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大地电磁相位张量和倾子的三维主轴各向异性反演

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地球物理学报 2023年第9期66卷 3928-3946页

作者：孔文新余年李鑫张学健陈煌李天阳王恩慈重庆大学资源与安全学院重庆400044 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学电气工程学院重庆400044 同位素地球化学国家重点实验室中国科学院广州地球化学研究所广州510640

地壳和上地幔普遍存在的电性各向异性是大地电磁测深方法在实践应用中的关键和难点问题,而由近地表局部地电异常引起的电流型畸变可进一步加剧各向异性反演的多解性和不确定性.为压制电流型畸变影响,本文实现了一种利用大地电磁相位张... 详细信息

地壳和上地幔普遍存在的电性各向异性是大地电磁测深方法在实践应用中的关键和难点问题,而由近地表局部地电异常引起的电流型畸变可进一步加剧各向异性反演的多解性和不确定性.为压制电流型畸变影响,本文实现了一种利用大地电磁相位张量和倾子数据获取地下介质主轴电性各向异性结构的三维反演算法.该算法正演问题的求解采用交错采样有限差分法,反演问题的求解采用非线性共轭梯度法.理论模型测试表明,相位张量和倾子的三维各向异性反演不仅恢复了真实的各向异性异常分布特征,且压制了为拟合电流型畸变出现的假异常.由于相位张量和倾子数据不含幅值信息,先验模型选取对反演模型电阻率值的恢复效果影响较大,但初始模型的改变基本不影响反演结果.为进一步验证该算法的有效性,将其应用于USArray项目在美国西北部采集的109个长周期大地电磁实测数据.反演结果表明,相对于阻抗数据,相位张量和倾子数据的各向异性反演结果对浅层结构的刻画更为准确,与地表地质特征更为吻合.

关键词：大地电磁法各向异性电流型畸变相位张量反演

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

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地球物理学进展 2013年第3期28卷 1208-1218页

作者：谢成良魏文博金胜叶高峰景建恩张乐天董浩张帆王辉姚硕中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 中国地质大学(北京)地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室北京100083 地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083

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... 详细信息

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.

关键词：大地电磁测深阻抗张量分解相位张量 GB分解

起伏地形和随机噪声对大地电磁相位张量的影响研究

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工程地球物理学报 2015年第4期12卷 428-437页

作者：刘子杰汤井田肖晓中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室湖南长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

在大地电磁测深中,当浅地表存在小尺度的局部异常体时,在其附近的测点会产生电场畸变,导致观测阻抗和区域阻抗之间产生较大的偏差,进而给资料处理和解释带来较大的困难。各种阻抗张量分解方法的本质也就是要消除局部异常体所导致的畸变... 详细信息

在大地电磁测深中,当浅地表存在小尺度的局部异常体时,在其附近的测点会产生电场畸变,导致观测阻抗和区域阻抗之间产生较大的偏差,进而给资料处理和解释带来较大的困难。各种阻抗张量分解方法的本质也就是要消除局部异常体所导致的畸变,获得准确的区域构造信息。相位张量以其不受局部电场畸变影响和无需对地下介质构造作任何假设的优点得到了广泛的应用。本文介绍了相位张量的基本理论,并利用数值模拟的方式讨论了起伏地形和随机噪声对相位张量的影响。研究结果表明:起伏地形对相位张量的影响较小,利用相位张量可以获得可靠的区域构造信息,例如地下介质的维性信息和二维区域构造走向等;而随机噪声会导致其产生较大畸变,特别是对于低频数据,此时相位张量所反映的构造信息将出现较大的偏差。

关键词：大地电磁法相位张量起伏地形随机噪声

安徽铜陵矿集区大地电磁数据三维反演及其构造格局

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地质学报 2014年第4期88卷 598-611页

作者：汤井田周聪任政勇王显莹肖晓吕庆田中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

安徽省铜陵地区是我国著名的矿集区之一,是长江中下游成矿带的重要组成部分。为研究其深部结构,SinoProbe-03项目部署了6条大地电磁剖面。通过数据维性分析,表明该区深部2D/3D构造特征明显,进行3D反演是必要的。通过挑选适当的测点和频... 详细信息

