Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Известия Уральского государственного горного университета. 2021. Вып. 1 (61). С. 65-73
УДК 550.8.28: 550.837 https://doi.org/10.21440/2307-2091-2021-1-65-73
Геофизические исследования в районе Крылатовской
водозаборной скважины
Вадим Анатольевич ДАВЫДОВ*
Институт геофизики им. Ю. П. Булашевича УрО РАН, Екатеринбург, Россия
Аннотация
Актуальность и цель работы. Поверхностные источники чистой воды все сильнее истощаются. В связи
с этим возрастает роль подземных источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения.
Геофизические методы разведки могут стать эффективным инструментом поиска подземных вод. К
задачам исследований относились определение возможностей магниторазведки при площадном поиске
перспективных зон и выявление особенностей электромагнитных полей при аудиомагнитотеллурических и
магнитовариационных зондированиях в районе действующей водозаборной скважины.
Методология. Съемка магнитного поля проводилась протонным магнитометром ММП-203 (завод
«Геологоразведка», г. Ленинград). Электроразведочные работы включали вертикальные электрические
зондирования (ВЭЗ) с аппаратурой ЭРА (ГНПП «Геологоразведка», г. Санкт-Петербург) и регистрацию
аудиомагнитотеллурических полей аппаратурой ОМАР-2 (ИГФ УрО РАН, г. Екатеринбург).
Результаты. Итогом магнитной съемки стала карта аномального магнитного поля изучаемой территории,
на которой водообильную зону грунтовых вод коры выветривания можно выделить по структурным
признакам. Зоны тектонических нарушений, перспективные на присутствие трещинно-жильных вод,
уверенно выделяются положительными линейными аномалиями магнитного поля. Выяснены характерные
особенности электромагнитных полей при аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных
зондированиях в районе распространения трещинных вод. Наиболее показательно поведение реальной
и мнимой квадратур магнитовариационного типпера, характеризующихся минимальными значениями
и переходом через ноль соответственно. По результатам электромагнитных зондирований в районе
водозаборной скважины фиксируется увеличение мощности коры выветривания с уменьшением
сопротивления, что является свидетельством ее обводненности.
Выводы. Определена значимость магниторазведки для уточнения структурно-геологического строения
территории при поиске водонасыщенных зон. Подтверждена высокая эффективность электромагнитных
зондирований на постоянном и переменном токе для определения характера, глубины залегания и мощности
выявленных структур. Традиционно изучаемые при поиске и разведке подземных вод геофизические
поля пополнены новыми электромагнитными параметрами. К ним относятся модуль и квадратуры
магнитовариационного типпера аудиодиапазона. Результаты исследований указывают на аномальность
данных параметров в отношении водоносных горизонтов, это позволяет дать обоснованные рекомендации
по месту бурения эксплуатационных скважин.
Ключевые слова: подземные воды, магниторазведка, аудиомагнитотеллурическое зондирование,
магнитовариационные параметры, импеданс, типпер, удельное электрическое сопротивление.
Введение
Промышленность и города потребляют огромное ко- Имеется множество положительных примеров комплекс-
личество водных ресурсов, при этом недостаток чистой ных геофизических исследований по поиску и разведке
воды ощущается все сильнее. Поверхностные источники водоносных горизонтов [1–4]. Наиболее эффективными
истощаются и загрязняются отходами жизнедеятельности здесь являются электроразведочные методы, поскольку
человека, их дальнейшее использование возможно только присутствие воды в горных породах понижает их удельное
после очистки. В связи с этим возрастает роль подземных электрическое сопротивление (УЭС), что приводит к появ-
источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснаб- лению характерных аномалий. Снижение УЭС при запол-
жения. Вопрос о выборе мест бурения водозаборных сква- нении водой порового пространства горных пород может
жин с высоким дебитом является достаточно актуальным составлять 2…4 порядка. Перспективным направлением
как для небольших поселений, так и для крупных муници- считается внедрение радиокомпарационных и аудиомаг-
пальных образований. Поиск подземных вод с использо- нитотеллурических методов, использующих естественные
ванием геофизических методов разведки позволяет повы- электромагнитные поля [5, 6, 7–10]. Площадная съемка
сить процент продуктивных эксплуатационных скважин. геофизических полей позволяет выявить местоположение
davyde@yandex.ru
https://orcid.org/0000-0003-2483-2154
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА МАРТ 2021 | ВЫПУСК 1 (61) 65НАУКИ О ЗЕМЛЕ В. А. Давыдов / Известия УГГУ. 2021. Вып. 1(61). С. 65-73
перспективных участков, а с помощью электромагнитных Аудиомагнитотеллурическая и магнитовариацион-
зондирований можно идентифицировать и определить ная съемка выполнена аппаратурой ОМАР-2 (Институт
глубину залегания водоносных горизонтов. геофизики им. Ю. П. Булашевича УрО РАН, г. Екатерин-
Цель представленной работы – оценить возможности бург) [13] по методике скоростного измерения компонент
геофизических методов при поисках и разведке подзем- естественного электромагнитного поля с шагом 25 м. В
ных вод. Основные задачи – определение эффективности процессе работы последовательно производилась двух-
магниторазведки при площадном поиске перспективных канальная запись взаимно перпендикулярных составля-
зон и выявление особенностей электромагнитных полей ющих электромагнитного поля при различных положе-
при аудиомагнитотеллурических и магнитовариацион- ниях датчиков. Регистрация сигналов велась в частотном
ных зондированиях в районе действующей водозаборной диапазоне 100…15 000 Гц со стелющейся незаземленной
скважины. линией, расположенной вдоль профиля Ey и магнитного
Методы исследований датчика Hx, ориентированного поперек профиля, а затем
Для площадных исследований с целью уточнения с ортогональной пары магнитных датчиков Hx, Hz. Общее
структурно-геологического строения территории и выяв- время наблюдения на точке составляло 5…6 мин. В каче-
ления перспективных зон была использована магнитная стве электрической линии использовалась 10-метровая
съемка. Измерения модуля индукции геомагнитного поля емкостная антенна с предварительным усилителем, маг-
T проводились протонным магнитометром ММП-203 (за- нитные компоненты измерялись с помощью активных
вод «Геологоразведка», г. Ленинград) по системе профи- индукционных датчиков АМД-50 чувствительностью 50
лей, размеченных в крест простирания (с запада на вос- мВ/нТл, имеющих линейную амплитудно-частотную ха-
ток) основных геологических границ. Съемка проведена рактеристику в заданном диапазоне частот.
