高压密封舱与磁场传感器的综合频响变异及其实验验证

大地电磁测深在陆地上的方法技术成熟, 但将其移植到海洋中却遇到了较多的技术问题.其中之一是如何将磁场传感器运抵海底实施测量.为抵御海水的侵蚀和抗衡海下的环境压力, 需要研发装载磁场传感器的密封舱.该舱体需满足测磁的技术要求, 即制造材料的非磁性, 且兼顾海洋作业设备轻便的特点.LC4超硬铝合金在可选的材料中性价比居高, 然而用它制成的高压密封舱并非十分完美.因它的弱磁性, 使得磁场传感器装入舱体后, 整体频率响应发生了部分变异.这种变异虽不影响磁场传感器的使用, 但要对其规律特征予以测定, 方能剔除由此产生的对磁场测量的不良影响.在所构思的实验装置中, 通过人为产生扫频磁场, 对密封和非密封条件下的磁场传感器进行激励.在响应输出端, 测取幅频特性和相频特性, 获得归一化的对比资料和频响异常曲线, 从而对密封前后磁场传感器的性能变化有较清楚的认识.实验结果揭示, 由高压密封舱引起的频响变异发生在中高频区段.实验数据可作为标定资料, 对海底大地电磁探测的实测信号进行校正后, 即可还原出真实的海底场源信息.      

大陆电磁参数标准网实验研究——SinoProbe-01项目介绍

通过研究大陆地壳和上地幔尺度综合物性成像方法,尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域地...     

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.     

广义S变换及其在大地电磁测深数据处理中的应用

广义S变换是一种优于短时窗傅立叶变换和小波变换的时频分析方法,利用广义S变换能够准确定位大地电磁资料中存在的噪声,通过定义时频窗对噪声进行滤除,从而明显提高阻抗视电阻率与相位的估算质量.本文基于S变换和大地电磁测深资料处理的基本原理,研究了基于广义S变换的大地电磁测深资料的处理流程和方法.对理论模拟信号及实测大地电磁场时间序列数据的处理,证实了方法的有效性.     

广义S变换时频域滤波在MT数据处理中的应用

短时傅里叶变换是建立在稳态信号基础之上,它仅能提供信号的频域信息,对信号的时间分辨能力差。这影响了它在大地电磁测深数据处理中的应用效果。S变换是一种优于短时傅立叶变换的时频分析方法,能够提供信号时-频域信息。利用S变换对大地电磁测深数据进行时频分析,有助于实现大地电磁测深数据噪声的时频-域滤波,从而提高大地电、磁分量数据的频谱分析精度。从广义S变换理论出发,分析了各类波形噪声的时-频域特征及其对大地电磁测深数据的影响。针对大地电磁测深数据处理特点,利用广义S变换得到时频谱,采用时频比值和门槛值方法,研究适合压制电磁噪声的时频滤波器和滤波方法。对实际大地电磁测深数据的处理结果表明这个方法提高了阻抗张量的估算质量,验证了该方法的有效性。     

华北地区东部岩石圈导电性结构研究——减薄的华北岩石圈特点

华北古大陆克拉通解体、岩石圈减薄的深部过程,对于建立中国大陆中新生代演化动力学模型是亟待深入研究的重要科学问题,因而"华北克拉通破坏"也就成了当前学术界的热门话题。为了研究"华北克拉通破坏"首先需要给出较准确的华北岩石圈结构,这必须依靠包括超宽频带高精度大地电磁深探测在内的现代深部地球物理探测技术。2001和2005年在华北地区东部布置了应县—商河(HB-MT01)、文水—日照(HB-MT02)大地电磁测深剖面进行研究。研究结果表明,在华北地区东部沿地壳-上地幔探测剖面可划分为4个电性区,区内发现有下地壳高导带和上地幔高导层存在。文中依据研究区壳-幔电性结构特征,推断华北地区东部地壳和上地幔之间发生过大规模构造运动,导致壳-幔之间存在解耦现象。研究结果还发现,华北东部确实存在岩石圈减薄区,其岩石圈厚度约50~80km厚。岩石圈明显减薄的区域包括北太行山隆起、华北裂谷带北部和鲁西断隆,其范围比原先认识到的要复杂,并非以太行山重力梯度带为界划分东、西两区,简单地认为东区即是减薄区。此外,在华北地区东部的现代高精度大地电磁探测结果也进一步证明了地球物理观测对于大陆动力学研究的重要性,这使人们更加认识到在今后的研究中必须强调地球物理-地质-地球化学之间的有机结合。     

