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 22-27-00567

НазваниеИзучение внутреннего строения и динамики активных геологических разломов с использованием комплекса электромагнитных зондирований (на примере Северного Тянь-Шаня)

РуководительРыбин Анатолий Кузьмич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научная станция Российской академии наук в г.Бишкеке, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

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

Ключевые словагеологический разлом, блочная структура, геодинамическая активность, геофизическая модель, вариации геофизических параметров, Северный Тянь-Шань

Код ГРНТИ38.19.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Предлагаемый проект направлен на решение научной проблемы изучения современной активности разломных зон с использованием комплекса геолого-геофизических методов. Целью проекта является изучение внутреннего строения и динамики литосферы в зоне действия Иссык-Атинского разлома, входящего в систему региональных граничных разломов Северного Тянь-Шаня, которые контролируют современную геодинамическую обстановку в зоне сочленения Киргизского хребта с Чуйской впадиной с использованием комплекса электромагнитных методов: магнитотеллурического зондирования (МТЗ)и малоглубинной электротомографии (ЭТ). Основные задачи, которые планируется решить в рамках проекта: 1). Построение двумерных геоэлектрических моделей на основе профильных данных МТЗ и ЭТ, полученных в зоне Иссык-Атинского разлома. 2). Разработка схематизированной геолого-геофизической модели объемной структуры Иссык-Атинской разломной зоны на основе анализа и обобщения структурно-геологических данных, материалов геофизических методов (электромагнитные зондирования, сейсмотомография, магниторазведка, пространственное распределение сейсмичности, космическая геодезия и др.). 3). Проведение синхронных магнитотеллурических наблюдений в тензочувствительных пунктах вдоль поперечных профилей для отдельных сегментов исследуемой разломной зоны. 4). Анализ вариаций электромагнитных параметров, полученных в тензочувствительных пунктах, с целью получения характеристики геодинамической активности отдельных блоков геосреды, реализующих функционирование всей «системы» Иссык-Атинской разломной зоны. Магнитотеллурический метод представляет собой эффективный геофизический инструмент для исследования разломных зон, которые, как правило, характеризуются повышенной проводимостью по сравнению с вмещающими породами, что может быть обусловлено их повышенной трещиноватостью и флюидонасыщенностью. При проведении детальных магнитотеллурических зондирований в зоне динамического влияния разлома можно определить положение верхней кромки, ширину, глубину залегания, простирание и наклон разломной зоны, т.е. основные параметры геологического тела. Актуальность исследований обусловлена тем, что территория Северного Тянь-Шаня характеризуется высокой тектонической активностью, сложной геодинамической обстановкой и существенными рисками природных катастроф. Расположенные на этой территории современные активные разломы, которые проявляются здесь как сейсмогенерирующие структуры, представляют, как особый научный, так и практический интерес, прежде всего, с точки зрения оценки сейсмического риска и обеспечения, таким образом, сейсмической безопасности для района, где проживает большая часть населения Киргизии. При этом объект нашего исследования - Иссык-Атинский разлом является одним из самых активных разломов Северного Тянь-Шаня. Научная новизна исследований состоит в том, что впервые будет получена детальная блочная геоэлектрическая структура земной коры в зоне влияния Иссык-Атинского разлома, а также получена характеристика его геодинамической активности на основе анализа вариаций электромагнитных параметров геосреды. Результаты выполнения проекта могут быть использованы при осуществлении фундаментальных исследований в области Наук о Земле в других регионах, при проведении комплексных геолого-геофизических исследований в геодинамически активных областях. Работы по проекту также будут способствовать профессиональному росту молодых исследователей и подготовке новых высококвалифицированных научных кадров, окажут существенное влияние на укрепление научных и социально-гражданских связей между Российской Федерацией и Киргизской Республикой.

