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.     

西北某些地区地电结构的维性质特征

本文利用中国西北某些地区大地电磁测深资料,对测区内地电结构的维特征做了初步的研讨。研究表明,大地电磁测深惯常所使用的二维偏离度S比阻抗极化椭圆的椭率Sβ显得要有效些;而近年来所引进的维权因子则对地电结构的一、二、三维性质有了更为明确的描述;对于不同类型的地质构造单元是有不同的维性质特征的,利用多个维参数的综合维分析,则对于认识测点的地电结构特征和资料的分析解释都提供了若干有用的信息。     

大地电磁测深二维反演对“准二维”地质构造的适应性研究

受计算机硬件水平限制,大地电磁(MT)三维反演难以在实际中推广应用,MT数据解释仍以二维反演为主.地质构造具有一定的二维性特征,但不同的地质构造走向往往不同、MT测线无法与每个构造的走向垂直,这使得实际MT数据并不满足严格的二维反演条件.因此,有必要开展大地电磁测深二维反演对"准二维"地质构造的适应性研究.本文设计三个理论地电模型,通过三维正演计算获得各测点大地电磁响应,以此模拟实际观测数据.对MT数据进行相位张量分析,结果表明设计的地电模型主要表现为二维性特征.利用非线性共轭梯度(NLCG)反演算法对理论MT数据进行二维反演研究,重点讨论了测线方向、电性主轴旋转策略及反演模式选择,对反演结果的影响.对比分析反演结果,得到如下认识:1.测线方向对反演结果影响较小;2.电性主轴旋转角度对反演结果影响较大;3.TE+TM联合模式及单独TM模式的反演效果较好.研究结果表明:当一条测线下方在横向与纵向上存在走向不同的多个异常体时,对整条剖面分测点、分频段进行电性主轴旋转,反演所得结果最可靠.     

电偶源频率电磁测深二维阻抗视电阻率计算的源效应校正法

研讨了频率域电磁法中不同源装置的大地电磁测深、线源频率电磁测深和偶极源频率电磁测深阻抗视电阻率的源效应影响特征。在唯象分析的基础上，提出了几种电磁测深法阻抗视电阻率的相互换算法──源效应校正法（大地电磁测深二维ＴＥ极化视电阻率和其它两种电磁法的赤道装置二维阻抗视电阻车）。模型试验表明，利用这一源效应校正法可以由大地电磁二维视电阻率近似地计算出线源频率电磁二维阻抗视电阻率。这一方法被尝试应用于由线源频率电磁二维阻抗视电阻率估算偶极源频率电磁二维阻抗视电阻率。     

时频方向谱分析在海洋电磁数据处理中的应用

海底采集到的电磁数据按照其主要包含的信息及研究目的大致可分为海洋可控源电磁场(CSEM)信号、天然场源大地电磁场(MT)信号、海洋环境电磁场信号以及其他随机干扰信号.常常通过计算功率谱密度、时频分析和极化分析的方法研究海洋电磁场特征.本文介绍一种新方法——时频方向谱分析法及其在实测海洋电磁数据处理中的应用,该方法能够在一定的时间-频率尺度上有效分辨场源信号的运动方向.对于海洋CSEM数据,利用该方法可以估算发射源的运动方向,进而在发射源或采集站方位信息缺失情况下,实现海洋CSEM数据的旋转电性轴处理.对于海洋电磁数据,利用该方法可以详细分析海水运动感应电磁场的信号特征.     

大地电磁(MT)阻抗张量的正则分解及其初步应用

鉴于大地电磁阻抗张量传统分析方法的局限性,提出了普遍适用的正则分解方法。在用正则分解方法分析时,主坐标系提供的８个标量参数,描述了地球系统传输特性和场源极化状态及其联系,因此是物理意义明确、易于解释的参数体系。讨论了正则分解方法在各种构造条件下的特点和场源的极化问题,并给出了简单的应用实例     

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.     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.     

大地电磁二维反演方法分析对比

基于地球物理正则化反演理论,详细给出了目前常用的三种大地电磁(MT)二维反演方法——奥可姆法(OCCAM)、简化基奥可姆法(REBOCC)和非线性共轭梯度法(NLCG)的理论基础.设计了两个理论地电模型,一个是高、低阻体组合模型,另一个是断裂模型,使用这三种MT二维反演方法分别对TE极化模式、TM极化模式以及TETM极化模式响应数据进行了反演,对反演结果进行对比分析,考察了不同的反演方法以及不同的极化模式对反演结果的影响.研究结果表明:三种反演方法有各自的特点,使用不同的极化模式数据反演将会得到不同的反演效果.     

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.     

吉林省珲春市敬信盆地大地电磁探测

2012年4月,国务院批准在中俄朝三国交界的珲春市设立"中国图们江区域(珲春)国际合作示范区".珲春地区蕴藏丰富矿产资源和煤炭资源.该地区二叠系油气地质调查已经开始.然而,关于珲春地区深部地质信息非常匮乏.为服务珲春地区经济,了解深部地质信息,2014年,我们在敬信盆地采集一条贯穿盆地大地电磁(MT)剖面.MT数据编辑后,通过阻抗极化图和基于阻抗张量分解的多测点-多频点统计分析技术确定地电走向.通过对视电阻率和阻抗相位曲线、拟断面图进行分析,定性解释地层电性纵向变化.由于采集的垂直磁场分量质量高,对倾子振幅和倾子相位拟断面进行探讨性的分析,定性解释地层电性横向变化.对正则化参数,底板误差,敏感度实验等进行了分析,采用非线性共轭梯度法对TE和TM模式数据进行联合反演,经过多次试验,得到了一个合理的电阻率模型.结合水文钻井、地质资料,对古近系敬信盆地的基底进行了刻画,识别了深部断裂带,提供了敬信盆地属于裂谷型盆地的依据.     

