Современные средства анализа данных азимутального магнитотеллурического мониторинга на Бишкекском геодинамическом полигоне

В работе представлена методика обработки данных магнитотеллурического (МТ) мониторинга, принятая с 2010 г. в Научной станции РАН в г. Бишкеке (НС РАН). Отличие предлагаемой методики от стандартной заключается в оценке импедансных соотношений после амплитудно-фазовой коррекции внутри часовых файлов магнитотеллурического зондирования, полученных из непрерывной необработанной записи. Современные дополнения, надстройки и создание дополнительных программ позволили адаптировать и автоматизировать получение частотно-временных рядов (ЧВР) МТ данных в виде относительных вариаций различных расчетных электромагнитных параметров как цветных псевдоразрезов, а также добавление комплементарной входной информации для дополнительного анализа происходящих геодинамических событий. Эти усовершенствования взяты в практику оптимизации обработки данных МТ мониторинга стационарных и режимных станций сети НС РАН. Зарегистрированы права на программу MTDataVar. Показаны примеры результатов адаптации предлагаемой методики. Использование запатентованных ООО «Северо-Запад» программных комплексов MT-Corrector и EPI-KIT позволило автоматизировать получение импедансных и фазовых соотношений для пост-обработки ЧВР. Интеграция данных о приливных воздействиях, эндогенном электромагнитном поле и сейсмической активности обеспечивает сопоставление динамики геофизических параметров и напряжённо-деформированного состояния среды. На примере землетрясений и контролируемых взрывов показана высокая чувствительность метода к изменениям в литосфере и анизотропии проводимости. Разработанный инструментарий способствует выявлению тензочувствительных зон, регистрации пространственно-временных аномалий и прогнозированию активизации разломных структур. Полученные результаты подтверждают эффективность предложенного подхода для комплексного мониторинга геодинамических процессов в тектонически активных регионах. Предложены направления дальнейшего развития средств обработки и анализа МТ данных.

1. Рыбин А. К., Баталев В. Ю., Баталева Е. А., Матюков В.Е., Непеина К.С., Забинякова О.Б. Особенности применения методов магнитотеллурического и магнитовариационного зондирования в горах Тянь-Шаня. Наука и технологические разработки. 2023;102(2-3):4-39. DOI: 10.21455/std2023.2-3-1.

2. Cardoso L.H., Bacellar L.D.A.P. Assessment of geoelectrical configurations using reduced physical models for the structural mapping of rock mass and fractured aquifers. Journal of Applied Geophysics. 2021;191:104368. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2021.104368.

3. Неведрова Н.Н., Пономарев П.В. Результаты многолетнего мониторинга электрофизических параметров в сейсмоактивной зоне горного Алтая методами постоянного тока. Интерэкспо Гео-Сибирь. 2018;3:281-287. DOI: 10.18303/2618-981X-2018-3-281-287.

4. Неведрова Н.Н., Шалагинов А.Е. Мониторинг электромагнитных параметров в зоне сейсмической активизации Горного Алтая. Геофизика. 2015;1:31–40.

5. Трапезников Ю.А., Андреева Е.В., Баталев В.Ю., Бердичевский М.Н., Ваньян Л.Л., Волыхин А.М., Голубцова Н.С., Рыбин А.К. Магнитотеллурические зондирования в горах Киргизского Тянь-Шаня. Физика Земли. 1997;1:3-20.

6. Баталев В.Ю., Бердичевский М.Н., Голланд М.Л., Голубцова Н.С., Кузнецов В.А. Интерпретация глубинных магнитотеллурических зондирований в Чуйской межгорной впадине. Физика Земли. 1989;9:42–45.

7. Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Матюков В.Е., Рыбин А.К. Изучение необратимых деформаций в литосфере Тянь-Шаня по магнитотеллурическим данным (методологический аспект). Вестник Камчатской региональной ассоциации Учебно-научный центр. Серия: Науки о Земле. 2019;2(42):42-56. DOI: 10.31431/1816-5524-2019-2-42-42-56.

8. Баталев В.Ю., Волыхин А.М., Рыбин А.К., Трапезников Ю.А., Финякин В.В. Глава 8. Строение земной коры восточной части Киргизского Тянь-Шаня по данным МТЗ и ГМТЗ. Проявление геодинамических процессов в геофизических полях / Отв. ред. Е.П. Велихов, В.А. Зейгарник. М: Наука, 1993:96–113.

