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.     

郯庐断裂带南段大地电磁主轴方位统计分析及其意义

本文利用多测点-多频点阻抗张量统计成像技术统计分析了三条横跨郯庐断裂带南段的大地电磁剖面上的电性主轴分布特征,从电性主轴的角度描绘了大别郯庐构造区不同构造的特征及构造间的几何关系.统计结果显示:郯庐断裂带南段在断裂带浅部的电性主轴方位及二维有效因子中有明显的显示,同时郯庐断裂带南段可能未影响断裂深部介质;扬子板块及大别块体东南部地区浅部和深部的主轴方位明显不一致,表明浅部和深部之间存在结构不整合,主轴方位表明不同深度的介质受不同方向构造力的作用;大别造山带南部及以南地区深部介质中EW向电性主轴可能是板块汇聚时期扬子板块深部韧性层受NS向挤压应力作用的结果,郯庐断裂带以东地区深部韧性层中NWW向的电性主轴则是扬子板块沿郯庐带向NNE方向运动形成的;北大别块体深浅一致的电性主轴分布特征符合中生代穹隆抬升、增厚的演化过程.对该地区电性主轴的统计结果为认识该地区的深部结构及地下介质的运动极性提供了重要的依据,也为认识大别郯庐构造区的演化过程提供了新的证据.     

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.     

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     

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。     

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(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.     

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.     

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。     

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.     

青藏高原东北缘玛沁-兰州-靖边剖面地壳上地幔电性结构研究

在青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块沿玛沁—兰州—靖边剖面进行62个测点的大地电磁观测,采用Robust技术对观测数据进行了处理和张量阻抗分解.分析了视电阻率和阻抗相位曲线、二维偏离度、区域走向.采用RRI二维反演技术进行了资料的反演解释,二维剖面的电性结构显示：（1）玛沁断裂带、兰州深断裂带、马家滩—大水坑断裂带将剖面分为4个电性区块：巴颜喀拉地块、秦祁地块、边界带和鄂尔多斯地块.（2）区块1、2和4的地壳电性结构有类似特点：上地壳为高阻层,下地壳上部为低阻带,下地壳下部到上地幔电阻率随深度逐渐升高.区块3电性成层性差、结构复杂,是现今构造活动较强烈的地区.（3）玛沁断裂带、海原断裂带和罗山—云雾山断裂带为较陡立的超壳断裂带;西秦岭北缘断裂带为壳内断裂带.     

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.     

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。     

鄂尔多斯盆地西缘构造带北段深部电性结构

在横跨鄂尔多斯盆地西缘构造带北段的查甘池—银川—五湖洞约200 km长的东西向剖面上,进行了67个测点的大地电磁探测.使用“远参考道”和Robust技术处理数据.分析了各测点视电阻率、阻抗相位、二维偏离度、电性主轴方位角、磁实感应矢量等参数,采用NLCG二维反演方法对TE和TM两种模式的数据进行了二维反演.得到的二维电性结构表明,沿剖面查汗断裂带、贺兰山东缘断裂带和黄河断裂带是明显较大型电性边界,为超壳断裂带,而三关口断裂带深部延深不大.沿剖面阿拉善地块、贺兰山褶皱带、银川断陷盆地和鄂尔多斯地块具有明显不同的深部电性结构特征.阿拉善地块内部除浅表电阻率较低外,以下到深度约50 km都表现为高电阻特性.贺兰山褶皱带电性结构复杂,电阻率高低相间.银川盆地具有上宽下窄最深达约8 km低阻层,具有断陷盆地特征.鄂尔多斯地块具有低-高-低的深部电性结构特征,成层性较明显.     

