Хабаровск, Россия
Поставлена задача изучения разрешающей способности метода дирекционных магнитотеллурических зондирований (ДМТЗ). Показано, что резкие изменения импедансов электрического и магнитного типов в критической области параметров R~0, J~ωµσ приводят к существенному повышению разрешающей способности метода по сравнению с традиционной интерпретацией при помощи импеданса Тихонова–Каньяра. Рассматривается проблема устойчивости решения обратной задачи метода ДМТЗ с учетом погрешностей полевых измерений импедансов, накладывающих ограничения на разрешающую способность. Определен нижний предел этих ограничений для малых вариаций проводимости ∆σ/σ. Для изучения разрешающей способности метода ДМТЗ применительно к задаче магнитотеллурического мониторинга очага землетрясения выполнен математический эксперимент для трехслойной геоэлектрической модели. Показано, что при изменении проводимости очага ∆σ~±10 % вариации коэффициента отражения электрической моды находятся в пределах 20 %, что существенно превышает погрешность полевых измерений. Обсуждается возможность построения прогностических моделей в свете полученных результатов.
разрешающая способность, магнитотеллурическое зондирование, импедансные измерения, прогноз землетрясений
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. Бердичевский М.Н., Ваньян Л.Л., Дмитриев В.И. Интерпретация глубинных МТ-зондирований // Физика Земли. 1986. № 12. С. 24-38.
2. Ваньян Л.Л. Электромагнитные зондирования. М.: Научный мир, 1997. 216 с.
3. Дмитриев В.И. Импеданс слоистой среды для неоднородной плоской волны // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1970. № 7. С. 63-68.
4. Жданов М.С. Электроразведка. М.: Недра, 1986. 316 с.
5. Мороз Ю.Ф., Лагута Н.А., Мороз Т.И. Магнитотеллурическое зондирование Камчатки // Вулканология и сейсмология. 2008. № 2. С. 1-13.
6. Морозова Г.М., Манштейн А.К., Ельцов И.Н. Глубинные электромагнитные зондирования с контролируемым источником // Геофизические методы изучения земной коры: Сб. научн. докл. Всероссийской геофиз. конф. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. С. 57-62.
7. Поиск электромагнитных предвестников землетрясений. М.: ИФЗ АН СССР, 1988. 243 с.
8. Савин М.Г., Израильский Ю.Г. Обратная задача дирекционных МТЗ // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1985. № 12. С. 61-70.
9. Савин М.Г., Смагин С.И. Применение МГД-генераторов в геофизических исследованиях на Дальнем Востоке // Вестник ДВО РАН. 2004. С. 129-137.
10. Савин М.Г., Израильский Ю.Г., Осьмаков А.Н. О дирекционных магнитотеллурических зондированиях / Препринт ВЦ ДВНЦ АН СССР. Владивосток. 1982. С. 1-34.
11. Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций. М.: Наука, 1980. 220 с.
12. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических измерений. М.: ИФЗ РАН, 1985. 228 с.
13. Четаев Д.Н., Осьмаков А.Н., Матвеичев М.В., Чернышев А.К. Интерпретация дирекционных МТЗ способом аналитического продолжения // Изв. АНСССР. Физика Земли. 1984. № 4. С. 75-82.
