四阶Δ-Σ过抽样电路原理及其在微弱地学信号检测中的应用

传统的测量电路无法解决诸如海底大地电磁场这样微弱地学信号的检测问题。近几年诞生了一种称之为ΔΣ的电路理论以及相应的硬件芯片 ,给微伏级的弱信号检测开辟一条新的技术路径。文章介绍与地学探测有关的一种ΔΣ电路类型 ,该类型以低频段微弱信号为检测对象。采用系统理论和电路分析方法对ΔΣ原理作了较深入的讨论 ,阐明这种电路技术对提高微弱信号观测的分辨率是有效的。结合海底大地电磁探测中的信号采集问题 ,介绍了在仪器中把多路的被测模拟量变为数字量的技术过程。经对实际采集的海底信息的频谱曲线进行分析 ,证实所采用的ΔΣ技术以及多路信号采集的电路方案是合理的。     

西藏高原大地电磁深探测

展示了超宽频带大地电磁深探测所获得的西藏亚东－巴木错沿线地区电性结构图像；阐述了西藏中、南部特殊的壳幔电性特征。     

3D Modeling and Born approximation inversion for the borehole surface electromagnetic method

We present a 3D approach to numerical modeling of the borehole-surface electromagnetic （BSEM） method. The 3D electromagnetic response created by a vertical line current source in a layered medium is modeled using the 3D integral equation method. The modeling results are consistent with analytical solutions. 3D Born approximation inversion of BSEM data is also conducted for reservoir delineation. The inversion method is verified by a synthetic reservoir model.     

西藏高原中、北部断裂构造特征:INDEPTH(Ⅲ)-MT观测提供的依据

根据1998年和1999年INDEPTH(Ⅲ)MT在西藏中、北部所完成的德庆-龙尾错(500线)和那曲-格尔木(600线)超宽频带大地电磁深探测剖面数据研究西藏高原中北部断裂构造特征,有助于推进印度板块与亚洲板块碰撞、俯冲构造模式的研究.研究结果表明,区内发育有F1～F10一系列深断裂.其中,F2向北倾斜是早期的主断裂,F1则是后期主逆冲断裂,它们共同构成空间结构复杂的嘉黎深断裂带.班公-怒江缝合带的主断裂系由略微向南陡倾的F3、F4和F5三组超壳深断裂构成;由于受后期构造运动强烈的改造,缝合带内发育多条延深不大的上地壳断层.唐古拉断裂带由F6、F7两组主断裂和一系列次级断裂构成;主断裂产状上陡、下缓,总体向南倾斜,向下延深达下地壳.而金沙江缝合带是由F8(金沙江断裂)和F9(可可西里断裂),以及它们之间存在的一系列上地壳次级断层共同组成的,是一组很宽的地块碰撞缝合带.F10即昆中断裂是产状陡立的超壳深断裂,是昆仑山断裂带的主体构造,它构成松潘-甘孜-可可西里地块的北部边界.从剖面电性结构特征分析,昆中断裂以南属于西藏高原主体;而以北地区是否还归属西藏高原?这有待更深入的讨论.值得特别关注的事实是,研究区内2组缝合带之下都存在向上地幔延伸的壳内高导体,它们可能反映区内壳幔热交换过程的痕迹.     

青藏高原东南部地壳导电性结构与断裂构造特征——下察隅—昌都剖面大地电磁探测结果

根据2004年在青藏高原东南部完成的下察隅—昌都(1000线)宽频带大地电磁探测剖面数据研究高原东南部地壳导电性结构及断裂构造特征,这有助于推进印度与亚洲岩石圈碰撞、俯冲构造模式的研究。研究结果表明,沿剖面上地壳大范围分布的是规模不等的高阻体,电阻率大约在90～3000Ω.m,厚度由南向北增加,底界面的深度大约在5～30km变化。高阻层之下发现由不连续高导体构成的中地壳低阻层,其电阻率小于10Ω.m;其结构与青藏高原中、西部的壳幔高导体相似,但规模小得多,底面埋深也浅得多。沿剖面的上地壳存在多组规模不等、产状不同的横向电性梯度带或畸变带,它们反映了沿剖面地区地壳的断裂分布。通过与该区高精度重力资料对比,在重要的电性梯度带上,均存在布格重力低异常和负重力均衡异常。结合区域地质资料分析推断了嘉黎—然乌、班公—怒江和甲桑卡—赤布张错等主要断裂构造带的空间格局。     

