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.     

一种简单的大地电磁阻抗张量畸变分解方法

提出了一种简单的大地电磁阻抗张量畸变分解方法，引入3d/2d模型，使得全畸变的大地电磁阻抗张量被生意人经，通过对比Swift旋转和Bahr分解后的资料，用联系二的畸变矩阵表示浅层三维电性异常体对区域二维构造的局部畸变影响，通过研究畸变张量矩阵，并对其进行分解，可将局部三维电性不均匀体产生的畸变与区域构造分离开来，从而了解区域构造的维数特征和局部畸变类型及其对区域构造的影响，最后，应用3个测点的实际资料，对这种简单的畸变分解方法进行了检验，结果表明，该方法简单且应用方便，解释效果较好。     

三维/三维构造下大地电磁相位张量数值模拟

当地表存在三维非均匀电导率分布时,区域大地电磁响应发生畸变. 以往对这种畸变研究多假设近地表为三维,区域构造为一维或二维. 对于更一般的三维/三维构造,为了分析并消除这种畸变影响,真实反映地下三维区域构造信息,本文实现了三维大地电磁相位张量积分方程数值算法,并研究在不同地质模型下相位张量响应. 结果表明,相位张量不仅可以反映一般三维构造信息,亦可有效反映复杂近地表构造下三维区域构造信息,而无须假设区域构造为一维或二维,证明相位张量具有较强抗近地表局部非均匀构造干扰能力,能够保持更为一般的三维区域构造信息. 为了加快正演计算,同时保持一定精度,算法采用了积分方程多网格法.     

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。     

基于混合优化算法的MT阻抗张量畸变分解方法

在前人研究基础上,对Groom-Bailey(GB)张量分解畸变因子和区域阻抗的求解方法进行了改进.首先,通过Swift旋转与GB分解的扭变和剪切矩阵的求逆变换,利用变换后区域阻抗主对角元素为0的条件获得关于扭变因子和剪切因子的超定方程组,采用模拟退火全局优化算法进行求解.其次,由得到的扭变因子和剪切因子,结合Swift旋转确定的走向角和区域阻抗元素的估计,作为非线性最小二乘局部优化算法的初始值,对GB分解定义式的超定方程组进行求解,得到各畸变参数和区域阻抗的解.通过模型试验验证了方法的正确,对方法的稳定性进行了比较与评价,并通过与已有结果的对比和实际资料的应用,表明了方法实际应用的效果.     

山西阳高～河北容城剖面大地电磁资料的初步解释──阻抗张量分解技术及其应用

介绍了阻抗张量分解技术及其在阳高～容城剖面的大地电磁资料解释中的应用。在某些测点局部电流畸变的影响较严重，用张量分解技术对资料分析后表明，沿剖面的区域异常总体上具二维性质，分解技术处理后的视电阻率和相位资料与地质构造有较好的对应性。事实表明，阻抗张量分解技术是对大地电磁资料进行分析解释的有力工具     

山西阳高～河北容城剖面大地电磁资料的初步解释——阻抗张量分解技术及…

介绍了阻抗张量分解技术及其在阳高￣容城剖面的大地电磁资料解释中的应用，在某些测点局部电流畸变的影响较严重，用张量分解技术对资料分析后表明，沿剖面的区域异常总体上具有二维性质，分解技术处理后的视电阻率和相位资料与地质构造有较好的对应性，事实表明，阻抗张量分解技术是对电磁资料进行分析解释的有力工具。     

网式大地电磁阻抗张量及其影响因素分析

网式大地电磁（Network-MT,N-MT）法采用长数公里至数十公里的电话线为电极线测量电场,很难形成两条笔直且相互垂直的电极线,因此阻抗张量的计算不如大地电磁法中直接.本文依据阻抗张量的旋转规则提出了一种计算N-MT阻抗张量的简便算法.依据该算法计算了中国东北地区5个N-MT测站的阻抗张量,获得了基于阻抗张量的视电阻率、相位曲线和最佳主轴方位角分布图像,为我国东北N-MT资料的进一步处理和解释提供了基础性数据.此外,本文对比分析了朝阳测站中6条N-MT观测电极线上阻抗张量旋转值与观测值之间的差异,重点讨论了产生这种系统性偏差的各种因素,提出其主要因素可能来自“电场等效各向异性”效应,即测站附近的地壳内部存在与观测电极线尺度相比拟的横向非均匀构造,而测站各电极线沿不同方向跨越不均匀构造,此时各电极线上的电场分量不遵循同一电场矢量的分解准则,导致地表观测三角形内阻抗分量不满足统一的阻抗张量旋转规则.     

