Основные результаты работ 2015 г.:
С целью построения комплексной геолого-геофизической модели Тянь-Шаня, были проанализированы геоэлектрические разрезы, полученные в результате решения прямой трехмерной задачи Иссык-Кульской впадины и обратной 2D инверсии Барскаунского профиля (Южный борт Иссык-Кульской впадины). В результате интерпретации магнитотеллурических данных была выявлена структура, которая расположена в интервале глубин 0-45 км, пространственно приурочена к Предтерскейскому разлому и определена пространственная неоднородность этой геоэлектрической структуры вдоль меридионального простирания.
При сопоставлении результатов интерпретации магнитотеллурических данных (2D-инверсия) и сейсмотомографических построений, выполненных разными авторами с различными базами данных, проведена верификация геоэлектрических моделей, выполнена оценка природы коровой электропроводности на различных пространственно-масштабных уровнях. Анализ распределения гипоцентров сейсмических событий зоны сочленения Терскейской системы поднятий и Иссык-Кульской котловины (Барскаунский профиль) показал значительную концентрацию очагов землетрясений в зоне высокого сопротивления в южной горной части профиля. Эта сейсмоактивная зона пространственно приурочена к палеозойским гранитоидам. Напротив, в северной части профиля выявлена область пониженной сейсмической активности, отвечающая мощной средне-нижне-коровой проводящей зоне. Такая взаимосвязь распределения сейсмичности и геоэлектрических характеристик разреза находит свое подтверждение в предложенном авторами объяснении физической природы выявленных проводящих структур, основанном на гипотезах флюидизации и частичного расплава пород земной коры.
Исследовано поведение вариаций электропроводности земной коры в широком диапазоне периодов по данным профильных магнитотеллурических зондирований (МТЗ) на миниполигоне геофизического мониторинга Кентор. Полевыми экспериментами подтверждается концепция взаимосвязи между напряженно-деформированным состоянием среды и изменением кажущегося электросопротивления посредством перераспределения минерализованных растворов между системами трещин.
Предложен новый подход к представлению результатов корреляционного анализа данных магнитотеллурического мониторинга в системе полярных координат. На корреляционных полярных диаграммах выделены области (кластеры) устойчивой корреляции, которые являются интегральной мерой взаимосвязи вариаций электромагнитных параметров с деформациями дневной поверхности.
Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что положение кластеров на корреляционных полярных диаграммах связано с геоэлектрической структурой пункта наблюдения и соответствует ориентации основных тектонических элементов в окрестности этого пункта. В результате анализа гравитационных приливных воздействий и магнитотеллурических параметров, установлено, что характер взаимосвязи зависит от геоэлектрической структуры пункта зондирования и отражается в распределении устойчивых кластеров на корреляционных полярных диаграммах. Выявлено, что ориентация основных тектонических нарушений (вблизи пункта зондирования) соответствует положению кластеров на корреляционных полярных диаграммах. Выполнена оценка информативности дополнительных импедансов, на основании чего сделан вывод о необходимости использования данного параметра для оценки тензочувствительности пунктов наблюдения.
Проведенные электромагнитные исследования выявили различия в протекании напряженно-деформационных процессов в разных горизонтах земной коры. При этом на территории Бишкекского геодинамического полигона активизация приповерхностных деформационных полей, как правило, не приводит к землетрясениям. В то время как глубинные деформационные процессы реализуются землетрясениями различной силы. Учитывая этот факт, можно утверждать, что разностная методика изучения вариаций геомагнитного поля, применяемая в настоящее время, может оказаться неэффективной. Причем, как следует из приведенных выкладок, чем ближе располагаются приемные станции (магнитовариационные станции), тем меньше у них чувствительность к глубинным процессам. При увеличении расстояния между приемными станциями сказывается недокомпенсация внешнего поля.
Основные результаты работ 2016 г.:
В рамках построения комплексной геолого-геофизической модели Тянь-Шаня был проанализирован геоэлектрический разрез по профилю Таш Башат, полученный в результате решения обратной задачи - 2D инверсии для миниполигона Кентор. В результате интерпретации магнитотеллурических данных была выявлена структура, которая расположена в интервале глубин 0-6 км, пространственно приурочена к Шамси-Тюндукскому разлому и определена пространственная неоднородность этой геоэлектрической структуры вдоль меридионального простирания. Была проведена верификация геоэлектрических моделей посредством сопоставления результатов интерпретации магнитотеллурических данных (2D-инверсия) и геологических построений, выполненных разными авторами и проведена оценка природы коровой электропроводности на различных пространственно-масштабных уровнях.
