AMT数据地形畸变影响与带地形反演效果研究

在山区进行音频大地电磁测深(AMT)时,电磁场易受地形起伏影响发生畸变。为研究起伏地形对AMT数据的影响,采用WinGlink软件基于有限差分算法的正演模块,建立二维起伏地形和平地地电模型,并对比分析了两个理论模型的正演响应。结果表明:TE模式的视电阻率曲线在高频段受干扰程度相对较大,在低频段影响减小甚至消失;TM模式的视电阻曲线变化正好相反;二者相位受地形影响则较小。对含异常体的带地形地电模型进行正演计算,在正演响应中加入2.5%的随机误差模拟实测数据,利用WinGlink软件基于非线性共轭梯度(NLCG)算法的反演模块,分别进行带地形和不带地形的TE、TM和TE+TM模式的二维反演。各反演结果的对比表明,带地形的二维反演结果明显优于不带地形的反演结果,能够较好地反映出异常体的位置、形态及电阻率值。依据得到的认识,对青海祁连隧道工程的AMT实测数据进行带地形二维反演,取得了理想的应用效果。     

大地电磁三维模型二维反演计算数值模拟分析

设计了多个1D/3D、2D/3D模型进行数值模拟分析,从模型三维响应和二维响应的差异大小和反演结果对比两个方面,分析了利用二维反演解释方法来逼近解释三维地质模型的适用性问题。分析结果表明:在异常体沿走向长度逐渐缩短的过程中,模型的三维特性逐渐增强,采用TM极化模式的二维反演结果基本保持不变,TE极化模式的二维反演结果逐渐产生畸变,表明TM极化模式对模型二维性的要求远远低于TE极化模式,TE/TM联合模式二维反演效果通常介于前两者之间,有时优于TM极化模式的二维反演结果。综合得出:一般条件下采用TM极化模式进行二维反演通常可以较好地重建原始模型,TE/TM联合二维反演结果在与TM极化模式反演结果整体电性特征相似的情况下,其对模型电阻率值的反演优于TM极化模式。     

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。     

音频大地电磁在长大深埋隧道勘探中的研究与应用

以成昆线民太隧道岩石物性特征为基础,结合实际地质背景,针对隧道勘察中断层、含水破碎带、岩溶等地质目标体的埋深、规模等问题,建立相应的地质模型,开展正反演模拟计算,进行对比分析,探讨音频大地电磁法对隧道勘探目标的有效性及可行性,旨在提供合理的模型依据和反演参数。分析对比两种极化模式正演数据,TE模式视电阻率资料反映的结果更接近真实情况,TE与TM相位资料具有一定的参考价值。选择不同初始模型的多反演参数对模型进行反演计算,最终确立了以一维Occam-TE反演作为初始模型对成昆线民太隧道实测数据进行二维NLCG-TE+TM反演,结果证明了模型的合理性和反演参数选择的有效性。     

直流电阻率测深中二维与三维反演结果的对比与分析

直流电阻率测深中,用二维反演程序对三维地质体进行了反演,并与三维反演结果进行对比和分析。首先,对比二维和三维最小二乘反演在正演模拟算法和先验信息的确定方法;然后,对若干比较典型的模型进行反演实例对比。由于二维程序反演仅考虑单个剖面的电阻率信息,无论是在异常位置、形态及电阻率特性上,其反演精度都比较低;三维电阻率反演综合了多个测深剖面的电阻率信息,其结果与实际模型吻合得非常好。     

基于断层模型的AMT数值模拟及其应用

为研究音频大地电磁测深法(AMT)在识别断层模型方面的可行性,结合实际电性特征,建立了不同倾角、不同倾向和不同电性的地质模型,进行了AMT的正演数值模拟;通过ZONDMT2D软件的正演计算,得出关于正演模型的视电阻率和阻抗相位拟断面图,分析了在普通和某种特定地质模型下的AMT正演响应,为之后AMT实测资料的处理和解释提供了参考。数值模拟表明:1在二维介质中,TE模式视电阻率信息对目标体反映良好,但相位资料易产生虚假异常中心;TM模型视电阻率易受静态效应影响,对横向不均匀电性体的差异具有"放大作用",其阻抗相位资料质量好,可信度高。2当断层倾角分别为30°,60°,90°时,TE、TM模式的阻抗相位拟断面图都明显优于视电阻率图。3在TM模型中,对于正断层模型,AMT正演结果会在断层顶部对应地面的投影位置附近产生一个相对"凹陷"的曲线形态;逆断层模型则会在相应位置出现相对"凸起"的曲线形态。最后,通过对西藏扎西康铅锌多金属矿整装勘查区的实测资料的分析,圈定隐伏断层在剖面上的展布,经过实际钻孔的验证,证实该正演模拟结论对于实测资料的处理和解释具有参考价值。     

