大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(六)——交错模型的大地电磁二维反演

交错模型指的是由几组走向不同的线性构造（近似二维）在空间（纵向、横向）上组合而成的模型.对于电性结构,交错模型表现为纵向或横向上的构造存在电性主轴方位的变化.从构造维性的角度来看,交错模型是一种由二维模型组合而成的特殊的三维模型,直接对其进行大地电磁二维反演,不易获得可靠的反演结果.本文针对交错模型的特点,提出分频段-分区段反演方案.该方案首先需要借助于阻抗张量成像技术,在频率域确定组成交错模型的各线性构造的电性主轴,然后,针对不同的频段、区段,选择对应电性主轴的数据进行反演,通过初始模型的构建将不同电性主轴方位的反演结果对接起来.本文通过三维理论模型的研究,系统展示了分频段-分区段反演的全过程,归纳得到：在分频段反演时先做低频段反演,在分区段反演时先做二维性更不显著一侧的反演.最后,本文将这一技术用于郯庐断裂带中南段一条实测剖面的反演中,其结果与常规二维反演结果相比较,深部的信息更为丰富,且与其他已有地质、地球物理结果的可对比性更好,表明在构造复杂地区,大地电磁分频段-分区段二维反演具有较高的模型分辨率和可靠性.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究（四）——阻抗张量分解的多测点-多频点统计成像分析

基于大地电磁阻抗张量分解技术,本文提出了两种电性主轴方位的统计描述图像：随频率变化的统计分布成像（频率分布云图）和随测点序列变化的统计分布成像（测点分布云图）.这两种图像与传统的统计玫瑰图一起,较全面地描述了最佳主轴的分布特征.在进行构造维性分析过程中,通过定义二维有效因子e_2d,来压制一维结构和三维结构、突出纯二维结构的影响.e_2d被用于电性主轴的统计加权,有效地起到了滤波的作用;同时,统计成像中还考虑了数据质量的影响.为了得到稳定、高质量的区域阻抗张量数据,提出并实现了共主轴的多测点-多频点阻抗张量分解新算法.最终,完成了以上各项处理手段的可视化实现.本文通过两个理论模型和一个实测算例,以共轭阻抗法（CCZ法）为基础,展示了这一新技术的有效性.     

沁水盆地南部煤层气藏三维音频大地电磁探测

音频大地电磁法以其快速、经济、地形适应性强等优势,在复杂环境下煤层气藏勘探方面具有巨大应用潜力.本文分析了沁水盆地南部煤层气成藏模式,设计了适合音频大地电磁法勘探尺度的三维薄低阻、高阻目标层模型.模型典型测线的二维反演以及三维阻抗张量反演结果表明:在浅表不均匀体存在时,二维TE、TM、TETM模式反演解释会受到三维畸变不同程度的影响,很难判断哪种模式解释最佳.相比而言,三维反演不仅可以提取浅表异常,而且能以更高的分辨率圈出深部薄低阻层分布.但是上述反演手段对薄高阻目标层提取效果不佳,只有对初始模型(甚至目标层)施加电性约束时,薄高阻层反演结果才会改善.综合考虑,音频大地电磁法对薄低阻目标层进行三维探测是最具可行性的.选取沁水盆地南部胡底区块作为研究区,通过音频大地电磁三维反演提取富水低阻目标层分布.推断煤层气成藏模式,识别煤储层并推测储层排采状态,与已有的地质、勘探和生产资料基本吻合.以上分析为音频大地电磁三维探测法在油气藏勘探与动态监测方面的应用提供了有力支撑.     

对大地电磁测深阻抗张量的解释:区域感应及局部大地电流畸变

本文提出了一种对大地电磁测深(MT)阻抗张量的解释方法——大地电流矢量技术。所有阻抗张量元素的相位信息都用来区别局部大地电流畸变和区域感应。使用了包括局部地表异常效应叠加及区域一维、二维或三维电导性分布的模型。在二维区域构造中,如果使用了附加的地磁测深信息,把局部和区域异常体的作用完全分离是可能的。为了衡量与局部畸变无关的区域构造的三维性,引进了一个仅从相位获得的新的偏离指数。     

大地电磁测深二维反演对“准二维”地质构造的适应性研究

受计算机硬件水平限制,大地电磁(MT)三维反演难以在实际中推广应用,MT数据解释仍以二维反演为主.地质构造具有一定的二维性特征,但不同的地质构造走向往往不同、MT测线无法与每个构造的走向垂直,这使得实际MT数据并不满足严格的二维反演条件.因此,有必要开展大地电磁测深二维反演对"准二维"地质构造的适应性研究.本文设计三个理论地电模型,通过三维正演计算获得各测点大地电磁响应,以此模拟实际观测数据.对MT数据进行相位张量分析,结果表明设计的地电模型主要表现为二维性特征.利用非线性共轭梯度(NLCG)反演算法对理论MT数据进行二维反演研究,重点讨论了测线方向、电性主轴旋转策略及反演模式选择,对反演结果的影响.对比分析反演结果,得到如下认识:1.测线方向对反演结果影响较小;2.电性主轴旋转角度对反演结果影响较大;3.TE+TM联合模式及单独TM模式的反演效果较好.研究结果表明:当一条测线下方在横向与纵向上存在走向不同的多个异常体时,对整条剖面分测点、分频段进行电性主轴旋转,反演所得结果最可靠.     

