Электромагнитные зондирования

Толщина земной коры в Сибири

Электрические свойства пород на глубине определяются температурой. В однородной по составу и фазовому состоянию среде зависимость r от температуры:

r(Т) = r₀ exp (E ₀ / 2 kT). E ₀ ~ 3 эВ (5×10⁻¹⁹ Дж).

Коэффициенты r₀ и E ₀ различны для полупроводников с электронно-дырочной проводимостью и диэлектриков с ионной проводимостью. Роль таких сред меняется с глубиной: в верхах земной коры преобладает ионная проводимость, а в глубокой литосфере и мантии важнее полупроводниковая.

Для уменьшения сопротивления на порядок достаточно роста температуры на ~ 40 К.

В астеносфере – области частичного плавления вещества мантии уменьшение сопротивлении достигает 4 порядков.

Ведущий метод – МТЗ. В качестве зондирующего поля используются магнитные вариации:

· магнитные бури продолжительностью 1-3 суток, в главной фазе которых Н меняется на сотни нанотесл за время от часов до суток;

· внезапные начала магнитных бурь, имеющие вид импульсов, в которых Н возрастает на 50-100 нТл за время около 5 мин.;

· солнечно-суточные вариации с изменениями ГМП (с 8 до 16 часов LT) и амплитудой в Н до 50 нТл в средних широтах, коррелируются по местному времени, то есть на прямую зависит от положения солнца;

· бухтообразные возмущения ГМП продолжительностью 1-3 часа с амплитудой Н около 100−200 нТл в высоких широтах и 10−50 нТл в низких широтах;

· пульсации – квазипериодические вариации разных типов и периодов колебаний (от долей секунды до нескольких минут), амплитуда достигает сотен нанотесл.

Характеристикой разреза является входной импеданс Z

Z = E _j / H_q = - E _q / H _j.

Значение импеданса не зависит от пространственной структуры поля, компоненты электрического и магнитного полей одинаково изменяются в плане. Условие применимости модели Тихонова–Каньяра: глубина исследования на порядок меньше длины волны.

МТЗ имеет преимущества по сравнению с ВЭЗ: возможность изучения разрезов, перекрытых плохо проводящими экранами, исключение влияния анизотропии слоистых разрезов, более высокая разрешающая способность при изучении больших глубин.

Есть и техническое преимущество – не требуются наблюдения на больших разносах. Этот метод имеет много большую глубинность, чем методы частотного зондирования и зондирования становлением поля.

Частотная характеристика геоэлектрического разреза МТЗ – кажущееся сопротивление r _Т. Интерпретация кривых зондирований (Z _n в функции √ Т) производится путем сравнения с теоретическими амплитудными кривыми

(r _Т / r₁ в функции l ₁ / h ₁).

r_Т = 0,2 Т | Z _n|²,

| Z _n| = | E _x / H _y| - входной импеданс; r₁ – продольное удельное сопротивление верхнего слоя; Т – период; l ₁ / h ₁ - длина волны в первом слое, отнесенная к его толщине.

Теоретические кривые строятся из решения прямых задач для горизонтально-слоистой среды. Входной импеданс Z _n связан с приведенным импедансом R _n соотношением

Z _n = -(iw / k ₁) R _n; k ₁ = волновое число для первого слоя.

МЕТОДЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ГЕОФИЗИКИ - 2
ЛЕКЦИЯ 4

Дата добавления: 2014-01-20