Глубинные электромагнитные зондирования литосферы с естественными и мощными контролируемыми источниками с учетом влияния свойств волновода Земля-ионосфера, статических искажений, горизонтальной неоднородности и анизотропии верхней части земной коры и геодинамические модели напряжённо-деформированного состояния земной коры восточной части Фенноскандинавского щита.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-17-00208

НазваниеГлубинные электромагнитные зондирования литосферы с естественными и мощными контролируемыми источниками с учетом влияния свойств волновода Земля-ионосфера, статических искажений, горизонтальной неоднородности и анизотропии верхней части земной коры и геодинамические модели напряжённо-деформированного состояния земной коры восточной части Фенноскандинавского щита.

Руководитель Шевцов Александр Николаевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук» , Мурманская обл

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-406 - Электромагнитное поле, электропроводность

Ключевые слова электромагнитные зондирования, электропроводность, геотермия, реология, дилатансия, мощные контролируемые источники, промышленные линии электропередачи, литосфера, Балтийский щит

Код ГРНТИ37.15.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на исследование электропроводности континентальной литосферы земной коры на основе результатов предыдущих и новых экспериментов по электромагнитному зондированию с мощными контролируемыми источниками (промышленные линии электропередачи и т. Д.). Цели проекта - разработка методов учета влияния свойств волновода Земля-ионосфера, статических искажений, горизонтальной неоднородности и анизотропии верхней коры на результаты глубинного электромагнитного зондирования литосферы. Проект предусматривает проведение электромагнитного зондирования литосферы с контролируемыми и естественными источниками. Комплексные измерения поля контролируемых источников и аудиомагнитотеллурического поля естественного происхождения позволят получить количественные оценки статических искажений, учесть горизонтальную неоднородность и анизотропию проводимости верхней коры. Измерения с управляемым источником на расстояниях свыше 200 км позволят исследовать и учесть свойства волновода Земля-ионосфера в широком диапазоне частот и тем самым уменьшить неопределенность в распределении глубинной электропроводности при решении обратной задачи с использованием одномерных и двумерных программ. Для проведения электромагнитных зондирований планируется использовать новый мобильный генератор «Энергия-5» мощностью 50 кВт, который будет создан. В рамках проекта будут использованы новые цифровые технологии управления генерируемым сигналом и система регистрации параметров генерации и силы тока в источнике. Использование нового генератора для измерений с дипольными источниками в сочетании с измерениями АМТ-МТ и измерениями поля заземленных участков ЛЭП позволит значительно повысить точность измерений составляющих электромагнитного поля источника и амплитудно-фазовых характеристик компоненты тензора импеданса. Для учета влияния свойств волновода Земля-ионосфера планируется провести синхронную обработку данных прецизионных измерений поля заземленных участков ЛЭП в ряде реперных точек, имеющих известные геоэлектрические разрезы. Планируется провести новые измерения с целью детализации выявленной ранее аномалии глубинной электропроводности в зонах сочленения крупных малопроводящих блоков земной коры Карельского мегаблока Фенноскандинавского щита для оценки влияния комплекса осложняющих факторов. факторов в верхней части электрического сечения и для уточнения области аномалии поперечного сопротивления. Для интерпретации будет использован набор программ для решения одномерных и двумерных обратных задач методов электромагнитных исследований с контролируемым источником - горизонтальным электрическим диполем и полем АМТ-МТ в виде плоской волны. Новые данные позволят снизить неопределенность оценок глубинной электропроводности литосферы Фенноскандинавского щита. Важным элементом проекта, определяющим его актуальность, является внедрение последних достижений в изучении хрупко-пластического поведения горных пород с учетом флюидного режима литосферы при интерпретации геофизических данных. Для этого планируется провести компьютерное моделирование современного напряженно-деформированного состояния земной коры с использованием известных комплексных моделей литосферы и новых данных по глубинной электропроводности. Подобные подходы к изучению современного естественного напряженно-деформированного состояния развиваются в тектонофизике, поэтому данная проблема является актуальным приложением тектонофизических методов в области интерпретации геофизических данных.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. П.Е. Терещенко INFLUENCE OF THE EXTERNAL IONOSPHERE ON THE MAGNETIC FIELD OF THE CONTROLLED SOURCE IN THE FREQUENCY RANGE 0.4–10 Hz Seismic Instruments (год публикации - 2023)
10.21455/std2022.2-4

2. А.Н. Шевцов, А.Е. Ганнибал, Т.Г. Короткова, А.А. Скороходов RESULTS OF 2D INVERSION OF DEPTH DATA ELECTROMAGNETIC PROBING WITH INDUSTRIAL POWER LINES (FENICS EXPERIMENT) Seismic Instruments, Volume 58, pages S302–S310, (2022) (год публикации - 2023)
10.3103/S0747923922080114