Ожидаемые результаты
Основные ожидаемые научные результаты, которые планируется получить в ходе выполнения Проекта: - Построение двумерных геоэлектрических моделей на основе профильных данных магнитотеллурических зондирований и малоглубинной электротомографии, полученных в зоне исследуемого разлома. - Создание схематизированной геолого-геофизической модели объемной структуры Иссык-Атинского разломной зоны на основе анализа и обобщения структурно-геологических данных, материалов геофизических методов (электромагнитные зондирования, сейсмотомография, магниторазведка, пространственное распределение сейсмичности, космическая геодезия и др.). - Выявление вариаций электромагнитных параметров на основе результатов синхронных магнитотеллурических наблюдений в тензочувствительных пунктах, комплексный анализ которых позволит получить характеристику геодинамической активности отдельных блоков земной коры, обеспечивающих функционирование всей «системы» Иссык-Атинской разломной зоны. - Научные публикации в высокорейтинговых журналах по результатам выполнения Проекта. Актуальность предлагаемых исследований и значимость ожидаемых результатов, в первую очередь, связаны с научным поиском и определением возможностей использования комплекса электромагнитных методов для получения объективной информации о внутреннем строении и современной геодинамической активности геологических разломов. По уровню поставленных вопросов, методологии их решения и качеству ожидаемых результатов данный проект находится на мировом уровне. По постановке задачи проект не имеем аналогов в мировой практике геолого- геофизических исследований, что определяется, прежде всего, оригинальностью постановки задачи и комплексным изучением характеристик структуры и динамики активных геологических разломов на конкретном примере одного из самых активных разломов горной системы Тянь-Шаня.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Основной целью проведенных исследований по Проекту в 2022 году было изучение особенностей внутренней структуры Иссык-Атинского разлома, в значительной мере контролирующего сложную современную геодинамическую обстановку в зоне сочленения Чуйской впадины и Киргизского хребта. Для достижения этой цели использовался комплекс электромагнитных исследований, состоящий из двух компонент - глубинного метода магнитотеллурического зондирования (МТЗ) и малоглубинного метода электротомографии (ЭТ). В отчетном 2022 году выполнены следующие работы по Проекту: - Отработана методика профильных зондирований методом электротомографии с измерительной аппаратурой Скала-48 для условий Северного Тянь-Шаня в зоне Иссык-Атинского разлома, при этом выполнена профильная электротомографическая съемка для западного и восточного сегментов разлома (профили «Токбай» и «Сан-Таш»). - Проведены детализационные высокочастотные аудиомагнитотеллурические зондирования на профилях «Токбай» и «Сан-Таш», пересекающих в поперечном направлении структурную линию простирания Иссык-Атинской разлома, выявленную на поверхности геологическими методами. - Построены двумерные геоэлектрические модели на основе полевых электротомографических и аудиомагнитотеллурических зондирований, выполненных на профилях «Токбай» и «Сан-Таш». - В рамках разработки геолого-геофизической модели объемной структуры Иссык-Атинской разломной зоны были построены схематизированные геологические разрезы двух поперечных сечений по линиям профилей «Токбай» и «Сан-Таш». В ходе выполнения Проекта в 2022 году получены следующие результаты: (1) Составлено текстовое и графическое представление результатов обработки и инверсии полевых материалов, полученных методом электротомографии для профилей «Токбай» и «Сан-Таш» с использованием измерительной аппаратуры Скала-48. Эти результаты представлены в виде профидьных псевдоразрезов измеренного кажущегося электросопротивления, профильных псевдоразрезов кажущегося электросопротивления, рассчитанного в программе инверсии для подобранной результирующей модели, и полученного разреза электросопротивления земной коры вдоль линий профилей. (2) Получено текстовое и графическое представление результатов выполнения азимутальных (круговых) профильных наблюдений методом электротомографии в одном из пунктов наблюдения профиля «Сан-Таш». Эти результаты представлены в виде псевдоразрезов измеренного кажущегося электросопротивления для каждого из 6 азимутальных профилей с центром вращения в точке наблюдения, а также в виде построенных полярных диаграммы для каждого из разносов, которые определяют глубины зондирования. Вытянутая (некруговая) форма полярных диаграмм и два доминирующих направления такой вытянутости свидетельствуют о присутствии в разрезе двух слоев с электрической анизотропией. (3) Составлено текстовое и графическое представление результатов обработки и количественной интерпретации полевых данных, полученных методом аудиомагнитотеллурического зондирования на профилях «Токбай» и «Сан-Таш». Результаты обработки полевых данных представлены графиками кривых кажущегося сопротивления (модули и фазы) для всех пунктов профилей «Токбай» и «Сан-Таш», а полученные результаты инверсии показаны в виде профильных разрезов удельного электрического сопротивления. Отметим, что в построенных геоэлектрических моделях зона Иссык-Атинского разлома проявилась в градиентных областях и в отдельных блоках низкого сопротивления. Низкое сопротивление здесь связано с высокой трещиноватостью и обводненностью пород в зоне разрывного нарушения. (4) Схематизированные геологические разрезы двух поперечных сечений (до глубин 5 км), построенные по линиям профилей «Токбай» и «Сан-Таш», дают нам объективные представления о внутренней структуре Иссык-Атинского разлома. Наиболее достоверными являются те части схематизированных моделей, которые соответствуют положению профилей «Токбай» и «Сан-Таш» и построены на основе анализа распределения сопротивления в геоэлектрических моделях. В результате определена сложная внутренняя структура Иссык-Атинского разлома (по крайней мере двух его сегментов) – эта разветвленная система надвигов в верхней части разреза, имеющая продолжение на глубине в виде двух ветвей, крутопадающих в южном направлении. По результатам, полученным в ходе выполнения Проекта в 2022 году, подготовлена статья «Deep structure and dynamics of the Issyk-Ata fault (Northern Tien Shan)». Авторы: A.K. Rybin, E.A. Bataleva, K. S. Nepeina. Рукопись этой статьи направлена в издательство «Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences». Информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту РНФ № 16-17-10059, находятся по адресу http://www.gdirc.ru/

