Развитие методов сбора, анализа и интерпретации больших массивов магнитотеллурических и других геофизических данных для разномасштабного изучения тектоносферы стабильных и геодинамически активных регионов

Ставятся следующие согласованные цели, объединяющие исследования трех лабораторий ЦГЭМИ ИФЗ РАН: - развитие методов обработки, моделирования и интерпретации больших массивов геофизических данных с фокусом на площадные системы глубинных магнитотеллурических (МТ) и магнито¬вариационных (МВ) зондирований, на подключение данных сейсмических зондирований и спутниковых магнитных наблюдений, с концентрацией на построении и анализе 3D моделей среды, обобщающих результаты инверсии ансамблей данных различных составов и масштабов; - приложение разработанных методов и технологий для исследования тектоносферы стабильных (Восточно-Европейская платформа) и геодинамически активных (Алтай-Саяны, Тибет, Индокитай) регионов; - разработка методик выделения сейсмоопасных зон по комплексу МТ и других геофизических данных, в т.ч. алгоритмов нейросетевого анализа; развитие технологий электромагнитного (ЭМ) мониторинга литосферных геодинамических событий; - формирование и приложение рациональных комплексов электроразведочных методов (аудио-МТ, ЗС, ЧЗ и др.) для решения малоглубинных геологических, экологических и инженерных задач; изучение методом ЗС структуры и динамики ЭМ свойств почвенного слоя; развитие новых геофизических методов неразрушающего контроля заглубленных бетонных конструкций. Электропроводность тектоносферы определяется составом пород, пористостью, связностью пор, содержанием флюидов, газов и включений графита/сульфидов. В основании гранитного слоя, на нижнекоровых и верхнемантийных глубинах существенным фактором становится температура, контролирующая эффекты частичного плавления вещества. Оценки геоэлектрических параметров среды, получаемые ЭМ геофизическими методами, в значительной степени независимы от сейсмических оценок, хотя во многих случаях повышенная литосферная электропроводность, как и пониженные сейсмические скорости определяются флюидонасыщенностью горных пород. Методы естественных ЭМ полей – магнитотеллурический и магнитовариационный – обладают регулируемой глубинностью и пригодны как для исследований в пределах всей тектоносферы, так и для изучения приповерхностных структур при решении рудных, газонефтяных, инженерных и других задач. В самых малоглубинных приложениях их дополняют ЭМ зондирования с контролируемым возбуждением, прежде всего, методы становления поля (ЗС). Проводящие аномалии электропроводности способствуют выявлению глинистых, водо-насыщенных, рудосодержащих комплексов осадочного чехла, графитизированных и сульфидизированных формаций шовных зон платформенных фундаментов, реологически ослабленных областей платформенной активизации, зон корово-мантийных течений и астеносферных ячеек в активных регионах, а также разломных структур различной природы и глубинности. Эти возможности определяют значимость геоэлектрических моделей при изучении как разномасштабных тектонических структур, так и современных геодинамических процессов и связанных с ними рисков. За последние десятилетия в ряде российских, постсоветских и зарубежных регионов накоплен значительный объем цифровых данных МТ и МВ зондирований коровой и коровомантийной глубинности. Современным трендом развития стало комплексное получение ансамблей МТ/МВ данных с использованием синхронных площадных систем наблюдения. Импедансные МТ данные подвержены существенному искажающему влиянию приповерхностных структур, лежащих вне диапазона исследуемых глубин. Привлечение МВ данных (типпера и горизонтального МВ отклика), иммунных к приповерхностным искажениям, существенно повышает информативность зондирований. В рамках такого подхода обеспечивается эффективное подавление как растущих с каждым годом локальных и региональных индустриальных ЭМ помех, так и приповерхностных искажений, маскирующих изучаемые глубинные структуры. Исследования авторского коллектива в данном направлении ведутся более 35 лет. При активном участии его участников выполнена серия крупных российских и международных проектов по сбору и интерпретации данных синхронных массивов глубинных МТ/МВ зондирований: BEAR, EMTESZ и LADOGA – в Балтийском регионе; KIROVOGRAD, SMOLENSK – в ЮЗ части Восточно-Европейской платформы (ВЕП); EHS3D – в Восточном Тибете и в смежных областях Индокитая, NARYN – в Центральном Тянь-Шане, EMSLAB и EARTHSCOPE – в Кордильерах на СЗ США. Их дополняют массивы МТ зондирований, полученных в 1990-х г. на ВЕП и в сейсмоактивных областях Алтая и Саян. Параллельно со сбором данных, авторским коллективом на мировом уровне велось развитие методов обработки синхронных МТ/МВ данных и их моделирования/инверсии в неоднородных средах. Это развитие в сопоставлении с широко распространенными зарубежными методами будет продолжено в новой теме. Накопленные большие массивы МТ данных позволяют ставить задачи построения обобщенных региональных геоэлектрических моделей, интегрирующих новые данные с материалами предшествующих исследований. Значимый опыт построения масштабных региональных моделей (многопленочных и объемных) получен в экспериментах BEAR, EMTESZ, KIROVOGRAD и SMOLENSK на ВЕП. Важнейшим направлением планируемых исследований станет дальнейшее развитие этого опыта в платформенных и активных регионах c опорой на эффективные методы решения прямых и обратных задач в 2D/3D моделях большой размерности. Надежно построенные и достаточно детальные глубинные геоэлектрические модели позволят лучше представить пространственную структуру важных тектонических объектов, таких как нижнепротерозойские шовные зоны и верхнепротерозойские авлакогены на ЮЗ российской части ВЕП или каналы коровомантийных течений с Тибета на север Вьетнама. Появляется возможность изучения связи глубинных геоэлектрических структур с положением эпицентров землетрясений и областей их концентрации, приуроченных не только к глубинным разломным зонам, но и к зонам высоких пространственных градиентов электропроводности. Данное направление будет системно развито в рамках комплексной интерпретации данных МТ и сейсмических (МОВ) зондирований на серии протяженных профилей в сейсмоактивной зоне Алтае-Саянского региона. Современные карты сейсмического районирования территорий составляются, главным образом, на основе статистического анализа положения (преимущественно, горизонтального) зарегистрированных землетрясений, а также представлений (преимущественно, приповерхностных) о глубинной разломной тектонике. В наших исследованиях будет строиться и анализироваться серия объемных моделей электрических, скоростных и физико-механических свойств среды с целью надежной локализации ослабленных зон земной коры и получения более точных прогнозов сейсмичности исследуемых территорий. Особенностью данного комплексного анализа станет широкое применение нейросетевых алгоритмов. Наряду с решением актуальных глубинных задач, планируется комплекс исследований по развитию и рациональному приложению малоглубинных электроразведочных методов (прежде всего, аудио-МТ и ЗС) и совместному применению геофизических методов неразрушающего контроля заглубленных бетонных конструкций. Актуальными задачами станут адаптация метода ЗС для изучения ЭМ свойств почвенных формаций в их временной динамике, а также оценка их искажающего влияния на отклики изучаемых более глубинных геоэлектрических структур.