安徽省铜陵地区是我国著名的矿集区之一,是长江中下游成矿带的重要组成部分。为研究其深部结构,SinoProbe-03项目部署了6条大地电磁剖面。通过数据维性分析,表明该区深部2D/3D构造特征明显,进行3D反演是必要的。通过挑选适当的测点和频域数据,设计合理的参数,利用WSINV3DMT程序,进行了大地电磁3D反演研究,得到了铜陵矿集区3D电性模型;利用模型响应与实测数据的拟合对比对反演结果进行了评价,表明所选反演模型整体可被接受,但部分区域精度低。该结果的剖面切片与2D反演模型相比,整体结构一致,局部存在差异;利用不同深度、不同方向的空间切片,讨论了该3D反演模型的电性结构及其所揭示的铜陵矿集区构造格局,浅部的局部电性差异大于深部;平面的电性分布显示了一定的分区特征;垂向电性分布显示出一定的分层特征;高阻体的分布代表着侵入岩的活动范围;深部的低阻区反映了该段下地壳未受到大规模岩浆的扰动。

关键词：铜陵矿集区地球物理大地电磁三维反演电性结构相位张量

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秦岭中段壳幔电性结构及其构造地质涵义研究

秦岭中段壳幔电性结构及其构造地质涵义研究

作者：沈丽鹏中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

秦岭中段涉及的热点问题包括:壳、幔电性结构模型分析及其构造特征评价;秦岭造山带中段构造格局划分;华北板块和扬子板块陆内俯冲对造山带变形特征的影响。为此,论文选择秦岭中段为研究区域,旨在为这些问题的解决提供电性参考依据。研... 详细信息

秦岭中段涉及的热点问题包括:壳、幔电性结构模型分析及其构造特征评价;秦岭造山带中段构造格局划分;华北板块和扬子板块陆内俯冲对造山带变形特征的影响。为此,论文选择秦岭中段为研究区域,旨在为这些问题的解决提供电性参考依据。研究区域沿经线共布设九条大地电磁测深剖面,共计234个测点。从相位张量分析结果可以看出,研究区西部二维偏离度值较小,浅部地层变形不强,以一维构造为主;东部却显示出浅部地层存在较强的极化现象和较大的二维偏离度,表明东部浅层的构造变形大于西部。当MT信号的频率小于0.1赫兹时,研究区不同部位的深层介质均存在不同程度的极化现象,尤其在秦岭造山带内部,二维偏离度很大,这表明区域深部存在严重的构造变形。GB分解结果显示,Line108到Line110区间,浅部电性主轴主体方向与地表、上地壳的一些断裂走向十分吻合,大约为120°度;中-下地壳的构造走向比较复杂;下地壳、上地幔岩石圈构造的主体方向大约为140°。在局部区域,中低频段并未表现出明显的主体方向,这也许正反映了该区域下地壳和上地幔岩石圈存在严重的导电非均匀性。在确定地下介质维性与构造走向的基础上,使用NLCG方法对研究区域进行了反演分析工作,得到了九条剖面的二维电性结构模型以及区域三维电性结构模型。通过对反演模型的分析,结合区内地质和其他地球物理资料,选取了可靠的电性结构模型,从电性角度讨论了研究区各主要构造单元的接触关系,探讨了板内俯冲对秦岭造山带中段深部岩石圈结构的影响,得出以下初步认识:北秦岭浅部为高阻分布,厚度达到50km,南秦岭以大规模低阻为特征;扬子板块以缓倾角长距离,华北板块以陡倾角短距离,从南、北方向分别向秦岭造山带之下俯冲。

关键词：相位张量 GB分解 NLCG 秦岭中段

大地电磁阻抗张量分解及在滇西地区的应用研究

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大地电磁阻抗张量分解及在滇西地区的应用研究

作者：李德伟成都理工大学

学位级别：硕士

大地电磁测深法(Magnetotelluric Sounding,MT)是一种研究区域构造电性结构的重要地球物理方法,由于地球电性结构的复杂性,大地电磁观测数据一般呈现三维特性,但是大多数地质体可以近似为不同尺度延伸的二维地质构造处理。地表小尺度三... 详细信息

