采集参数对音频大地电磁法二维非线性共轭梯度反演结果的影响研究

非线性共轭梯度(NLCG)算法广泛应用于音频大地电磁法(AMT)二维反演中,并且取得了良好效果.本文以Rodi(2001)提出的大地电磁法二维NLCG反演理论和算法为基础,开展AMT野外数据采集参数(测线长度、点距、频点数)对二维反演效果的影响研究.通过低阻理论模型的试验结果表明:野外数据采集参数的选择应该以探测目标体的规模、深度以及背景电阻率为依据,测线长度应大于目标体宽度和探测深度的两倍以上,异常体上方测点数及探测深度范围内的频点数至少大于三个.     

沁水盆地南部煤层气藏三维音频大地电磁探测

音频大地电磁法以其快速、经济、地形适应性强等优势,在复杂环境下煤层气藏勘探方面具有巨大应用潜力.本文分析了沁水盆地南部煤层气成藏模式,设计了适合音频大地电磁法勘探尺度的三维薄低阻、高阻目标层模型.模型典型测线的二维反演以及三维阻抗张量反演结果表明:在浅表不均匀体存在时,二维TE、TM、TETM模式反演解释会受到三维畸变不同程度的影响,很难判断哪种模式解释最佳.相比而言,三维反演不仅可以提取浅表异常,而且能以更高的分辨率圈出深部薄低阻层分布.但是上述反演手段对薄高阻目标层提取效果不佳,只有对初始模型(甚至目标层)施加电性约束时,薄高阻层反演结果才会改善.综合考虑,音频大地电磁法对薄低阻目标层进行三维探测是最具可行性的.选取沁水盆地南部胡底区块作为研究区,通过音频大地电磁三维反演提取富水低阻目标层分布.推断煤层气成藏模式,识别煤储层并推测储层排采状态,与已有的地质、勘探和生产资料基本吻合.以上分析为音频大地电磁三维探测法在油气藏勘探与动态监测方面的应用提供了有力支撑.     

综合物探方法在淮河滨河浅滩岩溶塌陷调查中的应用研究

淮南市八公山区原肥皂厂近些年出现大规模的岩溶塌陷地质灾害,为了查明该调查区地下溶洞、裂隙管道等不良地质体的发育位置,笔者采用高密度电测深法、音频大地电磁法和地震折射法对塌陷区进行野外实验研究,研究结果显示:受滨河浅滩第四系淤泥低阻覆盖层的影响,高密度电测深法和音频大地电磁法测量的视电阻率值偏小,普遍小于200Ω·m,对低阻异常体识别度很低,很难通过视电阻值大小来准确判定基岩与低阻异常体之间的相对空间位置,相比之下,地震折射法受低阻覆盖层的影响较小,覆盖层与基岩之间纵波速度相差很大,实验得出,河床淤泥层纵波速度小于1000 m/s,第四系含砂黏土层纵波速度在1000～2200 m/s之间,基岩纵波速度大于3000 m/s,基岩与覆盖层之间的溶蚀层位纵波速度介于2200～3000 m/s之间.研究结果表明,在滨河浅滩第四系淤泥层等低阻覆盖层的影响下,高密度电测深法和音频大地电磁法测量的视电阻率值偏小,仅仅依靠视电阻率值来判定基岩与低阻异常体之间的相对空间位置不够严谨,在此基础上采用地震折射法,利用基岩、低阻覆盖层与溶蚀层之间的纵波速度差异,能够更加准确的划分并圈定覆盖层、溶蚀层和基岩面的空间位置.     

云南玉溪盆地电性结构MT测深研究

利用大地电磁测深技术探测了云南玉溪盆地的电性结构及可能的断裂构造分布。在与地质构造近垂直的方向,布设了两条测线进行大地电磁观测,应用Rebocc二维反演方法获得了玉溪盆地两条测线的视电阻率剖面。结果显示,低阻体厚度的变化趋势与盆地第四系沉积层平均厚度的变化类似,在盆地西侧,厚度较深,高阻和低阻界面变化较陡。自西向东,低阻体厚度逐渐减小,高低阻界面变化趋势趋缓。总体来说,低阻体厚度比已有资料给出的沉积层厚度要深,导致这一结果的原因一方面可能是盆地沉积层厚度在不同的区域变化较大,另一方面也可能和沉积层下的岩层富含水资源有关。     

