Изучение анизотропии мерзлых пород на полигоне Хановей (Республика Коми) по данным радиомагнитотеллурических зондирований c контролируемым источником и электротомографии
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2023.405Аннотация
Представлены результаты совместной инверсии данных радиомагнитотеллурических зондирований c контролируемым источником (РМТ-К) и электротомографии (ЭТ), полученных на мерзлотном полигоне Хановей под Воркутой. Геологический разрез в районе работ сложен четвертичными водно-ледниковыми, озерно-ледниковыми и аллювиальными отложениями мощностью до 60 м, перекрывающими толщу песчаников, алевролитов и аргиллитов пермского возраста. Работы РМТ-К проводились с использованием в качестве источника заземлённой электрической линии длиной 480 м в диапазоне частот 1-1000 кГц. Выполнено сравнение результатов различных вариантов инверсии: 1) изотропной одномерной (1D) инверсии данных РМТ-К; 2) изотропной двумерной (2D) инверсии отдельно данных РМТ-К и ЭТ; 3) совместной анизотропной 1D инверсии данных РМТ-К и ЭТ. По результатам совместной анизотропной инверсии данных РМТ-К в дальней и промежуточной зонах источника и данных ЭТ выявлена связанная с горизонтальной слоистостью вертикальная анизотропия мёрзлых четвертичных глинистых отложений, залегающих в интервале глубин от 2 до 15-20 м, и определены ее параметры: горизонтальное и вертикальное удельное сопротивление и коэффициент анизотропии. На геоэлектрическом разрезе, полученном по данным ЭТ, мощность анизотропного слоя мерзлых глинистых отложений существенно завышена. Для средней части разреза, в интервале глубин от 15-20 до 60 70 м, характерны относительно низкие значения удельного сопротивления (десятки омметров). Это согласуется с результатами предшествующих исследований, согласно которым верхняя часть толщи пермских отложений находится в талом состоянии и является трещиноватой и водонасыщенной. В основании геоэлектрического разреза по данным РМТ-К выявлен высокоомный слой (сотни омметров). Значительное увеличение удельного сопротивления пермских пород с глубиной подтверждается данными вертикальных электрических зондирований, выполненных ранее на Хановейской площади.
Ключевые слова:
многолетнемёрзлые породы, анизотропия электрических свойств, электротомография, радиомагнитотеллурические зондирования, контролируемый источник
Скачивания
Библиографические ссылки
Бердичевский, М. Н. и Дмитриев, В. И. (2009). Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир.
Бобачев, А. А., Горбунов, А. А., Модин, И. Н., Шевнин, В. А. (2006). Электротомография методом сопротивлений и вызванной поляризации. Приборы и системы разведочной геофизики, 2, 14-17.
Бороздин, Ю. Г. и Белкин, В. И. (1972). Отчет о работе Хановейской комплексной геофизической партии № 6/70-71 на Хановейской и Елец-Кечпельской площадях с целью поисков и оконтуривания предполагаемых синклинальных структур. М.: ФГБУ «Росгеолфонд».
Ваньян, Л. Л. (1965). Основы электромагнитных зондирований. М.: Недра.
Ершов, Э. Д. (2002). Общая геокриология. М.: Изд-во МГУ.
Иванов, П. В., Алексеев, Д. А., Бобачев, А. А., Пушкарев, П. Ю., Яковлев, А. Г. (2011). О комплексировании методов вертикального электрического зондирования и зондирования становлением поля в ближней зоне. Инженерные изыскания, 11, 42-51.
Каминский, А. Е., Ерохин, С. А., Шлыков, А. А. (2015). Совместная двумерная инверсия данных электротомографии и РМТ/АМТ. Геофизика, 4, 32-39.
Котов, П. И. и Гордеева, Г. И., ред. (2022). Пособие по Воркутинской геокриологической научно-учебной практике. М.: Изд-во МГУ.
Краев, А. П. (1965). Основы геоэлектрики. 2-е изд. Л.: Недра.
Рекомендации по определению физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов геофизическими методами (1989). М.: Стройиздат.
Сараев, А. К., Симаков, А. Е., Шлыков, А. А. (2014). Метод радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником. Геофизика, 1, 18-25.
Федосеева, Н. И., Степанова, Л. К., Федоришин, И. Б. (2011). Подсчет эксплуатационных запасов подземных вод для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения железнодорожных станций Хановей и Чум. [отчет] М.: ФГБУ «Росгеолфонд».
Фролов, А. Д. (1998). Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН.
Шевнин, В. А., ред. (2012). Изучение анизотропии в методе сопротивлений: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ.
Шевнин, В. А., Бобачев, А. А., Модин, И. Н., Ялов, Т. В. (2013). Различие результатов гальванических и индуктивных методов, новые примеры для ДИП и БИЭП. Записки Горного института, 200, 104-107.
Шлыков, А. А. (2014). Программа для моделирования электромагнитного поля кабеля конечной длины (CS1D). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014664164; заявл. 30.12.2014; зарег. 21.04.2015.
Bastani, M. (2001). EnviroMT - a new controlled source/radiomagnetotelluric system. PhD thesis. Uppsala: Uppsala University.