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     

大地电磁地震前兆初步分析系统

介绍了大地电磁(MT)地震前兆初步分析系统的建立及主要功能,运用该系统对2003年度祁连山地震带8个大地电磁复测点进行了MT多参量综合对比、变化幅度的计算及异常前兆判定,取得较好效果。     

ZTEM三维数据空间OCCAM反演研究

Z轴倾子电磁法(ZTEM)是一种极具前景的新型天然源频率域航空电磁法,具有勘探深度较大,工作效率高的特点.本文基于大地电磁法(MT)三维数据空间OCCAM反演算法,实现了三维ZTEM倾子资料的数据空间反演算法.将该算法应用到理论合成算例中进行反演,反映出ZTEM倾子反演对模型横向边界的约束优于垂向的特性,并且与MT阻抗反演结果进行对比,验证了所实现的倾子资料三维数据空间反演算法的有效性,表明ZTEM倾子反演在约束电阻率模型横向位置能力上更具优越性.该反演算法可用于ZTEM所整理得到的倾子数据进行三维定量反演,实现大区域的地质构造三维成像,获得地下地质模型的电阻率结构信息.     

火山区的地震勘探及大地电磁测深

西部逆掩断层带的沉积在爱达荷州蛇河平原东部(Eastern Snake RiverPlain,简称ESRP)火山地区下方延伸大约16km．ESRP地区下挠的北部边界是一条大的正断层．临近边界的一维地震折射和大地电磁法(MT)的分析成功地给出了所遇到的火成岩、沉积岩或沉积变质岩边界的深度线．本质上不同的各个火山区和沉积区的模型和大地电磁的各向异性椭圆的伸长和旋转的匹配表明了断层的存在．而断层的倾角和范围是根据初至波视速度的明显变化确定的．在地震反射法受到地表火山屏蔽不能很好发挥作用的地区,用地震折射法和大地电磁法(MT)的综合分析可提供有关勘探评价有利地区的重要信息．     

Hilbert-Huang变换与大地电磁噪声压制

大地电磁信号具有非线性、非平稳、非最小相位特征,不符合以Fourier变换为基础的传统功率谱估计的基本要求. Hilbert-Huang变换是近年发展起来的处理非线性、非平稳信号的完全局部时频分析方法. 本文在简要介绍Hilbert-Huang变换基本原理与算法基础上,以实际数据分析为例,探讨了它在大地电磁信号处理及噪声压制中的应用. 提出利用Hilbert时-频能量谱对大地电磁信号进行时段筛选,以提高信号品质,增强数据处理的质量和资料的可解释性. 利用经验模态分解方法及其多尺度滤波特征,可以有效地分析MT信号中的噪声分布特征,并进行干扰压制.     

大地电磁资料的灵敏度研究

本文研究了大地电磁资料对地球电性结构模型参数的灵敏度,它在反演解释中具有重要意义.通过研究均匀半空间中视电导率资料的灵敏度函数与计算分析实际观测资料的Fréchet导数和斜率表明,视电导率资料的灵敏度在地表最大,从地表向下呈指数衰减,频率愈高,电导率愈大,衰减也愈快.视电阻率资料和阻抗相位资料对高频、浅层和低阻层具有更高的灵敏度,几何参数的平均灵敏度高于电性参数的平均灵敏度,通常阻抗相位资料比视电阻率资料更灵敏.同时,根据阻抗实部定义的视电阻率与Kunetz定义的时间域大地电磁响应,反映地层电性差异的灵敏度最高. 文章还指出,在实际的反演解释中,如何正确有效地应用阻抗相位资料,提高分辨能力,仍是急待解决的问题.     

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     

非一维条件下大地电磁测深法中电性主轴偏转的研究与应用

地下介质电性在很多地区呈现非一维性,大地电磁测深(MT)在实际勘探时常会遇到测量主轴(电极方向)和电性主轴(测线方向)不重合的情况,这时就有必要将测量主轴上的地电信息转换到电性主轴上来.本文以吉洪诺夫-卡尼尔模型为理论基础,结合湘、鄂西地区的实际大地电磁测深资料,通过理论推导,计算出经过电性主轴偏转后的视电阻率值.再经过静态校正、地形校正,最后反演得出二维电阻率剖面,解释结果符合研究区域的实际地质构造特征,表明采用电性主轴偏转计算处理大地电磁测深资料效果较好.     

固定翼航空电磁系统的线圈姿态及吊舱摆动影响研究与校正

固定翼时间域航空电磁探测系统在实际飞行测量过程中,发射线圈、接收线圈姿态和吊舱摆动状态不断变化,在测量数据中引入如发射磁矩方向、接收分量方向以及系统收发距等参数的误差,影响数据反演成像效果.本文基于固定翼时间域航空电磁正演理论,利用姿态变换,引入发射线圈、接收线圈双旋转矩阵;根据发射、接收线圈相对位置的几何关系,求得摆动格林张量;推导了任意姿态角度以及任意摆动角度情况下的固定翼航空电磁响应三分量计算表达式.通过层状大地模型的仿真计算,分别研究了发射、接收线圈各姿态以及吊舱摆动状态对航空电磁响应的影响,得出发射线圈、接收线圈俯仰旋转和吊舱同向摆动对系统电磁响应影响最强;仿真分析了实际测量中,三种角度同时存在情况下,航空电磁响应的定量变化规律.在此基础上,讨论了响应系数与大地电导率的关系,同时给出基于响应系数的固定翼航空电磁系统线圈姿态和摆动状态校正方法,准二维层状大地模型反演结果表明,校正后数据的反演精度提高了33.1%.