二维与三维大地电磁反演的敏感度研究

大地电磁法可应用于岩石圈结构探测、金属固体矿产以及地热资源勘察等方面,目前三维大地电磁反演技术日趋成熟,但二维反演依然应用广泛.受台网布设及复杂地质构造影响,大地电磁数据往往结合二维与三维反演技术来减轻计算负担和改善反演效果,而评估二维与三维反演模型及其差异对准确获取地下电性结构信息至关重要.本文提出了一种基于敏感度矩阵的电性异常体边界划定以及反演模型可靠性评估方法,该方法通过求解大地电磁正演的伴随问题来构建敏感度矩阵,无需设计额外模型即可分析反演结果的可靠性.此外,本文还利用合成数据讨论了大地电磁二维与三维反演的有效探测深度.当地下结构三维性不强时,二维反演可以有效恢复深部低阻异常体的电阻率值,为深部地质解释提供定量约束.但当电性结构三维性较强时,三维反演重建的边界与真实位置更加吻合,而二维反演会产生虚假异常,不利于后续地质解释.     

多种频率域电磁法在冷水坑矿集区的应用效果对比

江西省冷水坑矿集区具有浅部斑岩型矿体与深部层控叠生型矿体的复杂组合.利用现代地球物理方法对矿集区地下深部结构进行了探测,对圈定地下容矿、示矿地质信息和认识地下深部成矿过程具有重要意义.本文以位于江西省贵溪市境内的冷水坑银铅锌矿田为试验研究区,开展了混场源音频大地电磁测深法(EH4)、音频大地电磁测深法(AMT)以及可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)三种不同频率域的探测试验,研究和总结了频率域方法以及不同仪器电磁法数据采集特点和应用效果,为频率域电磁法勘探提供借鉴和参考.通过对冷水坑矿集区典型勘探线上三种电磁方法的数据处理,绘制了视电阻率和相位单点测深曲线、原始拟断面及二维反演断面图.发现单点曲线形态基本一样.由于AMT在低频段受矿区工业干扰,视电阻率曲线呈45°上升;视电阻率、相位拟断面对地下电性分层结构基本一样,总体可分为三层,且分层结构较清晰;二维反演断面能够较好反映地下高低阻异常响应,但响应效果有所差异且CSAMT法效果较好.因此在干扰严重地区,建议选用人工源发射的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT).     

基于Vp/Vs波速比模型约束的张渤地震带深部电性结构研究

张渤地震带是中国东部地区一条重要的北西向地震活动带,获取深部精细的电性结构有助于探究该区域深部孕震环境及动力学机制等科学问题.为了提高大地电磁法深度分辨率,本文提出基于Vp/Vs波速比地震学模型约束的二维大地电磁反演法,通过理论模型合成数据检验了算法的可靠性.将算法应用于张渤地震带大地电磁测深资料,对比分析大地电磁无约束和有约束反演结果,检验算法在张渤地震带应用的有效性和实用性.最后结合已有的地质-地球物理资料,发现:反演获取的电阻率模型的电阻率梯度带与断层的空间分布吻合;唐山断裂带中上地壳表现为高阻特征,在下地壳底部有上涌的高导异常体,推测该区域深部高导区域与幔源物质侵入有关;三河—平谷断裂带浅部低阻异常与深部低阻异常不连续,地震主要分布于不连续区域;太行山山前断裂电阻率结构上表现为明显的电阻率变化梯度带,高阻异常体规模大、延伸到下地壳;张家口断裂带中下地壳高导异常区域比怀来盆地深部高导异常区域规模大,这可能暗示张家口断裂带的深部物质作用更为强烈.     

CSAMT法在某铁路隧道勘察中的应用研究

可控源音频大地电磁法(controlled source audiofrequency magnetotelluric,CSAMT)由于其相较于其他物探方法具有探测深度大、不受高阻层屏蔽、横向分辨率高等优点而被逐渐应用到铁路隧道勘察当中.本文介绍了CSAMT法的方法原理及工作方式,以红豆山隧道为例进行研究,在充分了解测区的地质地球物理的条件下设计合理的观测系统,并对原始数据进行分析处理之后进行带地形的二维反演.根据获得的电阻率剖面对隧道分段进行地质解释分析,为钻孔布设及隧道设计、施工提供基础依据.     