 

Публикации


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Основной целью проведенных исследований по Проекту в 2023 году было изучение поведения во времени электромагнитных параметров, полученных в тензочувствительных пунктах наблюдений на отдельных участках Иссык-Атинского разлома. Для достижения этой цели использовался комплекс мониторинговых электромагнитных исследований, состоящий из двух компонент – метода аудио-магнитотеллурического зондирования (АМТЗ) и метода электротомографии (ЭТ). В отчетном 2023 году выполнены следующие работы по Проекту: Определено расположения тензочувствительных пунктов электромагнитных наблюдений в рамках выполненных магнитотеллурических и электротомографических зондирований в зоне Иссык-Атинского разлома – индикативных с точки зрения чувствительности контролируемых электромагнитных параметров геосреды к внешним воздействиям по отношению к исследуемому объекту. Проведены мониторинговые аудио-магнитотеллурические наблюдения в 2-х тензочувствительных пунктах исследуемой зоны Иссык-Атинского разлома с использованием измерительных станций Феникс MTU-5. Проведены мониторинговые электротомографические наблюдения вдоль 3-х профилей, секущих в поперечном направлении различные сегменты зоны простирания Иссык-Атинского разлома, с использованием многоэлектродной станции «Скала-48». Осуществлена углубленная обработка полевых аудио-магнитотеллурических данных, искаженных влиянием помех, с целью повышения точности получаемых оценок электромагнитных параметров геосреды, с использованием методики амплитудно-фазовой коррекции компонент импеданса. Рассмотрен практический пример, когда с помощью амплитудно-фазовой коррекции зашумленных полевых данных удалось получить кондиционную кривую зондирования. Выполнена обработка полевых аудио-магнитотеллурических данных, полученных в тензочувствительных пунктах зоны Иссык-Атинского разлома, с использованием методики азимутального магнитотеллурического мониторинга, и сформированы временные ряды набора электромагнитных параметров, отражающие отклик геосреды на изменение ее напряженно-деформированного состояния (геодинамической активности). Также проведена оценка корреляционных связей вариаций этих электромагнитных параметров с лунно-солнечными (твердыми) приливами и пространственно-временным распределением сейсмичности в зоне разлома. Обработаны материалы полевых наблюдений методом электротомографии, полученные в тензочувствительных пунктах исследуемой зоны Иссык-Атинского разлома, и сформированы временные ряды вариаций электромагнитных параметров геосреды, в первую очередь, кажущегося удельного электросопротивления. В ходе выполнения Проекта в 2023 году получены следующие результаты: Составлено текстовое и графическое представление результатов, выполненных мониторинговых аудио-магнитотеллурических зондирований в зоне Иссык-Атинского разлома для тензочувствительных пунктов «Орто-Сай S» и «Орто-Сай N2». Эти результаты представлены в виде временных рядов кажущегося сопротивления и фазы импеданса с дискретностью 1 час. Получено текстовое и графическое представление результатов, проведенных мониторинговых электротомографических наблюдений по трем профилям «Сан-Таш», «Бек-Тоо 2» и «Токбай», пересекающим в поперечном направлении зону простирания Иссык-Атинского разлома на различных ее сегментах. Эти результаты представлены в виде набора псевдоразрезов наблюденных значений кажущегося электросопротивления, которые характеризуют изменение электрических свойств верхней части разреза земной коры с 40-минутной дискретизацией во времени. Составлено текстовое и графическое представление результатов обработки полевых аудио-магнитотеллурических данных, полученных в тензочувствительных пунктах зоны Иссык-Атинского разлома, с использованием методики азимутального магнитотеллурического мониторинга. Результаты обработки представлены построенными диаграммами частотно-временных рядов (ЧВР) вариаций целого набора электромагнитных параметров: компонент импеданса и типпера, кажущегося сопротивления и фазы импеданса, анизотропных свойств электромагнитных параметров. На всех диаграммах ЧВР в той или иной мере присутствуют вариации соответствующего электромагнитного параметра геосреды. При этом отчетливо проявилась взаимосвязь изменений электромагнитных параметров геосреды с землетрясениями, произошедшими вблизи пункта АМТ-мониторинга «Орто-Сай S» в период мониторинга. Получено текстовое и графическое представление результатов обработки материалов мониторинговых полевых наблюдений методом электротомографии для 3-х профилей «Сан-Таш», «Бек-Тоо 2» и «Токбай». Проиллюстрированы относительные вариации кажущегося электросопротивления для нескольких мониторинговых сессий, длительность каждой из которых составляет 40 минут. Определены пункты электротомографических профилей, имеющие максимальную амплитуду размаха вариаций кажущегося сопротивления и высокие значения коэффициентов линейной корреляции вариаций кажущегося сопротивления с лунно-солнечными (твердыми) приливами. Исходя из результатов мониторинговых электротомографических наблюдений в различных сегментах Иссык-Атинского разлома, нам удалось оценить динамику изменения кажущегося электросопротивления верхней части геоэлектрического разреза и выявить, какие блоки разломной зоны наиболее активны в геоэлектрическом (геодинамическом) смысле. В качестве критерия выделения таких активных сегментов разлома анализировались величины двух параметров (амплитуда вариаций электросопротивления и коэффициент корреляции вариаций электросопротивления с лунно-солнечными твердыми приливами). Результаты мониторинговых электротомографических исследований подтвердили активность верхней части земной коры зоны Иссык-Атинского разлома, в том числе и его скрытых сегментов. Так, на кажущейся глубине 24 м для всех трех электротомографических профилей «Сан-Таш», «Бек-Тоо 2» и «Токбай» отмечена значимая чувствительность геоэлектрической структуры к лунно-солнечным приливным воздействиям. По результатам, полученным в ходе выполнения Проекта, в 2023 году подготовлены и опубликованы 2 статьи (RSCI, SCOPUS): 1. Рыбин А. К., Забинякова О. Б., Баталева Е. А. и др. Геоэлектрическая модель зоны Иссык-Атинского разлома (Северный Тянь-Шань) // Геофизика. 2023. № 3. С. 45-50. DOI: 10.34926/geo.2023.35.22.006 EDN: KKAOGI 2. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Забинякова О.Б., Непеина К.С. (Rybin A.K., Bataleva E.A., Zabinyakova O.B., Nepeina K.S.) Мониторинговые электротомографические исследования зоны Иссык-Атинского разлома (Северный Тянь-Шань) // Russian Journal of Earth Sciences. 2023. Том 23. Вып. 4. C. 1-13. https://doi.org/10.2205/2023ES000881 Информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту РНФ № 22-27-00567, находятся по адресу http://www.gdirc.ru/ Подготовлена заявка на государственную регистрацию программы для ЭВМ «Программа MTDataVar расчета вариаций мониторинговых магнитотеллурических данных», разработанной в ходе выполнения Проекта.

