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。     

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.     

基于Duilib库的海洋可控源电磁数据预处理软件开发

随着海洋可控源电磁法预处理技术的不断发展与应用,开发一套可视化预处理集成软件,对海洋可控源电磁数据处理有着重要意义.这里基于VS2013平台,采用C++语言编写,使用MFC与Duilib界面库进行开发,运用MVC设计模式有效的提高了开发效率,借用多线程编程大幅度提高了运算速度;结合数据预处理方法,研发出了一套高集成度、...     

Experimental Verification and Research for the Distortion in the Integrated Frequency Responses of the High-Pressure Sealed Cabin and Magnetic Field Sensor

Although magnetotelluric sounding method applied to the land is advanced, there are many difficulties when it is applied to marine environment, one of which is how to lay magnetic field sensors down to the seafloor to complete measurements. To protect the magnetic field sensors from intense erosion and high pressure, suitable high-pressure sealed cabins must be designed to load them. For the consideration of magnetic measurement and marine operation, the sealed pressure cabin should be nonmagnetic and transportable. Among all optional materials, LC4 super-hard aluminum alloy has the highest performance of price/quality ratio to make the sealed pressure cabin. However, it does not mean that the high-pressure sealed cabin made using LC4 will be perfect in performance. In fact, because of its weak magnetism, the pressure cabin made using LC4 has distorting effect on frequency responses of the magnetic field sensors sealed in it. This distorting effect does not affect the use of the magnetic field sensor, but if we want to eliminate its effect, we should study it by experimental measurements. In our experiment tests, frequency sweep magnetic field as excitation signal was used, and then responses of the magnetic field sensor before and after being loaded into the high-pressure sealed cabin were measured. Finally, normalized abnormal curves for the frequency responses were obtained, through which we could show how the high-pressure sealed cabin produces effects on the responses of the magnetic field sensor. Experimental results suggest that the response distortion induced by the sealed pressure cabin appears on mid- andhigh-frequency areas. Using experimental results as standardization data, the frequency responses collected from seafloor magnetotelluric measurements can be corrected to restore real information about the seafloor field source.     

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.     

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.     

基于广义S变换的大地电磁测深数据处理

S变换是一种优于短时傅里叶变换和小波变换的时频分析方法.采用广义S变换进行大地电磁场时间序列频谱分析,一方面能够提高对电磁噪声成分的时间定位能力,便于实现电磁噪声的滤波处理;另一方面可以增加频谱系数的个数,从而改善大地电磁阻抗张量元素的统计特性.本文从广义S变换和大地电磁测深数据处理方法的原理出发,给出了采用叠加窗函数的离散广义S变换形式,讨论了广义S变换窗口宽度比例因子、窗口宽度与可提取频谱系数个数之间的关系,定义了利用离散广义S变换时频谱计算大地电磁场分量功率谱公式;在此基础上,研究了基于S变换时谱频的大地电磁测深数据ROBUST处理方法.最后,通过实测资料进行方法检验,结果表明本文方法比短时傅里叶变换处理效果更好,并且有利于识别和压制电磁噪声.     

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.     

MCSEM电磁场能流密度分布特征研究

采用海洋可控源电磁方法进行海底油气和水合物的勘查,需事先在海底布放接收机阵列,而后用一艘携带深拖缆的科考船将大功率电磁发射机牵引至海底,沿预设路线慢速走航,并将大功率电磁场导入海底.海底的人工电磁场中,空气波和直达波对提取勘探目标体的异常信息不做贡献.只有当折射波经过被测目标体时,产生电磁感应,海底的接收机对此感应信号进行数据采集,经数据处理,揭示被测目标体的几何大小和物理属性.异常体的有用信息与导入海底电磁场的能流密度（坡印廷矢量）有着密切的关系,以致于后者决定了前者的有效探测范围、有效带宽以及尽可能达到的最佳测量精度.能流密度在海底的分布情况十分复杂,但在均匀全空间中可较清楚地认识其分布特征,可为复杂地质条件的情况作理论铺垫.以此推广,在水平层状介质的地电条件下,建立能流密度的数理模型,利用海洋生产作业中的典型物性与几何参数,对海底以下有覆盖层的高阻体（可模拟油气或天然气水合物）进行正演,建立电磁场能流密度分布特征与数据采集技术的有机联系,为海洋可控源电磁发射机和接收机的优化改进提供理论依据.

     

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.