裸露岩溶区地下河管道综合地球物理方法探测研究

本文选取桂林市海洋乡裸露岩溶区地下河管道分别进行了可控源音频大地电磁法、三极电测深法和充电法试验对比研究,其综合成果得到了钻探验证.试验研究表明,充电法对具有出口、进口或天窗的地下暗河定位追踪准确,效果明显.可控源音频大地电磁法探测深度大,横向分辨率高,对寻找深部构造破碎带具有独特的优势.三极测电深法受场地条件、高阻围岩和地形起伏影响较大,不能满足对地下暗河的定位要求.     

可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究

可控源音频大地电磁测深法的勘查深度问题在理论研究和实际工作中都得到了广泛的关注,本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理,说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面具有可靠性.通过建立两个三层地电模型,并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像,与已知钻井资料对比分析表明,可控源音频大地电磁测深法对地下1000~2000 m深度的反演较为准确,能够反映地下电性的垂向变化.     

Occam反演在西准噶尔包古图地区某铜矿AMT资料处理中的应用

Occam反演方法经常应用在音频大地电磁测深数据中.为了了解Occam反演方法在金属矿的使用效果,本文设计了层状和脉状异常体的理论模型,利用音频大地电磁有限单元法做正演响应计算,并对加高斯噪声后的理论数据使用Occam反演进行反演.实验表明,Occam反演对音频大地电磁法的理论数据反演具有稳定收敛性,反演结果和理论模型能够很好地吻合.并以实例验证了Occam反演的有效性,为以后AMT方法寻找金属矿产提供了理论依据和实际经验.     

佳木斯地块及东缘岩石圈电性结构特征

佳木斯地块及东缘是中国东北地区的重要地质构造单元. 为探测该地区地壳深部结构与构造关系,沿桦南—饶河实施了240 km的大地电磁测深的探测研究. 采用光滑模型二维反演方法对桦南—饶河大地电磁剖面的探测数据进行了二维反演和综合地球物理解释. 研究结果揭示了研究区断面域的电性结构：(1)剖面西段具有稳定的高阻特征且具有稳定的岩石圈厚度（约90km）,在十几公里深度范围存在壳内高导层,该区段对应佳木斯地块. (2)剖面中部具有明显的电性梯度带,该梯度带反映了佳木斯地块的东界位置及其深部的结构形态. (3)剖面东段电性特征揭示了佳木斯地块以东区段浅部为逆冲推覆体,深部为多个高阻块体和低阻条带相间的电性结构,这些高阻块体可能为早期俯冲的岩石圈残片.     

海岸效应对近海地区大地电磁测深数据畸变作用研究

在近海地区采集的大地电磁测深数据通常受到海岸效应的影响,使得大地电磁测深数据发生畸变,因而很难利用大地电磁测深资料较为可靠地获得地下深部的电性结构.本文通过正演模拟方法,分析和总结海水深度变化和海底地形变化对近海地区大地电磁测深数据的畸变影响.当测区与海岸线的距离小于目标频率的大地电磁场趋肤深度时,高导海洋的存在会严重影响测区内电磁场的分布.由于海岸效应的影响,大地电磁测深视电阻率曲线和相位曲线均会发生不同程度的畸变,在低频部分,这种畸变作用尤为明显.大地电磁测深一维Occam反演方法和二维非线性共轭梯度反演方法,对近海地区浅部地层具有较好的反演效果.随着海水深度的增加和海底地形的复杂变化,两种反演方法均会出现不同程度的假异常,为地质解释工作造成了影响.近渤海地区的实测大地电磁测深数据在低频部分可能受到海岸效应的影响而导致视电阻率曲线的严重畸变.     

音频大地电磁法在黄土区填图中的应用

通过在工作区内布设音频大地电磁测线,并结合当地已有的地质与测井资料对测深数据进行约束反演,结果表明:①音频大地电磁测深法对工作区的地层岩性分层具有较好的效果,并对深部的基岩面与上部土层的分界具有较好的反映;②工作区内的地层产状比较稳定;③测点点距对结果精准度有一定的影响。进一步总结了音频大地电磁法在黄土区填图中的适用性,对指导音频大地电磁法在黄土区填图中应用具有重要意义。     

用变磁法和大地电磁测深法研究芬兰境内波罗的地盾奥鲁异常

应用变磁法(MV)和大地电磁测深法(MT)对芬兰境内波罗的地盾的电性构造进行了研究。第一个地磁台阵揭示出了地壳的奥鲁(Oulu)导电异常,该异常由一个地壳导电带和一个导电边界组成。1983年以来,用大地电磁测深法对奥鲁异常进行了更细致的研究。对由变磁感应矢量和大地电磁测深数据提供的信息进行了比较。利用大地电磁测深资料并参考感应矢量结果,构制了奥鲁异常的一维和二维模型。在研究区域的中心,异常体(电阻率为0.5Ωm)的埋深为4-7kin。异常体的西南有一埋深为14km的地壳低阻层,而其东北在高阻的卡拉利迪(Kareli(?)dic)区内,没有地壳低阻层。     

