综合遥感和地球动力学的活动的地球物理调查Magadi湖,肯尼亚南部的裂痕

文摘

的构造轮廓和热结构Magadi湖,肯尼亚南部裂谷系,研究了利用ASTER数据和地球物理方法。5计算错误接近已知温泉地电地面调查被确认。航磁数据被用来进一步探测断层在更大的深度和确定居里点的深度。结果表明一个漏斗状囊性(主要是盐水热液)区相对较低的电阻率的值小于1Ω-m,西部和东部,由电阻结构的深度75米电阻率资料。有证据的盐水热液流体表面通过断层张开。从表面观察到的断层扩展深度7.5公里,可能是那些束缚地堑外侧。他们作为主要渠道向上的热流在该研究领域。航空磁学光谱分析也揭示了热源侵位深度约12公里。相对浅薄意味着高地温梯度可以沿着湖温泉表面表现的利润率。相关的热源与震源区显示,多震区域存在岩浆侵入的正上方,形成地球动力学的活动的开始。

1。介绍

起义的岩浆在断裂过程中往往导致各种地球动力学的活动如构造轮廓的表面表达、地震、地热资源的表现。这些轮廓,如断层和骨折,扮演主要角色的研究进化和活力的裂谷区。调查构造轮廓和地下热结构是至关重要的地热活动和过程的理解与活跃的地区。根据Blewitt et al。1),连续构造应变积累有助于保持故障和骨折作为流体流动的渠道从而维持了地热系统。热液流体运输的形式这些活跃地区的温泉在很大程度上是依赖存在的轮廓(断层和骨折)和根深蒂固的热过程2- - - - - -4]。

地热能源的定义是地球内部所产生的热,可以利用使用。玛丽和马里奥(5)将地热资源与构造活动区域,生成结果软流层内的温度差异,形成对流运动。液体,有时深层地热产生的来源,体现在表面形式的温泉和火山地下通过不同渠道(骨折)。显然,极度强调骨折被发现在大多数地热领域发挥重要作用[1,6]。Magadi湖,位于肯尼亚南部裂谷,是一个典型的例子,一个环境地球动力学的高活动表达的地热活动(7- - - - - -9]。不像其他地热区域包含热流体的水库必须渗透在剥削,地热资源Magadi湖周围明显体现在表面形式的温泉和天然碱矿床沿着湖边缘和在湖中,分别。这些温泉的表面表现归因于连续构造活动和各种断裂系统在该地区的存在(10,11]。

在肯尼亚的裂痕,地热表现在很多地方已确定(12),最活跃,目前生产的Olkaria地热田北部的湖泊Magadi区域。后者存在于一个古老的火山口复杂减少计算表面正常的缺点。表面表现的形式是温泉。温暖的地面是常见的面积与正常计算断层相关报道还Magadi区域(12]。湖Magadi水主要来源于地下热水流入地表水的连续充电(10,13]。因此重要调查Magadi湖的热结构描述热源和深度地下裂缝的几何为了知道分布和热液流体的流动路径作为了解地热潜力的领域。

先前的调查显示活跃的变形都湖Magadi[南和北14- - - - - -16]。湖周围的新构造和扩展方向的研究被设计用来描述表面构造轮廓和地壳结构使用遥感[14)、钻孔和地球物理数据(17]。然而,地下组件,尤其是液体(主要是水热)填入骨折在该地区,并没有被调查。在湖里Magadi区域,充满液体的存在,微裂纹孔隙度高(骨折)上提出了地壳Ibs-von Seht et al。7用地震方法。这是推断从低速度异常的中心部分地区经历了从温泉的存在。计算错误的角色在湖的南部Magadi地热资源的主要渠道和沉积的天然碱湖也被琼斯等人提出的。10使用化学方法)。然而,实际的地质勘探的影响计算断层结构的热液流体区域尚未完成。因此本研究采用综合遥感和地球物理方法的使用,针对描述热源以及理解的影响周围的热液流体活动构造轮廓Magadi湖,和以揭幕的地热潜力区和构造活动的原因。