без использования магнитовариационной станции. Поле- Камеральная обработка аудиомагнитотеллурических
вые наблюдения осуществлялись ходами, замкнутыми на данных включала получение частотных спектров попе-
точках опорной сети. Опорная сеть была разбита по маги- речного импеданса среды Z = Ey/Hx и типпера Wzx = Hz/
стралям, соединяющим одноименные пикеты на разных Hx [14] на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ).
профилях. Расстояние между профилями составляло 50 Затем производился расчет кажущегося сопротивления
м, шаг наблюдений – 5 м. Оценка условий работы с по- по известной формуле, используемой в магнитотеллури-
следующей увязкой измеренных значений геомагнитного ческих исследованиях [15]:
поля Т осуществлялась на контрольных пунктах (КП), ко- 2
торые выбирались на каждой магистрали в малоградиент- ρa (ω) = |Z (ω)| /ωμ0,
ных зонах. Качество съемки оценивалось по повторным где ω – круговая частота; μ0 – магнитная проницаемость
наблюдениям на профилях и по измерениям на КП перед воздуха, μ0 = 4π · 10–7 Гн/м.
началом и в конце рабочего дня. Количество контрольных Полученные частотные спектры аудиомагнитотеллу-
измерений составило около 6 % от общего объема маг- рических и магнитовариационных параметров подверга-
ниторазведочных работ, величина абсолютной погреш- лись специальной трансформации, учитывающей влия-
ности равна ±3,8 нТл. Обработка магниторазведочных ние поверхностных отложений, с конечным построением
данных заключалась во введении поправки на смещение глубинных разрезов [16, 17].
нуль-пункта и увязывании профильных наблюдений к Полный граф обработки зарегистрированных сигна-
единому уровню. В расчет брались невязки на точках лов включал следующие операции:
опорной сети, полученных при замыкании хода, и на КП – цифровую фильтрацию индустриальных помех;
магистралей. Аномальное магнитное поле dT рассчиты- – вычисление частотных спектров составляющих
валось в соответствии с моделью IGRF-12 (International электромагнитного поля и их отношений с помощью БПФ
Geomagnetic Reference Field) на 2015 г. в режиме накопления;
Электроразведочные работы включали вертикальные – восстановление истинных амплитуд сигналов с уче-
электрические зондирования (ВЭЗ), аудиомагнитотеллу- том амплитудно-частотных характеристик измеритель-
рические зондирования (АМТЗ) и магнитовариационное ных каналов и датчиков сигналов;
профилирование (МВП). Вертикальные электрические – расчет частотных аудиомагнитотеллурических
зондирования проводились с аппаратурой ЭРА (ГНПП (АМТ) кривых кажущегося сопротивления ρa (f);
«Геологоразведка», г. Санкт-Петербург) симметричной – преобразование АМТ кривых в глубинный разрез
4-электродной установкой Шлюмберже (AMNB) с мак- кажущихся сопротивлений ρa (hэф) с помощью оригиналь-
симальными разносами AB до 500 м по традиционной ного алгоритма трансформации;
методике работ, принятой при поисках месторождений – пересчет абсолютных значений типпера Wzx и его
полезных ископаемых [11]. Шаг наблюдений составлял 50 квадратур из частотной области в диапазон глубин в со-
м. Измерения производились на частоте 4,88 Гц при токе ответствии с полученными соотношениями при преобра-
в питающей линии от 10 до 50 мА, что позволяло полу- зовании АМТ кривых;
чать уверенные значения разности потенциалов в прием- – дополнительно производилось построение разреза
ной линии с погрешностью измерений менее 3 %. Коли- эффективной продольной проводимости Sэф = hэф/ρa, на
чественная интерпретация ВЭЗ с определением величин котором аномалии электропроводности выделяются бо-
удельных электрических сопротивлений, глубины залега- лее контрастно.