 

Публикации

1. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Забинякова О.Б., Непеина К.С. Мониторинговые электротомографические исследования зоны Иссык-Атинского разлома (Северный Тянь-Шань) RUSSIAN JOURNAL OF EARTH SCIENCES, Т. 23, № 4, C. 1-13 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.2205/2023es000881

2. Рыбин А.К., Забинякова О.Б., Баталева Е.А., Непеина К.С. ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗОНЫ ИССЫК-АТИНСКОГО РАЗЛОМА (СЕВЕРНЫЙ ТЯНЬ-ШАНЬ) Геофизика, № 3. С. 45-50. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.34926/geo.2023.35.22.006

3. ЗАБИНЯКОВА О.Б. ПРИМЕНЕНИЕ КАРТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОЙ ПРОДОЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ПРИ КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (НА ПРИМЕРЕ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕРРИТОРИИ БИШКЕКСКОГО ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛИГОНА) XXIII УРАЛЬСКАЯ МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ПО ГЕОФИЗИКЕ Сборник научных материалов. Екатеринбург, 2022 Издательство: Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича УрО РАН (Екатеринбург), С. 68-72 (год публикации - 2023)

4. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Непеина К.С. Deep Structure and Dynamics of the Issyk-Ata Fault (Northern Tien Shan) Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Problems of Geocosmos-2022. Springer Nature. Switzerland AG 2023, Problems of Geocosmos—2022, p. 213-226 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/978-3-031-40728-4

5. - В Кыргызстане ученые определили сейсмоопасные участки активного Иссык-Атинского разлома Пресс-служба РНФ, Пресс-релиз РНФ, 17 августа 2023 г. (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
не указано