Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Вариации электрофизических параметров по данным нестационарного электромагнитного зондирования в зоне сейсмической активизации (на примере Горного Алтая) Шалагинов Александр Евгеньевич

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шалагинов Александр Евгеньевич. Вариации электрофизических параметров по данным нестационарного электромагнитного зондирования в зоне сейсмической активизации (на примере Горного Алтая): диссертация ... кандидата Геолого-минералогических наук: 25.00.10 / Шалагинов Александр Евгеньевич;[Место защиты: ФГБУН Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук], 2017

Введение к работе

Актуальность исследования. Натурными и модельными исследованиями ряда авторов установлено, что электромагнитное поле имеет высокую чувствительность к воздействию геодинамических процессов как природных, так и техногенных, которая проявляется в вариациях электрофизических параметров – удельного электрического сопротивления (УЭС) и коэффициента электрической анизотропии. Это обусловливает возможность использования электромагнитных методов для наблюдения за напряжённым состоянием геологической среды сейсмоактивных районов, в частности заселенных территорий Горного Алтая. Для решения актуальной задачи, связанной с сейсмо-безопасностью, важен выбор параметризации разреза, который зависит от способа определения геоэлектрических характеристик. Вариации электрофизических параметров оценивались методами геоэлектрики как с естественными, так и с контролируемыми источниками, но при этом в основном использовались измеренные сигналы: ЭДС и кажущиеся параметры (к – для методов постоянного тока; , Т – для нестационарного и магнитотеллурического зондирований) [Барсуков, 1979; Авагимов, 1991; Сидорин, 1992; Брагин и др., 2001; Мороз, 2006, 2007, 2012; Рыбин и др., 2007; Баталева, Баталев, 2013, 2014].

В практике электромагнитного мониторинга вариации коэффициента электрической анизотропии рассматриваются значительно реже, чем УЭС, и пока не было попыток оценить вариации этого коэффициента на основе решения обратной задачи (количественно).

Оценка вариаций геоэлектрических параметров горных пород как индикаторов сейсмических активизаций не будет достаточно достоверной, если не учитывать такие факторы, как геоэлектрическое строение участка исследования, наличие разломов в комплексе с гидрогеологическими и сейсмологическими данными.

В последнее время с появлением современной аппаратуры и более совершенных программно-алгоритмических средств обработки и инверсии данных метода ЗС имеется возможность более точно и надёжно оценивать вариации геоэлектрических параметров для эффективной интерпретации данных электромагнитного мониторинга, с последующим применением результатов для характеристики изменения сейсмического режима.

Цель исследования – повышение информативности электромагнитного мониторинга, точности и достоверности определения вариаций двух электрофизических параметров – удельного электрического сопротивления и коэффициента электрической анизотропии – как индикаторов сейсмических активизаций за счёт методики измерения методом зондирования становлением поля (ЗС) и соответствующей методики обработки и интерпретации данных с учётом детального геоэлектрического строения участка исследования, сейсмологических и гидрогеологических данных.

Задачи исследования:

  1. Выбрать и обосновать методику измерения и интерпретации данных метода ЗС с использованием трёх генераторно-приёмных установок (Q, q; AB-q; AB-MN);

  2. На основе решения обратной задачи определить вариации удельного электрического сопротивления и коэффициента электрической анизотропии, установить их взаимосвязь с происходящим сейсмическим процессом и выявить чувствительные к сейсмическим событиям интервалы в геологическом массиве.

Фактический материал и методы исследования.

Фактическим материалом для исследования послужили полевые данные,
полученные современной аппаратурой методами ЗС и электротомографии
(«Байкал-МЭРС-Т» и «СКАЛА-48») в 2007 – 2015 гг. сотрудниками

лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН с личным участием
соискателя и группой С.М. Бабушкина Сейсмологического филиала ФИЦ ЕГС
РАН на экспериментальном участке в Чуйской впадине Горного Алтая,
находящемся в эпицентральной зоне Чуйского землетрясения 2003 г. Были
использованы дополнительные сведения: сейсмологические данные из
опубликованных ежегодных каталогов землетрясений Единой геофизической
службы РАН [Землетрясения …, 2005, 2007, 2009, 2010, 2012, 2013, 2014],
гидрогеологические данные [Кац, 2006]. Основной метод исследования –
анализ данных регулярных наблюдений методом ЗС за двумя

геоэлектрическими параметрами.

