Экспериментальные исследования грязевого вулкана «Гора Карабетова» вибросейсмическим методом

УДК 550.344

Б.М. Глинский, В.В. Ковалевский, М.С. Хайретдинов ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРЯЗЕВОГО ВУЛКАНА «ГОРА КАРАБЕТОВА» ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

В статье рассматриваются результаты вибросейсмического зондирования грязевого вулкана «Гора Карабетова». Проводится сравнение геофизической и геологической моделей строения вулкана. Проведенные эксперименты служат основой для построения систем мониторинга грязевых вулканов.

B.M. Glinsky, B.B. Kovalevsky, M.S. Khaeretdinov

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch Russian

Academy of Sciences

Novosibirsk, 630000 Russian Federation

EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE MUD VOLCANO "GORA KARABETOVA" BY VIBROSEISMIC METHODS

In this paper, the results of vibroseismic sounding of the mud volcano "Gora Karabetova" are considered. A comparison of geophysical and geological models of the volcano structure is made. The performed experiments form a basis for the construction of systems for mud volcano monitoring.

Керченско-Таманская область характеризуется большим количеством грязевых вулканов. Не менее 50 грязевых вулканов находятся на Таманском полуострове и Северо-Западном Кавказе, при этом большая часть вулканов является действующей [1].

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН совместно с Институтом физики Земли РАН и Кубанским Государственным Университетом, начиная с 2005 года, поставил ряд экспериментальных исследований по вибросейсмическому зондированию этих уникальных природных явлений. В частности, были поставлены эксперименты на грязевых вулканах Тамани - «Шуго», «Ахтанизовский», «Гора Карабетова» [2-4]. В данной работе частично описываются экспериментальные работы на вулкане «Гора Карабетова», проведенные с применением вибросейсмических методов зондирования этого вулкана, которые могут быть применены при мониторинге грязевых вулканов.

На рис. 1 приведен геологический разрез вулкана «Гора Карабетова» по данным, приведенным в литературе [1, 5].

Строение данного вулкана характеризуется слоистой структурой, сложенной из различных отложений, подпираемых ядром из майкопских глин. Однако, в своде собственно Карабетовой складки приповерхнастная часть ядра не прорвана майкопскими глинами.

В экспериментальных работах по активному вибросейсмическому просвечиванию грязевого вулкана «Гора Карабетова» использовался

сейсмический вибрационный источник СВ-10/100 и регистрирующие комплексы RefTek-125A (40 регистраторов с вертикальными сейсмоприемниками GeoSpace GS-20DX) и РОСА (18 каналов с трехкомпонентными датчиками GeoSpace и СМЕ-3011). Общая схема расположения точек излучения и регистрации с регистраторами RefTek приведена на рис. 2.

Рис. 1. Геологический разрез вулкана «Гора Карабетова»: N2^ -киммерийский ярус, глины, пески с прослоями и линзами оолитовых железных руд в нижней части; N2p - понтический ярус, темно-серые, черные глины с прослоями рыхлых известняков, мергелей и песчаников; N1m -меотический ярус, темные глины с прослоями мергелей и известняков; N1s -сарматский ярус, зеленовато-серые глины с многочисленными прослоями пористых мергелей и известняков; N1,ch+kr - чокракский и караганский ярусы, темно-серые глины с прослоями мергелей и известняков; Р3-Ы^ -

майкопская серия, глины

В качестве зондирующих сигналов вибратора использовались свип-сигналы в диапазоне частот 10-64 Гц с линейной разверткой частоты и длительностью 60 с. Количество зондирований в одной точке составляло 5, 10 и 20 для различных точек. Регистрация излучаемого сигнала велась в режиме непрерывного времени с записью файлов волновых форм длиной 3300 секунд. Временная синхронизация регистрирующих систем осуществлялась при помощи GPS-приемников. Одним из сейсмоприемников RefTek осуществлялась регистрация сигнала от генератора сигналов вибратора СВ-10/100. Запись формы излучаемого вибратором сигнала велась с целью использования последнего в качестве опорного при вычислении вибрационных сейсмограмм. Второй регистратор RefTek использовался для записи колебаний грунта в непосредственной близости от вибратора.

