Лаборатория комплексной геофизики

Заведующий лабораторией – кандидат геолого-минералогических наук Буддо Игорь Владимирович.

Численность лаборатории – 12 человек, в том числе 4 доктора и 6 кандидатов наук.

В 1970 г. была создана лаборатория глубинного строения коры и мантии Земли путем слияния лаборатории внутреннего строения Земли и сейсмометрии (зав. Г.Н. Бугаевский) и лаборатории комплексных геофизических исследований (зав. П.В. Коростин). В 1986 г. она переименована в лабораторию геофизических исследований, с 1995 г. – лаборатория комплексной геофизики. До 2004 г. работала под руководством доктора геол.-мин. наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ Ю.А. Зорина. С 2004 г. лабораторию возглавляет д.г.-м.н. Е.Х. Турутанов.

Основной задачей лаборатории комплексной геофизики является получение новых фундаментальных знаний по теме “Строение и термический режим земной коры и мантии под тектонически активными регионами Центральной Азии” комплексом геофизических методов, включая сейсмические, гравиметрические, электромагнитные и геотермические.

Основные научные направления исследований лаборатории:

Изучение неоднородностей коры и мантии Центральной Азии методом поверхностно-волновой томографии с использованием данных мировой сети цифровых сейсмических станций. По данным поверхностных волн построены карты групповых скоростей основных мод волн Рэлея и Лява Азиатского континента на отдельных периодах, рассчитано трехмерное распределение скоростей поперечных волн и оценены анизотропные свойства вещества мантии до глубины 500 км. Полученные результаты свидетельствуют о неоднородном строении верхней мантии во всем интервале исследуемых глубин, причем до глубины около 200 км выявленные неоднородности корреспондируются с геологическим строением исследуемой области. Анизотропные свойства в верхней мантии наблюдаются до глубин ~250 км, что приблизительно соответствует нижней границе астеносферы. Максимальные значения коэффициента анизотропии приурочены к интервалу глубин от подошвы коры до 150 км, т.е. к мантийной части литосферы и к астеносфере. Минимальные значения коэффициента анизотропии наблюдаются в мантии Сибирской платформы, тогда как в тектонически активных регионах (Хангай, Японское море) коэффициент анизотропии достигает +3…+6 % с максимумом в районе Тибета и его горного обрамления (до +10 %). В целом установлено, что области с пониженными скоростями S-волн характеризуются высокими значениями коэффициента анизотропии и наоборот. На глубинах более 200 км коэффициенты анизотропии становятся более сглаженными и возникают достаточно обширные области с отрицательной радиальной анизотропией (α<0, VSH

Исследование сейсмического режима, физики очагов землетрясений и напряженно-деформированного состояния земной коры Центральной Азии. К настоящему времени создана надежная база данных об очаговых параметрах около 1000 землетрясений различных магнитуд. Полученная информация публикуется в ежегодных сборниках “Землетрясения Северной Евразии” и представляется в Международный сейсмологический центр (International Seismological Centre). На основе имеющихся материалов сотрудниками лаборатории выявлены среднестатистические характеристики полей напряжений и деформаций в земной коре регионов Монголии, Прибайкалья, Якутии и Арктики. Внедрение новой методики расчета тензора сейсмического момента землетрясений средних магнитуд позволило получать более полную информацию об очаге. Это особенно актуально при сейсмотектоническом анализе эпицентральных зон землетрясений, которые произошли в ранее асейсмичных районах и, соответственно, представляют особый интерес.

Важные направления исследований касаются сейсмического режима и условий распределения гипоцентров землетрясений в земной коре Монголо-Байкальского региона. Установлены различные формы сейсмических проявлений – от фоновой сейсмичности до сильных землетрясений, афтершоки которых вносят большой вклад в сейсмический процесс и составляют четверть всех зарегистрированных событий. Показано, что большинство землетрясений локализуется на глубинах до 20 км, что необходимо учитывать при изучении региональной сейсмичности, процессов разрывообразования и реологии литосферы.

Изучение строения коры и мантии Байкало-Монгольского региона по сейсмическим и гравиметрическим данным.

