Геофизикийн MT аргын үндэс
Магнетотеллурик (MT) арга нь чулуулгийн цахилгаан шинж чанар, ялангуяа эсэргүүцэл (эсвэл түүний урвуу дамжуулах чадвар) дээр үндэслэн Дэлхийн газрын доорх бүтцийг судлахад өргөн хэрэглэгддэг идэвхгүй геофизикийн арга юм. Хиймэл энергийн эх үүсвэр (жишээлбэл, газар хөдлөлт эсвэл шууд гүйдлийн эсэргүүцэл) шаарддаг идэвхтэй геофизикийн аргуудаас ялгаатай нь MT нь нарны салхины соронзон орон ба ионосфертой харилцан үйлчлэлцэх, мөн агаар мандал дахь аянгын идэвхжилээс үүссэн байгалийн цахилгаан соронзон орны эх үүсвэрийг ашигладаг. MT аргын гол давуу тал нь хэдэн зуун метрээс хэдэн арван эсвэл бүр хэдэн зуун километр хүртэл агуу гүнд хүрэх чадвар бөгөөд энэ нь геотермаль, тектоник болон ашигт малтмалын хайгуулын судалгаанд маш чухал ач холбогдолтой болгодог.
Магнетотеллурикийн үндсэн зарчим
Ойлголтын хувьд MT арга нь дэлхийн гадаргуу дээрх цахилгаан (E) болон соронзон (H) орны байгалийн хэлбэлзлийг цаг хугацааны функц болгон хэмждэг. Цахилгаан соронзон орны эдгээр хэлбэлзэл нь Дэлхийд нэвтэрч, газрын доорх материалуудтай харилцан үйлчилдэг. Чулуулаг бүр өөр өөр эсэргүүцэлтэй байдаг тул эрдэсжилт, сүвэрхэг чанар, шингэний агууламж, температур, өөрчлөлтийн зэрэг зэргээс хамаардаг тул гадаргуу дээр бүртгэгдсэн хариу үйлдэл нь доорх эсэргүүцлийн тархалтын талаарх мэдээллийг агуулдаг.
Давтамжийн домэйн дэх цахилгаан орон ба соронзон орны хоорондын хамаарлыг импедансын тензор (Z)-ээр илэрхийлнэ:
E(ω) = Z(ω) · H(ω)
энд ω нь өнцгийн давтамж юм. Импеданс нь Дэлхий соронзон дохиог цахилгаан дохио болгон хэрхэн "хувируулдаг"-ыг тодорхойлдог. Энэхүү импедансаас илэрхий эсэргүүцэл ба фаз зэрэг чухал параметрүүдийг гаргаж авдаг бөгөөд эдгээр нь MT-д тайлбарлах үндэс суурь болдог.
Цахилгаан соронзон орны байгалийн эх үүсвэрүүд
MT дохионууд ерөнхийдөө хоёр үндсэн давтамжийн хязгаараас ирдэг:
1. Өндөр давтамж (ойролцоогоор 1–10.000 Гц): дэлхийн аянгын идэвхжилд давамгайлж, цахилгаан соронзон долгион (сферик) үүсгэдэг. Энэ хүрээ нь гүехэн болон дунд гүнийг судлахад ашигтай.
2. Бага давтамж (ойролцоогоор 0,0001–1 Гц): ионосфер ба соронзон мандлын цахилгаан гүйдлийн хэлбэлзлээс (геосоронзон долгион) үүсдэг. Бага давтамж нь илүү гүн нэвтэрч чаддаг тул царцдасын бүтцийг дээд манти хүртэл зураглахад тохиромжтой болгодог.
Нэвтрэх гүн нь орчны давтамж болон эсэргүүцлээс хамаарна. Давтамж бага байх тусам дохио гүн нэвтэрнэ. Энгийнээр хэлбэл энэ ойлголтыг арьсны гүн гэж нэрлэдэг.
Арьсны гүний тухай ойлголт ба судалгааны гүн
Арьсны гүн (δ) нь цахилгаан соронзон долгионы далайц мэдэгдэхүйц буурах үр дүнтэй гүний хэмжүүр юм. Ойролцоогоор:
δ ≈ 500 √(ρ / f)
энд δ нь метрээр, ρ нь эсэргүүцэл (ом-метр), f нь давтамж (Гц) юм. Энэ томъёо нь илүү эсэргүүцэлтэй чулуулагт дохио илүү гүн нэвтэрдэг бол дамжуулагч чулуулагт нэвтрэлт нь гүехэн байгааг харуулж байна.
