимента «Ковдор-2015» [1], в которой присутствует промежуточный проводящий.

Совмещение методов электромагнитного зондирования CSAMT и МТЗ с новой системой источник – приемник позволило получить более полную информацию для каждой точки измерений. Новые данные в целом согласуются с результатами предыдущих исследований в этом районе. За счет расширения частотного диапазона обоих методов исследования получена дополнительная информация для верхней части разреза (1-3 км) в семи точках, что позволяет выявлять неоднородности близ поверхности, но несильно влияет на глубинную часть разреза.

Наличие приповерхностных неоднородностей удельного электрического сопротивления приводит к статическому искажению измеренных данных. Чем больше информации в высокочастотной области, тем больше возможность учесть это влияние. Согласно полученной модели (рис.4), на глубинах до 2-4 км наблюдаются неоднородности удельного сопротивления диапазоном в один порядок (104-105 Oм∙м), что в целом соответствует породам, слагающим этот район. Магнитотеллурические данные (см. рис.2) также от точки к точке имеют разброс в один порядок.

Профиль по отношению к источнику условно разделяется на две области – западную, сложенную преимущественно протерозойскими породами, и восточную, сложенную архейскими породами (см. рис.1). Области отличаются не только возрастом и составом пород, но и преимущественным простиранием разломов, субширотным для западной области и субмеридианальным для восточной области. Различие между частями выражено в магнитотеллурических данных (см. рис.2), согласно которым западная часть имеет больший разброс данных от точки к точке.

Новые данные подтверждают наличие промежуточного проводящего слоя. В частности, на всех кривых кажущегося удельного сопротивления CSAMT (см. рис.3) наблюдается минимум в районе периода 0,001 с, что в одномерном и двумерном приближениях может быть интерпретировано как промежуточный проводящий слой. Наличие этого слоя сложно объяснить наличием электронно-проводящих зон на исследуемой территории [21]. На разрезе такая зона находится на глубине от 4 до 10 км, ее удельное сопротивление варьируется от точки к точке, но в целом на один-два порядка ниже, чем окружающие породы. Природа данного слоя, по всей видимости, объясняется дилатантно-диффузионными явлениями в верхней, хрупкой части земной коры [1, 20].

Полученный разрез зависит от априорной модели, требуется ее детализация. Для создания более корректной начальной модели [38, 39] необходим учет данных других геофизических методов и дополнительной информации.

Заключение

Проведен эксперимент «Ковдор-2023» по электромагнитному зондированию литосферы Беломорского блока вдоль профиля Ковдор – Полярные Зори до глубины 40 км. По сравнению с предыдущим экспериментом [1] была изменена схема измерений. За счет нового источника и модификации системы регистрации данных повышена чувствительность и расширен рабочий диапазон частот. Впервые на данном участке Беломорского блока получен геоэлектрический разрез с помощью двумерной инверсии данных. Для верхней части блока выделяются неоднородности удельного электрического сопротивления.

Полученные данные подтверждают наличие проводящей области на глубине от 4 до 10 км. Данный слой был обнаружен в ходе предыдущих исследований, его природа объясняется дилатантно-диффузионным явлением в верхней части земной коры.

В результате эксперимента «Ковдор-2023» получен двумерный геоэлектрический разрез в диапазоне 0,1-40 км по профилю Ковдор – Полярные Зори. В отличие от эксперимента 2015 г., в котором была получена серия одномерных разрезов с наличием промежуточного проводящего слоя на глубинах от 2 до 10 км [1], в данном случае этот слой находится на одной глубине вдоль всего профиля с переменной электропроводностью.