ния и мощности слоев проводилась с помощью програм- В результате обработки получены глубинные разре-
мы одномерной инверсии ZondIP1d [12]. зы кажущихся сопротивлений, эффективной продольной
66 В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. Вып. 1 (61).
С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73V. A. Davydov / News of the Ural State Mining University. 2021. Issue 1(61), pp. 65-73 EARTH SCIENCES
Х, м
Y, м
Рисунок 1. Карта аномального магнитного поля dT Крылатовского участка с нанесенной геологической основой: 1 – плагиограниты;
2 – базальты; 3 – туфы; 4 – андезиты; 5 – тектонические нарушения.
Figure 1. Map of the anomalous magnetic field dT of the Krylatovskaya area with a geological basis: 1 – plagiogranites; 2 – basalts; 3 –
tuffs; 4 – andesites; 5 – tectonic disturbances.
проводимости, реальных и мнимых квадратур типпера прорывают вулканогенные породы, состоящие из лав, ту-
и его модуля. Данные построения позволяют оценить фов базальтов и туфопесчаников основного состава. Вме-
характер распределения электрофизических свойств по щающие породы залегают субвертикально и характери-
глубине, выделить локальные геоэлектрические неодно- зуются частой фациальной изменчивостью по вертикали
родности и связать природу геофизических полей с геоло- и латерали. Образованиям кунгурковской свиты отвеча-
гическим строением. ет отрицательное (до –300… – 400 нТл) магнитное поле.
Результаты работ Аномалии интенсивностью от –50 до +500 нТл фиксируют
Геофизические работы на Крылатовской площади обогащенные магнетитом разности пород. Сложное зна-
проводились с целью поисков и предварительной оценки копеременное поле наблюдается в экзоконтактах интру-
дополнительных источников питьевой воды вблизи суще- зий и в тектонических зонах. Простирание основных ге-
ствующего водозабора. Попутно проводились уточнение ологических структур района – субмеридиональное [19].
геологического строения, оконтуривание границ горных В гидрогеологическом отношении район расположен
пород, слагающих район работ, выявление разломов и зон в пределах системы бассейнов грунтовых вод зон трещи-
трещиноватости, перспективных в плане присутствия и новатости, в породах среднего и нижнего палеозоя вос-
накопления подземных вод. точного склона Урала. Подземные воды участка относятся
Участок работ расположен в 35 км на юго-запад от к трещинно-жильному типу и приурочены к мезозойской
г. Екатеринбурга и захватывает территорию к востоку от коре выветривания и зонам повышенной трещиновато-
пос. Крылатовский. На западе площади залегают плаги- сти скальных массивов, водоупором для них служат мо-
ограниты Новоалексеевского массива. Массив формиро- нолитные горные породы.
вался в тектонически активной зоне, что подтверждается Водоснабжение пос. Крылатовский осуществляется
развитием в нем многочисленных разрывных нарушений. от одной водозаборной скважины, расположенной в 700 м
Тектоника проявляется также развитием мощных зон восточнее населенного пункта. Скважина пробурена в со-
рассланцевания [18]. С запада Новоалексеевский массив ветские времена в процессе геологоразведочных работ до
ограничен Дегтярским региональным разломом, с восто- глубины более 100 м. Характеризуется высоким дебетом.
ка – тектоническим контактом с вулканитами кунгурков- Она в течение нескольких десятилетий снабжает поселок
ской свиты. Многочисленные мелкие тела плагиогранитов водой, однако назрел вопрос о бурении новой скважины
В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. 67
Вып. 1 (61). С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73НАУКИ О ЗЕМЛЕ В. А. Давыдов / Известия УГГУ. 2021. Вып. 1(61). С. 65-73
а
б
Рисунок 2. Результаты электромагнитных зондирований вблизи Крылатовской водозаборной скважины: а – геоэлектрический
разрез ВЭЗ; б – трансформированный разрез кажущегося сопротивления АМТ. Нумерация пикетов (ПК) кратна 10 м.
Figure 2. Results of electromagnetic sounding near the Krylatovskaya water well: а – geoelectric section of Vertical Electrical Sounding
(VES); b – transformed section of apparent resistance АМТ. Survey stakes numbering is in increments of 10 m.