9. Баталева Е.А., Мухамадеева В.А. Комплексный электромагнитный мониторинг геодинамических процессов Северного Тянь-Шаня (Бишкекский геодинамический полигон). Геодинамика и тектонофизика. 2018; 9(2):461–487. DOI: 10.5800/GT-2018-9-2-0356.

10. Рыбин А.К., Баталев В.Ю., Ильичев П.В., Щелочков Г.Г. Магнитотеллурические и магнитовариационные исследования Киргизского Тянь-Шаня. Геология и геофизика. 2001; 42(10):1566-1173.

11. Pыбин А.К., Cпичак В.В., Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Матюков В.Е. Площадные магнитотеллуpичеcкие зондиpования в cейcмоактивной зоне Cевеpного Тянь-Шаня. Геология и геофизика. 2008;5:445-460.

12. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Баталев В.Ю., Матюков В.Е. Вариации электросопротивления земной коры по результатам магнитотеллурического мониторинга сейсмоактивных зон Тянь-Шаня. Вестник КРСУ. 2011;11(4):29-40.

13. Жамалетдинов А.А., Митрофанов Ф.П., Токарев А.Д., Шевцов А.Н. Влияние лунно-суточных приливных деформаций на электропроводность и флюидный режим земной коры. Докл. РАН. 2000; 371(2):235–239.

14. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Непеина К.С., Матюков В.Е. Объемно-пространственная сегментация литосферы Тянь-Шаня по данным геофизических исследований. Геодинамика и тектонофизика. 2021;12(3):508-543. DOI: 10.5800/GT-2021-12-3-0537.

15. Баталева Е.А. Результаты мониторинга зон динамического влияния разломных структур Северного Тянь-Шаня. Интерэкспо ГЕО-Сибирь. 2022;2(2):332-339.

16. Баталева Е.А., Баталев В.Ю., Рыбин А.К. К вопросу о взаимосвязи вариаций электропроводности земной коры и геодинамических процессов. Физика Земли. 2013;3:105-113. DOI: 10.7868/S0002333713030034.

17. Брагин В.Д. Электромагнитные исследования эффектов, обусловленных мощным промышленным взрывом в районе Нарынского каскада гидроэлектростанций (Камбарата). Вестник КРСУ. 2011;11(4):46-53.

18. Баталева Е.А., Баталев В.Ю. Разработка программ анализа данных азимутального магнитотеллурического мониторинга. Часть 1. Анализ данных магнитотеллурического мониторинга. Вестник КРСУ. 2014;14(7):3-7.

19. Баталева Е.А., Баталев В.Ю. Разработка программ анализа данных азимутального магнитотеллурического мониторинга. Часть 2. Разработка программного обеспечения для анализа данных МТ-мониторинг. Вестник КРСУ. 2014;14(7):8-12.

20. Баталева Е.А., Баталев В.Ю. Детальный ретроспективный анализ данных магнитотеллурического мониторинга (Бишкекский геодинамический полигон). Вестник КРСУ. 2017;17(12):141-144.

21. Bataleva E.A. Processing, analysis and interpretation of time-frequency series for magnetotelluric monitoring. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: 2019th International Symposium on Earth Sciences: History, Contemporary Issues and Prospects. 2019;350:012053. DOI: 10.1088/1755-1315/350/1/012053.

22. Баталева Е.А., Баталев В.Ю. Анализ результатов Камбаратинского эксперимента с привлечением методики синхронных измерений. Вестник КРСУ. 2017;17(1):181-184.

23. Rybin A., Bataleva E., Nepeina K., Matiukov V., Alexandrov P., Kaznacheev P. Response of cracking processes in variations of geophysical fields. Journal of Applied Geophysics. 2020;181:104144. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2020.104144.

24. Nepeina K., Bataleva E., Alexandrov P. Electromagnetic Monitoring of Modern Geodynamic Processes: An Approach for Micro-Inhomogeneous Rock through Effective Parameters. Applied Sciences (Switzerland). 2023;13(14):8063. DOI: 10.3390/app13148063.