Литература

  1. Жамалетдинов А.А., Велихов Е.П., Шевцов А.Н. и др. Эксперимент «Ковдор-2015» по изучению параметров слоя дилатантно-диффузионной природы проводимости в архейском кристаллическом основании Балтийского щита // Доклады Академии наук. 2017. Т. 474. № 4. С. 477-482. DOI: 10.7868/S0869565217160174
  2. Жамалетдинов А.А., Велихов Е.П., Шевцов А.Н. и др. Глубинная электропроводность архейских блоков Кольского полуострова в свете результатов эксперимента «Мурман-2018» (обзор) // Физика Земли. 2021. № 1. С. 69-94. DOI: 10.31857/S0002333721010117
  3. Сысоев Б.К., Ягафаров А.К., Арсан Ш.А. и др. Особенности магнитотеллурического сканирования земной коры при поисках и разведке месторождений углеводородов // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2019. № 5. С. 40-45. DOI: 10.31660/0445-0108-2019-5-40-45
  4. Berdichevsky M.N., Bubnov V., Aleksanova E. et al. Magnetotelluric Studies in Russia: Regional-Scale Surveys and Hydrocarbon Exploration // Electromagnetic Sounding of the Earth’s Interior. Theory, Modeling, Practice. Elsevier, 2015. P. 379-401. DOI: 10.1016/B978-0-444-63554-9.00013-1
  5. Пальшин Н.А., Алексанова Е.Д., Яковлев А.Г. и др. Опыт и перспективы использования магнитотеллурических зондирований в осадочных бассейнах // Геофизические исследования. 2017. Т. 18. № 2. С. 27-54. DOI: 10.21455/gr2017.2-2
  6. Garcia X., Jones A.G. Atmospheric sources for audio-magnetotelluric (AMT) sounding // Geophysics. 2002. Vol. 67. № 2. P. 448-458. DOI: 10.1190/1.1468604
  7. Ермолин Е.Ю., Ингеров О., Янкилевич A.A., Покровская Н.Н. Особенности сигнала АМТ в мертвом частотном диапазоне на Чукотке (Дальний Восток России) // Записки Горного института. 2019. Т. 235. С. 125-132. DOI: 10.31897/PMI.2019.2.125
  8. Hao Xu, Xiaodong Yang, Xiangyang Cai et al. Exploring geothermal resources with the CSAMT and microtremor methods: a case study in Tangquan, Jiangsu Province, China // Frontiers in Earth Science. 2024. Vol. 12. № 1437850. DOI: 10.3389/feart.2024.1437850
  9. Xian Zhang, Diquan Li, Jin Li et al. Magnetotelluric Signal-Noise Separation Using IE-LZC and MP // Entropy. 2019. Vol. 21. Iss. 12. № 1190. DOI: 10.3390/e21121190
  10. Younis A., El-Qady G., Abd Alla M. et al. AMT and CSAMT methods for hydrocarbon exploration at Nile Delta, Egypt // Arabian Journal of Geosciences. 2015. Vol. 8. Iss. 4. P. 1965-1975. DOI: 10.1007/s12517-014-1354-6
  11. Cao Yan-ling, Cheng Gang-jian, Zhao Cheng-liang et al. Application of CSAMT in hydrogeology exploration in Shandong Province – An example from geothermal exploration in Changdao County (south four islands) // Journal of Groundwater Science and Engineering. 2018. Vol. 6. № 1. P. 58-64. DOI: 10.19637/j.cnki.2305-7068.2018.01.007
  12. Колобов В.В., Баранник М.Б., Ивонин В.В. и др. Опыт применения генератора «Энергия-4» для дистанционных и частотных электромагнитных зондирований в эксперименте «Мурман-2018» // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. 2018. Т. 9. № 8 (17). С. 7-20. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.8.7-20
  13. Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Колобов В.В., Петрищев М.С. Опыт электромагнитного зондирования в поле промышленной ЛЭП «Уренгой – Пангоды» в комплексе с АМТ-МТ-зондированиями // Записки Горного института. 2015. Т. 212. С. 101-112.
  14. Peng-liang Yu, Ting Qu, Ri-zheng He et al. Application of tensor CSAMT with high-power orthogonal signal sources in Jiama porphyry copper deposit, South Xizang // China Geology. 2023. Vol. 6. Iss. 1. P. 37-49. DOI: 10.31035/cg2021065
  15. Su Chao, Hou Yanwei, Wang Cheng, Li Dan. CSAMT phase correction and its application in detection of water-accumulating area of goaf in coal mine // Coal Geology & Exploration. 2019. Vol. 47. Iss. 6. № 28. DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.027
  16. Zhu Yunqi, Li Diquan, Liu Zoiliang, Zhang Xin. Processing of coal mine CSAMT data with wide field electromagnetic method // Coal Geology & Exploration. 2023. Vol. 51. Iss. 4. № 15. DOI: 10.12363/issn.1001-1986.22.09.0676
  17. Chuantao Yu, Suoliang Chang, Yu Han et al. Characterization of Geological Structures Under Thick Quaternary Formations with CSAMT Method in Taiyuan City, Northern China // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2019. Vol. 24. № 4. P. 621-628. DOI: 10.2113/JEEG24.4.621
  18. Куликов В.А., Каминский А.Е., Яковлев А.Г. Совместная двумерная инверсия данных электротомографии и аудиомагнитотеллурических зондирований при решении рудных задач // Записки Горного института. 2017. Т. 223. С. 9-19. DOI: 10.18454/PMI.2017.1.9
