Хабаровск, Россия
Владивосток, Россия
Исследуются аномалии магнитотеллурического поля в диапазоне Рс3 геомагнитных пульсаций. Приводятся экспериментальные данные по регистрации поля Рс3, обнаруживающие отрицательные (из земли в воздух) потоки энергии Sz<0 и коэффициенты отражения |Q|>1. На основании модели неоднородной плоской волны (модель Четаева) делается попытка аналитической интерпретации аномалий потоков энергии. В результате математического эксперимента найдены две трехслойные модели, в которых не только электрическая, но и магнитная мода удовлетворяет условию |Qh|>1. Обсуждается возможность объяснения наблюдаемых эффектов в рамках резонансной модели неоднородная плоская волна — слоистая среда.
Магнитотеллурическое зондирование, геомагнитные пульсации, импедансы слоистых сред, математический эксперимент
ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальные исследования магнитотеллурического (МТ) поля обнаруживают целый ряд эффектов, не согласующихся с моделью однородной вертикально падающей плоской волны [Тихонов, 1950]. Прежде всего, это всюду наблюдаемая горизонтальная неоднородность МТ-поля, которая по традиции объяснялась наличием горизонтальных неоднородностей среды. В 1969 г. профессор Дмитрий Николаевич Четаев [Четаев, 1969] предложил модель локального описания МТ-поля в окрестности точки наблюдения неоднородной плоской волной, распространяющейся горизонтально вдоль поверхности Земли. «Возможность локального описания поля именно плоской волной, - писали авторы [Четаев и др., 1980], - является следствием его непрерывности. В достаточно малой окрестности, где пространственные изменения компонент поля линейны, естественно аппроксимировать поле плоской волной, определяемой этими линейными приращениями комплексных амплитуд». Дальнейшие размышления привели Четаева к созданию дирекционного анализа (модели Четаева). Предпосылки и история его построения подробно описаны в работах [Четаев и др., 1980; Четаев, 1985]. Ключевая идея дирекционного анализа - возможность исследования благодаря определению комплексных горизонтальных компонент волнового вектора kх, kу из уравнений Максвелла (в слое с проводимостью σ) фазовых скоростей горизонтального распространения МТ-поля, пространственных затуханий, направления распространения волны (дирекционного угла), элементов эллипсов поляризации и кажущегося сопротивления разреза. Дирекционный анализ дает инструмент для разделения полного МТ-поля на пятикомпонентные h- (Нz≠0) и e- (Ez≠0) моды. Благодаря тщательно выполненным экспериментам [Четаев и др., 1980] Четаеву с сотрудниками удалось объяснить горизонтальную неоднородность МТ-поля не влиянием горизонтальных неоднородностей среды, а лишь свойствами неоднородной плоской волны, реализуемой суперпозицией горизонтально распространяющихся неоднородных h- и e-мод. Хотя ответ на вопрос о природе Еz-компоненты до сих пор неоднозначен [Анисимов и др., 1993], специалисты уже не ставят под сомнение возможность использования дирекционного анализа на высокоомных разрезах.
Существуют по крайней мере два эффекта в МТ-поле, не получившие теоретического обоснования. Речь идет о необычном направлении (из земли в воздух) вертикальной компоненты вектора Пойнтинга Sz и аномалиях коэффициента отражения Q. Подобные факты были обнаружены в целом ряде экспериментальных работ (см. ниже). В статье рассматриваются аномальные потоки энергии Sz<0 и коэффициенты отражения |Q|>1 с точки зрения дирекционного анализа.
1. Анисимов С.В., Курнева Н.А., Пилипенко В.А. Вклад электрической моды в поле геомагнитных Рс3, 4 пульсаций // Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т. 33, № 3. С. 35-41.
2. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: АКИН СССР, 1957. 502 с.
3. Гульельми А.В. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. 208 с.
4. Дмитриев В.И. Импеданс слоистой среды для неоднородной плоской волны // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1970. № 7. С. 63-68.
5. Мороз Ю.Ф. Электропроводность земной коры и верхней мантии Камчатки. М.: Наука, 1991. 193 с.
6. Никифоров В.М., Альперович И.М., Гаврилов А.Н. Результаты электромагнитного зондирования Сахалина // Докл. АН СССР. 1985. Т. 285. С. 678-681.
7. Савин М.Г. О модели импульсной геомагнитной вариации и МТ-зондированиях // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1986. № 9. С. 64-74.
8. Савин М.Г., Израильский Ю.Г. Обратная задача дирекционных МТЗ // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1986. № 12. С. 61-70.
9. Савин М.Г., Израильский Ю.Г. Эффект Бреховских в электродинамике // Докл. АН СССР. 1991. Т. 321, № 5. С. 971-974.
10. Савин М.Г., Никифоров В.М., Харахинов В.М. Об аномалиях вертикальной электрической компоненты МТ-поля на Северном Сахалине // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1991. № 12. С. 100-108.
11. Стрэттон Дж. Теория электромагнетизма. М.-Л.: Гостехиздат, 1948. 539 с.
12. Тихонов А.Н. Об определении электрических характеристик глубоких слоев земной коры // Докл. АН СССР. 1959. Т. 72, № 2. С. 296-297.
13. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1977. Т. 5. 347с.
14. Четаев Д.Н. Об определении электропроводности пород земной коры в условиях естественного залегания. IХ Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тезисы докл. Ч. 2. Харьков, 1969. С. 304-307.
15. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений. М.: ИФЗ АН СССР. 1985. 228 с.
16. Четаев Д.Н., Моргунов В.А., Шаманин С.В. и др. Экспериментальное опробование математической модели описания поля геомагнитных пульсаций по данным трех наблюдательных пунктов / Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций. М.: Наука, 1980. С. 4-48.
17. Четаев Д.Н., Осьмаков А.Н., Матвеичев М.В., Чернышов А.К. Интерпретация дирекционных МТЗ способом аналитического продолжения // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1984. № 4. С. 75-82.
18. Шауб Ю.Б. Энергетические параметры МТ поля. М.: Наука, 1982. 146 с.
19. Шауб Ю.Б., Копылков В.Р., Старжинский С.С. Об аномальных потоках энергии МТ поля // Докл. АН СССР. 1976. Т. 127, № 1. С. 87-90.