25. Ялов Т.В. Электрическая анизотропия горизонтально-неоднородных сред. Диссертация ... к. т. н. ФГБОУ ВПО МГУ имени М.В. Ломоносова. 2014:106 с.

26. Шалагинов А.Е., Неведрова Н.Н., Санчаа А.М., Шапаренко И.О., Пономарев П.В. Электрическая анизотропия по данным методов постоянного тока в районе Быстровского полигона (берег водохранилища в Новосибирской области). Интерэкспо Гео-Сибирь. 2019;2(2):158-164.

27. Сухорукова К.В., Петров А.М. Электрическая анизотропия терригенных отложений: краткий обзор подходов к ее определению по данным электрокаротажа в вертикальных скважинах. Геофизические технологии. 2021;3:41-66. DOI: 10.18303/2619-1563-2021-3-41.

28. Luo T., Hu X., Chen L., Xu, G. Investigating the Magnetotelluric Responses in Electrical Anisotropic Media. Remote Sens. 2022;14:2328. DOI: 10.3390/rs14102328.

29. Busby J., Jackson P. The application of time-lapse azimuthal apparent resistivity measurements for the prediction of coastal cliff failure. Journal of Applied Geophysics. 2006;59(4):261-272. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2005.10.004.

30. Salam R., Parnadi W.W. Laboratory-scaled Azimuthal Resistivity Survey for Fracture Detection. IOP Conf. Ser: Earth Environ. Sci. 2021;873:012079. DOI: 10.1088/1755-1315/873/1/012079.

31. Gasimov E., Pekşen E., Durdağ D., Salamov A., Najafov O. Modeling and interpretation of electrical resistivity data in anisotropic media using a generalized regression neural network: A case study on the Lokbatan mud volcano, Azerbaijan. Journal of Applied Geophysics. 2024;224:105365. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2024.105365.

32. Непеина К.С., Валуйский А.Ю. Технологический подход разделения непрерывных данных магнитотеллурического зондирования для сейсмо-электромагнитных исследований. Современные техника и технологии в научных исследованиях. Бишкек: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научная станция Российской академии наук в г. Бишкеке, 2021:159-167.

33. Сайт ООО «Северо-Запад» [https://nw-geo.ru/] (Дата обращения 21.11.2024).

34. Zorin N., Aleksanova E., Shimizu H., Yakovlev D. Validity of the dispersion relations in magnetotellurics: Part I-theory. Earth, Planets and Space. 2020;72(1):9. DOI: 10.1186/s40623-020-1133-4.

35. Непеина К.С., Матюков В.Е. Развитие методики визуального сопоставления результатов азимутального магнитотеллурического мониторинга с параметрами сейсмических событий. Интерэкспо Гео-Сибирь. 2022;2(2):150-157. DOI: 10.33764/2618-981X-2022-2-2-150-157.

36. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И., Новиков Д.Б., Пастуцан В.В. Анализ и интерпретация магнитотеллурических данных. М: Диалог-МГУ, 1997:161 c.

37. Забинякова О.Б., Рыбин А.К. Программа MTDataVar расчета вариаций мониторинговых магнитотеллурических данных. Свидетельство на программу ЭВМ; RU 2023686394 Роспатент. 2023.

38. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Александров П.Н., Непеина К.С. Электромагнитные исследования современных геодинамических процессов литосферы областей внутриконтинентальной орогении, на примере Тянь-Шаня. Физика Земли. 2022;5:98-115. DOI: 10.31857/S0002333722050234.

39. Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Рыбин А.К., Александров П.Н., Матюков В.Е., Непеина К.С., Забинякова О.Б., Казначеев П.А. Теоретические обоснования исследований деформационных процессов в литосфере Земли на основе сейсмических и электромагнитных полей эндогенного происхождения. Математическое моделирование процессов и систем. Коллективная монография по материалам пленарных докладов VIII Международной молодежной научно-практической конференции 4-7 октября 2018 г. Ч. I / С.А. Мустафина (отв. ред.). Стерлитамак: Стерлитамакский филиал БашГУ. 2018:95-122.

40. Александров П.Н., Баталева Е.А. Программа разделения электромагнитного поля по положению источников по данным магнитотеллурических зондирований. RU 2019618606. Роспатент. 2019.