gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2020-11-4-0509gtcrust-1127Research ArticleОБСУЖДЕНИЕDISCUSSIONОЦЕНКИ ХОЛЛОВСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ПО ДАННЫМ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯHALL CONDUCTIVITY ESTIMATES FROM MAGNETOTELLURIC SOUNDING DATAhttps://orcid.org/0000-0002-5226-4142ПлоткинВ. В.PlotkinV.

630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, 3

3 Academician Koptyug Ave, Novosibirsk 630090

PlotkinVV@ipgg.sbras.ruПотаповВ. В.PotapovV. V.

630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, 3

3 Academician Koptyug Ave, Novosibirsk 630090

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202015122020114817828Copyright © Плоткин В.В., Потапов В.В., 20202020Плоткин В.В., Потапов В.В.Plotkin V., Potapov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1127

Многие минералы по своим свойствам являются полупроводниками. Замечено также, что вмещающие породы над залежами нефти и газа, пронизываемые углеводородными флюидами, иногда проявляют себя как полупроводники. Но так как электропроводность таких сред в магнитном поле Земли становится анизотропной, вполне возможны проявления эффекта Холла в горных породах в естественных условиях, например при магнитотеллурическом зондировании. В анизотропной среде поле расщепляется на составляющие, отличающиеся коэффициентами затухания и фазовой скоростью, – нормальные моды. Отличие мод связано с их поляризацией и направлением вращения вектора поля: в одной моде поле вращается по часовой стрелке, во второй – против. За счет эффекта Холла отклик среды может быть неодинаковым в случаях возбуждения среды лишь одной из нормальных волн. Для обнаружения влияния эффекта Холла при магнитотеллурическом зондировании мы используем метод поляризационного анализа с выделением спектров мод с правой и левой круговой поляризацией. Проведены специальные эксперименты для обнаружения вклада эффекта Холла при магнитотеллурическом зондировании, получены первые оценки холловской проводимости пород.

Many minerals have semiconductor properties. It is known that petroleum reservoir rocks permeated with hydrocarbon fluids can sometimes behave as semiconductors. In the Earth’s magnetic field, the electrical conductivity of such materials becomes anisotropic, and the Hall effect is quite possible in rocks in natural conditions and detectable by magnetotelluric sounding. In the anisotropic medium, the field is subject to normal mode splitting, and its components show different attenuation coefficients and phase velocities. The modes differ due to polarization and rotation of the field vectors (clockwise in one mode, and counterclockwise in another). With account of the Hall effect, responses of the medium can be different when the medium is excited by a single normal wave. To detect the Hall effect in MTS surveys, we use the polarization analysis method and select the spectra of modes with right and left circular polarization. Special experiments were carried out to detect the contribution of the Hall effect during the MTS surveys. This article presents the first estimates of the Hall conductivity for the studied rocks.