2。研究区

湖Magadi肯尼亚裂谷位于最南端的一部分,内罗毕西南120公里和坦桑尼亚边境以北20公里。它坐落在纬度1°40′年代,和2°10′年代,和经度36°00′E和36°30′E,特点是平坦的平原被称为裂谷层(14)(图1)。大约100公里²由盐水湖是充电温泉(26°C到86°C)沿着湖的利润(10];他们中的大多数躺在西北部和南部海岸线的湖。湖是由天然碱矿床(Na₂有限公司₃·NaHCO₃h·2₂O)厚达40米,占地面积75公里²造成不同水源的浓度,特别是热液流体(10]。收集的水湖的化学分析表明,Magadi天然碱来源于蒸发浓度和混合水三个来源,即稀释表面流入,相对深的热集中地下水水库,和冷盐水浓缩表面(18]。本研究的目的,网站是接近温泉位于湖的南部被选(图1)。

3所示。地质和构造设置肯尼亚的裂痕

肯尼亚的裂痕,也叫做格列高利裂谷,是大陆的东部分支东非裂谷系统(耳朵),延伸到从远处三角形到莫桑比克南部约3000公里(14,19)(图2)。地质,裂谷由新生代火山岩和沉积岩。贝克et al。20.]新生代岩石划分为四个岩石地层单位,也就是说,中新世玄武岩,中新世响岩,上新世和第四纪火山沉积岩。肯尼亚裂谷的地壳结构研究了使用综合地震、磁力和重力数据(21- - - - - -24]。5公里深,沉积物和volcanic-filled盆地上地壳变薄约8公里的100千米的区域在裂谷被沈阳市盲校et al。21使用一个2 d地震速度模型)。

贝克报告三个主要阶段的断裂,伴随强烈的碱性火山构造的发展:(1)prerift阶段(30-12 Ma),形成变形和小断层,(2)half-graben阶段(以Ma),形成主边界断层,和(3)地堑阶段(< 4 Ma)断层的增加和向内迁移(25]。肯尼亚的火山活动和裂谷裂谷开始降价马和马~ 25前,分别在北部和传播到南方。调查在肯尼亚裂谷国际地震项目(KRISP)显示增加地壳向北扩展,主要的低速度异常的存在,这可能是由于岩浆从下面上升和被困在至上地幔(23,26]。凯勒et al。27)透露,大幅的裂痕与岩石圈变薄和较低的上地幔速度定义深度超过150公里。Mechie et al。23,28详细研究后,结构的裂缝从南到北,沿着裂谷轴显示地壳变化从南部35公里在肯尼亚圆顶在内瓦沙大湖周围20公里的北下的图尔卡纳地区。这种变化在地壳厚度沿着裂谷轴归因于第三纪裂谷发作。根据Atmaoui Hollnack [14),随着时间的推移,有一个南北裂痕传播和转移从裂谷火山活动和构造活动的利润向轴向裂谷地板的一部分,伴随着断层密度高。,预计构造活动主要集中在轴向肯尼亚南部裂谷的一部分(Magadi湖区域)。他们还调查了肯尼亚南部裂谷构造扩展方向(湖Magadi)使用结构分析开放性骨折和大小特征的缺点,表示一个南临ESE-WNW正常断裂扩展方向与NE-SW博斯沃思提出的张性应力等。15]。新构造的研究裂谷revealsfour套缺点:正常计算错,右旋-错,罢工滑ENE-WSW错,和左旋NE-SW断层29日]。

在地震活动方面,肯尼亚分歧显示了一个相对较低的地震活动相对于整个东非裂谷系统。除了6.8级记录在1928年的中央裂谷的一部分,没有报告事件超过5级(16]。然而,恒定速率约为10 ()事件每天最南端的裂痕已报告的一部分Ibs-von Seht et al。7]。最强的事件从最南端的肯尼亚裂谷震级为4.2级,伴随着几公里的表面裂纹长度在震中地区(7,14]。这使得Magadi湖地区最活跃地区在肯尼亚的裂痕。