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     

松辽盆地北部地热场深部控制因素研究:基于大地电磁探测的结果

松辽盆地北部存在中低温地热场,地热场呈现中间高、四周环状降低的特征.松辽盆地内部形成高地热场的主要因素,一是深部热源供给;二是浅部热能储集.通过深部结构特征研究可揭示热源及热储的分布及相互联系,对松辽盆地北部地热场成因研究具有重要意义.为了揭示松辽盆地北部地热场的深部控制因素,本文基于古龙镇至依安县的246 km长大地电磁剖面,对71个宽频测点数据通过傅里叶变换、Robust估计以及相位张量分解等处理手段,在精细分析维性特征及电性主轴的基础上,利用非线性共轭梯度反演获得了剖面40 km深二维电性结构模型.研究发现:电阻率模型具有"纵向分层,横向分块"的特征,以水热性温泉富集的林甸地区为界,剖面南北两侧电性结构存在明显的差异,南侧呈现"低阻-高阻-低阻"的三元电性结构,北侧呈现"低阻"的一元电性结构,这两种结构与地温场分布具有良好的对应关系,林甸以南的三元电性结构区对应高地热异常,以北的一元电性结构区热异常下降明显;林甸地区位于这两种端元的分界区,地表温泉丰富,且发育有基底断裂,为水热型地热发育的"热点"地区;林甸南北两侧深部存在两个高导体C1、C2,这与普遍认识的松辽盆地存在软流圈隆起有关,说明盆地下方具有统一的热源,部分熔融热物质作为深部热源向上传递热量,不同之处在于林甸以南地区,中地壳存在巨厚高阻特征的前寒武纪结晶基底R1,为地热的保存提供了有利条件,而林甸以北地区深部缺少聚集热量的结晶基底,导致地热异常迅速降低.     

西秦岭与南北地震构造带交汇区深部电性结构特征

西秦岭造山带与南北地震构造带接触区是中国大陆最重要的南北向和东西向构造转化的接合部位之一.本文介绍了分别位于该区106°E东、西两侧的LMS-L3和DBS-L1两条大地电磁剖面的探测结果,两条剖面分别跨过了龙门山构造带东北段的青川段和宁强段.采用大地电磁相位张量分解技术对两条剖面上各测点的电性走向、二维偏离度等进行了计算和分析,采用NLCG二维反演方法对TE+TM模式的视电阻率和阻抗相位数据进行了二维联合反演.反演得到二维电性结构,在经度106°西侧LMS-L3剖面的深部电性结构自北向南揭示出,西秦岭北缘、成县盆地北缘、康县（即勉略构造带）和平武-青川断裂带都表现为明显的电性梯度带,深部延伸可达几十公里;西秦岭造山带、碧口地块与龙门山构造带东北段3个构造单元整体表现为高电阻体、呈现往南叠合且角度逐渐变陡的趋势.在106°E西侧西秦岭造山带区域的深部存在壳内低阻层,而东侧区域表现为高电阻体,深部电性结构在106°E东、西两侧的差异与该区深部速度结构特征一致,东、西两侧深部结构差异可能是该区中强地震分布差异的深层原因.LMS-L3和DBS-L1两条剖面南段的深部电性结构图像揭示出龙门山构造带东北部的青川段和宁强段内的平武-青川断裂带具有明显不同的深部结构特征,平武-青川断裂带在青川段为明显的电性梯度带,在宁强段不再表现为电性梯度带,而是完整的高电阻块体.汶川强余震向东北发展止于青川青木川附近,与平武-青川断裂带延伸深度和向北东方向的延伸长度密切相关,同时高电阻块体的宁强段对汶川强余震东北发展起到了阻挡作用.     

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     

天祝-永登地区大地电磁资料的一维各向异性反演

对分布在甘肃天祝、永登一带的10个大地电磁测点资料进行了一维各向异性介质反演研究，并与二维对称各向异性介质反演结果进行了对比。结果表明在大多数情况下一维各向异性反演有可能揭示出地壳介质电导率各向异性结构的主要特征；同时利用某些平均阻抗和特征阻抗的一维各向同性介质反演亦可获得较为可信的电性分层界面。反演所获得之介质电导率可能为各主方向电导率主值的某种平均。