Geoelectric Model of the Central Part of the Northern Caucasus and Its Fluid Saturation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A series of magnetotelluric and seismic studies have been carried out on profiles covering more than two thousand kilometers within the North Caucasus region. The earlier interpretation of the magnetotelluric observations by means of one– and two–dimensional inversion and three–dimensional mathematical modeling software has helped to construct a series of sections and models which are viewed as test and starting ones for the construction of a three–dimensional geoelectric model of the region. The test models have been used to test how well the software for three–dimensional inversion of the impedance tensor components in the magnetotelluric sounding method can estimate the parameters of conducting blocks in the structures of the Greater Caucasus and the Scythian plate. In the resulting geoelectric model, constructed from the results of three–dimensional inversion of all impedance tensor components, the position of low–resistance blocks correlates with deep faults, volcanoes of various genesis, and seismically active zones characterized by the reduced velocity of seismic waves and their increased absorption. The electrical resistivity of low–resistance anomalies is explained by the degree of their saturation with the fluid water fraction. Its maximum concentration is found within the intersections of fault systems, flexural–rupture zones, and deep faults activated by tectonic processes.

About the authors

V. V. Belyavsky

Geoelectromagnetic Research Center, a branch of Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: victor.belyavsky@list.ru
Russia, 108840, Moscow