Жишээлбэл, 100 ом-метрийн эсэргүүцэл ба 1 Гц давтамжтай үед арьсны гүн нь ойролцоогоор 5000 метр байдаг. Гэсэн хэдий ч 0,01 Гц давтамжтай үед гүн нь ойролцоогоор 50 км хүртэл нэмэгддэг. Ийм учраас MT-г бүс нутгийн судалгаа болон томоохон хэмжээний геотермаль системд ихэвчлэн сонгодог.
MT-ийн талбайн мэдээлэл цуглуулалт
MT хэмжилтийг ажиглалтын цэг (станц)-д цахилгаан болон соронзон орны мэдрэгч суурилуулснаар гүйцэтгэдэг. Өгөгдлийг зорилтот гүн болон тухайн байршил дахь дуу чимээний чанараас хамааран хэдэн цагаас хэдэн өдрийн турш цагийн цуваа болгон бүртгэдэг.
Хэмжсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд ихэвчлэн дараахь зүйлс орно.
– Цахилгаан орон (Ex, Ey): тодорхой урттай (жишээ нь 50–200 м) x ба y чиглэлд дипол үүсгэдэг, газарт суулгагдсан хоёр хос туйлшралгүй электрод ашиглан хэмжсэн.
– Соронзон орон (Hx, Hy, Hz): соронзон хэмжигч ашиглан хэмждэг (ихэвчлэн дунд-өндөр давтамжийн хувьд индукцийн ороомог, нам давтамжийн хувьд флюксгейт).
Мэдрэгчийн чиглэлийг (хойд-өмнөд болон зүүн-баруун) тодорхойлох нь импедансын тензорын шинжилгээнд чухал ач холбогдолтой. Цаашилбал, электродын хөрстэй харьцах чанар, чийгшлийн нөхцөл, суурилуулалтын тогтвортой байдал нь цахилгаан орны дохионы чанарт мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг.
Өгөгдөл боловсруулалт: Цагийн цуваанаас импеданс хүртэл
MT өгөгдөл боловсруулах үе шатууд нь ерөнхийдөө дараахь зүйлийг агуулдаг.
1. Давтамжийн муж руу хувиргах: цагийн цувааг Фурьегийн аргыг ашиглан давтамжийн спектр болгон хувиргадаг.
2. Импедансын тооцоолол: давтамжийн зурвас бүрт тогтвортой Z тензорыг олж авахын тулд статистикийн техник ашиглан гүйцэтгэсэн.
3. Дуу чимээний шүүлтүүр: дуу чимээ нь хүний үйл ажиллагаа (цахилгаан шугам, галт тэрэг, аж үйлдвэр), мэдрэгчийг чичиргэдэг салхи, эсвэл электродтой муу холбоо барих зэргээс үүдэлтэй байж болно.
Чанарыг сайжруулах нэг чухал арга бол алсаас лавлах явдал бөгөөд энэ нь өгөгдлийг хоёр байршилд нэгэн зэрэг бүртгэх явдал юм: нэг нь зорилтот бүсэд, нөгөө нь цахилгаан соронзон "чимээгүй" байршилд. Байршлуудын хоорондын хамаарал нь орон нутгийн дуу чимээний нөлөөллийг бууруулахад тусалдаг бөгөөд ингэснээр илүү найдвартай импедансын тооцооллыг бий болгодог.
Гол параметрүүд: Илэрхий эсэргүүцэл ба фаз
Импедансаас үүнийг тооцоолно:
– Харагдах эсэргүүцэл (ρa): тодорхой давтамжтай долгионоор харагдах “дундаж” эсэргүүцлийг тодорхойлно.
– Фаз (φ): нь орчны индуктив шинж чанартай холбоотой цахилгаан орон ба соронзон орны хоорондох фазын шилжилтийг заана.
Анхны тайлбарт ρa ба φ муруйг давтамжтай харьцуулан шинжилсэн. Ерөнхий чиг хандлага нь: өндөр давтамж нь гүехэн гүнийг, харин бага давтамж нь илүү гүнийг илэрхийлдэг. Муруй дахь огцом өөрчлөлт нь эсэргүүцэл/дамжуулагч давхаргын хил хязгаар, өөрчлөлтийн бүс эсвэл шингэний оршихуйг илтгэж болно.
Загварын хэмжээсүүд: 1D, 2D, болон 3D
MT тайлбар нь геологийн бүтцийн нарийн төвөгтэй байдлаас хамаарна:
– 1 хэмжээст загвар нь эсэргүүцэл нь зөвхөн гүнээс хамаарч өөрчлөгддөг гэж үздэг (хэвтээ давхаргууд). Анхны шалгалт эсвэл энгийн хэсгүүдэд тохиромжтой.