4所示。地质Magadi湖

Magadi湖地区主要由太古代至早古生代结晶基底岩石和rift-related火山岩和沉积物30.]。这些可以作为解释分为三类Atmaoui和Hollnack14),即:前寒武纪变质岩,(ii)上新世至更新世火山岩石,和(3)全新世最近湖和河流沉积物(图3)。在该地区最古老的岩石是石英岩,地下室形成的片麻岩、片岩,太古代的年龄。湖内的碱性粗面岩的挤压贝克解释(31日和贝克等。20.发生在更新世时期。在南部和北部的湖泊Magadi区域,有不规则的层间的燧石的沉积岩石由硅化层状粘土的碱性粗面岩(14]。这后来被一层薄薄的不整合沉积在湖床称为Oloronga床,紧随其后的是一系列的近似平行的断层系统,导致湖Magadi裂谷层的形成。第四纪沉积物的形成发生在断层限定盆地。综合地震、钻孔数据和重力模型由Simiyu和凯勒(17]揭示沉积物和火山岩在裂谷层相邻Nguruman悬崖。模型解释Magadi湖有地下室的地壳结构底部的岩石暴露在西方(坦桑尼亚克拉通)和东部(莫桑比克带)侧翼和回中新世到上新世火山岩石和沉积物。被发现存在的裂痕在Archan坦桑尼亚克拉通之间的边界和新元古代莫桑比克带,它的特点是一个复杂的断层带(30.]。

5。遥感数据处理和分析

研究区域的结构映射的先进星载热发射和反射辐射仪(ASTER)图像和数字高程模型是综合使用。ASTER多光谱成像系统,包括14与3乐队乐队在电磁波谱中的可见光和近红外(VNIR)有15米空间分辨率,6波段短波红外(短波红外成像)和30米空间分辨率,和5在热红外波段(行动)和90米空间分辨率。因为它的更好,提高空间分辨率特别是在可见光和近红外,ASTER乐队比率和颜色组合是有用的在地质和结构映射。各种图像场景coregistered相同的参考系统(WGS 84区37年代),layer-stacked,重新取样VNIR 15米空间分辨率。layer-stacked图像子集研究区。图像色彩复合材料对乐队7-3-1申请相貌描述所证明的瑟蒙德et al。32和杨et al。33]。

数字高程模型(dem)揭示了地球的表面表达地貌学和描述结构信息是有用的在地球表面34]。使用ASTER民主党结合ASTER影像识别的主要感兴趣的骨折,接近已知温泉的区域地球物理测量。后删除坏像素值非常低(负)数据集使用的环境软件,研究区是子集。民主党子集是进一步提高使用阴影救济45°太阳高度角为225°和315°太阳方位角》(图4)。

民主党hill-shaded救助覆盖在ASTER图像RGB组合7-3-1进行故障识别(33)(图4(一))。解读的结果从遥感数据结构,结合现有的面部轮廓图,用于生成一个断层的空间分布区域(图4 (b))。五个断层系统称为A, B, C, D, E(从西向东)南部的湖,是针对地面调查(图5)。这些断层是位于接近已知的温泉和被认为是在该地区的主要流体管道。

6。电阻率层析成象

6.1。电阻率数据采集和处理

部署的主要目标电阻率法是图像的几何地下流体管道(断层和骨折)流体的内容。电阻率设备在这项研究中的应用是Syscal R1 +电阻率计,用于轻度调查。温纳阵列电极配置采用横向和纵向分辨率。

第一个概要文件(R1)内执行的沉积盆地东南湖Magadi,断层之间D和E(引人注目N05°和N20°的年代,职责),而第二个概要文件(R2)之间存在着缺点C和D(图5)。单剖面的长度达到360米在调查使用4与5米电缆各电极(18)分离。为了增加横向的概要文件,R1覆盖进行了多次覆盖的距离450米与75米的深度调查,而正常单概要(360米距离)R2的实现。这两个资料收集(R3和R4) 2008年(图5使用相同的电阻率)设备。这些概要文件有一个横向距离450米的东西方方向,相距1公里。