В данной работе основное внимание уделено исследованию волнового поля на профиле пройденного вне зоны вулкана (IV) и профиле, пересекающем вулканическую зону (II, III).

Точки излучения сигналов вибраторами располагались на профиле длиной 2 км через 500 м (точки Т1-Т5 на рис. 2). Для определения строения и скоростных характеристик вмещающей среды была проведена регистрация волнового поля вибраторов на профиле вне зоны вулкана, профиль IV.

Излучение сигналов вибраторами осуществлялось в точках профиля IV (точки Т8-Т11) для последующей обработки по методике сейсморазведки на отраженных волнах. Был также отработан поперечный профиль регистрации длиной 3.2 км пересекающий вулкан.

Дополнительно была добавлена точка излучения на конце профиля (точка Т8) с излучением сигналов вибратором во встречном

направлении к точкам Т1-Т5.

Поперечный профиль через вулкан отрабатывался в два приема, с использованием 37 регистраторов

RefTek (профиль II) и 31 регистратора RefTek (профиль III).

На линейном профиле, параллельном вулкану, длиной 1,8 км

использовалось 37 регистраторов. В зависимости от местности

расстановка регистраторов на профилях осуществлялась с шагом около 50 м.

На рис. 3 приведены корреляционные сейсмограммы, полученные от источников в точках

Рис. 2. Общая схема регистрации вибросигналов системами RefTek (треугольники), звездочки - точки излучения вибратора СВ - 10/100, пунктирная линия - зона сопочной брекчии вулкана

Т1 и Т8.

В верхней части рисунка обозначены линии пройденных профилей, в нижней - сейсмограммы, полученные путем корреляционной свертки принятого и излучаемого сигналов.

Рис. 3. Корреляционные Рис. 4. Корреляционные сейсмограммы,

сейсмограммы, полученные на профиль IV, источники Т8, Т10, Т11

профилях II, IV от источников Т1, Т8

На шкале времени, на 430-450 мс наблюдаем отраженную волну, времена пробега которой хорошо аппроксимируются теоретическим годографом отраженной волны со скоростью 2 200-2 700 м/с. Увеличение эффективных скоростей может интерпретироваться как вздымание отражающей границы. Эта картина может интерпретироваться как выклинивание на поверхность пласта, отражение от кровли которого мы наблюдаем, что хорошо согласуется с геологическим строением вулкана «Гора Карабетова» (рис. 1).

Из полученной картины можно видеть, что условия приема сигнала в точках близких к Т8 были хуже, чем вблизи Т1, что может быть обусловлено существенной неоднородностью верхнего слоя. Это также хорошо согласуется с геологическим строением вулкана. Граница сопочной брекчии вулкана находилась на расстоянии менее 100 м от вибратора Т8, практически на границе грязевых фракций, а источник Т1 отстоял от границы сопочной брекчии на расстоянии около 900 м. Соответственно и влияние дилатансной структуры вулкана начало сказываться на более поздних временах.

На рис. 4 приведены корреляционные сейсмограммы, полученные на профиле IV от источников Т8, Т10, Т11. Данный профиль расположен на границе видимой зоны вулкана, что позволило изучить строение среды вблизи грязевого вулкана. Выделяется отражение с двойным вертикальным временем пробега 400 мс. Это отражение хорошо совпадает с теоретическим годографом отраженной волны с эффективной скоростью 1 710-1 770 м/с. Глубина залегания отражающей границы приблизительно составляет 350 м.

На рис. 5 представлен вариант временного разреза ОГТ (общей глубинной точки) по составному профилю II, III. Кратность суммирования равна единице. К сожалению условия местности, не позволили провести полноценные наблюдения по методике ОГТ.