3. В.В. Колобов, М.Б. Баранник, В.В. Ивонин GENERATION OF ELF-ULF RADIATION USING INDUSTRIAL OHPLs IN THE FENICS-2019 EXPERIMENT Seismic Instruments (год публикации - 2023)

4. Терещенко П. Е. Локализация заглубленного источника низкочастотного электромагнитного излучения по результатам измерения магнитного поля в разнесенных в пространстве точках Распространение радиоволн. Сборник докладов XXVIII Всероссийской открытой научной конференции. Редколлегия: Д.С. Лукин, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова [и др.]. Йошкар-Ола, 2023, Распространение радиоволн. Сборник докладов XXVIII Всероссийской открытой научной конференции. Редколлегия: Д.С. Лукин, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова [и др.]. Йошкар-Ола, 2023. – с. 337-340. (год публикации - 2023)

5. Шевцов А.Н., Моторин А.Ю. Математическое моделирование сейсмического волнового поля в присутствии глубинных разломов на профиле Ковдор-Кировск Тезисы докладов XVII Международной сейсмологической школы "Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных". г.Ташкент, 2023., Тезисы докладов XVII Международной сейсмологической школы "Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных". г.Ташкент, 2023. (год публикации - 2023)

6. Мягков Д.С., Бондарь И.В. Напряжённое состояние Фенноскандии. Сравнение данных тектонофизики и математического моделирования Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2023. 20. С. 626–631 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.079

7. Пилипенко В.А., Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Шевцов А.Н. О возможности экспериментов по возбуждению искусственных УНЧ излучений в ионосфере установкой FENICS на Кольском полуострове Известия Российской академии наук. Серия физическая, Том 88, № 3 (2024), с. 386-394 (год публикации - 2024)
10.31857/S0367676524030079

8. Пилипенко В.А., Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Шевцов А.Н. The Possibility of Experiments on Generating Artificial Ultra-Low-Frequency Radiation in the Ionosphere Using the FENICS Transmitter on the Kola Peninsula Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Volume 88, pages 331–337, (2024) (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873823705482

9. Колобов В.В., Ивонин В.В. The Karelia-2023 Experiment on Remote Electromagnetic Sounding of the Earth's Crust AIP Conference Proceedings (год публикации - 2025)

10. Ивонин В.В. Calculation of the Inductive Component of the Total Longitudinal Impedance of the Dipole AIP Conference Proceedings (год публикации - 2025)

Публикации

9. Колобов В.В., Ивонин В.В. The Karelia-2023 Experiment on Remote Electromagnetic Sounding of the Earth's Crust AIP Conference Proceedings (год публикации - 2025)