的视电阻率数据四个概要文件被倒在地上成像仪软件(高级地质Inc .)。

6.2。Georesistivity结构以及电阻率资料

每个电阻率资料的描述,他们的电阻率分布,解释在下面解释。

6.2.1。概要文件(R1)

总侧450米和5米电极间距的程度视电阻率是反向的穿透深度75米。二维电阻率模型的特点是相对较低的电阻率分布电阻率值最高的2.0 ohm-m(图6)。高流体饱和盐水碱性粗面岩与泥和粘土,主要是看到表面上,显示非常低的电阻率区(0.10 - -0.33 ohm-m)厚度大约10米。欧元区开始在45米站在概要文件(西),横向约305米的程度对故障大肠低于低电阻率(0.15 - -0.33 ohm-m)归因于盐水流体,可能热液。这些显然是体现在表面上非常接近断层在该研究领域。Magadi弹簧和盐水的盐性质报道是由于表面的浓度(陨石)水和地下水盐(或热水)10,18],Eugster [35]。附近有增加的电阻率剖面表面底部的形象。这可能是由于盐度Magadi湖下的差异。盐度和粘土的存在必须有导致非常低的电阻率值。风化燧石断裂带内D显示了一个相对较高的电阻率(0.65 - -2.0 ohm-m),可能的故障展开延伸约65米的深度。

6.2.2。配置两个(R2)

在图7、碱性粗面岩、粘土和淤泥显示低电阻率类似于概要R1。连续垂直显示的体积电阻率模型的变化可以归因于盐度差别,也说明在概要R1 (10,36]。相对较高的电阻率(2.1 - -5.8 ohm-m)过错D伴随着燧石岩石线性对齐(n)研究区域。燧石分离盐水充满液体的沉积物的西部和东部断层D,它被认为是沉积在断层带(14]。电阻结构(1.0 - -5.8 ohm-m),这是被沉积物覆盖显示一定程度的压裂在地下。碱性粗面岩和粘土在概要R1显示大约相同的厚度。这个概要文件还显示盐水浓度减少电阻率逐渐增加。一般来说,这两个模型显示类似geo-electric结构在碱性沉积物厚度方面,生理盐水注射液和骨折。

6.2.3。概要文件三(R3)

倒二维电阻率剖面模型R3显示大约漏斗形特性与低电阻率(图8)。这个漏斗形特性一直延伸到地表,两边是有界的高电阻率结构;它伴随着温泉的位置,A和B之间存在断层(图5)。低电阻率的特点是一个典型的地热环境中盐水热储层内流体循环和发现的表面通过连接路径37,38]。的地电结构显示了地下断层可分为正断层与斜面西方和东方。向上倾斜的液体向西和向东在电阻体可能表明,流体路径遵循管道(错误)的方向。

6.2.4。概要文件四(R4)

反向电阻率的调查的深度是75米,定义良好的地质单元组成的缺点展开西部和东部(图9)。显示类似的地电结构单元的配置文件(1和3)在断层倾角和漏斗状结构。观察到的低电阻率可能是由于存在的温泉原则上增加其导电性。热流体(0.18 - -1.0 ohm-m)向上运动与漏斗状结构遵循断层之间的路径宽(约125米)。高电阻率之间存在断层带的岩石。一般来说,盐水热液流体显示了一个锋利的电阻率与围岩。从野外观察,表面附近的高电阻率可以归因于火山岩在温泉露头。