基于遗传算法的大地电磁阻抗张量分解方法研究

本文针对Groom-Bailey分解法在消除地表电性不均匀体对MT数据的畸变效应时存在的问题引入遗传算法,对基于传统线性最优化方法的GB分解算法进行改进,提出基于遗传算法的大地电磁阻抗张量分解方法.通过对理论合成数据以及三维/二维模型正演数据的分解试验,并且对青藏高原北缘阿尔金断裂地区实际MT数据进行分解处理,证明了基于遗传算法的GB分解能够更加有效地校正三维/二维情况下近地表三维电性不均匀体所造成的畸变影响.最后,在已有算法基础上,研究了基于遗传算法的多频率GB分解算法和MT数据静校正算法,并通过实际MT数据的处理证明了这些算法的有效性.     

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.     

大地电磁局部畸变异常特征三维数值模拟研究

局部畸变问题曾经困扰大地电磁资料反演解释几十年,大地电磁三维数值模拟技术的发展为剖析局部畸变特点和得到可靠的反演成像结果提供了技术基础。本文采用三维数值模拟成像方法对典型三维局部畸变模型进行模拟分析。三维数值模拟结果显示:电场分量垂直电性分界面的极化模式视电阻率曲线(对应二维情况下TM模式)在穿越低阻异常体界面时,曲线会先上移后下移,而在穿越高阻异常体界面时,曲线会先下移后上移,这与电性分界面处积累面电荷产生的二次电场有关。三维模型中XY模式、YX模式视电阻率和相位在三维异常体附近的水平变化是呈现近似垂向对称的,该现象与电场垂直跨越电性界面时视电阻率的变化规律是吻合的,当测线分别沿X方向和Y方向展布时,三维情况下的XY和YX模式分别对应二维情况下的TM模式。低阻小异常体对区域构造响应的畸变影响比高阻小异常体要严重。低阻小异常体对二维区域响应的两种极化模式视电阻率和相位都有非常明显的畸变影响,相比较而言对TE模式的畸变要大于TM模式,因此我们在做二维反演解释时,可优先考虑拟合TM模式数据。位于小异常体中心上方测点的三维畸变响应虽然与对应真实二维区域响应的差异比较大,但可以等效于某种二维模型响应,这种由局部畸变造成的假二维响应在实际野外数据的解释中是需要注意的。      

基于矢量有限元法的三维张量CSAMT正演模拟（英文）

标量CSAMT只适合一维及测量方向与构造方向垂直的二维情况,对于复杂的三维地电结构,CSAMT需采用张量测量。本文试图采用矢量有限元法实现三维张量CSAMT的正演模拟。为了验证算法的正确性,本文在层状介质中计算了三维CSAMT远区的电场,磁场及阻抗张量,并且与层状介质中的理论解进行了比较,接着还模拟了均匀半空间中含有三维异常体的模型,并且分析了四个阻抗张量、视电阻率及阻抗相位的响应特征。得出如下结论:采用矢量有限元法来模拟三维张量CSAMT,其电磁场及阻抗张量的实虚部计算精度都比较高,并且该方法本身满足电场法向不连续,不用进行散度校正。     

表面局部三维大地电磁曲线畸变校正——MT畸变校正阻抗张量分解方法

针对三维／二维地质结构开发了大地电磁阻抗张量分解技术,利用该技术仅需对各个独立测点的大地电磁资料进行分析即可分离和消除由三维局部异常体引起的其附近测点的ＭＴ响应函数的形态扭曲畸变。     

川西—藏东大地电磁资料的阻抗张量畸变分解

根据Swift和Bahr的分解结果,得到准三维/二维模型的区域构造和各个畸变因子, 应用于川西—藏东MT剖面资料的分析,结果表明：该地区的构造特点为浅部比较简单,深部相对复杂;以雅安为界,东部构造比西部构造简单,而且比较稳定;构造主轴方位基本在近南北向,其偏差很少超过30°;分解参数对几条大的断裂有较好的显示;测线1横穿3个主要构造单元,并被几条大断裂切割,构造最复杂;测线2接近3D/2D模型;测线3具有较强的静位移畸变.     