для дополнительного забора воды. Для выбора перспек- уровнем (+50...+150 нТл). Затем восточнее следуют три
тивного места было решено провести геофизические на- ступенчатых перепада магнитного поля, которые на ге-
блюдения вблизи эксплуатационной скважины, а затем ологической карте участка соответствуют базальтам, ту-
проследить и выявить схожие структуры на окружающей фам и андезитам. Водозаборная скважина располагается
территории. Для этого были произведены площадная в районе распространения туфов, в 250 м восточнее зоны
съемка магнитного поля в окрестностях водозабора (рис. разлома. Прилегающая к скважине область отмечается
1) и электрометрические измерения на контрольном про- локальной отрицательной аномалией магнитного поля до
филе методами ВЭЗ, АМТЗ и МВП. –100 нТл. В плагиогранитах юго-западной части участка
Аномальное магнитное поле на исследованной пло- положительными линейными аномалиями выделяется
щади участка изменяется в пределах от –100 до +150 нТл, оперяющая тектоника северо-западного и северо-вос-
что позволяет выделить по магнитным свойствам горные точного направления. Таким образом, с помощью маг-
породы разного состава. На участке работ были отмечены ниторазведки можно выделить на исследуемой площади
помехи, связанные с присутствием ЛЭП и металлических области распространения горных пород различных видов
объектов, например трубопровода. В непосредственной вместе с зонами тектонических нарушений. Перспектив-
близости от таких объектов уровень магнитного поля ную зону, связанную с полосой распространения туфов,
скачкообразно изменялся до 1000 нТл. Чтобы устранить можно оконтурить по структурным признакам. Наиболее
стороннее влияние, измерения проводились на удалении водообильные участки в пределах этой зоны предпола-
10…20 м от источника помех, где аномалии, связанные с гается идентифицировать по локальным отрицательным
техногенными объектами, полностью исчезали. Все заре- аномалиям магнитного поля, которые, вероятно, возни-
гистрированные антропогенные аномалии были отбра- кают за счет выщелачивания акцессорного магнетита в
кованы при последующей обработке. Площадная съемка зоне активного водообмена. Кроме водоносного горизон-
выявила наличие субмеридиональной полосы с положи- та, приуроченного к коре выветривания туфов, в районе
тельной аномалией магнитного поля, сопровождаемой поселка развиты трещинно-жильные воды, связанные с
ступенчатыми перепадами. Данная линейная структура зонами повышенной трещиноватости скальных масси-
на геологической карте соответствует тектоническому вов. Пути миграции таких вод проходят по тектониче-
контакту Новоалексеевского гранитного массива с вул- ским трещинам и зонам разломов на глубине от 20…30 до
каническими породами кунгурковской свиты. Результаты более 200 м. Разгрузка в виде родников осуществляется в
рекогносцировочных геологических маршрутов подтвер- местный базис дренирования – реку Кунгурку. Положи-
дили, что на западе участка залегают плагиограниты, а в тельные линейные аномалии магнитного поля позволяют
восточной части – андезиты, базальты и их туфы. В пре- довольно уверенно выделить зоны тектонических нару-
делах гранитного массива преобладает низкий уровень шений, также перспективных в плане потенциальных
магнитного поля (–50...–100 нТл). Зона влияния мериди- источников водоснабжения.
онального разлома шириной от 50 до 120 м, отделяющая Характер поведения электрометрических пара-
гранитоиды от вулканитов, характеризуется повышенным метров в районе распространения подземных вод кор
68 В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. Вып. 1 (61).
С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73V. A. Davydov / News of the Ural State Mining University. 2021. Issue 1(61), pp. 65-73 EARTH SCIENCES
а
б
Рисунок 3. Результаты АМТЗ и МВП вблизи Крылатовской водозаборной скважины: a – разрез эффективной продольной
проводимости; б – разрез модуля типпера Wzx.
Figure 3. Results of audiomagnetotelluric (AMT) sounding and geomagnetic-variation profiling near the Krylatovskaya water well: a –
effective longitudinal conductance cross-section; b –tipper module cross-section Wzx.
выветривания изучался на контрольном профиле, прохо- (ПК0–ПК4), однако здесь мощность коры выветривания
дящем вблизи водозаборной скважины в крест простира- в два раза меньше, а сопротивление достигает 400 Ом × м.
ния основных геологических структур. Результаты элек- Далее представлены другие электрометрические па-
тромагнитных зондирований показали, что мощность раметры, полученные с помощью АМТЗ и МВП. Эффек-
рыхлых отложений в пределах профиля изменяется в диа- тивная продольная проводимость Sэф позволяет выделять
пазоне от 20 до 50 м (рис. 2). хорошо проводящие слои в разрезе. К ним относятся рых-
Геоэлектрический разрез ВЭЗ и трансформированный лые отложения с высоким содержанием глинистой компо-
глубинный разрез АМТЗ имеют схожие черты строения ненты (рис. 3, а).