Высокая степень достоверности результатов достигается использованием современной аппаратуры при измерениях тремя генераторно-приёмными установками (Q, q; AB-q; AB-MN) и программно-алгоритмических средств решения обратной задачи геоэлектрики, разработанных в ИНГГ СО РАН.

Защищаемые научные результаты

1. Методика измерения методом ЗС путём использования трёх генераторно-приёмных установок (Q, q; AB-q; AB-MN) в одном пункте. Методика обработки и интерпретации данных мониторинга: на первом этапе по данным индукционной установки определяются параметры проводящего изотропного разреза (, h), на втором – восстанавливаются параметры анизотропной модели (t, n, ) по данным измерений гальванической установкой.

  1. Построена детальная геоэлектрическая модель участка Мухор-Тархата с подтверждением присутствия разломной зоны: оконтурен погруженный блок фундамента по данным ЗС и определено её приповерхностное строение по данным электротомографии (ширина зоны изменяется от 50 до 140 м с юга на север, а УЭС в несколько раз меньше, чем во вмещающей среде).

  2. Определены вариации УЭС и коэффициента электрической анизотропии на основе решения обратной задачи и выявлены чувствительные к сейсмическим событиям интервалы в геологическом массиве. Установлено, что коэффициент электрической анизотропии является более чувствительным по сравнению с УЭС к изменению сейсмического режима и, следовательно, вариации коэффициента электрической анизотропии можно использовать в качестве индикатора сейсмических активизаций.

Научная новизна работы. Личный вклад

Оцениваются вариации двух геоэлектрических параметров - удельного электрического сопротивления и коэффициента электрической анизотропии горных пород для характеристики изменения сейсмического режима:

1. В течение 9 полевых сезонов (2007-2015 гг.) с личным участием со
искателя получены наиболее точные данные за счёт использования современ
ной аппаратуры, индукционных, гальванических и комбинированных
установок метода ЗС.

2. Интерпретация материалов электромагнитного мониторинга для
определения вариаций УЭС и коэффициента электрической анизотропии
основывается на решении обратной задачи. С использованием современных
программных средств моделирования и инверсии «ЭРА», «EMS» и «RUBAI»
получены оценки пространственного и временного распределения УЭС и
коэффициента электрической анизотропии для каждого слоя разреза, из
анализа которых следует, что:

значимые вариации УЭС уверенно определяются по данным установки «соосные петли» (Q, q) и наблюдаются во втором проводящем горизонте, в то время как вариации коэффициента электрической анизотропии по данным гальванической установки (AB-MN) отмечаются в первом и третьем высокоомных горизонтах;

глобальное изменение УЭС осадочных пород (на 80-90%) произошло после Чуйского землетрясения 2003 г. и сравнительно небольшие изменения наблюдаются в афтершоковый период 2007-2015 гг. (до 14%);

вариации коэффициента электрической анизотропии в афтершоковый период Чуйского землетрясения 2007-2015 гг. для верхнего и опорного горизонтов разреза достигают 100 % и более.

3. Существенно уточнено геоэлектрическое строение участка Мухор-
Тархата в северо-западной части Чуйской впадины:

по данным ЗС с соосной установкой (Q, q) построена детальная карта глубин до фундамента, на которой выделена область прогиба (погруженный блок), глубина изменяется в абсолютных отметках от 1315 до 1420 м;

на участке исследования впервые после сильного сейсмического события 2003 г. определены интервалы изменения удельного электрического сопротивления: для верхнего горизонта - УЭС от 200 до 800 Омм; ниже по разрезу для среднего горизонта - от 30 до 55 Омм; в опорном, высокоомном геоэлектрическом горизонте с УЭС в 2000 Омм выделены отдельные блоки более низкого УЭС;

по данным установки AB-MN верхний (грубообломочные гравийно-галечные породы с прослоями глин, песчаников) и нижний опорный (вулканогенно-терригенные породы) высокоомные горизонты имеют повышенные значения коэффициента электрической анизотропии (1,3-2,8), что связано с наличием трещиноватой разломной зоны, являющейся причиной отличия УЭС вдоль и поперек трещин; средний горизонт представлен глинисто-алевролитовыми породами, в нём происходит более быстрое залечивание трещин и коэффициент электрической анизотропии не превышает 1,2.

