Л.Х. Ангархаева, Ю.Б. Башкуев, В.Б. Хаптанов

УДК 537.86
Л.Х. Ангархаева1, Ю.Б. Башкуев1, В.Б. Хаптанов1
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ СЕЙСМОАКТИВНОГО
СЛОЯ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ*
Аннотация. Выполнено математическое моделирование зоны подготовки землетрясения в ИНЧКНЧ-СНЧ диапазонах электромагнитных волн. Приведены результаты моделирования для двух базовых
моделей геоэлектрических разрезов Байкальской рифтовой зоны.
Ключевые слова: математическое моделирование, геоэлектрический разрез, поверхностный
импеданс.
Об авторах:
1
– Институт физического материаловедения СО РАН, Улан-Удэ
Байкальская рифтовая зона (БРЗ) – один из наиболее сейсмически активных
регионов земного шара. Особенностью ее геологического строения является сложное
пространственное распределение электропроводности в земной коре, обусловленное
его геолого-тектоническим строением. Широко распространены кристаллические
горные породы (за исключением платформенной части), с электропроводностью 10 -4 –
10-5 и даже до 10-6 См/м. По результатам исследований глубинного строения и строения
осадочного чехла Байкальской рифтовой зоны [1-4] характерной особенностью
геоэлектрического строения региона является наличие проводящего корового слоя на
глубинах 12-16 км, изменения параметров которого (глубины залегания и
электропроводности) могут являться одним из критериев оценки глубинной природы
сейсмичности по электроразведочным данным.
Геоэлектрическое моделирование зоны подготовки землетрясения выполнено в
диапазоне частот 0,0001 – 10000 Гц с целью оценки возможности применения ИНЧКНЧ-СНЧ электромагнитного поля для контроля за сейсмической активностью. Были
проведены расчеты влияния изменения сопротивления  (электропроводности =1/) в
земной коре на поверхностный импеданс , т.е. на соотношение электрической и
магнитной компонент поля на границе раздела. Принята геоэлектрическая модель
земной коры, исходящая из представления о наличии однородных в геологическом
отношении областей (геоблоков), в пределах каждой из которых геоэлектрический
разрез принимается горизонтально-слоистым. Расчеты проводились с помощью пакета
прикладных программ «Импеданс» [5], предназначенного для расчета поверхностного
импеданса по известному геоэлектрическому разрезу (прямая задача) и восстановления
параметров
геоэлектрического
разреза
слоистой
среды
(диэлектрических
проницаемостей i, удельных проводимостей i или сопротивлений i, толщин hi) по
измерениям ее импеданса (обратная задача). Методика расчетов прямой задачи
основана на понятии приведенного поверхностного импеданса плоской волны на
поверхности горизонтально-слоистой структуры, с помощью которого можно учесть
влияние подстилающей среды на распространение радиоволн [6]: =E /(HZ0), где E ,
H – горизонтальные взаимно перпендикулярные компоненты электрического и
магнитного полей на границе раздела «воздух-земля»; Z 0   0 /  0  377 Ом –
характеристический импеданс свободного пространства.
Доклад подготовлен при финансовой поддержке гранта РФФИ № 15-41-04430
р_сибирь_а
*
Результаты моделирования для базовых моделей геоэлектрических разрезов,
характеризующих впадины и горные районы БРЗ, приведены на рис. 1. Зона
подготовки землетрясения задавалась двумя способами. В первом случае уменьшение
сопротивления фундамента в 4-10 раз захватывало варьируемую по толщине область,
начиная от кровли проводящего корового слоя. Во втором случае уменьшение
сопротивления в фундаменте задавалось в 2-километровом слое, варьировалось
положение этой области в пределах кристаллического фундамента. Видно, что эффект
влияния на поверхностный импеданс уменьшения сопротивления в определенной
области фундамента имеет выраженный частотно-зависимый характер. Это
обусловлено двумя противодействующими факторами: увеличением экранирующего
влияния перекрывающей толщи разреза с ростом частоты и уменьшением
разрешающей способности зондирующего поля с понижением частоты. Для
высокоомного разреза земной коры (горные районы) максимальное изменение модуля
импеданса    0  /  0 составляет +5 %, –60 %, фазы импеданса arg   arg  0 : +25, –
20 на частотах от 1 до 100 Гц. Здесь  0 – поверхностный импеданс, рассчитанный для
базовой модели,  – импеданс разреза с варьируемыми параметрами сейсмоактивного
слоя. Соответственно, для низкоомного разреза (впадины) эти величины составляют
для модуля импеданса: +5 %,– 55 % и фазы импеданса: +20, –15. В этом случае
максимальный эффект проявляется на более низких частотах (начиная с 0,1 Гц).
