Магнитотеллурические методы

С давних пор известно, что внутри Земли существуют естественные электрические токи как локального, так и регионального распространения. Как уже отмечалось в методе теллурических токов, локальные электрические токи могут возникнуть в результате электрохимических, метеорологических или искусственных факторов. Так называемые теллурические токи имеют глобальное распространение. Направление и интенсивность теллурических токов в любой точке изменяется во времени. Частота теллурических токов обеспечивает проникновение магнитотеллурических токов на большую глубину. Считается, что теллурические токи имеют астрономическое происхождение.

В упрощенном виде происхождение теллурических токов можно объяснить следующим образом. Солнечный ветер или частицы солнечной плазмы при встрече с магнитным полем Земли имеют скорость 300-800 км/с. Взаимодействие потока заряженных частиц с ионосферой приводит к искажению эллиптических магнитных силовых линий. Хорошо известно, что силовые линии магнитного поля Земли простираются далеко за пределы планеты в сторону, противоположную Солнцу. От удара частиц солнечной плазмы по ионосфере образуются ударные волны, взаимодействующие с токовыми поверхностями ионосферы. В результате токи ионосферы начинают излучать электромагнитные волны. Эти волны распространяются между поверхностью Земли и ионосферой, находящейся на высоте 40-140 км. Ионосфера постоянно ионизируется под воздействием солнечных излучений. Каждое извержение солнечного вещества вызывает сильное возмущение системы токов в ионосфере, что приводит к магнитным бурям. Так мы отметили, геомагнитное поле подвержено различным возмущениям. Они проникают в Землю на различную глубину. Например, кратковременные возмущения обладают очень низкой частотой, поэтому проникают на большие глубины. Глубина проникновения обратнопропорциональна квадратному корню из частоты. Следственно, чем ниже частота, тем глубже проникновение. В 1951 г. Г.Визе обратил внимание на возможность использования вертикальной составляющей низкочастотных магнитных вариаций для изучения глубинного строения земной коры. В это же время в 1950 г. Л.Каньяр и А.Тихонов предложили так называемый метод магнитотеллурических зондирований.

Основы магнитотеллурического метода те же, что и методов бесконечно длинного кабеля и дипольного индуктивного профилирования, за исключением того, что здесь используется электрическое и магнитное поле естественного происхождения. Изменения магнитного поля на поверхности Земли связаны с изменениями электрического поля уравнениями Максвелла. В проводящих телах земной коры используются вихревые токи. Создаваемое ими вторичное магнитное поле может быть изменено. Глубина проникновения в земную кору и мантию, фазы и амплитуды этого поля – все эти параметры связаны с величинами удельных проводимостей различных слоев.

Как уже отмечалось, мы имеем дело с изучением магнитного и электрического поля. Оба поля можно измерять одновременно: вариации составляющей магнитного поля определяются с помощью магнитометров.

Метод теллурических (земных) токов (ТТ)

Теллурическими (земными) токами называются естественные токи неста­ционар­ного режима, охватывающие огромные области земной коры (сотни и тыс. кв. км).

Возникновение их связано с различными процессами, протекающими в земной коре и атмосфере. Главные из них:

1) Вариации магнитного поля Земли. Подобные изменения магнитного поля индуцируют в земной коре переменные теллурические токи.

2) Перенос электрических зарядов осадками и воздушными течениями.

3) Фильтрационные и электрохимические процессы в земной коре.

4) Термоэлектрические явления.

Интенсивность теллурических токов изменяется (варьирует) в зависимости от времени года и суток. В северных широтах токи сильнее днем, в южных – ночью. Особенно интенсивны они в летнее время.

Средняя плотность теллурических токов в земной коре – порядка 2 × 10^-10 а/м², а соответствующая напряженность поля колеблется в пределах от нескольких долей до десятков ^MN/_КМ. В период магнитных бурь плотность теллурических токов возрастает.

При однородном геоэлектрическом разрезе в пределах небольших участков поле теллурических токов однородно. В этом случае DV между двумя точками M и N для периода времени t определяется из соотношения:

; - одинаково для различных участков площади

j^e - составляющая вектора плотности тока по прямой MN,

r - удельное сопротивление среды.

r_MN = MN

Если геоэлектрический разрез неоднороден, то DV^t в один и тот же момент времени при постоянном r_MN и одинаковой ориентировке двух приемных линий на различных участках площади различна.

Это свойство дает возможность применить теллурические токи для изучения геоэлектрического разреза земной коры.

Съемка теллурических токов производится с помощью двух измерительных установок. Одна из них находится все время на опорном пункте, вторая перемещается по пунктам наблюдения O_i. Ориентировка одинакова. Измерения на обеих установках выполняются одновременно. Значения DV_i, полученные на подвижной установке, привязывают к значениям DV^t₀ для неподвижной.

Для этого определяют вариации разности потенциалов поля теллурических токов за промежуток времени Dt = t₂ – t₁ равны

dj_i^t - вариация плотности тока

Теперь величина dj_i^t свободна от разности электродных потенциалов.

Соответственно за тот же промежуток времени вариация поля на опорном пункте

Отношение m - теллуропараметр.

По характеру поведения теллуропараметра в пределах участка съемки можно судить об особенностях геологического строения последнего.

Результаты съемки изображаются в виде карт изолиний равных значений (теллуропараметры). По областям повышенных значений m выделяют антиклинальные структуры, поднятия в рельефе кристаллических пород и т.п.

Метод применяется при:

1. Поисках нефтегазоностных структур в осадочных толщах платформ и предгорных прогибов

2. При изучении рельефа кристаллического фундамента

Метод теллурических токов

Метод МТТ – магнито-теллурические токи (наблюдается H и E, вариации Е и вариации Н, вариации электрического поля - с помощью магнитотеллурической аппаратуры.