應(yīng)用地電學(xué)B課件：EM8-大地電磁測深法-4

大地電磁測深法應(yīng)用地電學(xué)BBostick一維反演計算公式：復(fù)習(xí)或者：復(fù)習(xí)工作設(shè)計數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析反演解釋

3復(fù)習(xí)4根據(jù)不同的任務(wù)性質(zhì)，可將MT方法進(jìn)一步細(xì)分為以下四個頻段：RMT（RadioMT）：10kHz–300kHz

探測范圍地下幾十米

采集時間幾分鐘AMT（AudioMT）：1Hz–10kHz

探測范圍上地殼幾公里

采集時間幾分鐘-幾小時BBMT（BroadBandMT）：1000Hz–2000s

探測地殼范圍幾十公里

采集時間1-2天LMT（LongperiodMT）：1–10000s

探測巖石圈范圍上百公里

采集時間一周以上音頻大地電磁（AMT）大地電磁（MT）利用時間序列（timeseries）估算阻抗張量(Z)，最后得到視電阻率，相位的處理過程。RecordedtimeseriesApparentresistivityandphase(TE+TM)BxBzByEyEx復(fù)習(xí)5原始時間序列時間域去噪時窗函數(shù)傅氏變換多窗口功率譜統(tǒng)計值Robust估算阻抗張量計算視電阻率/相位資料處理：預(yù)處理：時間域去噪，消除趨勢和開窗功率譜分析：將時間域觀測的信號轉(zhuǎn)換到頻率域，生成功率譜文件阻抗張量估算：利用多時窗功率譜文件，Robust估算阻抗張量、傾子矢量、視電阻率、相位數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理3.張量阻抗的估算：如何從不同的時窗得到的不同功率譜E/H來計算阻抗張量（傳遞函數(shù)）？Ex1/Hy1,Ex2/Hy2,

……Exn/Hyn

7Win1Win3Win2Win4Win5數(shù)據(jù)處理8但是，實測數(shù)據(jù)包含噪音，僅根據(jù)兩組觀測數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確地確定阻抗元素。為了盡可能減小噪音影響，必須采集大量數(shù)據(jù)來求它們的平均值。通常根據(jù)最小二乘原理求阻抗的最佳估計值。其中

A，B可以取Ex,Ey,Hx,Hy的六

種不同組合（通常取Hx,Hy）。數(shù)據(jù)處理最小二乘回歸的問題？數(shù)據(jù)的“飛點”(outlier)可能造成結(jié)果的不穩(wěn)定。→Robust估計方法9數(shù)據(jù)處理視電阻率與相位的求取10數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析的目的：利用數(shù)據(jù)處理獲得的阻抗張量信息確定地下介質(zhì)的維性（1D/2D/3D）,以選用合適的反演方法；若地下為二維介質(zhì)，在進(jìn)行二維反演之前還需要進(jìn)一步分析出區(qū)域構(gòu)造走向方向，從而將阻抗張量旋轉(zhuǎn)至電性主軸并分解為TE和TM模式；靜位移校正。

11數(shù)據(jù)分析

維性分析：

二維偏離度，橢率，WAL旋轉(zhuǎn)不變量，相位張量，感應(yīng)矢量

構(gòu)造走向分析：

橢率，極化橢圓，GB分解，相位張量，感應(yīng)矢量12數(shù)據(jù)分析二維偏離度（Skew）：SwiftSkew：BahrSkew：

13數(shù)據(jù)分析阻抗張量GB分解（Groom–Baileydecomposition）：

14數(shù)據(jù)分析感應(yīng)矢量（InductionVector）：

15數(shù)據(jù)分析感應(yīng)矢量（InductionVector）：感應(yīng)矢量的本質(zhì)就是傾子，它表示了磁場的垂向分量與水平分量的復(fù)數(shù)比值。感應(yīng)矢量是大地電磁測深數(shù)據(jù)分析中的一個重要參數(shù)，它對地下介質(zhì)導(dǎo)電性的橫向變化最為敏感。在Parkinson規(guī)范下，感應(yīng)矢量指向電流匯聚的區(qū)域，即低阻體所在的位置；在Wiese規(guī)范下，其指向正好相反，即指向高阻區(qū)域。利用感應(yīng)矢量分析，可以判斷測點附近低阻體的位置，并進(jìn)一步來判斷剖面的二維性如何。在理想的二維條件下，低阻體的分布應(yīng)當(dāng)是延構(gòu)造走向方向無限延伸的，因此感應(yīng)矢量的指向方向就應(yīng)當(dāng)垂直于構(gòu)造走向方向。