магнитотеллурическое зондированиеэффект Холланормальная мода анизотропной средыхолловская проводимостьmagnetotelluric sounding (MTS)Hall effectnormal mode of anisotropic mediumHall conductivityРабота выполнена при частичной поддержке РФФИ (проект № 17-05-00083) и ФНИ (проект № 0331-2019-0015 «Реалистичные теоретические модели и программно-методическое обеспечение геоэлектрики гетерогенных геологических сред»).The study was carried out with partial support from RFBR (project 17-05-00083) and FNI (project 0331- 2019-0015 – Realistic theoretical models and software and methodological support for geoelectrics of heterogeneous geological media).ReferencesAvdeeva A., Moorkamp M., Avdeev D., Jegen M., Miensopust M., 2015. Three-Dimensional Inversion of Magnetotelluric Impedance Tensor Data and Full Distortion Matrix. Geophysical Journal International 202 (1), 464–481. https://doi.org/10.1093/gji/ggv144.Avdeeva A., Moorkamp M., Avdeev D., Jegen M., Miensopust M., 2015. Three-Dimensional Inversion of Magnetotelluric Impedance Tensor Data and Full Distortion Matrix. Geophysical Journal International 202 (1), 464–481. https://doi.org/10.1093/gji/ggv144.Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир, 2009. 668 с.Berdichevsky M.N., Dmitriev V.I., 2009. Models and Methods of Magnetotellurics. Nauchny Mir, Moscow, 668 p. (in Russian)Caldwell T.G., Bibby H.M., Brown C., 2004. The Magnetotelluric Phase Tensor. Geophysical Journal International 158 (2), 457–469. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2004.02281.x.Caldwell T.G., Bibby H.M., Brown C., 2004. The Magnetotelluric Phase Tensor. Geophysical Journal International 158 (2), 457–469. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2004.02281.x.Гололобов Д.В., Малевич И.Ю. Физические и электрохимические процессы в среде над залежью углеродов // Доклады БГУИР. 2005. № 1. С. 22–27.Gololobov D.V., Malevich I.Yu., 2005. Physical and Electrochemical Processes in the Medium over a Carbon Deposit. Doklady BGUIR 1, 22–27 (in Russian)Groom R.W., Bahr K., 1992. Corrections for near Surface Effects: Decomposition of the Magnetotelluric Impedance Tensor and Scaling Corrections for Regional Resistivities: A Tutorial. Survey Geophysics 13, 341–379.Groom R.W., Bahr K., 1992. Corrections for near Surface Effects: Decomposition of the Magnetotelluric Impedance Tensor and Scaling Corrections for Regional Resistivities: A Tutorial. Survey Geophysics 13, 341–379.Käufl J.S., Grayver A.V., Kuvshinov A.V., 2018. Topographic Distortions of Magnetotelluric Transfer Functions: A High-Resolution 3-D Modelling Study Using Real Elevation Data. Geophysical Journal International 215 (3), 1943–1961. https://doi.org/10.1093/gji/ggy375.Käufl J.S., Grayver A.V., Kuvshinov A.V., 2018. Topographic Distortions of Magnetotelluric Transfer Functions: A High-Resolution 3-D Modelling Study Using Real Elevation Data. Geophysical Journal International 215 (3), 1943–1961. https://doi.org/10.1093/gji/ggy375.Kelbert A., Egbert G.D., deGroot Hedlin C., 2012. Crust and Upper Mantle Electrical Conductivity beneath the Yellowstone Hotspot Track. Geology 40 (5), 447–450. https://doi.org/10.1130/G32655.1.Kelbert A., Egbert G.D., deGroot Hedlin C., 2012. Crust and Upper Mantle Electrical Conductivity beneath the Yellowstone Hotspot Track. Geology 40 (5), 447–450. https://doi.org/10.1130/G32655.1.Kelbert A., Meqbel N., Egbert G.D., Tandon K., 2014. ModEM: A Modular System for Inversion of Electromagnetic Geophysical Data. Computers & Geosciences 66, 40–53. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2014.01.010.Kelbert A., Meqbel N., Egbert G.D., Tandon K., 2014. ModEM: A Modular System for Inversion of Electromagnetic Geophysical Data. Computers & Geosciences 66, 40–53. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2014.01.010.Kruglyakov M., Kuvshinov A., 2019. 