希尔伯特-黄变换在海底大地电磁测深数据处理中的应用

海水运动产生的电磁场,是海底大地电磁探测数据中的主要噪声之一,影响了数据处理与解释的精度.为提高海底MT探测的应用效果,本文在海底MT信号处理中引入HHT时频分析方法.结合海底MT噪声的特点与海底MT信号的特性,对南海实测数据进行分析,通过对比去噪前后信号的Hilbert时-频谱和边际谱,表明利用经验模态分解及其多尺度滤波特性,能够有效压制海水运动产生的电磁噪声.经HHT去噪后的测深曲线在一定程度上有所改善,仍存在"飞点"现象;再结合Robust估计,明显改善海底大地电磁探测数据质量,得到满意的观测结果.     

藏北高原主要断裂带电性结构特征

对600线的部分测点及2100线的全部测点构成的五道梁-绿草山大地电磁深探测剖面进行了二维非线性共轭梯度反演,得到青藏高原中北部二维电性结构模型.根据该电性结构模型,结合研究区域重、磁及区域地质资料推断了青藏高原中北部主要断裂的位置、产状和切割深度等信息.研究结果表明,青藏高原中北部发育有F1-F16一系列深断裂.其中,F1(苟鲁山克错-囊谦断裂带)和F9(乌兰乌拉湖-玉树断裂带)共同构成金沙江缝合带的北界,是松潘-甘孜-可可西里地块与羌塘-唐古拉地块的分界线;F4、F10-F12共同构成昆仑断裂带,F4(阿尼玛卿断裂带)是南部松潘-甘孜-可可西里地体和北部北昆仑-柴达木地体的分界线;F6、F13-F16为柴北缘断裂带,由南倾的岩石圈深断裂F6和一系列产状相背、北倾的逆冲断裂F13-F16所构成;F7和F8可能反映岩石圈内产状平缓、隐伏的滑脱构造形迹.     

大地电磁测深二维反演方法求解复杂电性结构问题的适应性研究

为探讨二维反演方法在三维电性结构中的适应性问题,本研究中设计了一系列的二维/三维正演模型进行实验计算,分析了三维高阻/低阻异常体对模型响应的畸变作用,并从反演模式选择和数据旋转方向两个方面进行模型二维反演的对比分析,与三维反演的结果进行了比较,最后采用了实测数据进一步进行了二维和三维反演的比较实验.实验和研究结果表明,在剖面选择方面,在剖面方向与垂直主构造方向相差不大的情况下,截取剖面方向,将电性主轴旋转到垂直剖面方向的二维反演结果与垂直主构造方向的反演结果都可以较好地还原正演模型,在大的构造的反映上并无太大差异.在地下为二维或近三维条件时,正演模型的主要结构都可以较好地被二维和三维反演解析出来.二维的反演结果可能甚至会比三维的反演结果的边界更清晰,更精确.然而,对于具有较强的三维结构的模型而言,其二维反演结果与原始模型可能仍然存在较大差异,其中TM+TP或TM模式的二维反演结果相对更接近原始模型,而TE模式的结果往往会有较大误差,需要在解释时特别注意以免得出错误结论.     

青藏高原东缘及四川盆地的壳幔导电性结构研究

自从2008年M_S8.0级汶川大地震发生以来,青藏高原东缘便成为地质与地球物理研究的热点区域.该区域的龙门山断裂带标志着青藏高原东缘与四川盆地的边界.汶川地震即发生于龙门山断裂带内的映秀-北川断裂上.该地区现有的研究工作多集中于青藏高原东缘及四川盆地的西部,对四川盆地东部构造情况的研究目前较少.在SinoProbe项目的资助下,完成了一条跨越青藏高原东缘及整个四川盆地的大地电磁测深剖面.该剖面自西北始于青藏高原内部的松潘-甘孜地块,向东南延伸穿过龙门山断裂带、四川盆地内部及四川盆地东部的华蓥山断裂,最终止于重庆东南的川东滑脱褶皱带附近.维性分析表明剖面数据整体二维性较好,通过二维反演得到了最终的电性结构模型.该模型表明,从电性结构上看,沿剖面可分为三个主要的电性结构单元,分别为:浅部高阻、中下地壳低阻的松潘-甘孜地块,浅部低阻、中下地壳相对高阻的四川盆地,以及华蓥山以东整体为高阻特征的扬子克拉通地块.龙门山断裂带在电性结构上表现为倾角较缓、北西倾向的逆冲低阻体,反映了青藏高原东缘相对四川盆地的推覆作用.其在地下向青藏高原内部延伸,深度约为20 km左右.在标志逆冲推覆滑脱面的低阻层下存在一电性梯度带,表征着低阻的青藏高原中下地壳与高阻的扬子地壳之间的电性转换.位于四川盆地东边界的华蓥山断裂在电性结构上表现为一倾向为南东向的低阻体插入高阻的扬子克拉通结晶基底,切割深度约为30 km左右.这一结构反映出华蓥山向西的推覆作用.在电性结构模型的基础上,进一步讨论了青藏高原东缘的壳内物质流、青藏块体与扬子块体的深部关系以及青藏高原东部的隆升机制等构造问题.     

基于有限差分正演的带地形三维大地电磁反演方法

本研究实现了一套基于有限差分（FD）方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵（参数二次导数矩阵）的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.     

