大地电磁测深方法在商丘南部隐伏断裂探测中的应用

为查明商丘市南部发育的2条断层——路河断层与商丘南断层的深部构造背景,在商丘市南部路河附近布设一条大地电磁测深测线,采用远参考数据观测与处理技术,获得地下电性结构,并对探测剖面深度5.5 km以上的电性剖面与地质剖面进行分析。结果表明,商丘南部的2条断层为倾向相对的正断层,南支规模较小,北支略大,均错断太古界,有向深部汇聚到主断裂的趋势,在太康隆起北部形成小型地堑。本研究结果可为商丘南部地震构造背景的相关研究提供参考。     

青藏高原东缘龙门山逆冲构造深部电性结构特征

通过对汶川地震前观测的碌曲—若尔盖—北川—中江大地电磁剖面的数据处理和反演解释,揭示了沿剖面的松潘—甘孜地块、川西前陆盆地、龙门山构造带及秦岭构造带50 km深度的电性结构特征及相互关系,表明青藏高原东缘向东挤压,迫使向东流动的地壳物质沿高原东缘堆积,并向扬子陆块逆冲推覆.龙门山恰好位于松潘—甘孜地块与扬子陆块对挤部位,主要受松潘—甘孜地块壳内高导层滑脱和四川盆地基底高阻体阻挡的约束,地壳深部存在着西倾且连续展布的壳内低阻层,表明龙门山深部确实存在着逆冲推覆构造,其逆冲断裂系中的三条断裂不仅以不同的倾角向西北倾斜,并且向深部逐渐汇集,但茂县—汶川断裂可能在深部与北川—映秀断裂是分离的.龙门山两翼的四川盆地和松潘甘孜褶皱带的电性结构既具有明显差异性,又具有一定的相关性.四川盆地显示巨厚的低阻沉积盖层和连续稳定的高阻基底的二元电性结构,而松潘—甘孜地块则表现为反向二元结构,即上部大套高阻褶皱带,下部整体为低阻的变化带,龙门山逆冲构造带本身又表现为松潘地块逆冲上覆在四川盆地之上,构成上部高阻褶皱带、中部低阻逆冲断裂带和底部盆地高阻基底的三层电性结构.对比龙门山逆冲构造断裂带的西倾延伸上下盘两侧的两个反对称的二元电性结构,松潘区块深部推断的结晶基底与龙门山断裂带下盘推断的下伏盆地结晶基底又存在某种内在对应关系,推断可能存在一个西延至若尔盖地块的泛扬子陆块.因此,龙门山构造带地壳电性结构研究对于揭示青藏高原东缘陆内造山动力过程,探索汶川大地震的深部生成机理都具有重要意义.     

聚类分析算法在大地电磁三维解释中的应用

为了提高对大地电磁三维反演结果的分析和解释能力,完成构造界面识别、异常构造刻画等地质和地球物理解释,本文提出使用非监督的聚类方法分析大地电磁反演结果.根据三维反演模型电阻率值的分布和各种聚类分析方法的特点,选择使用K均值聚类方法对反演模型电阻率值进行聚类分析.在K均值聚类分析过程中,本文采用了RS指数指导选择聚类数目, Kaufman法进行中心初始化.通过对东北地区大地电磁数据三维反演结果使用K均值聚类分析方法,得到了东北地区电性岩石圈的厚度估计,结果表明东北地区岩石圈底部聚类电阻率大约为339Ω·m,其中松辽盆地岩石圈最薄,约为60 km;大兴安岭地区最厚,约为150 km;佳木斯地体厚度约为100 km;而长白山地区岩石圈厚度不易确定,可能受新生代构造活动影响,电阻率明显减小.聚类方法能够有效地帮助对大地电磁三维反演结果中的地质构造进行识别和归类.     

基于多重网格有限元法的大地电磁二维正演计算研究

为提高大地电磁正演计算速度,开展了基于多重网格有限元法的大地电磁二维正演模拟计算研究.将稳定双共轭梯度算法作为多重网格法的细网格松弛迭代算法,插值算子采用完全加权算子,限制算子设计基于网格单元面积率,使多重网格法更适于求解大型复系数方程组.二维均匀半空间模型、低阻体模型和高阻体模型的大地电磁正演模拟结果表明:当计算量较小时(网格剖分数量少),多重网格法在计算效率方面并未有优势,网格剖分数量较大时,多重网格有限元算法在收敛速度方面的优势明显,多重网格有限元法的大地电磁正演精度优于一般数值算法.这为三维多重网格有限元的大地电磁正演研究奠定了基础.     