利用大地电磁密集阵列研究蚌埠地震构造环境

本文基于蚌埠及邻区100个高质量测点组成的宽频带大地电磁密集阵列数据,首先利用相位张量和阻抗张量统计成像技术定性分析了研究区构造维性和电性结构特征,然后采用多重网格法结合多次迭代重构的三维反演技术获得了其精细可靠的三维电阻率结构.结果显示蚌埠隆起南、北部电性结构存在显著差异,支持其南部和北部存在不同的构造演化和变形机制的观点.蚌埠隆起内部存在多个切割高阻异常体、与断裂带对应的低阻条带,其中下地壳存在高导异常.综合分析推断,该中下地壳高导异常为流体渗入到先存多条交切断层的破碎带所致,深部物质对蚌埠隆起区构造变形的作用不显著.本文研究认为蚌埠及其邻近地区具备强震孕育的深部结构环境,但该区域构造变形驱动机制有待探讨.     

相位张量分析约束下的大地电磁测深阻抗张量分解方法研究

由于浅部、局部不均匀三维异常体的影响,大地电磁测深(Magnetotelluric,MT)观测数据往往需要进行畸变校正.本文针对相位张量不受局部电场畸变影响的特点,研究相位张量分析约束下的大地电磁测深(MT)阻抗张量GB(Groom-Bailey)分解方法.分析由相位张量得到的相关参数,结合初步电性结构维性判断及二维或近似二维电性结构条件下电性主轴方向等信息,设计较合理的GB阻抗张量分解初始模型,提高GB算法的稳定性及可靠性.同时,在传统GB分解求解模型的基础上,将各向异性参数引入目标函数,并采用共轭梯度法进行模型的最优化求解.理论数据计算结果表明,MT阻抗张量GB分解方法的计算结果,依赖于初始模型中电性主轴角、阻抗张量值等参数的选择,相位张量分析约束下的GB分解方法能有效改善算法的稳定性和计算结果的可靠性.此外,研究表明,在合理的初始模型选择下,较之传统的GB分解方法,尽管各向异性参数仍旧无法求出,但带各向异性参数的GB分解方法在计算效率和结果可靠性方面均具有一定的优势.选择实际大地电磁测深点数据进行方法验证,取得了理想的电性分析结果.     

大地电磁阻抗张量不变量及其Mohr圆分析

论述了Ｍｏｈｒ圆及其在大地电磁阻抗张量分析中的应用。并指出，大地电磁阻抗张量不变量由于提供信息的多样性和稳定性，在应用中具有独特的优点，而Ｍｏｈｒ圆又将各种大地电磁阻抗张量不变量有机地联系在一起，使其成为分析研究大地电磁阻抗张量性质的重要图示工具，能直观、清晰、简便地给出构造维数、二维偏离度、各向异性等重要信息，可用来研究测区电性结构沿纵向和横向的变化特征     

基于三维正演的音频大地电磁阻抗相位不变量校正技术

复杂地形、地质条件的大地电磁数据解释容易出现假象,采用三维正演技术模拟地形和地表不均匀体的背景响应,对实测数据阻抗相位不变量进行校正,实现更准确的定性分析;对三维异常体模型的合成数据进行一维、二维多参数反演试算,以确定地形剧变区选择反演技术的最佳方案.合成数据的试反演结果显示一维反演水平切片假异常较多,二维反演能压制测向假异常,但不能压制走向的假异常,水平切片多出现测向条带.使用本文提出的阻抗相位不变量校正法扣除地形、地表背景响应,结合一维、二维反演,能使实际资料解释成果更加可靠.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(一)——阻抗张量分解与构造维性分析

本文对大地电磁观测阻抗实施一种数学变换--"共轭阻抗变换",发现转换后的观测阻抗和区域阻抗之间存在特定的关系,这种特定关系不受电场局部畸变的影响,而且同样不需要关于地下区域结构维性的假设,在区域结构是三维的情况下也是成立的.对转换后的观测阻抗采用已有的Swift旋转方法即可求得区域主轴方位角,然后采用最优化方法求取区域阻抗相位、振幅以及畸变因子.同时根据转换后的观测阻抗重新定义了不受电场局部畸变影响的构造维性参数.采用合成理论数据验证了新算法的正确性,和Swift、Bahr、GB、相位张量、WAL方法进行了对比分析,并将新方法应用于实测资料的解释,发展了一套消除局部畸变和进行构造维性分析的MT精细资料处理技术.进一步的工作是将新算法推广到多点多频,并采用最优化技术分解,发展一种稳定性好、多测点多频点的阻抗张量分解技术.     