Изменения фазы импеданса происходят в зависимости от частоты в сторону как слабоиндуктивных, так и сильно-индуктивных импедансов. По результатам численного
моделирования определен диапазон частот от 0,1 до 200 Гц, в котором эффект
уменьшения сопротивления сейсмоактивного слоя на поверхностный импеданс будет
максимальным. Возможности регистрации ожидаемых изменений поверхностного
импеданса в зонах подготовки землетрясений определяются чувствительностью
используемых методов. На основе реализованной точности метода глубинного СНЧ
радиозондирования [7] возможно его использование для электромагнитного
мониторинга сейсмотектонических процессов.
Рис. 1. Моделирование зоны подготовки землетрясения для базовых моделей
геоэлектрических разрезов: а), б) впадины; в), г) горные районы
Библиографический список
1. Е.В. Поспеева, Л.В. Витте, В.В. Потапов. Геологическое истолкование результатов
магнитотеллурического зондирования в юго-восточной части Байкальской рифтовой зоны // Интерэкспо
ГЕО–Сибирь–2012. VIII Междунар. науч. конгр., 10–20 апреля 2012 г., Новосибирск: VIII Междунар.
науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и
разработки месторождений полезных ископаемых»: сб. материалов в 2 т. Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1.
С. 33–38.
2. Мороз Ю.Ф., Мороз Т.А. Глубинный геоэлектрический разрез Байкальского рифта // Вестник
КРАУНЦ. Науки о Земле. 2012. № 2. С. 114–126.
3. Сейсмоионосферные и сейсмоэлектромагнитные процессы в Байкальской рифтовой зоне / Э.Л.
Афраймович и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 304 с.
4. Бердичевский М.Н., Ваньян Л.Л., Кошурников А.В. Магнитотеллургические зондирования в
Байкальской рифтовой зоне // Физика Земли. 1999. № 10. С. 3–25.
5. Ангархаева Л.Х. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №
2002610893. Пакет программ «Импеданс» для решения задач радиоимпедансного зондирования. М.:
РОСПАТЕНТ, 06.06.2002.
6. Башкуев Ю.Б. Электрические свойства природных слоистых сред. Новосибирск: Изд-во СО
РАН, 1996. 207 с.
7. Башкуев Ю.Б., Хаптанов В.Б. Способ и устройство для измерения поверхностного импеданса
земной коры в сверхнизкочастотном диапазоне радиоволн. Авторское свидетельство № 299005,
01.08.1989 г., заявка 3198692/28, 10.05.1988, опубликовано 27.12.2009. Изобретения. Полезные модели. №
36, SU 1840791 A1.
L.Kh. Angarkhaeva, Yu.B. Bashkuev, V.B. Khaptanov
MODELING OF THE DYNAMICS OF SEISMOELECTROMAGNETIC
LAYER OF THE BAIKAL RIFT ZONE
Abstract. Mathematical modeling of the zone of earthquake preparation in ILF-ELF-VLF ranges of
electromagnetic waves is realized. The results for the two basic models of the geoelectric section of the Baikal
rift zone are given.
Keywords: mathematical modeling, geoelectric section, surface impedance.