带地形的ZTEM倾子资料三维正反演研究

Z轴倾子电磁法(ZTEM)是一种新型频率域航空天然场源电磁法,该方法采用倾子作为研究参数,可用于起伏地形下的大规模地质勘探。本文在对TEM三维有限差分正演和数据空间OCCAM反演算法研究的基础上,考虑地形起伏的影响,研究了带地形的频率域三维ZTEM正反演算法。首先,对起伏地表下ZTEM正演算法的准确性进行了验证,计算和分析了纯地形的ZTEM三维异常响应特征。其次,通过对山峰和山谷地形下低阻棱柱体合成算例的反演分析,表明带地形的ZTEM数据空间OCCAM反演算法能够获得比较接近真实导电性结构的地电模型,尤其对地下目标体的横向边界具有理想的约束效果。最后,与不带地形的ZTEM反演结果对比,验证了所开发的带地形ZTEM倾子资料反演算法的有效性。     

倾子在地球物理断裂构造解释中的应用

倾子是大地电磁测深法的实测参数之一,主要表征垂直磁场和水平磁场之间的复系数线性关系,对地下介质的横向电性不均匀性较敏感,且能有效反映断裂构造特征。在二维大地电磁正演模拟的基础上,根据倾子的定义推导出倾子资料的计算公式,并通过大量模型试算分析倾子资料特征,这里重点研究二维地电断裂模型下倾子的正演响应特征。研究表明,对比视电阻率,倾子资料对横向电性分界面反映更为准确,能有效地反映出断裂构造的位置及规模。将倾子这一特性其应用于实测MT剖面的推断解释中,结合已有地质资料,进一步证明了倾子能有效反应出断裂构造的位置及特征。     

基于二维NLCG反演的水文地质结构辨识研究

地下水调查是草原水资源合理开发利用的前提,而探明水文地质结构对地下水调查尤为重要.笔者充分利用大地电磁法(MT)和地面核磁共振(SNMR)各自的优点,尝试采用MT和SNMR对水文地质结构进行探测,并通过二维非线性共轭梯度(NLCG)反演解译了电性与地层两者的对应关系;实现了典型层状含水层模型和局部含水层模型正反演试验;...     

航空大地电磁法在辽宁省丹东地区的应用

本文简要介绍了航空大地电磁法原理、测量系统、倾子总散度、总相位旋转参数及二维、三维反演等;利用正演程序,计算了横向电性异常体倾子响应,结果表明倾子资料对横向电性分界面反映明显;最后结合实际地质情况,利用实测倾子及反演电阻率资料,推断解释了区内岩体、控矿构造的分布特征。实际应用表明,航空大地电磁法在探测断裂、岩体等方面具有较好的效果。     

大地电磁交错采样有限差分二维正反演研究

交错采样网格能自动保证电磁场分布遵守能量守恒定律。本文基于交错采样网格,推导了大地电磁二维有限差分正演过程,实现了二维正演程序;通过与一维解析解对比,验证了算法的正确性且具有较高的计算精度。随后利用有限内存拟牛顿最优化算法,实现了交错采样有限差分二维反演;通过理论模型反演,验证了反演算法的稳定性,揭示有限内存拟牛顿反演计算效率明显优于非线性共轭梯度法。最后,通过对宕昌县官鹅沟大地电磁资料反演解释,查明了测区深部构造特征,表明算法具有较强实用性。     

井地大地电磁非线性共轭梯度二维反演研究

本文提出并验证了地下大地电磁测深数据的正、反演算法和程序,为井地大地电磁测深和井地可控源音频大地电磁测深这一前沿研究课题提供了地球物理解释方法.使其更加完善和有效.在Rodi(2001)发表的大地电磁场二维NLCG反演理论和算法的基础上,推导了井地大地电磁场二维NLCG反演算法,改编反演的代码,开发出二维NLCG反演程...     

利用有限单元法模拟二维MT倾子响应

在二维地电模型中,考虑到大地电磁测深(MT)倾子响应依赖于横电(TE)模式的数值模拟问题,笔者采用矩形网格单元和双二次插值对MT的倾子响应进行求解。首先,给出了二维地电条件下的边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成;其次,通过求解复系数方程组得到了每个节点的电场值;最后,采用差分方法求得电场沿横向和垂向的偏导数值,从而计算出二维MT的倾子响应。通过对2个二维地电模型的倾子响应进行数值模拟,获得了倾子响应的实部、虚部和振幅,结果很好地反映了不均匀体的横向分布情况。     