7所示。航磁数据

7.1。航磁数据分析

本研究中使用的航磁资料是非洲的一部分磁映射项目(AMMP),该计划的目的是将编译为非洲的一些地区航空磁力数据。研究地区航磁资料由公司1987年收购兴业银行de Geophysique行间距(CGG)与2公里,飞行方向的90°(w e)和海拔2896米的飞行高度。磁飞行线320年和322年的数据,覆盖大约7.7公里长接近电阻率资料,提取的总磁场强度地图航磁数据如图10。数据处理(水准测量校正和地磁场清除)是由AMMP完成的。磁网格创建使用1公里细胞大小和AMMP网格投影系统,reprojected WGS 84 UTM 37年代投影后,符合本研究中使用的投影。提取的航磁数据处理和反向使用二维欧拉反褶积库珀(开发的软件39]。磁场强度33414−26.3°倾角,赤纬0.002°结构指数1(陡峭的联系人)来源于国际地磁参考帧(IGRF) 2005模型被用作输入欧拉软件构建地下磁源沿选定的轮廓线。

7.2。2 d对航磁资料的解释

行320年和322年的航磁数据处理数据所示11和12。飞行线路,2公里,分开显示地下几何相似,在频率和振幅。大部分的欧拉解决方案集中沿着裂谷轴在盆地的磁性来源的缺失。这些观测结果符合经验在肯尼亚北部的裂谷Mariita和凯勒(40]。磁源从二维欧拉大约对应的磁源。这些来源反映岩石下厚沉积物内轴向裂谷盆地的一部分。欧拉解决方案的接近垂直的对齐和散射揭示构造活动的存在(8,41,42)扩展的深度7.5公里(数字11和12)。磁源对应主要大地构造(断层)。这些构造结构,约7.5公里,深度对应建立表面计算趋势的缺点,D和E Magadi湖,南部的边界表面看到的地堑地形资料(数据(11日)和12(一个))。

缺乏在地下断层之间的磁信号可能是因为盆地内的热液流体的存在,描述从ERT概要文件。该区域之间存在断层,D和E,恰逢ERT概要(R1-R4)。缺点B和C大多是浅;他们不清楚地体现在航磁资料。

8。光谱分析和居里点深度估计

居里点被定义为温度(高于580°C)的磁性材料失去磁性或易感性的高温(43]。这一点被认为是在地热资源的深度(岩浆室)大多数地热水库利用地热环境中的热量。居里点温度深度提供一般信息区域和当地的温度分布以及地热梯度。根据电流的和Bayrak [44],居里点深度的方法研究地壳的热结构数据使用航磁数据。航磁数据被广泛应用来确定深度居里等温点使用光谱分析(43,45,46]。一般来说,以上磁调查或表面,近地表磁异常的特征是其短的波长,而退磁的身体(加热高于居里点)显示了一个长波长和低振幅磁异常。短和长波长之间的差异可用于确定被认为是深度的居里点深度深热源(43]。

光谱分析方法提供的磁异常光谱之间的关系和磁源的深度使用傅里叶变换的空间数据网格(磁)到波或频域。光谱分析包括评估深度磁化体的底部,这是磁性材料的过渡点使用对数功率谱。径向平均功率谱的磁性数据根据Blanco-Montenegro et al。47表示为波数的函数和相关深度最深的底部的磁性来源: 和深度是顶部和底部的磁性来源,分别是波数的函数,它是用弧度表示每单位距离。根据功率谱斯佩克特和格兰特48)可分为两个部分:(1)与小波数和深源衰减迅速,(2)浅源波数高,占据了短的波长的光谱(图(13日))。波数的值最大峰值谱(由于最深的异常)通常是决定生成的对数功率谱如图(13日)。获得的价值深度最深的异常,通常采用最小二乘法来确定每个峰值处的斜率的对数谱(图13 (b))。

总磁场强度(剧情)网格的航磁资料图10,窗口大小(85公里×75公里)是用于估计的居里点深度利用光谱分析技术。这样做是使用交互式过滤技术在绿洲Montaj MAGMAP扩展,这是大多数势场数据的频域处理。后准备磁网格(在空间域),然后转化为波数域(频率)使用向前过滤变换(FFT)过滤器。空间域的傅里叶变换函数被定义为