Briggs, M. A., Campbell, S., Nolan, J., Walvoord, M. A., Ntarlagiannis, D., Day-Lewis, F. D., Lane, J. W. (2017). Surface geophysical methods for characterising frozen ground in transitional permafrost landscapes. Permafrost and Periglacial Processes, 28 (1), 52-65. https://doi.org/10.1002/ppp.1893
Candansayar, M. E. and Tezkan, B. (2008). Two-dimensional joint inversion of radiomagnetotelluric and direct current resistivity data. Geophysical Prospecting, 56, 737-749. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.2008.00695.x
Dahlin, T. (2001). The development of DC resistivity imaging techniques.Computers & Geosciences, 27, 1019-1029. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(00)00160-6
Demirci, I., Candasayar, E. M., Vadidis, A., Soupios, P. (2017). Two-dimensional joint inversion of direct current resistivity, radio-magnetotelluric and seismic refraction data: An application from Bafra Plain, Turkey. Journal of Applied Geophysics, 139, 316-330. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2017.03.002
Hauck, C. (2013). New concepts in geophysical surveying and data interpretation for permafrost terrain. Permafrost and Periglacial Processes, 24 (2), 131-137. https://doi.org/10.1002/ppp.1774
Jupp, D. L. B. and Vozoff, K. (1977). Resolving anisotropy in layered media by joint inversion. Geophysical Prospecting, 25, 460-470. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.1977.tb01181.x
Kalscheuer, T., Garcia, M., Meqbel, N., Pedersen, L. B. (2010). Non-linear model error and resolution properties from two-dimensional single and joint inversions of direct current resistivity and radiomagnetotelluric data. Geophysical Journal International, 182, 1174-1188. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04686.x
Key, K. (2016). MARE2DEM: A 2-D inversion code for controlled-source electromagnetic and magneto-telluric data. Geophysical Journal International, 207 (1), 571-588. https://doi.org/10.1093/gji/ggw290
Kneisel, C., Hauck, C., Fortier, R., Moorman, B. (2008). Advances in geophysical methods for permafrost investigations. Permafrost and Periglacial Processes, 19 (2), 157-178. https://doi.org/10.1002/ppp.616
Loke, M. H., Chambers, J. E., Rucker, D. F., Kuras, O., Wilkinson, P. B. (2013). Recent developments in the direct-current geoelectrical imaging method. Journal of Applied Geophysics, 95, 135-156. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2013.02.017
Maillet, R. (1947). The fundamental equations of electrical prospecting. Geophysics, 12, 529-556. https://doi.org/10.1190/1.1437342
Marquardt, D. W. (1963). An algorithm for least-squares estimation of non-linear parameters. SIAM Journal on Applied Mathematics, 11, 431-441. https://doi.org/10.1137/0111030
Raiche, A. P., Jupp, D. L. B., Rutter, H., Vozoff, K. (1985). The joint use of coincident loop transient electromagnetic and Schlumberger sounding to resolve layered structures. Geophysics, 50, 1618-1627. https://doi.org/10.1190/1.1441851
Rossi, M., Dal Cin, M., Picotti, S., Gei, D., Isaev, V. S., Pogorelov, A. V., Gorshkov, E. I., Sergeev, D. O., Kotov, P. I., Giorgi, M., Rainone, M. L. (2022). Active layer and permafrost investigations using geophysical and geocryological methods - a case study of the Khanovey area, near Vorkuta, in the NE European Russian Arctic. Frontiers in Earth Science, 10:910078. https://doi.org/10.3389/feart.2022.910078
Saraev, A. K., Shlykov, A. A., Tezkan, B. (2022). Application of the controlled source radiomagnetotellurics (CSRMT) in the study of rocks overlying kimberlite pipes in Yakutia/Siberia. Geosciences, 12 (1), 34. https://doi.org/10.3390/geosciences12010034
Saraev, A. K., Shlykov, A. A., Bobrov, N. Y. (2023). Tensor CSRMT system with horizontal electrical dipole sources and prospects of its application in Arctic permafrost regions. Eng, 4 (1), 569-580. https://doi.org/10.3390/eng4010034
Saraev, A., Simakov, A., Shlykov, A., Tezkan, B. (2017). Controlled-source radiomagnetotellurics: A tool for near surface investigations in remote regions. Journal of Applied Geophysics, 146, 228-237. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2017.09.017
Shlykov, A. A. and Saraev, A. K. (2015). Estimating the Macroanisotropy of a Horizontally Layered Section from Controlled Source Radiomagnetotelluric Soundings. Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 51 (4): 583-601. https://doi.org/10.1134/S1069351315040102
Shlykov, A., Saraev, A., Agrahari, S. (2019). Study of the anisotropy of horizontally layered section using data of the controlled source radiomagnetotellurics. Geophysica, 54 (2), 3-21.
Shlykov, A., Saraev, A., Agrahari, S., Tezkan, B., Singh, A. (2021). One-dimensional laterally constrained joint anisotropic inversion of CSRMT and ERT Data. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 6, 35-48. https://doi.org/10.32389/JEEG20-060
Shlykov, A., Saraev, A., Tezkan, B. (2020). Study of a permafrost area in the northern part of Siberia using controlled source radiomagnetotellurics. Pure and Applied Geophysics, 177 (12), 5845-5859. https://doi.org/10.1007/s00024-020-02621-x
Tananaev, N., Isaev, V., Sergeev, D., Kotov, P., Komarov, O. (2021). Hydrological connectivity in a permafrost tundra landscape near Vorkuta, North-European Arctic Russia. Hydrology, 8 (3), 106. https://doi.org/10.3390/hydrology8030106
Zonge, K. L. and Hughes, L. J. (1991). Controlled-source audio-frequency magnetotellurics. In: M. N. Nabighian, ed., Electromagnetic methods in applied geophysics. SEG, 2. 713-809. https://doi.org/10.1190/1.9781560802686.ch9
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