航空和地面天然场电磁法联合开展深部矿产资源勘探

较为全面地介绍了航空天然场电磁观测系统(ZTEM)的方法原理、装置及应用实例,从测量参数、探测成果和工作效率等方面对比总结了航空天然场电磁法与地面MT法。在此基础上,提出了航空天然场电磁法和地面MT联合的点面结合勘探方案,即ZTEM航空电磁法进行大面积快速测量,地面天然场电磁法针对重点和可到达的区域进行辅助性质的完善测量和查证,并为ZTEM数据反演提供参考,最终获得全区的电性特征,从而为地质体推断提供可靠参考,可为我国高山峻岭区、森林覆盖区、水体覆盖区、环境保护区矿产资源的快速有效勘查提供技术支撑。     

带地形的可控源音频大地电磁法二维正演

利用二次场算法研究了可控源音频大地电磁法二维正演问题。采用有限单元法进行正演模拟,将矩阵压缩存储和共轭梯度解方程方法应用到正演算法中,加快了正演算法的速度,并且将地形因素考虑到正演算法中。通过不同的模型验算,检验了算法的精度。     

航空大地电磁响应特征分析及反演研究

航空大地电磁法以其机动灵活、效率高等优点,适用于在地势崎岖的偏远环境中开展快速普查作业。在航空大地电磁探测中,起伏地形会对倾子响应产生影响,另外由于倾子是无量纲传输函数,只包含电性结构的空间变化信息,而与电阻率的数值水平无关,单独利用倾子数据进行反演时,反演多解性更大。为解决上述问题,首先采用四边形网格模拟地形起伏;其次在倾子数据的反演目标函数中加入少量地面大地电磁数据拟合项,克服只拟合倾子的多解性缺陷;最后利用二维地电模型,验证本文有限元算法的正演精度,并分析起伏地形对倾子响应数据的影响。针对倾子数据缺乏背景电阻率信息这一问题,开展了带地形的倾子反演和倾子与地面大地电磁数据反演研究。研究结果表明:向倾子数据中加入少量地面大地电磁数据进行反演,可有效降低单独倾子反演对初始模型的依赖。     

Distortions of impedance and tipper tensors due to three-dimensional perturbations of the earth and field

Magnetotelluric (MT) sounding measurements are conducted, as a rule, along a single profile or mutiple profiles, and data are interpreted using 1D and 2D earth models. In a real situation, the earth is three-dimensional, and the primary field may vary laterally. This implies that 1D and 2D inversions of MT data contain some error, up to the appearance of false structures. In this study, analytical methods are used to obtain expressions for the effect of small deviations of the earth and the primary field from the Tikhonov–Cagniard model on the impedance and tipper tensor components (sensitivity functions which determining the size of the zone near the sounding point within which the perturbations affect the impedance and tipper at this point).     

太康隆起东段地热资源远景区调查评价与研究

应用大地电磁测深法(MT)对太康隆起东段深部地层结构及隐伏断裂进行探测研究,共布设了4条MT剖面,获得了97个测深点,并对所获得的MT数据的二维偏离度、构造走向等进行计算和分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)二维反演方法对TE和TM模式的数据进行联合反演,得到了可靠的地下介质二维地电模型。研究结果表明,商丘凸起电性结构纵向上具有典型的分层特征,从上到下可分为三层,即低阻层-中高阻层-高阻层。根据该电性结构模型,结合研究区域重力、航磁、地震及区域地质资料,绘制了商丘凸起基岩地质图,同时根据深部基底隆起形成的高阻异常与区域地温场高值区具有较好的对应关系,据此圈定了2处地热异常远景区。     

Investigating 2-D MT inversion codes using real field data

There are currently a significant number of two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) inversion codes available for magnetotelluric (MT) data. Through various 2-D inversion algorithms suggested so far, the classical Occam's inversion, the data space Occam's inversion, the nonlinear conjugate gradient (NLCG) method, and the Gauss–Newton (GN) method are fundamental driving methods to find optimum earth models, and OCCAM, DASOCC, NLCG, and MT2DInvMatlab are possible candidates one can find in the public domain that implement these algorithms for 2-D MT inversions, respectively. In this study, we investigate the pros and cons (strength and weakness) of these codes to help one use them efficiently in practical works and, as an introductory guide, further develop (sophisticate or extend) them, especially for the 3-D case. To achieve this goal, we applied each one of the four aforementioned codes on a profile of real MT field dataset. Then, further investigations have been done by performing several inversion tests to see how each code can find the appropriate model to reconstruct the subsurface resistivity structure. Numerical experiments show that the two parameters, regularization and target misfit, in addition to the main criteria of inversion (such as the forward and the sensitivities calculation method, and the type of inversion algorithm), are very important to produce the expected model in inversion. The regularization parameter that acts to trade off between model norm and data misfit can affect the inversion process in terms of both the computational efficiency and the accuracy of the obtained model. Also, lack of insufficient precision to choose the target misfit can lead the inversion to produce and reach an incorrect model.     