1. Скоростное строение и азимутальная анизотропия земной коры и верхней мантии Монголо-Сибирского региона по данным объемных волн. По скоростным разрезам, по­строенным методами телесейсмической томографии и продольной приемной функции, установлены особенности вертикальной конфигурации южной и юго-восточной части Сибирского кратона, влияющие на Байкальский рифтогенез. Кратон ассоциируется с выявленными на моделях областями повышенной сейсмической скорости. На юго-юго-западном разрезе (профиль MOBAL_2003) граница кратона на поверхности соответствует южной окраине Сибирской платформы и до глубины 120 км близка вертикали. Глубже кратон почти горизонтально уходит под Тункинский рифт, достигая подножия Хамар-Дабана в интервале глубин 150–250 км. На юго-востоке вертикальная конфигурация границы кратона выявляется по форме высокоскоростной аномалии на разрезе, пересекающем Южно-Байкальскую впадину и Хамар-Дабан (про­филь PASSCAL_1992). Мощность аномалии, свидетельствующей о более высокоскоростной и плотной среде, на контакте Сибирской платформы с Байкальской складчатой областью уменьшается от 270 до 150 км. В районе контакта высокоскоростная аномалия принимает форму кли­на, который под углом около 45° заглубляется от дневной поверхности под озеро Байкал и выклинивается восточнее озера на глубине 150 км. Кроме того, телесейсмическими исследования­ми на профиле MOBAL_2003 обнаружено, что верхняя мантия региона осложнена клиновидным поднятием астеносферы, достигающим подошвы коры. Толщина поднятия нарастает в на­правлении с севера на юг от 50 км южнее Сибирской платформы до 150 км севернее Гоби-Ал­тая. Протяженность астеносферного поднятия в широтном направлении составляет 400–500 км. Эти два факта, а также большая величина сейсмической анизотропии являются свидетельством вытеснения астеносферного материала из соседних областей под воздействием Индо-Евразий­ской коллизии и Тихоокеанской субдукции.

2. Инверсия гравитационного поля с целью получения трехмерных моделей крупных плотностных неоднородностей коры и верхней мантии Монголо-Сибирского региона. Специальные исследования показали, что изостатическое равновесие земной коры в Монголо-Сибирской горной стране соблюдается довольно полно. С учетом этого явления стало возможным составление карт толщины земной коры и литосферы южной части Восточной Сибири и Монголии. Для интерпретации аномалий силы тяжести, обусловленных огромными скоплениями гранитоидов, разработана специальная методика трансформации изостатических аномалий с целью вычисления декомпенсационных гравитационных аномалий. В этих аномалиях элиминировано не только влияние компенсации топографического рельефа, но и гравитационные эф­фекты предполагаемой локальной компенсации плотностных неоднородностей верхней части земной коры. Инверсия гравитационных аномалий (Буге, изостатических и декомпенсационных) позволила получить новые данные о морфологии крупных плотностных неоднородностей земной коры и верхней мантии юга Восточной Сибири и Монголии. Проведена оценка роли и масштабов проявления разновозрастного гранитоидного магматизма в процессах формирования континентальной коры, выполнен анализ закономерностей современного пространственного взаимоотношения террейнов, слагающих исследуемую часть Азиатского континента. Выявлены крупноамплитудные надвиги в земной коре Южного Прибайкалья, Западного Забайкалья и Центральной Монголии, выполнена диагностика и локация позднекайнозойских верхнемантийных плюмов, существование которых предполагается под литосферой Монголо-Сибирского региона. Установлено, что формирование Байкальской рифтовой системы обусловлено как на­личием плюмов, так и существованием древних структурных неоднородностей литосферы, которые оказались благоприятно ориентированными по отношению к направлению дальнодействующих сил, связанных с Индо-Азиатской коллизией.

Изучение геотермических параметров литосферы Центральной Азии. Сотрудники лаборатории комплексной геофизики на протяжении более полувека проводят геотермические исследования. На первом этапе ставились и решались в основном региональные геотермические проблемы, что позднее привело к обобщению данных о тепловом потоке континентальной литосферы. Далее основным объектом геотермических исследований становится оз. Байкал. В публикациях сотрудников лаборатории приведены данные свыше 1000 измерений теплового потока на дне оз. Байкал, позволившие выявить зоны глубоководной гидротермальной и газовой разгрузки. Кроме того, выполнен геотермический прогноз толщины газогидратного слоя в донных осадках и впервые в мировой геотермической практике обнаружено явление термокапиллярной конвекции, возникающей при нагреве газосодержащих донных осадков при измерении их теплопроводности in situ.