在哪里和波数在和方向,分别测量的弧度/米(49]。转换过程涉及的应用程序不同的过滤函数向上和向下延拓等。在这项研究中,向上延伸应用于去除的影响以来浅源分析旨在估计深度更深的磁源。过滤程序后,反滤波器应用于空间域数据,转换波数,或频域功率谱(图生成14)。

结果表明,最深的磁源深度Magadi大约6公里左右。估计热源(居里点)深度因此是由确定的深度(底部最深的异常使用(1)。最高要求深度的关系()和峰波数的值(在周期/公里)来自生成的功率谱图14分别为6公里和0.05周期/公里。底部的深度最深的磁性材料估计(1)12.074公里。

9。湖Magadi热源及其地震构造的影响

岩浆的穿透地壳产生不同的地壳形变等地球物理现象,火山活动、地震活动(50]。在肯尼亚南部的裂痕,微震的活动已被归因于地热过程,由于岩浆侵入地壳(11]。据Ibs-von Magadi地震群Seht et al。7,16)可以与mid-crustal岩浆身体中心的裂谷岩浆流体的运动。

进一步调查这些发现,热源深度(居里点深度)产生的航磁资料与地震震源深度(地震)和磁源,揭示地下断层系统(见图16和17)。震源区本研究中使用的输出地震实验Ibs-von Seht et al。7]Magadi湖地区。地震震源区航磁线是封闭,322年和320年(约5公里)被reprojected沿剖面(图相应的纬度15)和绘制的来源与深度。

从散点图,指出地震震源区均位于磁源的顶部和底部之间(对应于居里点深度);它定义了发震层,地震的发生(51,52]。数据16和17符合Ibs-von Seht et al。(7)地壳模型的热源深度和活动断裂的位置。居里深度定义升高温度对应于岩浆侵入,使其他进程等压力积累,地震一代,侵位的热液的解决方案。这个肤浅的区域必须导致明显的变形,地震一代,和表面的热液流体Magadi湖周围,肯尼亚南部的裂痕。岩浆的侵入到mid-crust归因于地震群的原因;这是因为它集中释放的应变能脆弱或电阻与小震级地震地壳的一部分(44]。

10。讨论和结论

地下调查在这项研究揭示了潜在的液体(主要是盐水热液)在五湖Magadi南部的主要缺点的一面。这些缺点,主要是南北趋势,是支持温泉的渠道流湖边缘和天然碱矿床在湖上地板上。在故障一般漏斗状结构,电阻率很低(< 1 ohm-m)在大多数的电阻率模型,表明Magadi地区主机是高含盐地下水和温泉水库。这是观察到的电阻率分布增加从表面附近地下深处。这些变化可以归因于生理盐水的浓度差异。湖Magadi上部地壳的构造活动导致热液流体向上流动从高温地热储层表面。

电阻率和磁结果表明,研究结构的存在在湖的南部Magadi扮演着一个重要的角色在创建一个流路径的热液流体(热或冷)被运送到了表面。流体路径的方向的变化可能导致从构造活动;它遵循了地下断层张开(小断层极端主要的断层)。这意味着流动液体的高度支持的存在计算研究区断层结构;这是弹簧的存在明显的北方向朝湖,在五个结构边界地堑。这些低电阻率区可能是因为连续变形由于流体骨折的一个广泛的网络,维护电气连接。

湖的热源Magadi推断是岩浆的身体,侵位的近似深度12.1公里(Magadi mid-crust)。居里深度定义升高温度对应于岩浆侵入,使其他进程等压力积累,地震一代,侵位的地热的解决方案。这个肤浅的区域可能导致明显的变形,地震一代,和表面的热液流体Magadi湖周围,肯尼亚南部的裂痕。

确认

作者升值→特文特大学国贸,恩斯赫德,荷兰,国际交流资助了这项研究。我们最感谢博士Ibs-von Seht从汉诺威,德国,为他们提供地震记录Magadi区域。他们承认支持呈现的地质系,内罗毕大学允许其电阻率的使用设备。他们也感谢莎莉特文特大学的Barrit博士,ITC,恩斯赫德的航磁数据。

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