大地电磁六元素张量阻抗理论及其应用

在经典大地电磁（MT）理论中,张量阻抗[ Z ]定义为电场分量和磁场分量之间的线性关系.估算张量阻抗[ Z ]及和它有关的其他参数（例如视电阻率、相位、倾子等）是MT数据处理中的一个重要环节.引入了六元素张量阻抗[ R ]的全新概念,并开发了相应的处理方法.为检验本方法的特征和抗噪性能,对采集自朝鲜的MT野外资料进行了分析.分析结果表明在MT资料处理中新定义的六元素张量阻抗[ R ]比传统的四分量张量阻抗[ Z ]提高测深曲线的相干度至少0.1以上,并且改善了大地电磁资料处理的质量.      

利用一维正则化反演进行大地电磁测深数据拟二维反演解释

大地电磁测深的反演问题是不适定的,其反演结果不稳定,且具有非唯一性。通过在目标函数中采用正则化方法,可以使得不适定反演问题具有稳定的反演结果,并改善解的稳定性和非唯一性问题。为了提高野外大地电磁测深数据的处理效率和初步解释的精度,提出了大地电磁测深数据的一维正则化反演进行拟二维反演解释方法。这里所述的大地电磁测深一维反演解释,与以往的解释方法不同,其思路首先用Bostick反演的深度来控制层参数,使反演计算的模型参数仅存在电阻率;最后采用阻尼高斯-牛顿算法进行反演计算,并将Bostick反演结果作为反演计算的初始模型。通过模型试算,结果表明其处理速度快、解释直观,对野外大地电磁测深数据进行初步反演解释是可行的。     

一维层状介质大地电磁模拟退火反演法

大地电磁模拟退火反演法是一种最优化的非线性反演方法,与传统的线性反演方法相比该方法具有：（１）不依赖于初始模型的选择;（２）能寻找全局最小点而不陷入局部极小;（３）在反演过程中不用计算雅可比偏数矩阵等优点;通过对各种类型的大地电磁测深理论曲线试算,结果表明模拟退火法能准确地自动反演地电参数（地层电阻率,厚度）最后对实际资料进行了处理,取得了较好的效果。     

大地电磁法磁反射系数在深埋含锰地层调查中的应用 —以贵州松桃杨立掌锰矿床毗邻区的次级成锰槽盆为例

音频大地电磁法是深埋金属矿勘探中的一种常用物探方法,研究音频大地电磁对深埋、薄层锰矿的勘探效果具有重要的理论意义及实践价值。论文首先通过建立典型地电模型,完成了大地电磁正演模拟、反演计算及大地电磁的磁反射系数成像,从理论上提出磁反射系数可以提高大地电磁法的深部分辨率;然后以贵州松桃杨立掌锰矿床毗邻区的次级成锰槽盆为勘探对象,完成了横跨成锰槽盆的音频大地电磁勘探及资料处理,获得了沿测线方向的二维电阻率模型和磁反射系数成像等值线图;最后参考研究区物性资料及钻井柱状图,进行了电阻率模型与磁反射系数成像结果的地质地球物理综合解释。论文的研究成果说明,磁反射系数能够有效提高大地电磁法对深部电性层的划分能力,合理运用磁反射系数开展大地电磁多参数解释有利于提高大地电磁法的解释分辨率。     

二维最平模型的大地电磁快速反演

在已有原理的基础上，本文给出了一种新的大地电磁二维快速反演方法，该方法在合理的模型网格下，求模型的纵向和横向一阶偏导数平方最小，反演得到最平滑模型，有效地消除了二维近似反演中易出现的多构造和数据过拟合现象。同时，引入总体控制函数以及用牛顿单变量寻根法求拉格朗日因子，使反演快速、稳定地收敛。理论模型试算表明，该方法比近来发展的同类反演方法效果更好，另外，野外资料的反演也取得了比较满意的结果。     

板状体MT倾子响应的二维有限元模拟与定性分析

在二维地电模型中,大地电磁测深倾子资料可以很好地反映地电构造的水平非均匀性,特别是在解释垂直或者倾斜板状体的空间分布情况时,可以起到十分重要的作用,在实际应用中可以用来寻找断裂,判断其走向、倾向、埋深和规模。应用有限单元法分别对水平、垂直和倾斜的板状模型进行正演模拟,该算法采用矩形网格内进一步三角形细化的方式剖分模型,通过三角形网格提高了对倾斜接触面的近似程度,同时增加计算量不明显,然后计算出倾子的实部、虚部和振幅的资料。研究结果表明:倾子响应对介质电性水平不均匀反映十分灵敏,特别是对横向低阻异常体,同时对异常体的位置和埋深也有清楚的显示。