References

  1. Асманов О.А., Адилов З.А., Даниялов М.Г. Анализ сейсмического материала в целях среднемасштабного сейсмического районирования территории Дагестана. Труды института геологии Дагестанского научного центра РАН. Гидрогеология и некоторые прикладные аспекты геологии Восточного Кавказа. 2013. Вып. № 62. С. 218–222.
  2. Атлас карт Северного Кавказа: тектоническая карта Северного Кавказа. Масштаб 1: 1 000 000. Гл. ред. Н.И. Пруцкий. Ессентуки: Северо-Кавказский региональный геологический центр МПР России. 1998.
  3. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир. 2009. 680 с.
  4. Белявский В.В. Геоэлектрическая модель тектоносферы Северо-Кавказского региона Тверь: ООО “Издательство ГЕРС”. 2007. 250 с.
  5. Белявский В.В., Егоркин А.В., Ракитов В.А., Солодилов Л.Н., Яковлев А.Г. Некоторые результаты применения методов естественных электромагнитных полей и сейсмических полей на Северном Кавказе // Физика Земли. 2007. № 3. С. 4–14.
  6. Белявский В.В. Геоэлектрическая модель Восточного Кавказа // Геофизика. 2022. № 1. С. 64–69.
  7. Белявский В.В. Геоэлектрическая модель Северо-Западного Кавказа: трехмерная инверсия // Физика Земли. 2023. № 2. C. 78–92.
  8. Белов А.А., Буртман В.С., Зинкевич В.П. и др., Тектоническая расслоенность литосферы и региональные геологические исследования М.: Наука. 1990. 293 с.
  9. Браун Л., Массет А. Недоступная Земля. М.: Мир. 1984. 262 с.
  10. Булин Н.К., Егоркин. А.В. Региональный прогноз нефтегазоносности недр по глубинным сейсмическим критериям. М.: Центр ГЕОН. 2000. 192 с.
  11. Варенцов И.М. Общий подход к решению обратных задач магнитотеллурики в кусочно-непрерывных средах // Физика Земли. 2002. № 11. С. 11–33.
  12. Вобликов Б.Г., Лопатин А.Ф. Тектоническое строение палеозойских отложений центрального и восточного Предкавказь // Тектоника и геодинамика. Ставрополь. 2002. С. 87–108.
  13. Габсатарова И.П., Королецки Л.Н., Иванова Л.Е. Селиванова Е.А. Землетрясения Заветненское 2 мая 2012 с Kр = 11.2, Мwрег = 4.3, = 5 и Воровосколесское – II 15 декабря 2012 г. с Kр = 10.8, Мwрег = 4.2, = 4 (Ставропольский край). Cильные и ощутимые землетрясения. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН. 2020. С. 323 – 331.
  14. Ершов В.В., Собисевич А.Л., Пузич И.Н. Глубинное строение грязевых вулканов Тамани по данным натурных исследований и математического моделирования // Геофизические исследования 2015. Т. 16. № 2. С. 69–76.
  15. Золотов Е.Е., Кадурин И.Н., Кадурина Л.С., Недядько В.В., Ракитов В.А., Рогожин Е.А., Ляшенко Л.Л. Новые данные о глубинном строении земной коры и сейсмичности Западного Кавказа. Геофизика ХХI столетия / Солодилов Л.Н. (ред.). 2001. С. 85–89.
  16. Зонов С.В., Зарайский Г.П., Балашов В.И. Влияние теплового разуплотнения на проницаемость гранитов в условиях небольшого превышения литостатического давления над флюидным // Докл. АН. СССР. 1989. № 307(1). С. 191–194.
  17. Иванов П.В., Пушкарев П.Ю. Трехмерная инверсия рассчитанных на одиночном профиле магнитотеллурических данных // Физика Земли. 2012. № 11–12. С. 91–96.
  18. Краснопевцева Г.В., Кузин А.М. Комплексная сейсмическая интерпретация данных ГСЗ (продольные волны) на примере профиля “Волгоград–Нахичевань”. Материалы Всеросс. совещ. 18–21 августа 2009, г. Иркутск. Иркутск: ИЗК СО РАН. 2009. Т. 1. С. 61–63.
  19. Краснопевцева Г.В. Глубинное строение Кавказаю Строение земной коры и верхней мантии Центральной и Восточной Европы / Соллогуб В.Б. (ред.). Киев: Наукова думка. 1978. С. 190–199.
  20. Курбанов М.К. Геотермальные и гидроминеральные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья. М.: Наука. 2001. 260 с.
  21. Лаврушин В.Ю. Подземные флюиды Большого Кавказа и его обрамления / Поляк Б.Г. (ред.). Тр. ГИН РАН. М.: ГЕОС. 2012. Вып. 599. 348 с.
  22. Левин Л.Э., Кондорская Н.В. Сейсмичность центральной части Средиземноморского пояса Евразии в связи с проблемой развития нефтегазового комплекса // Разведка и охрана недр. 1998. № 2. С. 28–31.
  23. Лукк А.А., Шевченко В.И. Сейсмичность, тектоника и GPS-Геодинамика Кавказа // Физика Земли. 2019. № 4. С. 99–123.