После ввода кинематических поправок сигнал меняет свою форму -растягивается по времени. Особо сильные искажения сигнала происходят на больших удаления и малых временах.

Следует отметить, что при обработке экспериментальных данных после построения корреляционных сейсмограмм использовался сейсмический пакет РгоМАХ для отображения корреляционных сейсмограмм и построения временного разреза. Обработка экспериментальных данных проводилась в СНИИГГиМС.

При построении временного разреза по методу однократного ОГТ пришлось применить нестандартные настройки. По умолчанию в РгоМАХ максимальный процент искажения сигнала установлен 30 %.

На рисунке 5 допустимый процент искажения сигнала 1 000 %, т. е. сигнал может растягиваться не более чем в 10 раз. Только в этом случае удалось получить информацию о центральной части разреза. Полученный экспериментальный материал явно не достаточен для построения полноценного временного разреза по профилю пересекающего грязевой вулкан «Гора Карабетова» из-за недостаточности точек зондирования. Однако, некоторые выводы удается сделать.

На разрезе прослеживаются оси синфазности, вздымающиеся к центральной части разреза. На рисунке 5 некоторые из них выделены линиями. Не очень отчетливо, но все-таки просматривается слоистая куполообразная структура грязевого вулкана, предложенная в геологической модели [1] (рис. 1).

Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: вибросейсмические зондирования грязевого вулкана «Гора Карабетова» показывают, что он имеет чрезвычайно сложное строение, обусловленное слоистой структурой, сложенной из различных отложений; Полученные данные, в целом, подтверждают модель строения этого вулкана, предложенную геологами.

2 12 22 32 4? S2 62 k 12 82 97 102 112 122

I I I I I I I Г I I I I I I

Рис. 5. Глубинный временной разрез, построенный от источников Т1, Т8 по методу однократного ОГТ

Для дальнейшего детального уточнения строения этого вулкана геофизическими методами нужно отработать поперечный профиль, пересекающий вулкан, по методике ОГТ с применением небольших взрывов.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ: № 07-05-00858, 0707-00214, проект СО РАН 16.5, ИП СО РАН № 133.

Авторы благодарят сотрудников ИВМиМГ СО РАН Л.П. Брагинскую и И.Н. Иванову за помощь в подготовке полевых материалов и оформлении данной работы; сотрудника СНИИГГиМС Т.А. Петроченко за обработку материалов с применением пакета РгоМАХ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шнюков Е.Ф., Шереметьев В.М., Маслаков В.А. и др. Грязевые вулканы Керченско-Таманского региона // - Краснодар: ГлавМедиа, 2006.- С. 176.

2. Глинский Б.М., Собисевич А.Л., Фатьянов А.Г., Хайретдинов М.С. Математическое моделирование и экспериментальные исследования грязевого вулкана Шуго. // Вулканология и сейсмология, - 2008 - № 4. - С. 1-9.

3. Алексеев А.С., Глинский Б.М., Собисевич А.Л., Ковалевский В.В., Хайретдинов М.С. и др. Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками / Отв. ред. Г.М.

Цибульчик. - Новосибирск: ИВМиМГ СО РАН, Филиал "Гео" Издательства СО РАН, 2004. -

С. 387.

4. Глинский Б.М., Собисевич А.Л., Хайретдинов М.С. Опыт вибросейсмического зондирования сложно построенных геологических структур (на примере грязевого вулкана Шуго) // Докл. РАН. - 2007. - Т. 413. - № 3. - С. 398-402.

5. Горбатиков А.В. и др. Технология глубинного зондирования земной коры с использованием естественного низкочастотного микросейсмического поля. // Коллективная монография «Изменение окружающей среды и климата. Природные и связанные с ним техногенные катастрофы». - М.: ИФЗ РАН, 2008. - Т. 1 / Сейсмические процессы и катастрофы. - Ч. 2. - С. 223-236.

©Б.М. Глинский, В.В. Ковалевский, М.С. Хайретдинов, 2010