基于二次场二维起伏地形MT有限元数值模拟

通过计算二次场来进行二维大地电磁数值模拟;导出了二维大地电磁二次场的微分方程,利用有限单元法来解微分方程;对矩形网格进行对角线的二次剖分,更容易且真实地模拟起伏地形。对几个典型模型进行了试算,与前人总场法的计算结果做了比较,两者视电阻率曲线一致,证明本文算法是正确的;通过2个简单的算例说明复杂地表下2种极化模式的MT观测资料都有明显的异常,视电阻率在TM模式下比TE模式更易受地形影响,TE模式下视电阻率曲线形态与地形呈"正相关",TM模式下反之。     

电磁法测量的地形影响及校正方法

针对地形对电磁测量结果的影响,设计了一组带地形模型,采用有限差分法对其进行了正演模拟计算。对模拟结果进行了分析,总结了地形对电磁测量视电阻率的影响规律,即TM模式比TE模式易受地形影响,山顶比山谷易受地形影响。在此基础上,分析了常用地形校正方法的优缺点;理论模型和实测资料反演结果表明带地形的二维联合反演可有效消除地形影响。     

直流电阻率三维正演的预条件共轭梯度法研究

三维电阻率法对反演的精度和速度的要求越来越高,而正演是反演的基础,因此直流电阻率三维正演计算的速度和精度是三维电阻率反演实用化的关键。这里利用对称超松弛预条件共轭梯度法(SSOR-PCG),求解有限差分法离散生成的大型稀疏线性方程组,预条件矩阵的选择大大降低了系数矩阵的条件数,结合矩阵的一维非零元素压缩存储模式,使得正演计算速度得以提高,而内存占用量明显减小。在直流电阻率三维正演中采用异常场法,提高了电源点附近的解的精度。利用编制的有限差分正演程序,对两层模型、垂直接触带模型和低阻异常体模型进行了数值模拟,计算结果表明该算法是可行的,且可以明显提高正演计算的速度和精度。     

二维大地电磁主轴各向异性理论模型反演

系统阐述了广泛认可的二维有限差分正演算法理论,再考虑一种特殊情况,将任意各向异性情况的电导率简化为只有对角线的主轴电导率,得到电场Ex与磁场Hx解耦的方程组,并利用TE模式只与σxx有关、TM模式只与σyy和σzz有关的特点,使用最小二乘法将TM模式单独反演计算。在y轴方向上,反演结果较为准确地还原了各向异性异常体的存在,包括位置和y轴方向上的电阻率信息,但在z轴方向上没有取得明显的效果,验证了前人关于z轴方向上的电阻率由于σzz不敏感,无法成功恢复的研究结论。     

大地电磁测深数据TE与TM极化模式的对比

在大地电磁测深工作中,由于实际地下介质的非均匀性,所得到实测资料的TE、TM极化模式视电阻率曲线有很大差异,给正确认识和判断实际地质结构带来困难。通过建立简单地堑、地垒及断层模型,并进行正反演,总结了这些模型条件下TE、TM极化模式的响应规律,为大地电磁测深数据的定性分析和解释提供了依据。     

大地电磁(MT)自适应有限元各向异性正演

电各向异性在自然界中普遍存在,特别是沉积盆地中的部分岩层经过压实变质作用,表现出很强的各向异性导电性,采用基于各向同性模型对实测资料进行正反演解释必然会造成困难甚至结果的错误,只有基于各向异性理论的正反演解释才更为合理准确。本文通过自适应有限元对大地电磁各向异性进行正演计算,分别模拟水平、垂直和倾斜各向异性介质在不同偏转角和主轴电阻率下的响应结果。结果表明：自适应有限元能够在后验误差的控制下得到合理的网格,使计算结果更加接近解析解;在各向异性介质中,大地电磁TE极化模式的视电阻率和阻抗相位与垂直于层面的电阻率无关;二维电各向异性结构中,大地电磁TM极化模式响应结果总是由主轴上的电阻率在y轴方向上的分量所决定。     

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。     

Effects of galvanic distortions on magnetotelluric data: Interpretation and its correction using deep electrical data

The non-inductive galvanic disturbances due to surficial bodies, lying smaller than high frequency skin depth, cause serious interpretational errors in magnetotelluric data. These frequency independent distortions result in a quasi-static shift between the apparent resistivity curves known as static shift. Two-dimensional modelling studies, for the effects of surficial bodies on magnetotelluric interpretation, show that the transverse electric (TE) mode apparent resistivity curves are hardly affected compared to the transverse magnetic (TM) mode curves, facilitating the correction by using a curve shifting method to match low frequency asymptotes. But in the case of field data the problem is rather complicated because of the random distribution of geometry and conductivity of near surface inhomogeneities. Here we present the use of deep resistivity sounding (DRS) data to constrain MT static shift. Direct current sensitivity studies show that the behaviour of MT static shift can be estimated using DC resistivity measurements close to the MT sounding station to appreciable depths. The distorted data set is corrected using the MT response for DRS model and further subject to joint inversion with DRS data. Joint inversion leads to better estimation of MT parameters compared to the separate inversion of data sets.     