3‑D Inversion of MT Impedances and Inter‑Site Tensors, Individually and Jointly. New Lessons Learnt. Earth, Planets and Space 71 (4). https://doi.org/10.1186/s40623-018-0972-8.Kruglyakov M., Kuvshinov A., 2019. 3‑D Inversion of MT Impedances and Inter‑Site Tensors, Individually and Jointly. New Lessons Learnt. Earth, Planets and Space 71 (4). https://doi.org/10.1186/s40623-018-0972-8.Могилатов В.С. О влиянии геомагнитного поля на процесс установления токов в земле // Геофизика. 2013. № 4. С. 70–75.Mogilatov V.S., 2013. On the Influence of the Geomagnetic Field on the Process of Establishing Currents in the Ground. Geophysics 4, 70–75 (in Russian)Мороз Ю.Ф., Самойлова О.М. О геоэлектрическом различии Курило‐Камчатского и Беринговоморского сегментов Тихоокеанской зоны перехода // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 2. С. 489–501. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-2-0357.Moroz Yu.F., Samoilova O.M., 2018. On the Geoelectrical Difference between the Kuril‐Kamchatka and Bering Sea Segments of the Pacific Transition Zone. Geodynamics & Tectonophysics 9 (2), 489–501 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-2-0357.Никифоров В.М., Шкабарня Г.Н., Каплун В.Б., Жуковин А.Ю., Варенцов И.М., Пальшин Н.А., Куонг Д.Х., Чунг Н.Н., Хунг З.К. Электропроводящие элементы сверхглубинных флюидно-разломных систем как индикаторы сейсмически активных зон восточной окраины Евразийского континента (по данным магнитотеллурических зондирований) // Доклады АН. 2018. Т. 480. № 6. С. 730–738. http://dx.doi.org/10.7868/S0869565218180214.Nikiforov V.M., Shkabarnya G.N., Kaplun V.B., Zhukovin A.Yu., Varentsov I.M., Pal’shin N.A., Cuong D.H., Chung N.N., Hung Z.K., 2018. Electrically Conductive Elements of Superdeep Fluid-Fault Systems as Indicators of Seismically Active Zones at the Eastern Margin of the Eurasian Continent (Based on Magnetotelluric Sounding Data). Doklady Earth Sciences 480 (6), 730–738 (in Russian) http://dx.doi.org/10.7868/S0869565218180214.Новиков И.С., Поспеева Е.В. Неотектоника восточной части Горного Алтая по данным магнитотеллурического зондирования // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 7. С. 959–971. http://dx.doi.org/10.15372/GiG20170701.Novikov I.S., Pospeeva E.V., 2017. Neotectonics of the Eastern Part of Gorny Altai According to Magnetotelluric Sounding Data. Russian Geology and Geophysics 58 (7), 959–971 (in Russian) http://dx.doi.org/10.15372/GiG20170701.Плоткин В.В. Методика определения вклада эффекта Холла при магнитотеллурическом зондировании // Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология: Материалы Международной научной конференции. Новосибирск, 2017. Т. 2. № 3. С. 187–192.Plotkin V.V., 2017. Technique of the Contribution Definition of the Hall Effect by Magnetotelluric Sounding. In: Subsoil Use. Mining. Directions and Technologies for Search, Exploration and Development of Mineral Deposits. Economics. Geoecology. Proceedings of International Scientific Conference. Vol. 2. Issue 3. Novosibirsk, 187–192 (in Russian)Плоткин В.В. Проявления эффекта Холла по результатам поляризационного анализа магнитотеллурического поля // Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология: Материалы Международной научной конференции. Новосибирск, 2018. Т. 4. С. 61–67.Plotkin V.V., 2018. Manifestations of the Hall Effect by Results of the Polarizable Analysis of the Magnetotelluric Field. In: Subsoil Use. Mining. Directions and Technologies for Search, Exploration and Development of Mineral Deposits. Economics. Geoecology. Proceedings of International Scientific Conference. Vol. 4. Novosibirsk, 61–67 (in Russian)Плоткин В.В., Могилатов В.С. О роли эффекта Холла при магнитотеллурическом зондировании // Проблемы геокосмоса: Материалы 12-й Международной школы-конференции (8–12 октября 2018 г., Санкт-Петербург, Петергоф). СПб.: Изд-во ВВМ, 2018. С. 20–26.Plotkin V.V., Mogilatov V.S., 2018. On the Role of the Hall Effect in Magnetotelluric Sounding. In: Problems of Geocosmos. Proceedings of 12th International School-Conference (October 8–12, 2018, Saint Petersburg, Peterhof). VVM Publishing House, Saint Petersburg, 20–26 (in Russian)Плоткин В.