ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

利用有限单元法模拟二维MT倾子响应

在二维地电模型中,考虑到大地电磁测深(MT)倾子响应依赖于横电(TE)模式的数值模拟问题,笔者采用矩形网格单元和双二次插值对MT的倾子响应进行求解。首先,给出了二维地电条件下的边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成;其次,通过求解复系数方程组得到了每个节点的电场值;最后,采用差分方法求得电场沿横向和垂向的偏导数值,从而计算出二维MT的倾子响应。通过对2个二维地电模型的倾子响应进行数值模拟,获得了倾子响应的实部、虚部和振幅,结果很好地反映了不均匀体的横向分布情况。     

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。     

Airborne VLF Measurements and Variations of Ground Conductivity: A Tutorial

Airborne very low frequency (VLF) data are routinely collected by national agencies and commercial companies together with other passive geophysical measurements of the static magnetic field and radiometric data. The purpose of this paper is to demonstrate that both standard three-component VLF and tensor VLF (TVLF) data contain a lot of useful quantitative and qualitative information about the electrical conductivity distribution in the upper few hundred meters of the crystalline basement. We first give a new derivation of the fundamental transfer functions (the tipper) used in the TVLF technique. We then show that the tipper can be estimated from simultaneous measurements of the wave magnetic fields from at least two transmitters with somewhat different frequencies, and present a simple model by which the maximum error introduced by the difference in frequencies can be found. Single transmitter scalar VLF maps emphasise those conductive structures that have dominant strikes in the direction of the transmitter. Multiple transmitter transfer functions are dependent only upon the underlying conductivity structure. Two dimensional structures can be quantitatively modelled by modern inversion methods developed originally for deep electromagnetic magnetotelluric (MT) soundings. In such cases three-component VLF measurements can be modelled easily upon appropriate rotation of the co-ordinate system to “strike” co-ordinates. Single frequency transfer functions (tippers) have real and imaginary parts that carry information on not only lateral contrasts in conductivity, as usually stated in text books, but, taken together, they provide a robust tool for determining the background conductivity level away from distinct conductors, and they can also be used to discriminate between deep and shallow conductors. Based upon simulations using multi-frequency data, it can be concluded that such a new development would dramatically increase the resolving power of airborne VLF measurements.     

板状体MT倾子响应的二维有限元模拟与定性分析

在二维地电模型中,大地电磁测深倾子资料可以很好地反映地电构造的水平非均匀性,特别是在解释垂直或者倾斜板状体的空间分布情况时,可以起到十分重要的作用,在实际应用中可以用来寻找断裂,判断其走向、倾向、埋深和规模。应用有限单元法分别对水平、垂直和倾斜的板状模型进行正演模拟,该算法采用矩形网格内进一步三角形细化的方式剖分模型,通过三角形网格提高了对倾斜接触面的近似程度,同时增加计算量不明显,然后计算出倾子的实部、虚部和振幅的资料。研究结果表明:倾子响应对介质电性水平不均匀反映十分灵敏,特别是对横向低阻异常体,同时对异常体的位置和埋深也有清楚的显示。     

基于电场矢量有限元三维高频大地电磁倾子响应与感应矢量研究

一个或多个异常体的识别与区分及边界的确定是电磁法探测中提高分析精度的难点。本文利用基于电场的矢量有限元开展了复杂模型三维倾子响应及感应矢量研究。实感应矢量对电流聚集方向的指向性与分析频率的趋肤深度及介质的相对电性大小有关,通过这种指向性能有效地判定异常体的上界面和多个不同性质异常体的存在,但难以对下界面进行判定;虚感应矢量反映了感应电流(涡流)的流动方向,不同电阻率的地质体其感应电流的大小和方向不同,利用虚感应矢量的旋转方向、中心轴及分析频率的探测深度可有效地确定异常体的中心和上下界面。虚感应矢量相对于趋肤深度具有反映更大探测深度的能力,能有效地显示深部异常体对感应电流大小和方向的影响。数值模拟结果表明:虚感应矢量对异常体的识别与区分优于传统的电阻率和倾子参数。     

航空和地面天然场电磁法联合开展深部矿产资源勘探

较为全面地介绍了航空天然场电磁观测系统( ZTEM)的方法原理、装置及应用实例,从测量参数、探测成果和工作效率等方面对比总结了航空天然场电磁法与地面MT法。在此基础上,提出了航空天然场电磁法和地面MT联合的点面结合勘探方案,即ZTEM航空电磁法进行大面积快速测量,地面天然场电磁法针对重点和可到达的区域进行辅助性质的完善测量和查证,并为ZTEM数据反演提供参考,最终获得全区的电性特征,从而为地质体推断提供可靠参考,可为我国高山峻岭区、森林覆盖区、水体覆盖区、环境保护区矿产资源的快速有效勘查提供技术支撑。     

感应矢量及其在长白山天池火山区的应用

磁场的垂直分量表征介质的水平不均匀性。描述Hz与Hx、Hy之间关系的感应矢量,是研究电性水平不均匀性的有利参数,它具有受局部畸变影响小,对电性噪声干扰不敏感等优点。由实感应矢量的方向和长度,可以确定地下电性不均匀体的位置、规模以及与周围介质的电性差异。实际应用表明,长白山天池火山区从表层到深部都存在低阻的电性不均匀体,浅部不均匀体与天池水和热资源有关,而深部的不均匀体可能与地下岩浆囊有关。