2D inversion of the magnetotelluric data from Mahallat geothermal field in Iran using finite element approach

The natural-field magnetotelluric (MT) method has proven very useful for mapping the geothermal fields as resistivity sections. The depth of investigation of the MT method is sufficiently large to penetrate deep into the upper crust. MT soundings along two transects across Mahallat geothermal field in Iran were carried out to determine the crustal structure in the region. The selected MT profiles in the region cross over the hydrothermally altered zones and different geological structures. Data were acquired along two profiles crossing the Mahallat hot springs with a total of 28 MT stations in a frequency range of 8,000 to 0.008 Hz. Spacing between stations was kept 500 m for a good resolution. We have used the code MT2DInvMATLAB for inversion using the method of finite elements for forward modeling. Apparent resistivity and phase data of transverse electric (TE), transverse magnetic (TM), and TE + TM modes along each profile were modeled. The geothermal fluid reservoir is resolved at 1,000 to 3,000 m depth and the geothermal resource is estimated to be located at 7,000 m or deeper.     

基于三维电测量的复杂地质构造识别及参数估计方法

在实际工程中, 地质体通常呈现复杂的三维空间分布, 基于二维介质假设的传统高密度电法难以准确反映其空间位置及走势, 三维高密度电法能更好处理此类问题, 但长期以来由于数据采集与处理难度大, 其应用受到限制。为研究三维高密度电法在空间形态复杂的不良地质体勘探中的应用效果, 比较其与二维电法的差异, 本文首先研究三维高密度电法的工作原理及数据处理方法, 然后通过现场试验进行应用研究, 利用二维及三维高密度电法对福建寿宁银矿采空区进行勘探, 并利用三维激光扫描对结果进行验证。成功实现了复杂地形条件下240道电极的三维电法数据采集, 并引入基于光滑约束的最小二乘法完成三维电法数据的反演。研究结果表明, 三维激光扫描能精确获取采空区的形态及走势, 为电法结果提供可靠的验证; 三维高密度电法能准确反映浅层电阻异常体的位置及走势, 相比于二维高密度电法, 其反演结果收敛, 排除了深层的干扰信息, 降低了多解性。     

高密度电法数据三维可视化快速实现及在复杂采空沉降区的应用

高密度电阻率法是一种阵列式的勘探方法,具有采集观测数据量大、地质信息丰富、生产效率高等特点,数据采集多以剖面形式工作,成果多为二维反演结果,资料处理过程中经常出现局部畸值或相邻测线对照一致性差等问题.为解决该问题,本文在探查采空区分布和巷道位置的工作中,结合剖面数据采集特点提出非规则“#”剖面布设勘探法来补充纵向数据信息,并通过三维可视化软件建立以高密度电法电参数为依据的地质体模型,实现高密度电法数据场三维可视化和实际应用.     

三维张量CSAMT响应特征研究

张量CSAMT(可控源音频大地电磁法)能完整地描述三维的地电信息,更适应复杂地质条件下的地质勘探。采用将总场分解为一次场和二次场的策略,用差分近似微分形成大型线性方程组,通过解方程组得到张量CSAMT三维正演结果。通过计算低阻和高阻目标体的响应,发现卡尼亚视电阻率和视阻抗相位对低阻体表现为低值异常,对高阻体表现为高值异常,视阻抗相位达到极值时的频率比视电阻率达到极值时的频率要高。张量CSAMT对低阻体比高阻体更灵敏,在同样条件下,高阻体的异常区位置相比于低阻体会上移。某工区的勘察案例表明,根据卡尼亚视电阻率异常能定性地判断地下异常体的存在,为解决地质类问题提供了依据。本研究为张量CSAMT三维反演提供了基础。     

大地电磁场三维地形影响的矢量有限元数值模拟

地形对大地电磁场的影响规律研究对于实际大地电磁测深反演解释具有重要的意义。基于矢量有限元法进行了大地电磁三维地形响应数值模拟。首先与二维地形模拟结果比较,验证了算法的正确性;接着,分别对1个山峰地形和1个山谷地形进行了模拟;最后,比较了二维模拟与三维模拟结果。结果表明：三维阻抗张量的Z_xy模式和Z_yx模式都会受到地形影响;用二维地形模拟结果去近似三维地形响应,二维TE模式与真实三维响应结果差别很大,TM模式接近真实三维响应结果;如采用二维反演处理带地形的三维MT数据,TM极化模式反演更为合理。