基于Python对MTU和V8系列大地电磁测深仪TBL数据研究与应用

在大地电磁测深工作中,加拿大凤凰公司MTU及V8系列仪器被广泛使用,但其在数据采集时参数设置繁琐,易引起误操作,数据处理中,仪器自带软件无法进行数据信息提取及修正的批量操作,V8及MTU-3E等类型仪器坐标格式存储错误,且数据分析及反演方面较为薄弱.由于其原始数据为特殊二进制格式,为了简化野外数据采集的操作流程、提高野外工作质量及效率,节约室内工作人员的工作时间,为数据分析及反演等软件的编写提供基础,有必要对原始数据进行详细研究.目前在大地电磁领域基于Python的应用研究较少,鉴于其众多优秀特性,通过Python对TBL文件进行研究分析后,编写程序,实现了相关功能的批量处理,修正了TBL坐标格式错误问题,为Python在大地电磁数据分析及反演中的应用研究提供思路.     

导电大地上航空电磁系统校准

航空电磁系统校准是开展实际测量工作的基础,校准情况直接影响数据处理和解释.传统校准方法通常假设在自由空间中进行,忽略导电大地耦合影响.然而,实际工作中很难找到绝对高阻的校准场地,导电大地对系统校准和观测数据的影响无法忽视.本文以频率域航空电磁系统为例,对导电大地上航电系统校准技术和校准误差改正方法进行研究.我们首先推导了层状导电大地上水平共面和直立共轴线圈系统的校准公式,结果表明导电大地对航电系统校准尤其是水平共面装置的高频信号影响很大.针对校准过程中大地电导率已知的情况,本文采用非线性方程求解技术一次性确定校准线圈位置和Q值;在没有任何辅助信息情况下,也可直接利用实测数据计算校正因子进行迭代求解.测试结果表明该方法快速、准确、有效.考虑到系统相位和增益调整直接影响观测数据,本文提出了航空电磁数据校准误差的改正算法.实测数据误差改正结果表明,导电大地对高频信号影响严重,校准误差改正后的航空电磁数据与实际地质资料更好吻合.     

利用大地电磁站间阻抗估算磁暴引起的大地电场

由磁暴引起的地下感应电场(geomagnetic induction electric field,GIE)会影响电网的安全稳定运行,GIE的大小取决于磁暴时磁场的变化率和周围地下介质的电性结构.本文利用在地表观测的磁场与电场数据,首先求得频率域实际地下三维大地电磁站间阻抗,再结合磁暴时段的磁场数据,计算GIE的频谱,最后通过傅里叶反变换,得到GIE时间序列.本文以日本地区三个长期观测的电磁电台站为例,讨论了站间阻抗的长期稳定性,并选取一次典型的磁暴事件,对本文方法进行了验证.结果表明,合成的GIE与实测数据基本一致,说明利用大地电磁站间阻抗,结合地磁台站数据,可以高精度合成GIE.本文方法有助于定量评价磁暴发生时产生的GIE对电网可能造成的破坏作用.     

海南翁田台地电场数据质量及频谱分析

地电场观测系统的观测对象是地电场强度矢量,其目的是通过观测地表的地电场强度,探索地震前地电场的变化,获得地下电性结构及其变化规律,开展孕震过程中大地电场的变化特征研究。本文对翁田台地电场自建台以来的数据进行了详细的梳理,通过计算差值和相关系数来分析数据自运行以来的质量情况,总结数据质量较好的原因,并对下一步如何提高数据质量给出一些建议。翁田台地电场观测数据曲线存在明显1峰1谷的日变形态,对其进行频谱分析,优势周期为24、12、6 h,以24 h为主。运用优势方位角的方法计算发现,2017—2018年优势方位角存在收窄和偏转现象,对该异常进行了分析与探讨。