Three-dimensional electrical structure of the northwestern margin of the Karamay region,China, revealed by magnetotelluric data

In order to investigate the three-dimensional structures of intrusive granite and the deep structure of the Darbut fault in the northwestern margin of the Karamay region, western Junggar Basin, China, new magnetotelluric data were collected along six profiles across the Darbut fault. The magnetotelluric data were processed using a robust estimation technique to obtain the magnetotelluric impedance. Then the off-diagonal components of the impedance tensor were inverted using a three-dimensional nonlinear conjugate gradient inversion technique, which was performed using open-source three-dimensional electromagnetic inversion software. The final three-dimensional model includes two major low-resistivity anomalies and two major high-resistivity anomalies. The first low-resistivity anomaly corresponds to the location of the Darbut fault, which indicates that metallic elements are abnormally enriched there. The second one is located beneath the Darbut fault, and it is most likely a magma channel in the middle crust. The two major high-resistivity anomalies are distributed on either side of the Darbut fault. We interpret them as Karamay rocks and Akebasitao rocks and suggest that they were formed in an extensional setting. The cross sections of three-dimensional magnetotelluric inversion result reveal that the Darbut fault has been reformed by the later magmatism, leading to the variation of its downward extent along its strike. Moreover, our inversion result also indicates that a magma channel exists in the middle crust of the region.     

长白山天池火山区大地电磁测深初步观测

在长白山火山区沿着两条剖面进行了１５个测点的大地电磁测深观测，对地磁感应矢量和地下电性分布维数特征进行了分析，并使用阻抗张量分解和二维自动反演等新技术对资料进行了解释。结果表明，火山区及其周围地区的地下电性结构具有二维特征，但在火山口及其附近地下存在局部三维异常体，异常体埋深约１２ｋｍ，初步推测可能是火山岩浆囊     

大地电磁全张量响应的一维各向异性反演

目前大地电磁(MT)测深资料反演主要基于各向同性介质,但随着MT实际应用的需要,各向异性研究已逐渐引起关注.我们采用广泛应用的广义逆法对一维MT水平层状各向异性介质模型反演进行了探索性研究,并实现了MT全张量响应(即所有的阻抗张量的视电阻率和相位)的一维各向异性反演.理论模型试验表明,无论理论观测值中是否含有噪声,这种方法都能够较好地恢复真实模型,验证了其正确性和有效性.将此方法用于MT实测资料时,能够同时拟合4对视电阻率和阻抗相位曲线,说明本方法可以用于实测资料的处理解释,具有一定的实用价值.     

大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演研究(英文)

在对张量阻抗数据、倾子数据和共轭梯度算法深入分析的基础上,我们实现了大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法。基于全信息资料的三维共轭梯度反演研究,探讨了同时利用五个电磁场分量整理得到的大地电磁资料进行三维反演定量解释的方法以及全信息数据在三维反演中的作用。理论模型合成数据的反演结果表明,在三维反演中使用张量阻抗和倾子数据结合的全信息数据的反演结果优于只使用张量阻抗数据(或只使用倾子数据)的反演结果,提高了反演结果的分辨率和可信度。合成数据的反演算例也验证了所实现的大地电磁全信息资料三维共轭梯度反演算法的正确性和稳定性。     

MAGNETOTELLURIC EFFECT OF DIPPING ANISOTROPIES*

Reddy , I. K., D. Rankin , 1971, Magnetotelluric Effect of Dipping Anisotropies, Geophysical Prospecting 19, 84–97. A solution is obtained for the magnetotelluric effect in the case of multi-layered earth, each layer containing dipping anisotropy, with the strike of anisotropy oriented at an arbitrary angle to the measuring directions. A technique to compute tensor impedances and tensor apparent resistivities is presented and the importance of anisotropies in magnetotelluric interpretation is discussed.     

利用大地电磁三维反演方法获得二维剖面附近三维电阻率结构的可行性

大地电磁野外实测数据月前大多为二维剖面数据.如何反演这些二维剖面数据获得较为接近实际地电情况的结果,是多数大地电磁工作者关心的问题.我们通过对理论模型的三维响应进行分析和对合成数据及实测资料的反演结果进行对比研究,讨论了利用三维反演的方法来获得大地电磁二维剖面附近三维电阻率结构的可行性.结果表明:可用三维反演的方法来解...     

Processing of magnetotelluric data

The processing of magnetotelluric data involves concepts from electromagnetic theory, time series analysis and linear systems theory for reducing natural electric and magnetic field variations recorded at the earth's surface to forms suitable for studying the electrical properties of the earth's interior.The electromagnetic field relations lead to either a scalar transfer impedance which couples an electric component to an orthogonal magnetic component at the surface of a plane-layered earth, or a tensor transfer impedance which couples each electric component to both magnetic components in the vicinity of a lateral inhomogeneity.A number of time series spectral analysis methods can be used for estimating the complex spectral coefficients of the various field quantities. These in turn are used for estimating the nature of the transfer function or tensor impedance. For two dimensional situations, the tensor impedance can be rotated to determine the principal directions of the electrical structure.In general for real data, estimates of the apparent resistivity are more stable when calculated from the tensor elements rather than from simple orthogonal field ratios (Cagniard estimates), even when the fields are measured in the principal coordinates.