Введение к работе
Исследования термодинамического и фазового состояния нижних частей земной корі и верхней мантии представляют одну из ведущих проблем теоретической и практической геологии.
Последние года ознаменовались быстрым развитием глубинной геоэлектрики, которая дает важную информацию для построения модели глобальной эволюции Земли, разработки новых геотектонических концепций, изучения природы и механизма сейсмо-проявлений. Среди методов, основанных на изучении электромагнитной индукции в Земле, особое место занимают магнитотеллурические (МТ) методы, которые обеспечивают простоту.и оперативность получения исходных экспериментальных данных. Глубинные магнитотеллурические зондирования (ГМТЗ) основаны на регистрации и обработке вариаций естественного электромагнитного поля в широком диапазоне частот. В него входят короткоперио-дические вариации (периода 0.1 - 1000 сек), иррегулярные длин-нопериодные ( 10 мин - 3 часа) и солнечно-суточные (4-24 часа) вариации. Диапазон короткопериодических вариаций является основным при электроразведочных работах, а диапазон.длиннопери-одных вариаций - в методах глубинной геоэлектрики. В процессе развития этих методов сложилась значительная диспропорция в техническом и методическом уровне регистрации и обработки маг-нитотеллурических вариаций в этих диапазонах периодов. Для электроразведочных работ была создана серийная цифровая МТ аппаратура с высокой производитель-ностью и широким динамическим диапазоном и унифицированная система оперативной обработки цифровой, информации с использованием узкополосных МТ преобразований. При глубинных исследованиях по прежнему применялась аналоговая форма регистрации с ограниченным динамическим диапазоном; для глубинной геоэлектрики было характерно отсутствие единой методики и системы оперативной обработки аналоговых данных, учитывающих ограниченные возможности продолжительной непрерывной регистрации длиннопериодных вариаций. Использование аналоговой аппаратуры и отсутствие соответствующей системы оперативной обработки МТ данных ограничивало возможности глубинных исследований.
Работы по созданию системы обработки аналоговых МТ данных впервые были начаты в Академии Наук Туркменской ССР (Отдел разведочной геофизики) в I960 году одновременно с внедрением магнитотеллурических методов для изучения мощного низкоомного разреза осадочного чехла, когда рабочий интервал частот включает в себя и диапазон иррегулярных длин-нопериодных вариаций. В последующем эти работы были продолжены в рамках глубинных исследований (Институт физики Земли и атмосферы, Институт сейсмологии, Институт геологии) с использованием солнечно-суточных вариаций.
В течение последних 10 лет усилия были направлены на совершенствование методов аналого-цифрового преобразования и математической обработки результатов МТ наблюдений, представленных в аналоговой форме.: В основу был положен спектральный анализ относительно коротких по сравнению с периодами выделяемых вариаций, участков процесса, с последующей оценкой импедансов по мгновенным спектрам МТ процесса. При этом был использован тот же методический принцип, что и в методе математической фильтрации - близость оценок к истинным значениям импеданса в случае его слабой изменчивости в пределах ширины спектральной весовой функции.
В результате такая система была создана, успешно апробирована в процессе глубинных исследований и производствен - 7 ных электроразведочных работ на обширной территории Средней Азии и Восточного Кавказа, передана в Ташкентский государственный университет, производственное объединение "Узбекгео-физика" МГ УзССР и ИЗМИР АН СССР, где успешно функционирует в настоящее время. Она позволила резко повысить производительность и геолого-геофизическую эффективность метода ГМТЗ и автоматизировать обработку синхронных аналоговых магнито-вариационных данных.
Однако недостаточная теоретическая изученность спект-. рально-временных преобразований МТ процесса и, в частности, мгновенных спектров, как результата таких преобразований, затрудняло исследование системы с целью получения количественных характеристик и явилось препятствием на пути её дальнейшего совершенствования, необходимость в котором стала все больше и больше ощущаться по мере усложнения задач,стоящих перед глубинной геоэлектрикой и производственной электроразведкой. При этом геолого-геофизическая и экономическая эффективность системы должна быть резко увеличена за счет повышения точности оценок импеданса при одновременном снижении продолжительности полевых наблюдений, т.е. за счет удовлетворения .двух противоречивых требований.
Указанные обстоятельства и определили направление и цель настоящей работы:
- анализ возможностей энергетических и амплитудных спектрально-временных преобразований нестационарного случайного маг-нитотеллурического процесса для оценки импедансов и магнитных отношений в диапазоне длиннопериодных иррегулярных и солнечно-суточных вариаций
- исследование автоматизированной системы обработки аналого - 8 вых МТ данных методом мгновенных спектров (оценка погрешностей, степени устойчивости и воспроизводимости результатов, сопоставимости с результатами математической фильтрации) и изыскание путей повышения её геолого-геофизической и экономической эффективности
- внедрение системы в практику научных.исследований и производственных электроразведочных работ.
Автор диссертации непосредственно участвовал в разработке и создании системы обработки аналоговых МТ данных, им проведены все необходимые теоретические разработки спектрально-временных МТ преобразований и выполнен основной объём работ по исследованию и внедрению системы обработки длинно-периодных вариаций в практическую геоэлектрику.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения,
В первой главе разработана стохастическая модель МТ процесса и доказана его локальная стационарность в диапазоне иррегулярных длиннопериодных вариаций.
Во второй главе проанализированы возможности энергетических и амплитудных спектрально-временных преобразований для оценки частотных характеристик геоэлектрического разреза. Разработаны методические основы статистических способов определения импеданса, учитывающих нестационарность дисперсии, и способов амплитудных преобразований с использованием мгновенных спектров МТ процесса.
В третьей главе выполнены теоретические оценки погрешностей определения импеданса методом мгновенных спектров и узкополосной фильтрации, создана численная модель МТ процесса, с помощью которой оценены погрешности при обработке солнечно-суточных вариаций.
Четвертая глава посвящена описанию автоматизированной системы обработки аналоговых МТ данных при глубинных исследованиях, её практической апробации и результатам использования при глубинных и электроразведочных работах методами ГМТЗ и МВІГ.
В заключении проанализированы недостатки системы и сформулированы практические рекомендации по её дальнейшему совершенствованию.
В Приложении приведена программа обработки аналоговых МТ данных методом мгновенных спектров и соответствующая инструкция.
Работа выполнена в институте сейсмологии и институте геологии АН Туркменской ССР под научным руководством профессора М.Н.Бердичевского и кандидата физ.-мат. наук В.Г.Дубровского за что автор выражает им глубокую признательность и благодарность.