и близкие значения электросопротивлений, несмотря на Так, приповерхностный слой влажных суглинков
различие физических процессов с участием постоянных мощностью до 10…15 м отмечается повышенной
и вихревых токов. Все электроразведочные методы хо- электропроводностью 0,5…1,5 См, в то время как для
рошо работают в проводящих средах, в особенности при остальных пород она не превышает 0,2 См. Пониженные
гальваническом заземлении. Изоляторы служат экраном значения Sэф в верхней части разреза (ВЧР) вблизи
для прохождения постоянного тока, однако не являются скважины вызваны возникновением «депрессионной
препятствием при индукционных методах возбуждения воронки» за счет постоянной откачки. Модуль
и приема. Из этого следует, что результаты интерпрета- типпера Wzx в окрестностях водозаборной скважины
ции ВЭЗ более точны для верхней части разреза, а данные характеризуется максимальными значениями по краям и
АМТЗ более достоверны в отношении коренных пород минимумом в центре скважины. Это неплохо согласуется
основания. Таким образом, используемые методы взаим- с теоретическими расчетами переменного магнитного
но дополняют друг друга в плане получения информации. поля для модели с проводящим пластом [20]. Считается,
Удельные электрические сопротивления коренных что магнитовариационное профилирование служит для
пород составляют 1000…3000 Ом × м, кора выветрива- выделения и локализации геоэлектрических горизонтально
ния характеризуется значениями 150…400 Ом × м. В рай- неоднородных структур. Однако в складчатых
оне скважины (пикет ПК20) фиксируется самая большая областях, в частности на Урале, не считая маломощных
мощность коры выветривания с самым низким сопро- приповерхностных отложений, все структуры имеют
тивлением (r = 50 Ом × м), что свидетельствует о ее об- субвертикальную направленность. Переменное
водненности. По результатам количественной интерпре- магнитное поле практически везде имеет аномальный
тации ВЭЗ, водоносный слой мощностью 40 м залегает характер, в особенности в диапазоне аудиочастот. Таким
между двумя водоупорами – верхним 10-метровым слоем образом, изучение характера поведения различных
суглинков (r = 24 Ом × м) и массивом (r = 700 Ом × м) квадратур типпера может привести к получению новой
снизу. Учитывая, что породы основания разреза имеют коррелированной информации о геологическом строении
пониженные УЭС, можно сделать предположение об их и свойствах горных пород. В связи с этим большой интерес
трещиноватости. Трещиноватый характер горных пород, представляет поведение реальных и мнимых частей
связанный с тектоникой, наблюдается в начале профиля типпера, которые ранее никогда не рассматривались в
В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. 69
Вып. 1 (61). С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73НАУКИ О ЗЕМЛЕ В. А. Давыдов / Известия УГГУ. 2021. Вып. 1(61). С. 65-73
а
б
в
Рисунок 4. Результаты магниторазведки и магнитовариационных измерений по профилю вблизи Крылатовской водозаборной
скважины: a – график аномального магнитного поля dT; б – разрез реальной части типпера ReWzx; в – разрез мнимой части типпера
ImWzx.
Figure 4. Results of magnetic prospecting and lateral geomagnetic variation measurements near the Krylatovskaya water well: a –
anomalous magnetic field graph dT; b – tipper real part cross-section ReWzx; c – tipper imaginary part cross-section ImWzx.
виде глубинных разрезов. Для оценочного сопоставления Знакопеременная аномалия наблюдается по всей глубине
служит график аномального магнитного поля Земли вдоль разреза: в коренных породах она практически вертикаль-
профиля (рис. 4). на, а в районе коры выветривания аномалия имеет слож-
Реальная квадратура типпера ReWzx по общему виду ный характер с двойной сменой знака. Следует отметить,
близка к модулю |Wzx|, однако она более детально выделя- что на разрезе мнимой части типпера также хорошо вы-
ет неоднородности разреза, которые характеризуются от- деляются приповерхностные отложения ВЧР, имеющие
рицательными значениями. Так, в районе скважины фик- небольшие отрицательные значения ImWzx ≈ –0,1...–0,3.
сируется довольно контрастная локальная отрицательная Заключение
аномалия ReWzx. Мнимая квадратура типпера ImWzx вы- Результаты выполненных работ позволяют выделить
глядит еще более информативно, с ее помощью можно по магнитным свойствам область залегания вулканиче-
определить границы всех структурно-геологических эле- ских пород, с корой выветривания которых связан основ-
ментов разреза. Так, базальтам (ПК0–ПК12), характеризу- ной водоносный горизонт. Бурение дополнительной водо-
ющимся положительными значениями аномального маг- заборной скважины рекомендуется провести в 200…400
нитного поля (dT = 0...+80 нТл), соответствуют крайние м севернее существующей, в сходных геологических ус-
отрицательные величины ImWzx < –1,0. Андезиты с ров- ловиях. Для более детальной привязки можно применить
ным уровнем dT ≈ – 50 нТл (ПК28–ПК40) отличаются по- магнитовариационное профилирование. Место бурения
ложительными значениями мнимой квадратуры ImWzx > будет определяться минимальными значениями реальной
0,5. А туфы (ПК12–ПК28) с резкими перепадами магнит- квадратуры типпера и переходом через ноль мнимой ква-
ного поля от нуля до –100 нТл и средним уровнем dT ≈ –70 дратуры. В плане потенциальных источников водоснаб-
нТл занимают промежуточное положение значений ImWzx жения также перспективны трещинно-жильные воды
≈ ±0,5. При этом в районе скважины происходит переход тектонических зон. Положительные линейные аномалии
через ноль мнимой квадратуры типпера со сменой знака. магнитного поля позволяют довольно уверенно выделить
70 В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. Вып. 1 (61).