16數(shù)據(jù)分析感應(yīng)矢量（InductionVector）：

海岸效應(yīng)（Coasteffect）——感應(yīng)型畸變

17T=3000-10000s數(shù)據(jù)分析靜位移（StaticShift）：

18數(shù)據(jù)分析靜位移（StaticShift）：

19數(shù)據(jù)分析靜位移（StaticShift）：

屬于一種電流型畸變；

與頻率無關(guān)，視電阻率曲線發(fā)生整體平移（形態(tài)不變）；

理想二維情況下，只存在于TM模式；

實際情況下，TE、TM模式都存在靜位移；

淺部電性不均勻體→對從高頻至低頻的所有數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響→假異常，影響解釋的準(zhǔn)確性→靜位移校正。

20數(shù)據(jù)分析靜位移校正：（1）通過電磁陣列剖面法（EMAP）沿剖面將電極首尾相接，從而實現(xiàn)利用空間域低通濾波來壓制靜位移效應(yīng)（AMT、CSAMT適用）。21數(shù)據(jù)分析靜位移校正：（2）由于靜位移效應(yīng)只影響視電阻率數(shù)據(jù)，對相位數(shù)據(jù)沒有影響，因而在反演過程中可以只反演相位數(shù)據(jù)，或者由相位數(shù)據(jù)估算出視電阻率數(shù)據(jù)來實現(xiàn)靜位移效應(yīng)的去除。22數(shù)據(jù)分析靜位移校正：（3）利用其它淺部勘探電法（如TEM瞬變電磁法、DC直流電法等）所測得的高頻部分視電阻率曲線作為參考曲線來校正；（4）假設(shè)在地下一定深度處受高溫高壓作用物質(zhì)趨于均勻各向同性，因此兩支視電阻率曲線在低頻部分應(yīng)當(dāng)趨于重合，據(jù)此來平移曲線進(jìn)行靜位移校正（LMT適用）；（5）假設(shè)某一測區(qū)內(nèi)全部測點的靜位移因子滿足一定的統(tǒng)計規(guī)律，其對數(shù)值的總和應(yīng)當(dāng)趨近于0，從而通過反演來直接求取各個測點的靜位移因子。23反演解釋大地電磁資料的反演與解釋大地電磁資料反演與解釋，就是將觀測和處理后的頻域大地電磁資料轉(zhuǎn)換成地下不同深度的電阻率模型，并最終解釋為地下巖性和構(gòu)造的模型，以解決工程，水文，礦產(chǎn)資源勘探等地質(zhì)任務(wù)。24反演解釋大地電磁資料的反演及解釋是大地電磁法最終，也是最為重要的部分。目前主要按照定性解釋、一維，二維和三維反演等階段，由淺入深，逐步進(jìn)行。251.定性解釋定性解釋是指是在資料處理的基礎(chǔ)上，通過制作各種必要圖件，概括地了解測線（或測區(qū)）地電斷面沿水平方向和垂直方向上的變化情況，從而對測線（區(qū)）的地質(zhì)構(gòu)造輪廓有一個初步的了解，以指導(dǎo)定量解釋。反演解釋視電阻率擬斷面圖若以測線距離為橫坐標(biāo)，以頻率為縱坐標(biāo)，將各測點相應(yīng)頻率的視電阻率(ρTE,ρTM)或相位（φTE,φTM）標(biāo)在相應(yīng)的頻率軸上，沿測線構(gòu)成等值線，就得到視電阻率或相位的擬斷面圖。反演解釋反演解釋視電阻率擬斷面圖定性地反映了電性在斷面上的分布，是定性分析中最常用的圖件。從縱向上看，隨著頻率的降低，勘探深度的加大，視電阻率的變化反映了電性隨深度的變化，由此，可大致確定電性層。視參數(shù)——剖面法解釋常用。28反演解釋2.反演地球物理正演問題：其中d為數(shù)據(jù)向量，m為模型向量，F(xiàn)為正演算子。以一維大地電磁方法為例，m即為層狀地層的厚度d和電阻率ρ，d即為隨頻率變化的阻抗張量Z，F(xiàn)即為阻抗張量正演遞推公式。29反演解釋地球物理反演問題：一般來說反演問題較為復(fù)雜，且多解性嚴(yán)重，無法使用直接法進(jìn)行計算。通常地球物理反演問題均采用1977年吉洪諾夫提出的“正則化反演”理論，如限定模型為最光滑模型，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)，最優(yōu)化求取模型參數(shù)：30