Three-Dimensional P-Wave Velocity Structure of the Crust of North China

Since the Xingtai (邢台) earthquake in 1966,China Earthquake Administration has carried out a survey campaign along more than thirty deep seismic sounding (DSS) profiles altogether about twenty thousand kilometers long in North China to study the velocity structure of the crust and the upper mantle in this region,and has obtained a great number of research findings. However,these researches have not provided a 3D velocity structure model of the crust of North China and cannot provide seismic evidence for the study of the deep tectonic characteristics of the crust of the whole region. Hence,based on the information from the published data of the DSS profiles,we have chosen 14 profiles to obtain a 3D velocity structure model of North China using the vectorization function of the GIS software (Arc/Info) and the Kriging data gridding method. With this velocity structure model,we have drawn the following conclusions: (1) The P-wave velocity of the uppermost crust of North China changes dramatically,exhibiting a complicated velocity structure in plane view. It can be divided into three velocity zones mainly trending towards north-west. In the research area,the lowest-velocity zones lie in the Haihe (海河) plain and Bohai (渤海) Bay. Although the geological structure of the sedimentary overburden in the study area is somewhat inherited by the upper crust,there are still several differences between them. (2) Generally,the P-wave velocity of the crust increases with depth in the study area,but there still exists local velocity reversion. In the east,low-velocity anomalies of the Haihe plain gradually disappear with increasing depth,and the Shanxi (山西) graben in the west is mainly characterized by relatively low velocity anomalies. Bounded by the Taihang (太行) Mountains,the eastern and western parts differ in structural trend of stratum above the crystalline basement. The structural trend of the Huanghuaihai (黄淮海) block in the east is mainly north-east,while that of the Shanxi block and the eastern edge of the Ordos block is mainly north-west. (3) According to the morphological features of Moho,the crust of the study area can be divided into six blocks. In the Shanxi block,Moho apppears like a nearly south-north trending depression belt with a large crustal thickness. In the southern edge of the Inner Mongolia block and the south of the Yanshan (燕山) block,the Moho exhibits a feature of fold belt,trending nearly towards east-west. In the eastern edge of the Ordos block,the structure of Moho is relatively complex,presenting a pattern of fold trending nearly towards north-west with alternating convexes and concaves. Beneath the Huanghuaihai block,the middle and northern parts of the North China rift zone,the Moho is the shallowest in the entire region,with alternating uplifts and depressions in its shape. For the anteclise zone in the west of Shandong (山东) Province,the Moho is discontinuous for the fault depression extending in the north-west direction along Zaozhuang (枣庄) -Qufu (曲阜).     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩的分类及测井识别

榴辉岩是中国大陆科学钻探主孔的主要岩性之一, 分布在3245m之上.根据测井响应特征, 如自然伽玛、密度、中子孔隙度等, 可以很好地区分榴辉岩与主孔的其他岩类.由于主孔榴辉岩具有不同的矿物成分、全岩化学成分和测井响应特征, 这为进一步详细划分榴辉岩亚类奠定了基础.从原岩的起源、氧化物含量、次要矿物等3个角度对主孔榴辉岩进行分类, 研究了基于多元统计学的榴辉岩亚类的测井识别方法; 利用该方法对重构的11种榴辉岩亚类进行测井评价, 将可以利用测井资料识别的榴辉岩亚类归并为6种; 根据对榴辉岩亚类的识别结果, 将主孔中榴辉岩划分为20个层段, 分析了各种榴辉岩亚类在主孔中的深度分布特征, 为地学研究提供了资料.      

琼东南盆地天然气水合物及其成藏模式的海洋可控源电磁研究

南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平,增加了利用地震反射剖面识别似海底反射（BSR,bottom simulating reflector）的难度,从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水合物调查研究,本文在研究海域进行了海洋可控源电磁探测试验,将自主研发的10台接收机以500 m的间距,投放至水深约为1360 m的海底,完成了一条4.5 km剖面的电磁数据采集.通过对采集的数据进行处理与二维（2D）反演,获得了研究剖面海底的电阻率断面图.反演结果显示,研究区海底60~330 mbsf（meter bottom of seafloor）的地层中,存在多个横向不连续分布的高阻异常体,电阻率介于2~10 Ωm之间;在海底330 mbsf之下,横向上发育了电阻率为2~4 Ωm的3个高阻体.根据研究区热力学条件,本文估算了生物成因气与热成因天然气的水合物稳定带（GHSZ,gas hydrate stability zone）厚度,结合高阻体的分布特征推断了地震剖面上BSR的位置.在此基础上,对反演的电阻率断面进行解释,推断了研究区水合物的分布及游离气运移通道.研究表明,勘探区具有形成天然气水合物矿藏的地质与地球物理条件,其成藏模式可能属于"断层、裂隙输导的下生上储型",水合物的气源为生物成因气.     

海洋拖曳式水平电偶源数值模拟与电场接收机研制

海洋天然气水合物资源调查中,电磁法已成为地震勘探最有效的补充手段之一,而我国海洋水合物电磁探测中的拖曳式电场接收机此前是空白.本文从方法原理、仪器设备和海洋试验等方面,对海洋拖曳式水平电偶极-偶极方法进行研讨.建立三维电阻率模型,进行数值模拟,讨论收发距、发射频率、拖曳装置离海底高度等参数与电场异常响应的关系,针对特定模型给出了最佳观测参数以指导仪器硬件设计与海洋测试.在此基础上,采用高级嵌入式计算机的智能化控制、前端低噪声斩波放大、高精度同步采集等技术,研制了由拖体、承压舱、采集电路、低噪声电场传感器等组成的海洋拖曳式水平轴向电场接收机,其系统噪声达到2 nV/√HZ@(1~100Hz).将自主研制的电场接收机用于国内首次拖曳式电偶极-偶极方法的海洋试验与评估,并对海试资料进行了处理与分析.研究结果表明,所研发的仪器达到了设计指标,能够用于海洋天然气水合物调查.