Анализ распределения гипоцентров сейсмических событий и поведения вариаций электромагнитных параметров был выполнен для стационаров Чон-Курчак и Ак-Суу на примере роя сейсмических событий, произошедших 9-16 февраля 2016 года вблизи пункта электромагнитного мониторинга Кегеты (20 км от стационара Чон-Курчак).
Исследовано поведение вариаций электропроводности земной коры в широком диапазоне периодов по данным профильных магнитотеллурических зондирований (МТЗ) на миниполигоне геофизического мониторинга Кентор. Полевыми экспериментами подтверждается концепция взаимосвязи между напряженно-деформированным состоянием среды и изменением кажущегося электросопротивления посредством перераспределения минерализованных растворов между системами трещин.
Предложен новый подход к представлению результатов анализа данных магнитотеллурического мониторинга в системе полярных координат. На корреляционных полярных диаграммах выделены области (кластеры) устойчивой корреляции, которые являются интегральной мерой взаимосвязи вариаций электромагнитных параметров с деформациями дневной поверхности. Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что положение кластеров на корреляционных полярных диаграммах связано с геоэлектрической структурой пункта наблюдения и соответствует ориентации основных тектонических элементов в окрестности этого пункта. В результате анализа гравитационных приливных воздействий и магнитотеллурических параметров, установлено, что характер взаимосвязи зависит от геоэлектрической структуры пункта зондирования и отражается в распределении устойчивых кластеров на корреляционных полярных диаграммах. Выявлено, что ориентация основных тектонических нарушений (вблизи пункта зондирования) соответствует положению кластеров на корреляционных полярных диаграммах. Выполнена оценка информативности дополнительных импедансов, на основании чего сделан вывод о необходимости использования данного параметра для оценки тензочувствительности пунктов наблюдения.
Для повышения эффективности системы мониторинга и прогнозирования в целом была выполнена разработка программного обеспечения, предназначенная для расчета электромагнитных параметров и визуализации результатов профильного магнитотеллурического мониторинга. В основу разработки методического обеспечения системы обработки и анализа материалов широкодиапазонного магнитотеллурического мониторинга был положен всесторонний анализ частотно-временных рядов всех электромагнитных параметров.
Рассмотрены вопросы отбеливания помех и выполнено сравнение их с алгоритмами оптимальной обработки сигналов. Анализ алгоритмов отбеливания помех по сравнению с алгоритмами оптимальной обработки сигналов показал, что алгоритмы отбеливания почти всегда по эффективности проигрывают алгоритмам оптимальной обработки. К такому же выводу приводит и анализ алгоритмов подавления помехи на базе квадратурных компенсаторов.
Дополнение базы данных временных рядов вариаций электромагнитных параметров осуществлялось как новыми результатами мониторинговых магнитотеллурических наблюдений, полученными на стационарных пунктах МТ-мониторинга Ак-Суу и Чон-Курчак в 2016 году, так и результатами повторных зондирований, выполненных в широком частотном диапазоне на миниполигоне Кентор на трех режимных пунктах МТ-мониторинга и 2-х сессий профильного магнитотеллурического мониторинга.
Основные результаты работ 2017 г.:
В качестве отдельного этапа на пути построения комплексной геолого-геофизической модели Тянь-Шаня, были проанализированы геоэлектрические разрезы по профилям Кентор Центральный и Кентор Восточный, полученный в результате решения обратной задачи - 2D инверсии для миниполигона Кентор. В результате интерпретации магнитотеллурических данных были построены геоэлектрические модели двум профилям и выявлена проводящая структура, которая расположена в интервале глубин 0-6 км, пространственно приурочена к Шамси-Тюндукскому разлому. Также определена пространственная неоднородность этой геоэлектрической структуры вдоль меридионального простирания. Определены геометрические и электрические характеристики областей пониженного сопротивления в полученном геоэлектрическом разрезе. По результатам геоэлектрических исследований дополнены и детализированы физические характеристики миниполигона Кентор и активизированных разломных структур и зон трещиноватости фундамента, как главных (Шамси-Тюндукский разлом), так и второстепенных, более низкого ранга. Выявлены активизированные разломы, предполагаемые под чехлом современных отложений, так называемые скрытые разломные структуры.