钦杭何在?来自综合地球物理探测的认识

扬子古板块与华夏古板块的结合带（简称钦杭结合带）是中国东南部一条最重要的构造岩浆成矿带,其西段的位置和边界的划分方法,尚存在较大的争议。本文以大尺度卫星重磁资料为主,结合区域电性和地震资料的综合处理和分析,对钦杭结合带的边界进行了识别和厘定。研究认为,钦杭结合带是江南造山带的南部边界,结合带南界为宁波—金华—上饶南—赣州北—郴州—北海东,北界为上海—湖州—鹰潭—临川—萍乡—衡阳—永州—桂林—梧州—钦州。在结合带两侧,无论是重力场还是磁力场都具有明显不同的特征,反映了扬子和华夏板块不同的物质组成和基底特征。钦杭结合带内地球物理场也存在局部差异,揭示了结合带经过多期次岩浆活动,在不同地段形成了不同组合的金属矿床和别具特色的钦杭成矿带。     

西藏高原中南部地壳与上地幔导电性结构

根据2001年国土资源部"十五"青藏专项研究计划项目"西藏高原南部岩石圈电性结构的大地电磁研究"所完成的吉隆-措勤剖面(800线)以及2004年教育部重大项目"藏南雅鲁藏布江缝合带地区地壳三维电性结构及其构造地质学与动力学意义的研究"所完成的定日-措迈剖面(900线)超宽频带大地电磁测深数据,研究西藏高原中南部地壳及上地幔电性结构特征及雅鲁藏布江缝合带导电性结构特征:800线和900线上地壳范围内主要为高阻区,电阻率在200~3000Ω.m之间,顶面大范围出露,底面一般在15~20km深度处,整体上,高阻区底面由南向北逐渐加深,再向北又逐渐变浅,900线高阻体底界深达30km,而800线高阻体底界更深达38km;地下15~45km深度范围内存在一组电性梯度带,该电性梯度带之下存在一组硕大的高导层,其电阻率小于5Ω.m,高导层由规模不等且不连续的高导体构成.雅鲁藏布江以南的中地壳高导体,规模较小,厚度在10km左右,产状略向北倾;雅鲁藏布江以北的高导体,规模较大,厚度在30km左右,产状向北缓倾;相比之下,900线的高导体厚度较小,顶面深度较浅.通过对岩石电阻率影响因素的讨论,推测高导体的成因是部分熔融或含水流体,判断藏南巨厚的中、下地壳的物质状态是热的、软弱的、塑性的.     

华北大地电磁测深阵列观测实验与岩石圈导电性快速成像模型

关于中国大陆岩石圈导电性结构研究越来越引起人们的重视,而目前研究大陆岩石圈导电性结构的主要方法是大地电磁测深（Magnetotelluric sounding）.为此,在国家项目"深部探测技术与实验研究（SinoProbe）"专项里开展了"大陆电磁参数标准网实验（SinoProbe-01）"研究,完成了华北1°×1°地理坐标网度的大地电磁测深"标准点"阵列（Array）观测.本文详细论述了华北SinoProbe-01项目1°×1°MT"标准点"阵列观测实验的概况,以及通过精细的MT数据处理和一维Niblett-Bostick变换快速成像,所获取的华北地区岩石圈导电性三维成像模型.在分析华北岩石圈导电性结构特征的基础上,从电性结构角度把华北与邻区岩石圈划分为胶辽、燕山、鲁西、太行—吕梁等低导电性（高电阻率）块体,内蒙古、阿拉善和祁连中等导电性块体和黄淮、鄂尔多斯、秦岭良导电性（低电阻率）块体,进一步从导电性的角度证实了华北克拉通是由多个块体集合而成的观点.     

PRC_MTMV和EMTF在长周期大地电磁数据处理中的应用

长周期大地电磁信号强度弱,频带宽,容易受到多种噪声的干扰,观测数据不满足加性、平稳和最小相位特性.因而,其数据处理仍有较多难点.常规的大地电磁数据处理方法是相似的,其主要差别是在时域或频域压制噪声、提高信噪比的数学方程和算法不同.为了提高数据处理的可靠性,拓宽方法的选择范围,本文介绍了广泛使用的PRC_MTMV和较少使用的EMTF两套软件系统的处理原理、参数配置以及用于处理长周期大地电磁资料的基本流程.利用两套系统对实测数据进行处理,对比发现,PRC_MTMV处理得到的视电阻率和相位曲线总是比EMTF的曲线平滑;EMTF的远参考处理对视电阻率曲线高频部分有较大的改善,说明EMTF能够有效克服磁场干扰;将同一测点长周期和宽频测深曲线拼接,二者的效果是相当的,表明EMTF能够满足需要并用于处理长周期大地电磁数据.     

海底大地电磁场二维正演TE模式空气层选取

在对比空气和海水介质中不同频率电磁波的穿透深度差别的基础上,根据大地电磁场二维正演理论及算法编写了海洋大地电磁场二维正演程序,并验证程序的正确性.对比相同地质条件下,含空气层与不含空气层模型的TE模式正演响应结果,发现薄海水层完全可以取代空气层,使TE模式下海水面上的电场和磁场分量接近于一个常数.研究同时也得到了一些其他结果.