10. Ивонин В.В. Calculation of the Inductive Component of the Total Longitudinal Impedance of the Dipole AIP Conference Proceedings (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 отчётном году были достигнуты следующие результаты: Обработка данных эксперимента Ковдор-2023 Была выполнена обработка данных эксперимента Ковдор-2023. Для этого был усовершенствован алгоритм обработки применённый для данных экспериментов FENICS. Обработка данных выполнена по значениям модулей полных векторов электрического и магнитного полей и по модулю полного импеданса. Поиск полезного сигнала CSAMT во временных рядах измеренных компонент электромагнитного поля проводился в автоматическом режиме, синхронно с обработкой временных рядов сигнала источника. Благодаря новой системе регистрации, удалось получить записи сигналов в точке наблюдения, синхронизированных с источником с помощью GPS. . Это позволило определять фазовые характеристики компонент поля относительно источника. Фазовые характеристики необходимы для передачи максимально полной информации о среде программе инверсии. Программа MARE2DEM, с помощью которой осуществлялась инверсия данных, требует оценки фаз относительно тока. Новая модель в целом согласуются с результатами предыдущих исследований в этом районе. Получен геоэлектрический разрез с дополнительной информацией о верхней части разреза (1–3 км) в 7-ми точках, что позволяет выявлять неоднородности близ поверхности, но не сильно влияет на глубинную часть разреза. Обработка данных эксперимента Карелия-2023 Выполнена обработка данных эксперимента Карелия-2023. Поскольку процедура измерений и применяемая аппаратура в ходе эксперимента полностью соответствовала эксперименту Ковдор-2023, был применён тот же алгоритм синхронной обработки и инверсии данных. По результатам синхронной обработки, аналогичной обработки данных по эксперименту Ковдор-2023, была выполнена двумерная инверсия магнитотеллурических кривых и совместная инверсия магнитотеллурических и частотных данных по профилю, являющемуся продолжением профиля SVEKA с помощью программы MARE2DEM. В центральной части наблюдается зона повышенного удельного сопротивления, в районе расположения источника частотного зондирования с включениями небольших проводящих областей. Она совпадает с аномалией пониженного поперечного сопротивления, обнаруженной в ходе эксперимента FENICS-2007. Таким образом, эта зона представляет собой несколько более сложную неоднородную по удельному сопротивлению зону. Для формирования более полной картины будет проведена инверсия данных с учётом результатов экспериментов FENICS. Эксперимент FENICS-2024. Основным этапом работ по проекту в 3м отчётном году было проведение эксперимента FENICS-2024 (Fennoscandian Electrical Conductivity with Natural&Controlled Sources) по глубинному электромагнитному зондированию литосферы с применением мощного контролируемого источника. Данный эксперимент – пятый в серии, начатой в 2007 году. Стоит отметить, что подобные масштабные эксперименты в нынешнее время практически нигде не применяются, ввиду огромной сложности и трате ресурсов. У нашей группы есть благоприятная возможность проводить подобные эксперименты, благодаря сотрудничеству с Россети и наличию компетентных исполнителей. Необходимо было выполнить 2 задачи. Усовершенствование генератора Энергия-5. В отличие от экспериментов прошлых лет в FENICS-2024 в качестве субмеридиональная линия использовалась ВЛ «Выходной–Оленегорск». Так как раннее работы на данной линии не проводились для КНЧ-генератора было разработано новое согласующее устройство, имеющее диапазон изменения суммарной емкости 16 – 6000 мкФ. Измерения и обработка данных. В ходе эксперимента удалось измерить сигнал искусственного источника в 17 точках; в 13 точках со станцией VMTU-10 и в 4 точках со станцией КВВН-7. Кроме того, выполнены измерения магнитотеллурического (естественного) поля в 3 точках со станцией VMTU-10. Измерения выполнялись в синхронном режиме, аналогично измерениям в экспериментах Ковдор-2023 и Карелия-2023. Обработка также велась по аналогичным процедурам. После завершения процесса обработки измеренных данных, полученные результаты использованы посредством разработанных ранее процедур для подготовки файлов, необходимых для работы программы MARE2DEM. На данном этапе выполнена синхронная обработка данных большинства точек наблюдений. Моделирование денудационных напряжений в коре Восточной Фенноскандии по профилю Рыбачий Видлица В 2024 году построены новые модели напряжённо-деформационного состояния литосферы Восточной части Фенноскандинавского щита. Согласно имеющимся оценкам, общий уровень денудации коры Кольского полуострова с мезозоя оценивается в 11 км, что позволяет рассматривать модель с денудацией в 10 км как соответствующую реальной ситуации для Восточной Фенноскандии. Отметим, что первые 10-12 км отмечаются в качестве аномальной области на геоэлектрическом разрезе, что может говорить о том, что зоны высокого кажущегося сопротивления верхней коры связаны с зоной аномальных напряжений горизонтального сжатия, возникновение которых связано с экзогенными процессами (денудацией). Моделирование денудационных напряжений в коре Восточной Фенноскандии по профилю Ковдор-Апатиты (Ковдор-2015) Общекоровая модель гравитационного напряжённого состояния с наличием пассивных ослабленных зон, имитирующих разломы по отношению к предыдущей модели, была дополнена моделью верхней коры с активной подвижкой по заданным разломам. Положение и геометрия разломов задаётся из базы данных активных разломов Евразии. Рассчитывались модели с различным отношением вертикального к горизонтальному нормальному напряжению. При наложении геодинамической моделей на геоэлектрический разрез, аномалии геодинамических моделей хорошо совпадают с некоторыми аномалиями геоэлектрических разрезов, тогда как некоторые, например –транскоровая аномалия повышенного сопротивления в близ Ковдора или крупные аномалии пониженного сопротивления на профиле Ковдор-Апатиты явно связанны со структурами и не прослеживаются на геодинамических моделях. Таким образом геодинамическое моделирование может быть использовано для сепарации геоэлектрических аномалий при их интерпретации. Заключение. Запланированные работы в рамках 3 года проекта выполнены, получен материал для построения новых, более детальных моделей электропроводности, напряжённо-деформационного состояния литосферы восточной части Фенноскандинавского щита. Результаты будут опубликованы в научных журналах.

Публикации

9. Колобов В.В., Ивонин В.В. The Karelia-2023 Experiment on Remote Electromagnetic Sounding of the Earth's Crust AIP Conference Proceedings (год публикации - 2025)

10. Ивонин В.В. Calculation of the Inductive Component of the Total Longitudinal Impedance of the Dipole AIP Conference Proceedings (год публикации - 2025)