Верификация построенных геоэлектрических моделей была выполнена посредством сопоставления результатов 2D-инверсии по трем профилям МТЗ, включая Кентор Западный, выполненных в Байтикской впадине, как для изучения геоэлектрического строения, так и для проведения профильного магнитотеллурического мониторинга, и геологических построений, выполненных разными авторами, и проведена оценка природы коровой электропроводности на различных пространственно-масштабных уровнях.
С целью проведения тщательного анализа полученного материала на предмет наличия промышленных помех (временных магнитотеллурических рядов и оценки по ним передаточных функций) была выполнена обработка МТ-данных, полученных на миниполигоне Кентор, согласно методике remote reference (с удаленной базой). В качестве удаленной базы использовались магнитотеллурические стационары Чон-Курчак и Ак-Суу.
Методика обработки с удаленной базой в эксперименте, выполненном на миниполигоне Кентор в 2014-2015 гг., не привнесла радикальных изменений в распределение вариаций кажущегося сопротивления и фаз импеданса. Возможно это связано с тем, что уровень помех на пункте зондирования значительно ниже, чем на базовом.
Создан интерактивный программный инструмент, обеспечивающий эффективное хранение и углубленную обработку наблюденных данных магнитотеллурического мониторинга, представленных в международном формате-EDI. В рамках углубленного анализа электромагнитных данных реализованы процедуры расчета компонент тензора импеданса и фазового тензора в зависимости от угла поворота системы координат относительно исходной ориентации компонент электромагнитного поля на разных периодах и построения полярных диаграмм тензора импеданса и фазового тензора. Разработанное программное обеспечение способствует оптимизации и развитию методики азимутального мониторинга.
Оценки характеристик напряженно-деформированного состояния геосреды проводились на основе анализа динамики электромагнитных параметров по данным электромагнитного мониторинга. Как показали результаты электромагнитных наблюдений в 2017 г., вариации ρк отражают изменения напряженно-деформированного состояния геосреды не только перед значимыми сейсмическими событиями. На временных рядах ρτ наблюдаемые аномальные эффекты по своей величине были вполне соизмеримы с теми, что отмечались в период подготовки сейсмических событий более высокого класса.
С целью дальнейшей разработки методического обеспечения системы обработки и анализа материалов широкодиапазонного магнитотеллурического мониторинга были выполнены опытно-методические работы на миниполигоне Кентор, расположенном в непосредственной близости от местоположения Научной станции РАН. Показано, что в регистрируемых временных рядах удается выделить характерные признаки изменений напряженно-деформированного состояния среды, которые могут быть обусловлены сейсмическими событиями. Анализ временных рядов вариаций электромагнитных параметров осуществлялся в широком частотном диапазоне по результатам непрерывных магнитотеллурических наблюдений.
Проведенные электромагнитные исследования выявили различия в протекании напряженно-деформационных процессов в разных горизонтах земной коры. При этом на территории Бишкекского геодинамического полигона активизация приповерхностных деформационных полей, как правило, не приводит к землетрясениям. В то время как глубинные деформационные процессы реализуются землетрясениями различной силы. Учитывая этот факт, можно утверждать, что разностная методика изучения вариаций геомагнитного поля, применяемая в настоящее время, может оказаться неэффективной. Причем, как следует из приведенных выкладок, чем ближе располагаются приемные станции (магнитовариационные станции), тем меньше у них чувствительность к глубинным процессам. При увеличении расстояния между приемными станциями сказывается недокомпенсация внешнего поля.
Дополнение базы данных временных рядов вариаций электромагнитных параметров осуществлялось как новыми результатами мониторинговых магнитотеллурических наблюдений, полученными на стационарных пунктах МТ-мониторинга Аксуу и Чон-Курчак, так и результатами повторных зондирований, выполненных в широком частотном диапазоне на миниполигоне Кентор на трех режимных пунктах МТ-мониторинга и 2-х сессий профильного магнитотеллурического мониторинга за период с 01.01.17 по 31.12.17 гг.
Основные результаты работ 2018 г.:
С целью построения комплексной геолого-геофизической модели Тянь-Шаня, были проанализированы геоэлектрический разрез по профилю Таш Башат, полученный в результате решения обратной задачи - 2D инверсии для миниполигона Кентор. В результате интерпретации магнитотеллурических данных была выявлена структура, которая расположена в интервале глубин 0-6 км, пространственно приурочена к Шамси-Тюндукскому разлому и определена пространственная неоднородность этой геоэлектрической структуры вдоль меридионального простирания.