С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73V. A. Davydov / News of the Ural State Mining University. 2021. Issue 1(61), pp. 65-73 EARTH SCIENCES
зоны разрывных нарушений. Наиболее перспективной аудиомагнитотеллурических и магнитовариационных
может считаться зона пересечения меридионального раз- зондированиях в районе распространения грунтовых вод
лома с оперяющим тектоническим нарушением на южной коры выветривания. Традиционно изучаемые при поиске
окраине участка работ. и разведке подземных вод геофизические поля пополне-
Приведенные примеры указывают на большие воз- ны новыми электромагнитными параметрами. К ним от-
можности геофизических методов при поисках подзем- носятся модуль, а также реальные и мнимые квадратуры
ных вод. Определена значимость магниторазведки для магнитовариационного типпера аудиодиапазона. Указан-
уточнения структурно-геологического строения терри- ные параметры аномальны в отношении водоносных го-
тории при площадных исследованиях перспективных ризонтов, что позволяет дать обоснованные рекоменда-
водонасыщенных зон. Подтверждена высокая эффектив- ции по месту бурения эксплуатационных скважин.
ность электромагнитных зондирований на постоянном Применение геофизических методов исследований
и переменном токе для определения характера, глубины при поисках и разведке вод может значительно повысить
залегания и мощности выявленных структур. Выяснены число скважин с высоким дебетом для хозяйственно-бы-
характерные особенности электромагнитных полей при тового и питьевого водоснабжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Farzamian M., Ribeiro J. A., Khalil M. A., Santos F. A. M., Kashkouli M. F., Bortolozo C. A., Mendonça J. L. Application of transient electromagnetic
and audio-magnetotelluric methods for imaging the Monte Real aquifer in Portugal // Pure and Applied Geophysics. 2019. Vol. 176, № 2. Р. 719–
735. https://doi.org/10.1007/s00024-018-2030-7
2. Goldman M., Neubauer F. M. Groundwater exploration using integrated geophysical techniques // Surveys in geophysics. 1994. Vol. 15, № 3.
Р. 331–361. https://doi.org/10.1007/BF00665814
3. McNeill J. D. Use of electromagnetic methods for groundwater studies // Geotechnical and Environmental Geophysics. 1990. Vol. 1, № 5. Р.
191–218. https://doi.org/10.1190/1.9781560802785
4. Meju M. A., Fontes S. L., Oliveira M. F. B., Lima J. P. R., Ulugergerli E. U., Carrasquilla A. A. Regional aquifer mapping using combined VES-
TEM-AMT/EMAP methods in the semiarid eastern margin of Parnaiba Basin, Brazil // Geophysics. 1999. Vol. 64, № 2. P. 337–356. https://doi.
org/10.1190/1.1444539
5. Blake S., Henry T., Muller M. R., Jones A. G., Moore J. P., Murray J., Campanyà J., Vozar J., Walsh J., Rath V. Understanding hydrothermal
circulation patterns at a low-enthalpy thermal spring using audio-magnetotelluric data: a case study from Ireland // Journal of Applied Geophysics.
2016. № 132. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2016.06.007
6. Carlson N. R., Paski P. M., Urquhart S. A. Applications of controlled source and natural source audio-frequency magnetotellurics to groundwater
exploration // Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems. 2005. P. 585–595. https://doi.
org/10.4133/1.2923511
7. Shan C., Kalscheuer T., Pedersen L. B., Erlström M., Persson L. Portable audio magnetotellurics – experimental measurements and joint
inversion with radiomagnetotelluric data from Gotland, Sweden // Journal of Applied Geophysics. 2017. Vol. 143. P. 9–22. https://doi.org/10.1016/j.
jappgeo.2017.05.002
8. Sharma S. P., Panda K. P., Jha M. K. Resolving suppression ambiguity in Schlumberger sounding data through joint interpretation with audio-
magnetotelluric (AMT) data // Advances in modeling and interpretation in near surface geophysics. Cham: Springer, 2020. P. 1–18. https://doi.
org/10.1007/978-3-030-28909-6_1
9. Tarabees E. A., Tewksbury B. J., Mehrtens C. J. Younis A. Audio-magnetotelluric surveys to constrain the origin of a network of narrow
synclines in Eocene limestone, Western Desert, Egypt // Journal of African Earth Sciences. 2017. Vol. 136. P. 168–175. https://doi.org/10.1016/j.
jafrearsci.2017.03.001
10. Xu Z. M., Tang J. T., Li G., Xin H. C., Xu Z. J., Tan X. P., Li J. Groundwater resources survey of Tongchuan city using audio magnetotelluric
method // Applied Geophysics. 2019. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s11770-018-0709-2
11. Матвеев Б. К. Электроразведка при поисках месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. 375 с.