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.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(五)——利用阻抗张量成像识别大地线性构造

大地线性构造往往与块体或物性的边界、断裂的几何延伸相关联,是地学研究的重要目标构造.在大地电磁法中,传统的方法是通过反演得到的电性结构的差异来解译线性构造,是一种间接分析方法.由于线性构造发育处走向和倾向明显,二维性较其他地方一般会更强,故而在阻抗张量成像分析中,相应的二维有效因子就会比较大,最佳主轴统计分布会更加明显.据此,本文利用大地电磁阻抗张量成像(包括最佳主轴统计成像、构造维性成像)来探测识别大地线性构造.本文首先通过三维理论模型的研究结果来验证这一技术在线性结构探测中的有效性,然后将其应用于郯庐断裂带南段实测剖面的具体分析中,展示了这一技术在线性构造探测中的实用性及其数据处理与分析过程.本文研究表明,大地电磁阻抗张量成像技术可独立于反演为地质解释尤其是线性构造的解释提供诸多参考信息.     

大地电磁相位张量和倾子的三维主轴各向异性反演

地壳和上地幔普遍存在的电性各向异性是大地电磁测深方法在实践应用中的关键和难点问题,而由近地表局部地电异常引起的电流型畸变可进一步加剧各向异性反演的多解性和不确定性.为压制电流型畸变影响,本文实现了一种利用大地电磁相位张量和倾子数据获取地下介质主轴电性各向异性结构的三维反演算法.该算法正演问题的求解采用交错采样有限差分法,反演问题的求解采用非线性共轭梯度法.理论模型测试表明,相位张量和倾子的三维各向异性反演不仅恢复了真实的各向异性异常分布特征,且压制了为拟合电流型畸变出现的假异常.由于相位张量和倾子数据不含幅值信息,先验模型选取对反演模型电阻率值的恢复效果影响较大,但初始模型的改变基本不影响反演结果.为进一步验证该算法的有效性,将其应用于USArray项目在美国西北部采集的109个长周期大地电磁实测数据.反演结果表明,相对于阻抗数据,相位张量和倾子数据的各向异性反演结果对浅层结构的刻画更为准确,与地表地质特征更为吻合.     

用大地电磁法研究构造走向及维性特征

介绍了大地电磁GB张量分解法及其对它的改进法 ,可确定出更可靠更真实的区域构造走向 .将分解结果结合传统的座标旋转法所确定的视电阻率、相位、走向、偏离度等响应函数及维权参数进行分析 ,可得到更详细的电性结构维性质信息 .对兰州地区的实测资料研究表明 ,区域电性结构主体呈 2 D结构 ,走向方向大致为南北或东西向     

考虑电流型畸变的大地电磁三维反演

大地电磁测深(MT)的观测数据易受到由近地表小尺度非均匀体或地形起伏引起的电流型畸变干扰,消除或压制这种干扰对获取可靠的深部电性结构至关重要.当区域结构为二维时,电流型畸变可采用张量分解等方法予以消除或压制.当区域结构为三维时,畸变问题更加复杂和严重,传统张量分解方法往往效果不佳或无效,严重地制约了MT三维反演技术的实用性.对此,本文提出一种考虑电流型畸变的MT三维反演算法,将完整的电流型畸变参数引入到目标函数,并采用非线性共轭梯度法与电阻率参数同时反演,从而达到压制畸变的目的.该算法有两个关键点:一是通过分析实测数据所遭受畸变的分布特征,在目标函数中对其进行有效约束;二是在迭代过程中,通过自适应地调整双正则化因子保障算法的稳定和效率.理论模型测试结果显示,常规三维反演算法不能合理解释数据中的畸变成分,而只能通过引入虚假异常体强制地拟合受畸变数据,从而造成电阻率模型严重失真.与之相比,本文算法能够在反演中自动求解各测点所受到的畸变,获得更接近真实的电阻率模型.     

直流电阻率2.5维有限元数值模拟

从稳定电流场满足的基本微分方程出发,推导了地面点源电场电位边值问题对应的等价变分问题.用网格离散积分区域时,以四边形为最小研究单元.针对电场在电源附近衰减快,变化梯度大,数值模拟结果在电源附近位置有较大误差问题,采用边界/奇异校正算法改善模拟结果在电源附近的奇异性问题,同时减少边界条件的影响,提高模拟结果精度.从波数域电位求取空间域电位,利用最优化离散波数进行反付氏变换.模型算例结果验证了该算法的可行性与有效性.