Была проведена верификация геоэлектрических моделей посредством сопоставления результатов интерпретации магнитотеллурических данных (2D-инверсия) и геологических построений, выполненных разными авторами и проведена оценка природы коровой электропроводности на различных пространственно-масштабных уровнях. Анализ распределения гипоцентров сейсмических событий.
Исследовано поведение вариаций электропроводности земной коры в широком диапазоне периодов по данным профильных магнитотеллурических зондирований (МТЗ) на миниполигоне геофизического мониторинга Кентор. Полевыми экспериментами подтверждается концепция взаимосвязи между напряженно-деформированным состоянием среды и изменением кажущегося электросопротивления посредством перераспределения минерализованных растворов между системами трещин.
Предложен новый подход к представлению результатов анализа данных магнитотеллурического мониторинга в системе полярных координат. На корреляционных полярных диаграммах выделены области (кластеры) устойчивой корреляции, которые являются интегральной мерой взаимосвязи вариаций электромагнитных параметров с деформациями дневной поверхности.
Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что положение кластеров на корреляционных полярных диаграммах связано с геоэлектрической структурой пункта наблюдения и соответствует ориентации основных тектонических элементов в окрестности этого пункта. В результате анализа гравитационных приливных воздействий и магнитотеллурических параметров, установлено, что характер взаимосвязи зависит от геоэлектрической структуры пункта зондирования и отражается в распределении устойчивых кластеров на корреляционных полярных диаграммах. Выявлено, что ориентация основных тектонических нарушений (вблизи пункта зондирования) соответствует положению кластеров на корреляционных полярных диаграммах. Выполнена оценка информативности дополнительных импедансов, на основании чего сделан вывод о необходимости использования данного параметра для оценки тензочувствительности пунктов наблюдения.
Проведенные электромагнитные исследования выявили различия в протекании напряженно-деформационных процессов в разных горизонтах земной коры. При этом на территории Бишкекского геодинамического полигона активизация приповерхностных деформационных полей, как правило, не приводит к землетрясениям. В то время как глубинные деформационные процессы реализуются землетрясениями различной силы. Учитывая этот факт, можно утверждать, что разностная методика изучения вариаций геомагнитного поля, применяемая в настоящее время, может оказаться неэффективной. Причем, чем ближе располагаются приемные станции (магнитовариационные станции), тем меньше у них чувствительность к глубинным процессам. При увеличении расстояния между приемными станциями сказывается недокомпенсация внешнего поля.
Перечень ключевых слов: комплексная геолого-геофизическая модель, прямая трехмерная модель, Тянь-Шань, природа электропроводности, сейсмический режим, мониторинг, активные разломные зоны, деформация, лунно-суточные приливы.
Основные результаты работ 2019 г.:
В контексте задачи создания комплексной геолого-геофизической модели глубинного строения литосферы Тянь-Шаня на различных пространственно-масштабных уровнях собраны материалы электромагнитных зондирований и выполнена количественная интерпретация геолого-геофизических данных в зоне концентрированных деформаций Северного Тянь-Шаня (сочленение Киргизского хребта и Чуйской впадины). Построены двумерные геоэлектрические разрезы литосферы Северного Тянь-Шаня вдоль пяти профилей, секущих южный борт Чуйской впадины на территории Бишкекского геодинамического полигона.
На примере пяти магнитотеллурических профилей Бишкекского геодинамического полигона была проанализирована возможность применения L–кривой при определении оптимальных параметров регуляризации для 2D инверсии этих данных: были найдены оптимальные параметры регуляризации для профилей Кара-Балта, Сокулук, Серафимовка и Туюк, а также построены геоэлектрические разрезы вдоль этих профилей. Так же, на примере профиля Аламедин, было установлено, что L–кривая может служить и индикатором некорректности входных данных, причинами которой могут быть, например, неаккуратно выполненное осреднение импедансных кривых и построение их сплайн-интерполянтов при подготовке полевых данных к инверсии, или, например, необходимость учета влияния приповерхностных неоднородностей с помощью процедуры статического смещения «Static Shift».