HMT法探测花岗岩差异风化的应用研究

通常情况下花岗岩岩性稳定、岩石完整,是隧道工程的理想围岩.我国沿海地区花岗岩覆盖普遍,但因气候炎热,秋夏两季多台风暴雨,降雨量丰富,化学风化作用剧烈,使得花岗岩差异风化严重.风化作用不仅仅发生在近地表,而且深切入地下达数百米,常穿过隧道洞身.本文以新建厦门至深圳高速铁路(简称厦深高铁)某隧道工程勘察为例,采用探测深度大、工作方便的天然场源高频大地电磁测深法(HMT),探测花岗岩差异风化情况.四条相邻测线综合探测结果表明:根据HMT法二维反演剖面图中电阻率的差异,成功解释了已开挖段的施工塌陷范围,并预测了将要开挖段的强风化弱地质结构分布范围;通过垂向相对低阻异常特征定量推断了岩体风化带向下延伸情况,为隧道安全施工提供了科学指导.     

长周期大地电磁测深研究——青藏高原东部LMT响应函数及应用

长周期大地电磁(LMT)是基于常规MT理论发展起来的电磁测深技术,青藏高原东部岩石圈较厚、视电阻率较低,应用LMT方法能够弥补常规MT仪器对低频信号响应的不足,获得有用的深部信息。文中概述了LMT的数据采集、处理及反演解释,并介绍了将LMT应用于东喜马拉雅构造结及其周围地区完成的长周期观测剖面——下察隅—玉树LMT剖面的岩石圈结构探测实例。实际观测表明,在重叠频段内LMT结果与常规MT具有良好的一致性;LMT数据处理实现的阻抗和倾子估计,在深部信息上具有更高的分辨率。LMT剖面结果揭示了青藏高原东部普遍存在地下低阻体,为局部地区部分熔融和地下流体存在的可能性提供了依据。LMT测深较好地弥补了常规MT方法在巨厚岩石圈和遇到低阻体时探测深度的局限性。     

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.     

基于大地电磁测深的藏南雅鲁藏布江缝合带电性结构研究

为研究日喀则市活动断裂深浅部构造关系及深部孕震机制,跨雅鲁藏布江谢通门—日喀则段部署了48个宽频大地电磁测深点,剖面长度为108 km。在二维反演的基础上对壳幔200 km深度范围内的电性结构进行了探测研究。剖面自南向北依次经过喜马拉雅地块、雅鲁藏布江缝合带和拉萨—冈底斯地块。喜马拉雅地块地壳表现为高阻特性,其北侧的仲巴—郎杰学陆缘移置混杂地体发育了深达上地幔盖层的巨厚的北倾低阻体;雅鲁藏布江主缝合带表现为喇叭状低阻通道,宽约10 km,存在深浅部两处低阻体,浅部南倾深部北倾,低阻通道南部发育近似直立或南倾的高阻日喀则蛇绿岩,北部发育近直立的高阻冈底斯花岗岩体,整体表现为两个高阻异常体中间夹一个连通壳幔的带状低阻通道;拉萨—冈底斯地块以高阻为主,中下地壳普遍发育低阻体。缝合带附近因板块俯冲作用导致壳幔局部增厚或减薄,表现为电性的梯度变化,表现为低阻特性的部分则是壳幔物质的运移通道。      

滇西三江地区深部电性结构特征及其意义

沿盈江一姚安布置了一条长约350 km的长周期大地电磁剖面,共观测宽频大地电磁测深点53个,长周期大地电磁测深点26个;利用多种数据处理方法对观测资料进行了预处理、定性分析和二维反演,得到沿剖面的地壳和上地幔电性结构模型.对主要地块和断裂带的电性结构进行了分析,电性结构模型揭示滇西三江地区广泛存在壳内低阻层,但沿剖面方向即东西向埋深和厚度不一,在保山地块和滇中地块地下存在较大规模的壳幔低阻带;腾冲地块地下埋深13~20 km,厚约10~17 km的壳内低阻层可能是岩浆囊的反映;初步将保山壳幔韧性剪切带作为印支地块挤出的深部东边界.