大地电磁测深法(Magnetotelluric Sounding,MT)是一种研究区域构造电性结构的重要地球物理方法,由于地球电性结构的复杂性,大地电磁观测数据一般呈现三维特性,但是大多数地质体可以近似为不同尺度延伸的二维地质构造处理。地表小尺度三维局部电性异常体的存在会导致观测的大地电磁阻抗张量产生畸变,使得阻抗张量与地下实际电性结构出现偏差,影响大地电磁数据处理和反演解释。利用大地阻抗张量分解可以研究阻抗张量的畸变特征,进行阻抗张量的畸变校正,还原反映真实构造的区域阻抗。本文从大地电磁场畸变理论出发,论述了大地电磁阻抗张量畸变的基本特征,总结了常用大地电磁阻抗张量物理分解方法的基本原理和物理假设,以及相应的适用条件。在实现各物理分解方法的基础上,通过理论合成数据验证各方法的有效性,详细介绍了大地电磁相位张量的性质以及相位张量分解畸变参数的计算,和单频点GB分解的非线性超定方程组的最优化解法,采用相位张量分解约束结合广义逆矩阵算法实现单频单点的GB分解。同时研究了在噪声干扰下各分解方法的稳定性,并引入了一种在噪声干扰下估算合理的电性主轴方向的算法以及相应的视电阻率曲线校正方法,对分析构造合理的走向方位有比较好的效果。通过大地电磁三维正演技术,设计三维/二维电性结构模型模拟实际应用的地质结构的响应,利用不同方法进行阻抗张量畸变参数的计算,通过对比分析总结合理的有效的阻抗张量物理分解处理方法。将论文研究成果用于滇西高黎贡山地区两条实测大地电磁剖面数据的处理解释中,结合相位张量分解、GB分解和稳定电性主轴方向估算对研究区大地电磁数据构造维性特征,以及区域构造电性主轴方位角进行分析,将剖面所经过构造划分为不同的区块。通过相位张量椭圆的分布情况,定性分析了电阻率在横向和纵向的变化特征。利用大地电磁二维非线性共轭梯度反演,结合地质等相关资料进行了解释,初步建立起腾冲地块和保山地块深部地壳高阻—低阻—中高阻层状电性结构模型以及腾冲地块与保山地块结合部高黎贡山斜向碰撞造山带深部高阻楔形电性结构,并对该区大范围的低阻异常体成因做了探讨,认为可能是含盐水流体和部分熔融的共同作用形成。

关键词：大地电磁阻抗张量相位张量电性结构

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大地电磁阻抗相位特性研究

大地电磁阻抗相位特性研究

作者：陈江平成都理工大学

学位级别：硕士

大地电磁测深阻抗相位参数特性分析,这对于解决浅横向电性不均匀体导致区域构造中水平均匀的电场发生畸变问题和提高反演的准确性都显出较好的效果。本文对大地电磁阻抗相位的抗畸变特性和灵敏度特性进行初步研究。对阻抗相位张量、视... 详细信息

大地电磁测深阻抗相位参数特性分析,这对于解决浅横向电性不均匀体导致区域构造中水平均匀的电场发生畸变问题和提高反演的准确性都显出较好的效果。本文对大地电磁阻抗相位的抗畸变特性和灵敏度特性进行初步研究。对阻抗相位张量、视电阻率和阻抗相位一维联合反演进行了理论模型的数值模拟和计算。初步讨论了阻抗相位张量在浅部不均匀体模型中抗畸变的作用和联合反演对于降低反演多解性的效果。论文对近地表非均匀体引起电场畸变进行了物理解释,对相位张量公式进行了推导和计算。用相位张量分析了加入电场畸变的单点模型,并且与传统的Swift方法进行了对比,当受到浅部小不均匀体的电场畸变时,Swift方法无法给出正确的电性主轴方位角。并且分析了浅部不均匀体的三维模型下的相位张量,在三维情况下,相位张量可以不受地表浅部不均匀体的影响,但能够反映该频率深度下电阻率横向变化最大的方向。论文根据均匀半空间的灵敏度函数和大地电磁响应曲线的斜率,对均匀半空间和层状模型(电阻率大于1Ω?m)的灵敏度进行了分析,对不同电阻率、频率和深度下的视电阻率和阻抗相位灵敏度做了对比。结果表明,阻抗相位资料的灵敏度要比视电阻率高。本文使用C++软件编写的视电阻率、阻抗相位和联合反演的算法。通过多种理论模型的反复试验和对比,认为相位反演在反演速度上更有优势,而视电阻率反演要比相位反演更稳定一些。当初始模型和真实模型相差太远时,视电阻率反演在大多数情况下会发散,而联合反演具有相位反演和视电阻率反演的共同优势,即在保持反演结果正确的前提下,其收敛速度也比较快。

关键词：大地电磁测深阻抗相位相位张量灵敏度联合反演