反演解釋一維反演假設(shè)地下介質(zhì)是一維層狀的，將視電阻率與頻率的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榻普骐娮杪逝c深度的關(guān)系，得到地下電性隨深度的變化特征。常用的方法有Bostick反演、高斯—牛頓法、Occam法，梯度法、廣義逆反演、馬夸特法等等31Bostick方法是一種直接反演方法，其基于大地電磁測深曲線低頻漸近線的性質(zhì)，將視電阻率隨周期變化的曲線變換成為電阻率隨深度變化的曲線。即頻深轉(zhuǎn)換，其計算公式為：反演解釋或者：反演解釋二維反演假設(shè)地下介質(zhì)是二維的，可分為走向和傾向，電阻率只在傾向方向發(fā)生變化，在走向方向是均勻無限延伸的。目前，反演方法的主流已從一維反演發(fā)展到目前的二維反演。國內(nèi)外大地電磁二維數(shù)據(jù)反演已經(jīng)達(dá)到實用化的程度。常用的二維反演方法有Occam算法，非線性共軛梯度算法（NLCG），快速松弛算法（RRI），數(shù)據(jù)空間Occam算法（REBOCC）等等。33反演解釋三維反演

常用算法：NLCG、REBOCC反演解釋綜合解釋：

在獲得準(zhǔn)確可靠的反演模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合其他地質(zhì)與地球物理資料進(jìn)行綜合解釋，得出對科研/生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義的結(jié)論……反演解釋應(yīng)用舉例研究地殼和上地幔深部地質(zhì)構(gòu)造

長周期大地電磁測深系統(tǒng)（LMT）可記錄的最長周期可達(dá)上萬秒，勘探深度可達(dá)數(shù)百公里，這樣的探測能力可以穿透地殼而至上地幔。因此，可以用于探查不同地質(zhì)構(gòu)造單元之間的接觸關(guān)系，研究組成地殼和上地幔物質(zhì)的導(dǎo)電性以及巖石圈的厚度。

37應(yīng)用舉例穩(wěn)定地塊的巖石圈

電性分層模型

38應(yīng)用舉例青藏高原的巖石圈導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)

39應(yīng)用舉例INDEPTH計劃(1995)

40應(yīng)用舉例INDEPTH計劃(～2000s)

41應(yīng)用舉例INDEPTH計劃(2015)

42HimalayaITSUnsworthetal.,Nature,(2005)100INDEPTH100線高阻的印度板塊向北俯沖于青藏高原之下高原內(nèi)部中下地殼分布有大規(guī)模高導(dǎo)體-利用大地電磁測深資料約束局部熔融百分比為5%-15%；-可使對應(yīng)的巖石強(qiáng)度降低10倍；-支持地殼流的存在。Unsworthetal.,(2005)SouthernTibetRosenbergandHandy(2005)WesterlygraniteApliteFactorof10strengthreduction藏南高導(dǎo)體的成因：局部熔融+含鹽水流體Beaumontetal(2002)Nepal-MT700-line800-lineNWHimalaya100-lineNWH800100700藏南的殼內(nèi)高導(dǎo)層普遍存在，并多表現(xiàn)為南向地殼流的形式，由高原內(nèi)部的中下地殼向藏南的逆沖帶發(fā)生構(gòu)造擠出。

46(Baietal.2010)

47(Klemperer,2006)48(Frischetal.,2011)應(yīng)用舉例美國EarthScope三維大地電磁陣列2006-2011，325個測點，平均點距70km。

49應(yīng)用舉例三維擬斷面圖

50應(yīng)用舉例三維反演模型

51應(yīng)用舉例應(yīng)用音頻大地電磁測深法探測內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠高大沙山結(jié)構(gòu)及成因中國第三大

世界第四大

沙漠

52應(yīng)用舉例應(yīng)用音頻大地電磁測深法探測內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠高大沙山結(jié)構(gòu)及成因

5354變種方法工作場合頻率域電磁法頻率域電磁剖面法被動源法音頻天然電場法地面航空甚低頻法主動源法大定源回線法實、虛份量法地面航空井中振幅比-相位差法電磁偶極剖面法虛分量-振幅比法水平線圈法傾角法頻率域電磁測深法被動源法大地電磁測深法地面，海洋音頻大地電磁法主動源法頻率測深法可控源音頻大地電磁法時間域電磁法瞬變電磁剖面法地面航空井中瞬變電磁測深法地面55