金伯利岩体上中梯装置ρ_s异常的性态研究

简要介绍了边界单元法的计算原理,以直立圆柱、圆台、蘑菇状模型模拟不同形态的金伯利岩体,用边界单元法对上述模型的中梯装置ρ_3异常进行了正演计算。着重对正演计算结果进行分析,总结出不同条件下ρ_3曲线的性态特征,所得规律有利于进一步改善中梯装置电阻率法在勘查金伯利岩中的应用效果。     

高密度电阻率法比值参数基于阻尼最小二乘反演

三电位电极系中装置的探测精度和数据处理方法的研究一直是地球物理工作者研究的一个热点,同时也存在很大的争议。利用正演模拟结果讨论了岩溶地区几种可能存在的地质条件下三种装置的探测精度,发现β装置和γ装置的探测效果明显优于α装置;然后利用正演计算得到的数据合成比值参数(T),对合成数据T进行最小二乘反演,发现T值反演结果和视电阻率反演结果一致,并在噪声影响较大的区域,T值反演结果优于T值等值线图,可作为判断异常体特征的一个依据,也可验证视电阻率的反演结果,弥补由于噪声对某种单一装置探测效果的影响。以义马某地的水文地质勘察为例,T值最小二乘反演结果表明,在含水低阻区域T值也呈现小值异常,且显示的异常体边界准确,结构特征明显。利用T值反演对数据处理具有重要的意义,应予以重视。     

青藏高原东构造结林芝地热田浅部典型电性结构及热储关系

约40 Ma以来,受控于印度板块的俯冲及后期演化,青藏高原喜马拉雅山系东构造结成为了板块活动最强烈的地区之一;由于深部动力学过程中的浅表响应,该地区地热资源极为丰富。笔者等通过对两条音频大地电磁(AMT)测线进行数据处理与分析,查明了测点覆盖区域范围内二维电性结构及主要存在的深大断裂。依据电性结构推测研究区地下1 km深度范围内可分为4层,浅部低阻层为松散砂泥卵石层,下伏的中阻为砾卵石层,其下的低阻为砂岩、板岩、页岩强风化层,最底部的中高阻层推测为古元古界林芝岩群真巴岩组以片岩、花岗岩为主的地层。结合以往大地电磁测深及地震研究发现的地下10～20 km存在大规模近东西向展布且向上延伸熔融流变导致的低速高导体,推测可能是该地区深部热源所在。进一步通过对深部及浅部电阻率模型的综合对比研究,基于地热地质背景、电性结构特征,探讨了该地区的深部热源及热储关系。     

CS3301在长周期大地电磁测深仪中的应用研究

大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种重要的地球物理探测方法,当前国家正在实施深部探测专项SinoProbe等项目,故需要借助于长周期大地电磁测深仪器.我国没有自己生产的长周期大地电磁测深仪器,只能依靠从乌克兰进口的LEMI-417进行深部探测.在LEMI-417使用中,我们从该仪器提供的数据文件Final.asc中发现它的电场信号测量分辨率为0.01 mV/km,磁场信号测量分辨率为0.01 nT,相对较低,此外,该仪器在无GPS信号时会出现记录紊乱等现象,故需要设计适合课题组需要的长周期大地电磁测深仪器.由于大地电磁测深仪器需要采集的电场、磁场信号为微弱信号,容易淹没于噪声之中,故选用了低噪声、极小总谐波失真率的CS3301作为运算放大器.CS3301提供了4种可选择的信号输入模式和7种可选增益,经分析与测试,测量电场信号时,CS3301设置为输入模式1及×64增益,当极距100 M时,测量精度可达0.001 mV/km,高于LEMI-417的0.01 mV/km;测量磁场信号时,将反馈理论用于测量电路,CS3301设置为输入模式3及×64增益,只对信号的可变部分进行放大,精度可达0.006 nT,高于LEMI-417的0.01 nT.该系统在华南的9005、1005等多个测点以及东北的1600、5105等多个测点进行了测试,并与LEMI-417进行了对比试验,测量结果表明它们的时间序列曲线比较一致,数据处理后,在同一测点得到的大地电磁测深曲线也较一致,说明设计的仪器达到了预期目标.