12. Каминский А. Е. Программа для интерпретации ВЭЗ и ВЭЗ-ВП ZondIP1d. URL: http://zond-geo.com/software/resistivity-imaging-ves/
zondip1d/
13. Давыдов В. А. Универсальный полевой геофизический приемник ОМАР-2 // Приборы и техника эксперимента. 2016. № 6. С. 127–128.
https://doi.org/10.7868/S0032816216060252
14. Berdichevsky M. N., Dmitriev V. I. Models and methods of magnetotellurics. Berlin: Springer, 2009, 563 c. https://doi.org/10.1007/978-3-540-
77814-1
15. Cagniard L. Basic theory of the magneto-telluric method of geophysical prospecting // Geophysics. 1953. № 18. Р. 605–635. https://doi.
org/10.1190/1.1437915
16. Анищенко Г. Н. О трансформациях импеданса при магнитотеллурических зондированиях // Прикладная геофизика. Недра, 1994. Вып.
130. С. 48–66.
17. Давыдов В. А. Способ преобразования аудиомагнитотеллурических данных с учетом априорной информации // Геофизические
исследования. 2016. Т. 17, № 4. С. 57–66.
18. Сазонов В. Н., Огородников В. Н., Коротеев В. А., Поленов Ю. А. Месторождения золота Урала. Екатеринбург: УГГГА, 1999. 570 с.
19. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200 000. М. С. Рапопорт (ред.). Изд. 2-е. Сер.
Среднеуральская. Лист O-41-XXXI: объясн. записка. М.: МФ ВСЕГЕИ, 2017. 180 с.
20. Ermolin E., Ingerov O. Distortion of local magnetovariational anomalies by effect of regional structures // Problems of Geocosmos-2018.
Cham: Springer, 2020. P. 3–10. https://doi.org/10.1007/978-3-030-21788-4_1
Статья поступила в редакцию 26 октября 2020 года
В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. 71
Вып. 1 (61). С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73НАУКИ О ЗЕМЛЕ В. А. Давыдов / Известия УГГУ. 2021. Вып. 1(61). С. 65-73
УДК 550.8.28: 550.837 https://doi.org/10.21440/2307-2091-2021-1-65-73
Geophysical surveys in the area of the Krylatovskaya water well
Vadim Anatol’evich DAVYDOV*
Bulashevich Institute of Geophysics of the Ural Branch of RAS, Ekaterinburg, Russia
Abstract
Relevance and purpose of the work. Surface sources of clean water are increasingly depleted. In this regard, the role of
underground sources of drinking and domestic water supply is increasing. Geophysical exploration methods can be
an effective tool for finding groundwater. The tasks of the research included determining the possibilities of magnetic
prospecting in the areal search for promising zones, and identifying the features of electromagnetic fields during
audiomagnetotelluric and magnetovariational soundings in the area of an operating water well.
Methodology. The magnetic field was surveyed with an MMP-203 proton magnetometer (Geologorazvedka
plant, Leningrad). Electrical exploration included vertical electrical sounding (VES) with ERA equipment (GNPP
Geologorazvedka, St. Petersburg) and recording of audio magnetotelluric fields with OMAR-2 equipment (IGF UB
RAS, Ekaterinburg).
Results. The result of the magnetic survey was a map of the anomalous magnetic field of the study area, where the
water-abundant groundwater zone of the weathering crust can be distinguished by structural features. The zones of
tectonic faults, promising for the presence of fractured-vein waters, are confidently distinguished by positive linear
anomalies of the magnetic field. The characteristic features of electromagnetic fields during audiomagnetotelluric and
magnetovariational soundings in the area of distribution of fractured waters have been clarified. The most revealing
behavior is the behavior of the real and imaginary quadratures of the magnetovariational tipper, characterized by
minimum values and zero crossing, respectively. According to the results of electromagnetic sounding, an increase
in the thickness of the weathering crust with a decrease in resistance is recorded in the area of the water intake well,
which is evidence of its water cut.
Conclusions. The significance of magnetic prospecting for clarifying the structural and geological structure of the
territory when searching for water-saturated zones has been determined. The high efficiency of electromagnetic
soundings on direct and alternating current was confirmed to determine the nature, depth and power of the identified
structures. Traditionally studied, in the search and exploration of groundwater, geophysical fields are replenished with
new electromagnetic parameters. These include the module and quadratures of the audio range magnetovariational
tipper. The research results indicate that these parameters are anomalous in relation to aquifers, which allows us to
give reasonable recommendations on the location of drilling production wells.
Keywords: groundwater, magnetic prospecting, audiomagnetotelluric sounding, magnetovariational parameters,
impedance, tipper, electrical resistivity.
REFERENCES
1. Farzamian M., Ribeiro J. A., Khalil M. A., Santos F. A. M., Kashkouli M. F., Bortolozo C. A., Mendonça J. L. 2019, Application of transient
electromagnetic and audio-magnetotelluric methods for imaging the Monte Real aquifer in Portugal. Pure and Applied Geophysics, vol. 176, no.
2, pp. 719–735. https://doi.org/10.1007/s00024-018-2030-7
2. Goldman M., Neubauer F. M. 1994, Groundwater exploration using integrated geophysical techniques. Surveys in geophysics, vol. 15, no. 3,
pp. 331–361. https://doi.org/10.1007/BF00665814
3. McNeill J. D. 1990, Use of electromagnetic methods for groundwater studies. Geotechnical and environmental geophysics, vol. 1, no. 5, pp.
