Habarovsk, Russian Federation
The problem is to examine the resolution of directional magnetotelluric soundings (DMTS). Abrupt changes of impedances of electrical and magnetic types in critical region of parameters R~0, J~ωµσ are shown to result in significantly higher resolution of the method as compared with the traditional interpretation using Tikhonov–Cagniard impedance. The stability of solution of DMTS method inverse problem is considered subject to field measurement errors limited the resolution. The minimum of the limits is determined for the conductivity ∆σ/σ small variations. For studying DMTS resolution as applied to MT monitoring of earthquake site the mathematical experiment for three-layer geoelectric model was carried out. When changing the earthquake site conductivity of ∆σ~±10 % variations of reflection coefficient of electric mode are in the range of 20 % that is significantly more than the field measurement error. The possibility for prediction modeling in the context of obtained results is discussed.
resolution, magnetotelluric sounding, impedance measurements, earthquake prediction
ВВЕДЕНИЕ
Дирекционный анализ магнитотеллурических (МТ) наблюдений [Четаев, 1985], основанный на использовании модели неоднородной плоской волны (волны Четаева), расширил возможности традиционной интерпретации при помощи модели Тихонова–Каньяра [Ваньян, 1997]. При этом ключевым является вопрос о разрешающей способности методов МТ-зондирований (МТЗ), или степени точности, с которой можно определить параметры (σi, hi) i-го слоя геоэлектрического разреза, i=1, 2, …, N, где N — число слоев в разрезе. На практике речь идет о распознавании геоэлектрических структур, вычленении зон аномальной проводимости и т. п.
Как известно [Бердичевский и др., 1986], при помощи метода МТЗ, обладающего большой глубинностью, оценивается проводимость сравнительно крупных структур земной коры. Так, в работе [Мороз и др., 2008] оценивается разрешающая способность МТ-зондирований для определения наличия проводящих зон под Камчаткой и магматических зон под вулканами. Показано, что выделение на кривых МТЗ проводящих слоев с удельным сопротивлением ρ~10 Ом•м оказывается затруднительным, если мощность слоя h≤1.5 км. При этом достаточно тонкие слои мощностью от десятков до первых сотен метров проводящих рудных залежей или залежей углеводородов, обладающих высоким сопротивлением (ρ~1011 Ом•м), этим методом неразличимы. Использование импеданса Тихонова–Каньяра Z0, например,для мониторинга проводимости очага землетрясения также остается проблематичным в силу его малой чувствительности [Жданов, 1986]. Давая оценку сложившейся в магнитотеллурике ситуации, авторы работы [Морозова и др., 1998] приходят к выводу, что «точность методов естественных полей оказывается недостаточной в свете требований, предъявляемых к изучению геоэлектрического строения земной коры и вариаций электропроводности». Разумеется, речь идет о методах интерпретации МТ-полей в рамках модели однородной плоской волны, исключающей Hz- и Еz-компоненты.
Первые попытки интерпретации полного (6-компонентного) МТ-поля, выполненные для Украинского кристаллического щита способом аналитического продолжения коэффициентов отражения вниз [Четаев и др., 1984], свидетельствовали о его более высокой, по сравнению с методом МТЗ, разрешающей способности. При решении обратной задачи дирекционных МТЗ (ДМТЗ) методом невязки [Cавин, Израильский, 1985] было показано, что метод в принципе не имеет ограничений на разрешающую способность. Одновременно выяснилось, что малые погрешности при измерении импедансов, превышающие первые проценты, приводят к ухудшению устойчивости обратной задачи. Следовательно, при оценке чувствительности метода нельзя игнорировать степень точности полевых импедансных измерений.
Таким образом, проблема разрешающей способности ДМТЗ требует дальнейшего изучения как в применении к различным задачам геоэлектрики, так и в отношении того или иного способа решения обратной задачи.
1. Berdichevsky M.N., Van’yan L.L., Dmitriyev V.I. Interpretation of deep MT soundings. Fizika Zemli [Physics of the Earth]. 1986, no. 12, pp. 24-38 (in Russian).
2. Chetayev D.N. Directional Analysis of Magnetotelluric Measurements.Moscow, IPE RAS Publ., 1985, 228 p. (in Russian).
3. Chetayev D.N., Os’makov A.N., Matveichev M.V., Chernyshov A.K. Interpretation of directional MTS with the method of analytic continuation. Izvestiya AN SSSR. Fizika Zemli[Izvestiya of the Academy of Sciences of the USSR. Physics of the Solid Earth].1984, no. 4, pp. 75-82 (in Russian).
4. Dmitriyev V.I. Stratified medium impedance for inhomogeneous plane wave.Izvestiya AN SSSR. Fizika Zemli[Izvestiya of the Academy of Sciences of the USSR. Physics of the Solid Earth].1970, no. 7, pp. 63-68 (in Russian).
5. Moroz Yu.F., Laguta N.A., Moroz T.I. Magnetotelluric sounding of Kamchatka. Vulkanologiya i Seismologiya [Volcanology and Seismology].2008, no. 2, pp. 1-13 (in Russian).
6. Morozova G.M., Mainshtein A.K., El’tsov I.N. Deep electromagnetic soundings with controlled source. Geophysical Methods of Studying the Earth’s Crust. National Geophysical Conference: Proceedings. Novosibirsk, SB RAS Publ., 1998, pp. 57-62 (in Russian).
7. Poisk Elektromagnitnykh Predvesnikov Zemletryasenii [Search of Electromagnetic Predictors of Earthquakes]. Moscow, IPE AS RAS Publ., 1988.243 p. (in Russian).
8. Savin M.G., Izrail’sky Yu.G.The inverse problem of directional MTS. Izvestiya AN SSSR. Fizika Zemli [Izvestiya of the Academy of Sciences of the USSR. Physics of the Solid Earth].1985, no. 12, pp. 61-70 (in Russian).
9. Savin M.G., Izrail’sky Yu.G., Os’makov A.N. On Directional Magnetotelluric Soundings.Preprint of Computing Center of the Far East Scientific Center AS USSR.Vladivostok, 1982, pp. 1-34 (in Russian).
10. Savin M.G., Smagin S.I. Using MHD generators in geophysical research in the Far East.Vestnik DVO RAN [Bulletin of FEB RAS].2004, pp. 129-137 (in Russian).
11. Struktura Elektomagnitnogo Polya Geomagnitnykh Pulsatsii [Structure of Electromagnetic Field of Geomagnetic Pulsations]. Moscow, Nauka Publ., 1980, 220 p. (in Russian).
12. Van’yan L.L. Elektromagnitnye zondirovaniya [Electromagnetic soundings].Moscow, Nauchny Mir Publ., 1997, 216 p. (in Russian).
13. Zhdanov M.S. Elektrorazvedka [Electrical prospecting]. Moscow, Nedra Publ., 1986, 316 p. (in Russian).