  24. Магомедов Р.А. Геодинамический режим области Дагестанского клина в Альпийском цикле развития Восточного Кавказа. Институт геологии ДНЦ РАН. Сборник научных трудов выпуск № 56. Мониторинг и прогнозирование природных катастроф. Махачкала. 2010. С. 66–79.
  25. Милановский Е.Е., Расцветаев Л.М., Кухмазов С.У., Бирман А.С., Курдин Н.Н., Симако В.Г., Тверитинова Т.Ю. Новейшая геодинамика Эльбрусско-Минераловодской области Северного Кавказа // Геодинамика Кавказа. М.: Наука 1989. С. 99–105.
  26. Рогожин Е.А., Малюков В.К., Миронов А.П, Овсюченко А.Н., Горбатиков А.В., Андреева Н.В., Лукашова Р.Н., Дробышев В.И., Хубаев Х.М. Характеристики современных горизонтальных движений в зонах заметных землетрясений начала XXI в. в центральном секторе Большого Кавказа по данным gps- наблюдений и их связь с новейшей тектоникой и глубинными строением Земной коры // Геофизические процессы и биосфера. 2019а. Т. 18. № 1. С. 91–102.
  27. Рогожин Е.А., Горбатиков А.В., Харазова Ю.В., Степанова М.Ю., Chen J, Овсюченко А.Н., Ларьков А.C., Сысолин А.И. Глубинное строение Анапской флексурно-разрывной зоны, западный Кавказ // Геотектоника. 2019б. № 5. С. 3–11.
  28. Рогожин Е.А., Горбатиков А.В., Степанова М.Ю., Овсюченко А.Н., Андреева Н.В., Харазова Ю.В. Структура и современная геодинамика мегантиклинория Большого Кавказа в свете новых данных о глубинном строении // Геотектоника. 2015. № 2. С. 36–49.
  29. Собисевич А.Л., Лаверова Н.И., Собисевич Л.Е., Микадзе Э.И., Овсюченко А.Н Сейсмоактивные флюидо-магматические системы Северного Кавказа / Лаверов Н.П. (ред.). М.: ИФЗ. им. О.Ю. Шмидта РАН. 2005. 225 с.
  30. Стонгий Г.А., Стонгий В.В. Сейсмотектоническая модель Северо-западного Кавказа: геолого-геофизический аспект // Физика Земли. 2019. № 4. С. 124–132.
  31. Шемпелев А.Г., Пьянов В.Я., Лыгин В.А., Кухмазов С.У., Морозова А.Г. Результаты геофизических исследований вдоль Приэльбрусского профиля (вулкан Эльбрус – Кавказские Минеральные воды). Региональная геология и металлогения. 2005. № 25. С. 178–185.
  32. Шемпелев А.Г., Заалишвили В.Б., Чотчаев Х.О., Шамановская С.П., Рогожин Е.А. Тектоническая раздробленность и геодинамический режим вулканов Эльбрус и Казбек (центральный Кавказ, Россия): Результаты глубинных исследований // Геотектоника. 2020. № 5. С. 55–69.
  33. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика) / Н.В. Дортман (ред.). М.: Недра. 1984. 455 с.
  34. Druskin V., Knizhnerman L. Spectral approach to solving three-dimensional Maxwell’s diffusion equations in the time and frequency domains // Radio Sci. 1994. V. 29(4). P. 937–953.
  35. Counil J.L., le Mouel J.L., Menvielle M. Associate and conjugate directions concepts in magnetotellurics // Ann. Geophys. 1986. V. 4B. № 2. P. 115–130.
  36. Kiyan D., Jones A., Vozar J. The inability of magnetotelluric off-diagonal impedance tensor elements to sense oblique conductors in three-dimensional inversion // Geophys. J. Int. 2014. V. 196. P. 1351–1364.
  37. Miensopust M.P., Queralt P., Jones A.G. Magnetotelluric 3D inversion - review of two successful workshops on forward and inversion code testing and comparison and the 3D MT modelers // Geophys. J. Int. 2013. V. 193. P. 1216–1238.
  38. Siripunvaraporn W., Egbert G., Lenbury Y, Uyeshima M. Three-dimensional magnetotelluric inversion: data-space method // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2005. V. 150 (1–3). P. 3–14. https://doi.org/10.1016/j.pepi 2004.08.023
  39. Siripunvaraporn W., Egbert G., Uyeshima M. Interpretation of two-dimensional magnetotelluric profile data with three-dimensional inversion: synthetic examples // Geophys. J. Jnt. 2005. V. 160. P. 804–814. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2005.02527
  40. Shimojuku A., Yoshino T., Yamazaki D. Electrical conductivity of brine-bearing quartzite at 1 GPa: implications for fluid content and salinity of the crust // Earth Planet Sp. 2014. V. 66. P. 2. https://doi.org/10.1186/1880-5981-66-2
  41. Shankland T.I., Waff H.S. Partial melting and electrical conductivity anomalies in the upper mantle // J. Geophys. Res. 1977. V. 82 (33). P. 5409–5417.
  42. Wyllie M.R.J., Gregory A.R. Gardner L.W. Elastic wave velocities in heterogeneous and porous media // Geophysics. 1956. V. 21. P. 41—70.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».