191–218. https://doi.org/10.1190/1.9781560802785
4. Meju M. A., Fontes S. L., Oliveira M. F. B., Lima J. P. R., Ulugergerli E. U., Carrasquilla A. A. 1999, Regional aquifer mapping using combined
VES-TEM-AMT/EMAP methods in the semiarid eastern margin of Parnaiba Basin, Brazil. Geophysics, vol. 64, no. 2, pp. 337–356. https://doi.
org/10.1190/1.1444539
5. Blake S., Henry T., Muller M. R., Jones A. G., Moore J. P., Murray J., Campanyà J., Vozar J., Walsh J., Rath V. 2016, Understanding hydrothermal
circulation patterns at a low-enthalpy thermal spring using audio-magnetotelluric data: A case study from Ireland. Journal of Applied Geophysics,
no. 132, pp. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2016.06.007
6. Carlson N. R., Paski P.M., Urquhart S. A. 2005, Applications of controlled source and natural source audio-frequency magnetotellurics to
groundwater exploration. Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, pp. 585–595. https://doi.
org/10.4133/1.2923511
7. Shan C., Kalscheuer T., Pedersen L. B., Erlström M., Persson L. 2017, Portable audio magnetotellurics – experimental measurements and joint
inversion with radiomagnetotelluric data from Gotland, Sweden. Journal of Applied Geophysics, vol. 143, pp. 9–22.
https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2017.05.002
8. Sharma S. P., Panda K. P., Jha M. K. 2020, Resolving Suppression Ambiguity in Schlumberger Sounding Data Through Joint Interpretation with
Audio-Magnetotelluric (AMT) Data. Advances in Modeling and Interpretation in Near Surface Geophysics, Springer, Cham, pp. 1–18. https://doi.
org/10.1007/978-3-030-28909-6_1
davyde@yandex.ru
https://orcid.org/0000-0003-2483-2154
72 В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. Вып. 1 (61).
С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73V. A. Davydov / News of the Ural State Mining University. 2021. Issue 1(61), pp. 65-73 EARTH SCIENCES
9. Tarabees E. A., Tewksbury B. J., Mehrtens C. J. Younis A. 2017, Audio-magnetotelluric surveys to constrain the origin of a network of narrow
synclines in Eocene limestone, Western Desert, Egypt. Journal of African Earth Sciences, vol. 136, pp. 168–175. https://doi.org/10.1016/j.
jafrearsci.2017.03.001
10. Xu Z. M., Tang J. T., Li G., Xin H. C., Xu Z. J., Tan X. P., Li J. 2019, Groundwater resources survey of Tongchuan city using audio magnetotelluric
method. Applied Geophysics, pp. 1–12. https://doi.org/10.1007/s11770-018-0709-2
11. Matveev B. K. 1985, Electrical exploration in the search for mineral deposits. Moscow, 375 p. (In Russ.)
12. Kaminsky A. E. 2020, Program for the interpretation of VES and VES-VP ZondIP1d. URL: http://zond-geo.com/software/resistivity-imaging-
ves/zondip1d/ (In Russ.)
13. Davydov V. A. 2016, Universal field geophysical receiver OMAR-2. Instruments and experimental equipment, no. 6, pp. 127–128. (In Russ.)
https://doi.org/10.7868/S0032816216060252
14. Berdichevsky M. N., Dmitriev V. I. 2009, Models and methods of magnetotellurics. Springer, Berlin, 563 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-
77814-1
15. Cagniard L. 1953, Basic theory of the magneto-telluric method of geophysical prospecting. Geophysics, no. 18, pp. 605–635. https://doi.
org/10.1190/1.1437915
16. Anishchenko G. N. 1994, About transformations of an impedance at magnetotelluric sounding. Prikladnaya geofizika, Moscow, vol. 130, pp.
48–66. (In Russ.)
17. Davydov V. A. 2016, A method for converting audiomagnetotelluric data taking into account a priori information. Geophysical exploration, vol.
17, no. 4, pp. 57–66. (In Russ.)
18. Sazonov V. N., Ogorodnikov V. N., Koroteev V. A., Polenov Yu. A. 1999, Gold deposits of the Urals. Еkaterinburg, 570 p. (In Russ.)
19. 2017. State geological map of the Russian Federation. Scale 1: 200,000. M. S. Rapoport (ed.). Second edition. Series Sredneuralskaya. Sheet
O-41-XXXI. Explanatory letter. Moscow Branch of FSBE “VSEGEI”, Moscow, 180 p. (In Russ.)
20. Ermolin E., Ingerov O. 2020, Distortion of Local Magnetovariational Anomalies by Effect of Regional Structures. Problems of Geocosmos-2018,
Springer, Cham, pp. 3–10. https://doi.org/10.1007/978-3-030-21788-4_1
The article was received on October 26, 2020
В. А. Давыдов. Геофизические исследования в районе Крылатовской водозаборной скважины//Известия УГГУ. 2021. 73
Вып. 1 (61). С. 65-73. DOI 10.21440/2307-2091-2021-1- 65-73Вы также можете почитать