  19. Zhamaletdinov A.A., Shevtsov A.N., Tokarev A.D. et al. Electromagnetic Induction on the Earth. 14-th Workshop in Sinaia (Romania). Mexico, 1998. P. 83.
  20. Жамалетдинов А.А. О флюидной природе промежуточных проводящих слоев в земной коре по результатам электромагнитных зондирований и каротажа сверхглубоких скважин // Физика Земли. 2011. № 2. С. 53-63.
  21. Миллер Ю.В. Беломорский подвижный пояс Балтийского щита // Региональная геология и металлогения. 2006. № 27. С. 5-14.
  22. Geological map of the Fennoscandian Shield. Scale 1:2000000. Geological Surveys of Finland, Norway and Sweden and the North-West Department of Natural Resources of Russia, 2001.
  23. Колобов В.В., Куклин Д.В., Шевцов А.Н., Жамалетдинов А.А. Многофункциональная цифровая измерительная станция КВВН-7 для электромагнитного мониторинга сейсмоактивных зон // Сейсмические приборы. 2011. Т. 47. № 2. С.44-58.
  24. Lilley F.E.M. The distortion tensor of magnetotellurics: a tutorial on some properties // Exploration Geophysics. 2016. Vol. 47. Iss. 2. P. 85-99. DOI: 10.1071/EG14093
  25. Berdichevsky M.N., Dmitriev V.I. Models and Methods of Magnetotellurics. Springer, 2008. 564 p. DOI: 10.1007/978-3-540-77814-1
  26. Tao Wang, Kun-Peng Wang, Han-Dong Tan. Forward modeling and inversion of tensor CSAMT in 3D anisotropic media // Applied Geophysics. 2017. Vol. 14. Iss. 4. P. 590-605. DOI: 10.1007/s11770-017-0644-7
  27. Ганнибал А.Е. Программа обработки первичных данных в эксперименте «FENICS» // Наука и технологические разработки. 2020. Т. 99. № 1. С. 5-14. DOI: 10.21455/std2020.1-2
  28. Семенов В.Ю. Обработка данных магнитотеллурического зондирования. М.: Недра, 1985. 133 с.
  29. Gómez-Treviño E., Muñiz Y., Cuellar M., Calderón-Moctezuma A. Invariant TE and TM magnetotelluric impedances: application to the BC87 dataset // Earth, Planets and Space. 2018. Vol. 70. № 133. DOI: 10.1186/s40623-018-0900-y
  30. Иванов П.В., Пушкарев П.Ю. Возможности интерпретации магнитотеллурических данных, полученных на одиночном профиле при изучении трехмерно-неоднородной среды // Физика Земли. 2010. № 9. C. 3-10.
  31. Суконкин М.А., Пушкарев П.Ю. Приповерхностные искажения в магнитотеллурических данных на примере грабена // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 50-й юбилейной сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского – В.Н.Страхова, 29 января – 2 февраля 2024, Москва, Россия. М.: Перо, 2024. C. 324-328.
  32. Skorokhodov A.A., Zhamaletdinov A.A. Computer Modeling of Lateral Influence of the Ladoga Anomaly (Janisjarvy Fault Zone) on the AMT Sounding Results // Practical and Theoretical Aspects of Geological Interpretation of Gravitational, Magnetic and Electric Fields. Springer, 2019. P. 181-186. DOI: 10.1007/978-3-319-97670-9_21
  33. Фельдман И.С., Ермолин Е.Ю. Амплитудно-фазовая коррекция кривых магнитотеллурического зондирования // Записки Горного института. 2011. Т. 194. С. 200-210.
  34. Ермолин Е.Ю., Ингеров А.И., Шаабан Х.М. Использование вертикальной магнитной компоненты в магнитотеллурическом методе для оценки параметров аномальных объектов, находящихся в стороне от профиля измерений // Записки Горного института. 2015. Т. 212. С. 95-100.
  35. Жамалетдинов А.А. Способ количественного учета статических искажений по магнитному полю контролируемого источника CSAMT // Наука и технологические разработки. 2019. Т. 98. № 4. С. 5-18. DOI: 10.21455/std2019.4-1
  36. Shevtsov A.N. Joint Interpretation of Magnetotelluric and CSAMT Data on the Kola Peninsula (Kovdor Area) // Practical and Theoretical Aspects of Geological Interpretation of Gravitational, Magnetic and Electric Fields. Springer, 2019. P. 23-30. DOI: 10.1007/978-3-319-97670-9_3
  37. Susilawati, Mustopa E.J. 2D Interpretation Of Controlled Source Audio Magnetotelluric (CSAMT) Data Integrated With Borehole Data In Kamojang Geothermal Field West Java, Indonesia // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1127. № 012021. DOI: 10.1088/1742-6596/1127/1/012021
  38. Key K. MARE2DEM: a 2-D inversion code for controlled-source electromagnetic and magnetotelluric data // Geophysical Journal International. 2016. Vol. 207. Iss. 1. P. 571-588. DOI: 10.1093/gji/ggw290
  39. Rung-Arunwan T., Siripunvaraporn W., Utada H. The effect of initial and prior models on phase tensor inversion of distorted magnetotelluric data // Earth, Planets and Space. 2022. Vol. 74. № 51. 2022. DOI: 10.1186/s40623-022-01611-8