Разработка новых технологий поиска месторождений полезных ископаемых. Разрабатываемый в лаборатории комплексной геофизики метод электромагнитного зондирования и вызванной поляризации (ЭМЗВП) предназначен для решения широкого круга задач малоглубинной рудной и нефтяной геофизики, которые традиционными геофизическими методами в настоящее время решить почти невозможно. Экспериментальный образец аппаратно-програм­много электроразведочного комплекса “Марс” (АПЭК “Марс”) прошел успешную апробацию в различных регионах России и Монголии и вместе с технологией ЭМЗВП защищен патентом и двумя авторскими свидетельствами. Метод ЭМЗВП может быть использован в поисках и разведке кимберлитовых алмазоносных трубок, перекрытых излившимися базальтами (траппами), для выделения рудных тел (золото, платина, полиметаллы) в высокоомных средах, для исследования криолитозоны, в решении инженерных задач, в том числе изысканиях при строительстве трубопроводов в условиях Крайнего Севера.

Лабораторией комплексной геофизики ИЗК СО РАН совместно с кафедрой прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем ИРНИТУ создана научно-исследователь­ская лаборатория “Комплексирование геофизических методов поиска” (НИЛ КГМП), научным руководителем которой является сотрудник лаборатории комплексной геофизики, к.т.н., доцент Ю.А. Давыденко Коллективом НИЛ КГМП организовано проведение двух ежегодных конференций: Всероссийский научно-практический семинар с международным участием имени
Г.С. Вахромеева “Современные методы поисков в рудной и нефтяной геологоразведке” и Всероссийская школа-семинар с международным участием по электромагнитным зондированиям Земли имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна. На базе НИЛ КГМП создано студенческое научное объединение “Прикладная геофизика”, результаты исследований которого регулярно докладываются на этих и других конференциях студентами и аспирантами, а также создана научная экспедиция студентов, что позволит проводить полноценные практики для всех специальностей Института недропользования ИРНИТУ.

Лаборатория комплексной геофизики сотрудничает с Объединенным институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (г. Москва), Институтом геологии алмаза и благородных металлов СО РАН (г. Якутск), Геологическим институтом БНЦ СО РАН (г. Улан-Удэ), Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (г. Новосибирск), Институтом геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск), Иркутским научно-исследователь­ским техническим университетом (г. Иркутск), Институтом теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (г. Москва), Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (г. Троицк, г. Москва), Санкт-Петербург­ским государственным университетом (г. Санкт-Петербург), Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова (г. Москва), ООО “Геодевайс” (г. Санкт-Петербург), Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН (г. Москва), Монгольским государственным университетом (г. Улан-Батор, Монголия), Институтом астрономии и геофизики МАН (г. Улан-Батор, Монголия), АО “Росгеология”, “Иркутское геофизическое подразделение” (г. Иркутск), ООО “Газпром геологоразведка” (г. Тюмень), ВСЕГЕИ им. А.П. Карпинского (г. Санкт-Петер­бург), БГРЭ АК “АЛРОСА” ОАО (г. Мирный), ООО “ВЕГА-Геофизика” (г. Санкт-Петербург), отделением геофизики Колорадского университета (г. Боулдер, США), Национальным институтом геофизики и вулканологии (г. Рим, Италия), отделением наук о Земле Института геофизики (г. Цюрих, Швейцария).

Перспективы развития исследований в лаборатории комплексной геофизики связаны с использованием записей сейсмических волн на цифровых сейсмических станциях в комплексе с данными гравиметрии и геотермии с целью построения моделей глубинного строения литосферы и астеносферы центральной части Азии для выяснения механизма тектонических (в том числе сейсмогенерирующих) движений. Для получения практических рекомендаций по выделению потенциально опасных в сейсмическом отношении зон и решения задач сейсмического районирования планируется дополнить традиционные методы изучения сейсмичности и на­пряженно-деформированного состояния земной коры сейсмоактивных территорий гравиметрическими данными. Изучение соотношения кондукции и конвекции в передаче тепла из глубоких недр Земли к ее поверхности внесет существенный вклад в определение термического режима литосферы и оценку роли глубинного тепла в тектонической активности конкретных регионов. Предполагается продолжить разработку новых перспективных электроразведочных методов поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.