– 2 хэмжээст загварууд нь эсэргүүцэл нь нэг хажуугийн чиглэлд гүнээс хамаарч өөрчлөгддөг гэж үздэг бол бусад чиглэлүүд нь нэгэн төрлийн гэж үздэг. Геотермаль судалгаа эсвэл сунасан тунамал сав газарт өргөн хэрэглэгддэг.
– 3 хэмжээст загварууд нь бүх чиглэлд эсэргүүцлийн хэлбэлзлийг авч үздэг. Энэ нь нарийн төвөгтэй геологийн хувьд хамгийн бодитой боловч нягт өгөгдөл, өргөн хүрээтэй тооцоолол, дууны инверсийн стратеги шаарддаг.
Өгөгдлөөс газрын доорх эсэргүүцлийн загварыг гаргах үйл явцыг инверсия гэж нэрлэдэг. MT инверсия нь өвөрмөц биш бөгөөд энэ нь олон загвар ижил өгөгдлийг тайлбарлаж чадна гэсэн үг юм. Тиймээс MT тайлбарыг геологийн мэдээлэл, бусад геофизикийн өгөгдөл (жишээлбэл, таталцлын, соронзон, газар хөдлөлт) болон параметрийн хязгаарлалтууд (жишээлбэл, бодит эсэргүүцлийн хязгаар)-аар дэмжих ёстой.
MT аргын хэрэглээ
MT арга нь өргөн хэрэглээтэй бөгөөд үүнд дараахь зүйлс орно.
1. Геотермаль хайгуул: MT нь шаварлаг таг (шаварлаг өөрчлөлтөөс үүдэлтэй дамжуулагч бүс), дээшээ урсах зам, харьцангуй эсэргүүцэлтэй таг/усан сангийн чулуулгийг зураглахад маш үр дүнтэй байдаг.
2. Дэлхийн царцдасын тектоник ба судалгаа: доод царцдас дахь томоохон хагарлын бүс, оёдол, хавтангийн хил хязгаар, дамжуулагч бүтцийг газрын зурагт оруулах.
3. Ашигт малтмалын хайгуул: асар их сульфид эсвэл шингэнтэй холбоотой эрдэсжсэн бүс зэрэг дамжуулагч биетүүдийг илрүүлэх.
4. Тунамал ба нүүрсустөрөгчийн сав газар: эсэргүүцэлд нөлөөлдөг тунадасны зузаан, суурь болон литологийн хэлбэлзлийг тодорхойлоход тусалдаг.
Хязгаарлалт ба бэрхшээлүүд
Хэдийгээр хүчирхэг боловч MT нь зарим хязгаарлалттай байдаг:
– Соёлын чимээ шуугианд өртөмтгий: цахилгааны шугам, хоолой, хашаа, үйлдвэрлэлийн байгууламжууд нь дохионд саад учруулж болзошгүй.
– Статик шилжилт: гүехэн олон янз байдлаас (жишээлбэл, хайрга, нимгэн дамжуулагч давхарга) үүдэлтэй цахилгаан орны орон нутгийн гажуудал нь эсэргүүцлийн муруйг фазыг нь мэдэгдэхүйц өөрчлөхгүйгээр шилжүүлдэг. Энэ нь TDEM/CSAMT өгөгдөлтэй нэгтгэх эсвэл тодорхой урвуу стратеги зэрэг тусгай боловсруулалт шаарддаг.
– Өвөрмөц бус ба нягтрал: MT нь нарийн геометрийн нарийн ширийн зүйлсээс илүү эсэргүүцлийн тодосголтод илүү мэдрэмтгий байдаг. Маш их гүнд нягтрал буурдаг.
Хаах
Магнетотеллурик арга нь байгалийн цахилгаан соронзон орныг ашиглан газрын доорх эсэргүүцлийн тархалтыг гүехэн хэмжээсээс маш гүн хүртэл зурагладаг идэвхгүй геофизикийн арга юм. Гадаргуу дээрх цахилгаан болон соронзон орныг хэмжиж, дараа нь тэдгээрийг импеданс, илэрхий эсэргүүцэл, фаз болгон бууруулснаар MT нь геологийн бүтэц, шингэний бүс, өөрчлөлт, тектоник хил хязгаарын талаар чухал ойлголт өгдөг. Соёлын чимээ шуугиан, инверсийн өвөрмөц бус байдал зэрэг бэрхшээлтэй тулгарч байгаа ч MT нь геотермаль хайгуул, тектоник судалгаа, царцдасын янз бүрийн судалгааны гол арга хэвээр байна. MT-ийн амжилтын түлхүүр нь сайн судалгааны загвар, чанартай мэдээлэл цуглуулах, найдвартай боловсруулалт, геологийн ойлголт болон бусад дэмжлэгтэй нэгтгэсэн тайлбарт оршино.