Похожие статьи

Проблемы мониторинга складированных отходов горно-рудного производства в холодных климатических зонах: возможности использования геофизических методов
2026 Н. В. Юркевич, Л. Ю. Епонешникова, В. Н. Гуреев, Н. А. Мазов
Трехмерное моделирование напряженно-деформированного состояния и анализ стабильности породного массива при строительстве подземной исследовательской лаборатории
2026 В. Н. Татаринов, В. С. Гупало, Д. Ж. Акматов, А. И. Маневич, Р. В. Шевчук, И. В. Лосев, А. А. Камаев
Экспериментальное исследование загрязнения приземной атмосферы металлами при разработке Озерного полиметаллического месторождения (Западное Забайкалье)
2026 А. М. Плюснин, А. В. Украинцев, М. К. Чернявский
Моделирование напряженно-деформированного состояния забоя горной выработки вблизи опасных по газодинамическим явлениям зон
2026 С. Г. Гендлер, Н. Е. Мороз
Проблема идентификации нижнекоровых гранат-клинопироксеновых гранулитов и мантийных эклогитов на примере ксенолитов трубки им. В.Гриба
2026 Е. В. Стецкая, Л. И. Салимгараева, А. В. Березин, В. Н. Устинов, Р. Н. Пенделяк
Реагентная очистка фторсодержащих сточных вод перерабатывающей промышленности
2026 Ю. Д. Пересунько, А. А. Писарева, С. В. Азопков, Е. Н. Кузин, Н. Е. Кручинина