В., Могилатов В.С., Потапов В.В. Модификации метода Треффца для оценки вклада эффекта Холла при магнитотеллурическом зондировании // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 3. С. 420–432. http://dx.doi.org/10.15372/GiG2019017.Plotkin V.V., Mogilatov V.S., Potapov V.V., 2019. Modifications of the Treffz Method for Estimating the Contribution of the Hall Effect in Magnetotelluric Sounding. Russian Geology and Geophysics 60 (3), 420–432 (in Russian) http://dx.doi.org/10.15372/GiG2019017.Поспеев В.А. Скоростная структура верхней мантии и региональная глубинная термодинамика Байкальской рифтовой зоны // Геодинамика и тектонофизика. 2012. Т. 3. № 4. С. 377–383. https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-4-0080.Pospeev A.V., 2012. The Velocity Structure of the Upper Mantle and Regional Deep Thermodynamics of the Baikal Rift Zone. Geodynamics & Tectonophysics 3 (4), 377–383 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-4-0080.Рыбин А.К., Матюков В.Е., Баталев В.Ю., Баталева Е.А. Глубинная геоэлектрическая структура земной коры и верхней мантии Памиро-Алайской зоны // Геология и геофизика. 2019. Т. 60. № 1. С. 127–139. https://doi.org/10.15372/GiG2019008.Rybin A.K., Matyukov V.E., Batalev V.Yu., Bataleva E.A., 2019. Deep Geoelectric Structure of the Earth’s Crust and Upper Mantle of the Pamir-Alai Zone. Russian Geology and Geophysics 60 (1), 127–139 (in Russian) https://doi.org/10.15372/GiG2019008.Семенов В.Ю. Обработка данных магнитотеллурического зондирования. М.: Недра, 1985. 133 с.Semenov V.Yu., 1985. Processing of Magnetotelluric Sounding Data. Nedra, Moscow, 133 p. (in Russian)Shuey R.T., 1975. Semiconducting Ore Minerals. Elsevier, New York, 287 p.Shuey R.T., 1975. Semiconducting Ore Minerals. Elsevier, New York, 287 p.Singer B.S., 1992. Correction for Distortions of Magnetotelluric Fields: Limits of Validity of the Static Approach. Survey Geophysics 13, 309–340.Singer B.S., 1992. Correction for Distortions of Magnetotelluric Fields: Limits of Validity of the Static Approach. Survey Geophysics 13, 309–340.Wannamaker P.E., Hohmann G.W., Ward S.H., 1984. Magnetotelluric Responses of Three-Dimensional Bodies in Layered Earths. Geophysics 49 (9), 1517–1533. https://doi.org/10.1190/1.1441777.Wannamaker P.E., Hohmann G.W., Ward S.H., 1984. Magnetotelluric Responses of Three-Dimensional Bodies in Layered Earths. Geophysics 49 (9), 1517–1533. https://doi.org/10.1190/1.1441777.Wunderman R.L., Wannamaker P.E., Young C.T., 2018. Architecture of the Hidden Penokean Terrane Suture and Midcontinent Rift System Overprint in Eastern Minnesota and Western Wisconsin from Magnetotelluric Profiling. Lithosphere 10 (2), 291–300. https://doi.org/10.1130/L716.1.Wunderman R.L., Wannamaker P.E., Young C.T., 2018. Architecture of the Hidden Penokean Terrane Suture and Midcontinent Rift System Overprint in Eastern Minnesota and Western Wisconsin from Magnetotelluric Profiling. Lithosphere 10 (2), 291–300. https://doi.org/10.1130/L716.1.Yang B., Egbert G.D., Kelbert A., Meqbel N.M., 2015. Three-Dimensional Electrical Resistivity of the North-Central USA from Earthscope Long Period Magnetotelluric Data. Earth and Planetary Science Letters 422, 87–93. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2015.04.006.Yang B., Egbert G.D., Kelbert A., Meqbel N.M., 2015. Three-Dimensional Electrical Resistivity of the North-Central USA from Earthscope Long Period Magnetotelluric Data. Earth and Planetary Science Letters 422, 87–93. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2015.04.006.Жданов М.С. Электроразведка. М.: Недра, 1986. 320 с.Zhdanov M.S., 1986. Electrical Prospecting. Nedra, Moscow, 320 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.