4. Опробована методика определения геоэлектрического строения и
степени активности разломных структур по вариациям геоэлектрических
параметров, полученным по полевым данным регулярных наблюдений
методами ЗС и электротомографии. С использованием этой методики на
участке исследования подтверждено наличие разломной зоны, а также её
активность в районе пунктов ЗС 1, 2, 5 и 6, на что указывают максимальные
вариации коэффициента электрической анизотропии:

по данным ЗС оконтуривается участок предполагаемой разломной зоны (выделен погруженный блок фундамента), а по данным электротомографии определяется её детальное приповерхностное геоэлектрическое строение (ширина и наклон сместите ля, интервалы УЭС);

значительные вариации геоэлектрических параметров в зоне влияния разломной зоны и их увеличение в периоды повышения сейсмичности указывают на её активность.

5. Из анализа вариаций УЭС и коэффициента электрической анизотропии
на локальном участке эпицентральной зоны разрушительного Чуйского
землетрясения 2003 г. магнитудой 7,3 следует, что:

периоды максимальных значений продольной проводимости и коррелируют с периодами повышенного количества выделившейся сейсмической энергии в 2008-2009 гг. и 2012-2013 гг.;

коэффициент электрической анизотропии более чувствителен к изменению сейсмических параметров (числа землетрясений и выделившейся сейсмической энергии) по сравнению с УЭС и может служить индикатором сейсмических активизаций исследуемой территории.

Теоретическая и практическая значимость.

Для решения важной задачи обеспечения сейсмобезопасности заселённых территорий найден надёжный способ оценки влияния сейсмических активизаций на электромагнитные параметры.

Оценка вариаций двух параметров удельного электрического сопротивления и коэффициента электрической анизотропии – с учётом детального геоэлектрического строения участка исследования, сейсмологических и гидрогеологических данных, повышает информативность электромагнитного мониторинга для задач сейсморайонирования, прогнозирования возможных природных и техногенных геодинамических явлений в заселённых районах, при строительстве промышленных и гражданских объектов, газопроводов, дорог, мостов и т.д.

Обработка и интерпретация данных мониторинга методом ЗС, основанная на решении обратной задачи, позволяет выявлять чувствительные к сейсмическим событиям интервалы в геологическом массиве.

Апробация. Промежуточные результаты докладывались и были одобрены специалистами на конференциях и симпозиумах: «ГеоБайкал – 2010», «ГеоБайкал – 2012» (Иркутск); Всероссийская молодежная научная конференция «Трофимуковские чтения молодых ученых-2011». (Новосибирск, 2011); VIII международная научно-практическая конференция по проблемам снижения природных опасностей и рисков «ГЕОРИСК – 2012» (Москва, 2012); VI Всероссийская школа-семинар имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли - ЭМЗ-2013 (Новосибирск, 2013); Международный научный конгресс «ГЕО-СИБИРЬ-2013», «ГЕО-СИБИРЬ-2015» (Новосибирск, 2013, 2015); VI Международный симпозиум "Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов" (Бишкек, 2014).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 16 работ, из которых 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых Высшей аттестационной комиссией («Геофизика», «Вестник алтайской науки», «Горный информационно-аналитический бюллетень»), 13 — в материалах всероссийских и международных конференций.

Структура работы. Работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы из 154 наименований. Полный объем диссертации 154 страницы, включая 63 рисунка и 10 таблиц.

Благодарности. Автор глубоко признателен своему научному руководителю д.г.-м.н. Н.Н. Неведровой, за неизменную поддержку и внимание в ходе работы над диссертацией, благодарит за всестороннее содействие, ценные советы и консультации академика М.И. Эпова, д.т.н. И.Н. Ельцова, д.ф.-м.н. Е.Ю. Антонова, д.г.-м.н. Н.О. Кожевникова, к.г.-м.н. П.Г. Дядькова, к.г.-м.н. А.М. Санчаа, В.И. Самойлову, а также сотрудников лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН М.Г. Рохину, П.В. Пономарева, И.О. Шапаренко за помощь и обсуждение, затронутых в диссертации вопросов.