Разработана и опробована трехкомпонентная градиентная установка регистрации сейсмоакустического сигнала, примененные аппаратурные решения обоснованы. Установка содержит 18 сейсмодатчиков, собранных в 6 трехкомпонентных сейсмоприемников на трех базах. Выходные сигналы датчиков переключаются внешним коммутатором на его выход, который через согласующее устройство передает их на вход звуковой карты компьютера, управление коммутатором осуществляется через LPT-порт. Программа управления на компьютере обеспечивает настройку внешних устройств, коммутацию и захват сигналов. Установка может быть применена для отслеживания геодинамических процессов, пеленгация источников сейсмоакустического сигнала позволит сопоставить их активизацию с активизацией эндогенного источника МТ-поля.
По результатам, полученным при опробировании трехкомпонентной градиентной установки сделан вывод о существовании устойчивой связи между анизотропией электрического сопротивления и энергетической характеристикой электромагнитного поля эндогенного происхождения.
Выполнена оценка характеристик напряженно-деформированного состояния геологической среды и поведения вариаций электромагнитных параметров на предмет выявления закономерностей в их взаимосвязи для сейсмоактивных регионов Тянь-Шаня. На основе спектрального анализа неприливных вариаций электромагнитного и гравитационного полей установлено, что спектры вариаций магнитотеллурического поля и неприливных вариаций силы тяжести определяются преимущественно космической погодой.
Для обработки, интерпретации и корреляционного анализа временных рядов электромагнитного поля разработано программное обеспечение и получено свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ (RU 2019618606, 2019).
Сейсмический режим для территории Бишкекского геодинамического полигона в 2019 г. по сравнению с 2018 г. отличался большей стабильностью, отсутствием сильных землетрясений и малочисленностью событий умеренной силы, за исключением юго-восточной окраины полигона, где сейсмическая активность по-прежнему сохраняется на прежнем уровне, что отражается на результатах электромагнитных зондирований и подтверждается данными геомагнитных наблюдений.
База данных временных рядов вариаций электромагнитных параметров была дополнена новыми результатами мониторинговых магнитотеллурических наблюдений, полученными на стационарных пунктах МТ-мониторинга Аксуу и Чон-Курчак, результатами повторных профильных зондирований, выполненных в широком частотном диапазоне на миниполигоне Кентор (2-х сессии профильного магнитотеллурического мониторинга) и на тензочувствительных режимных пунктах МТ-мониторинга Кочкорской впадины. Данные азимутального МТ-мониторинга электромагнитных параметров представлены в виде частотно-временных рядов кажущегося сопротивления, фазы импеданса, реальной и мнимой частей основных и дополнительных импедансов, а также типпера (Ro, ϕ, ReZxy, ImZxy, ReZxx, ImZxx, W), что позволяют оценивать вариации электрических характеристик среды в окрестности пункта мониторинга. Контроль достоверности временных рядов азимутального МТ-мониторинга осуществляется посредством сопоставления и анализа различных видов данных между собой и в корреляции с приливными воздействиями.
Важнейший научный результат НС РАН 2019 года, полученный сотрудниками лаборатории
Разработаны теоретические положения методики разделения магнитотеллурического поля по положению источников, позволяющей в наблюдаемом на дневной поверхности электромагнитном поле выделить составляющую эндогенного происхождения, обусловленную процессами трещинообразования в земной коре.
С использованием созданных программных средств выполнена апробация этого подхода на экспериментальных данных магнитотеллурических зондирований Тянь-Шаня. Выявлена устойчивая корреляция деформационных параметров лунно-солнечных приливов и энергетической характеристики электромагнитного поля эндогенного происхождения, причем, сначала происходят деформации лунно-солнечных приливов, а затем, с некоторой временной задержкой (около 2 часов) изменяется и энергия электромагнитного поля эндогенного происхождения. Подтверждена гипотеза о причинно-следственной связи между лунно-солнечными приливами и эндогенной составляющей электромагнитного поля.
Рисунок. А) Пункт МТЗ 901. Расчет энергетической характеристики электромагнитного поля эндогенного происхождения. Б) Результаты сопоставления энергетической характеристики электромагнитного поля (верхний график) и лунно-солнечных приливов (средний график) на частоте 3.7477 Гц. Внизу – функция взаимной корреляции верхней и средней кривых.
Результат получен в рамках выполнения в НС РАН проекта РФФИ 17-05-00844 «Изучение современных геодинамических процессов сейсмоактивных регионов методом магнитотеллурического зондирования (на примере Тянь-Шаня)».
Авторы: Рыбин А.К., Александров П.Н., Баталева Е.А., Матюков В.Е., Забинякова О.Б., Непеина К.С.
