应用地电学B课件：EM8-大地电磁测深法-4

大地电磁测深法应用地电学BBostick一维反演计算公式：复习或者：复习工作设计数据采集数据处理数据分析反演解释

3复习4根据不同的任务性质，可将MT方法进一步细分为以下四个频段：RMT（RadioMT）：10kHz–300kHz

探测范围地下几十米

采集时间几分钟AMT（AudioMT）：1Hz–10kHz

探测范围上地壳几公里

采集时间几分钟-几小时BBMT（BroadBandMT）：1000Hz–2000s

探测地壳范围几十公里

采集时间1-2天LMT（LongperiodMT）：1–10000s

探测岩石圈范围上百公里

采集时间一周以上音频大地电磁（AMT）大地电磁（MT）利用时间序列（timeseries）估算阻抗张量(Z)，最后得到视电阻率，相位的处理过程。RecordedtimeseriesApparentresistivityandphase(TE+TM)BxBzByEyEx复习5原始时间序列时间域去噪时窗函数傅氏变换多窗口功率谱统计值Robust估算阻抗张量计算视电阻率/相位资料处理：预处理：时间域去噪，消除趋势和开窗功率谱分析：将时间域观测的信号转换到频率域，生成功率谱文件阻抗张量估算：利用多时窗功率谱文件，Robust估算阻抗张量、倾子矢量、视电阻率、相位数据处理数据处理3.张量阻抗的估算：如何从不同的时窗得到的不同功率谱E/H来计算阻抗张量（传递函数）？Ex1/Hy1,Ex2/Hy2,

……Exn/Hyn

7Win1Win3Win2Win4Win5数据处理8但是，实测数据包含噪音，仅根据两组观测数据不能准确地确定阻抗元素。为了尽可能减小噪音影响，必须采集大量数据来求它们的平均值。通常根据最小二乘原理求阻抗的最佳估计值。其中

A，B可以取Ex,Ey,Hx,Hy的六

种不同组合（通常取Hx,Hy）。数据处理最小二乘回归的问题？数据的“飞点”(outlier)可能造成结果的不稳定。→Robust估计方法9数据处理视电阻率与相位的求取10数据分析数据分析的目的：利用数据处理获得的阻抗张量信息确定地下介质的维性（1D/2D/3D）,以选用合适的反演方法；若地下为二维介质，在进行二维反演之前还需要进一步分析出区域构造走向方向，从而将阻抗张量旋转至电性主轴并分解为TE和TM模式；静位移校正。

11数据分析

维性分析：

二维偏离度，椭率，WAL旋转不变量，相位张量，感应矢量

构造走向分析：

椭率，极化椭圆，GB分解，相位张量，感应矢量12数据分析二维偏离度（Skew）：SwiftSkew：BahrSkew：

13数据分析阻抗张量GB分解（Groom–Baileydecomposition）：

14数据分析感应矢量（InductionVector）：

15数据分析感应矢量（InductionVector）：感应矢量的本质就是倾子，它表示了磁场的垂向分量与水平分量的复数比值。感应矢量是大地电磁测深数据分析中的一个重要参数，它对地下介质导电性的横向变化最为敏感。在Parkinson规范下，感应矢量指向电流汇聚的区域，即低阻体所在的位置；在Wiese规范下，其指向正好相反，即指向高阻区域。利用感应矢量分析，可以判断测点附近低阻体的位置，并进一步来判断剖面的二维性如何。在理想的二维条件下，低阻体的分布应当是延构造走向方向无限延伸的，因此感应矢量的指向方向就应当垂直于构造走向方向。

16数据分析感应矢量（InductionVector）：

海岸效应（Coasteffect）——感应型畸变

17T=3000-10000s数据分析静位移（StaticShift）：

18数据分析静位移（StaticShift）：

19数据分析静位移（StaticShift）：

属于一种电流型畸变；

与频率无关，视电阻率曲线发生整体平移（形态不变）；

理想二维情况下，只存在于TM模式；

实际情况下，TE、TM模式都存在静位移；

浅部电性不均匀体→对从高频至低频的所有数据产生影响→假异常，影响解释的准确性→静位移校正。

20数据分析静位移校正：（1）通过电磁阵列剖面法（EMAP）沿剖面将电极首尾相接，从而实现利用空间域低通滤波来压制静位移效应（AMT、CSAMT适用）。21数据分析静位移校正：（2）由于静位移效应只影响视电阻率数据，对相位数据没有影响，因而在反演过程中可以只反演相位数据，或者由相位数据估算出视电阻率数据来实现静位移效应的去除。22数据分析静位移校正：（3）利用其它浅部勘探电法（如TEM瞬变电磁法、DC直流电法等）所测得的高频部分视电阻率曲线作为参考曲线来校正；（4）假设在地下一定深度处受高温高压作用物质趋于均匀各向同性，因此两支视电阻率曲线在低频部分应当趋于重合，据此来平移曲线进行静位移校正（LMT适用）；（5）假设某一测区内全部测点的静位移因子满足一定的统计规律，其对数值的总和应当趋近于0，从而通过反演来直接求取各个测点的静位移因子。23反演解释大地电磁资料的反演与解释大地电磁资料反演与解释，就是将观测和处理后的频域大地电磁资料转换成地下不同深度的电阻率模型，并最终解释为地下岩性和构造的模型，以解决工程，水文，矿产资源勘探等地质任务。24反演解释大地电磁资料的反演及解释是大地电磁法最终，也是最为重要的部分。目前主要按照定性解释、一维，二维和三维反演等阶段，由浅入深，逐步进行。251.定性解释定性解释是指是在资料处理的基础上，通过制作各种必要图件，概括地了解测线（或测区）地电断面沿水平方向和垂直方向上的变化情况，从而对测线（区）的地质构造轮廓有一个初步的了解，以指导定量解释。反演解释视电阻率拟断面图若以测线距离为横坐标，以频率为纵坐标，将各测点相应频率的视电阻率(ρTE,ρTM)或相位（φTE,φTM）标在相应的频率轴上，沿测线构成等值线，就得到视电阻率或相位的拟断面图。反演解释反演解释视电阻率拟断面图定性地反映了电性在断面上的分布，是定性分析中最常用的图件。从纵向上看，随着频率的降低，勘探深度的加大，视电阻率的变化反映了电性随深度的变化，由此，可大致确定电性层。视参数——剖面法解释常用。28反演解释2.反演地球物理正演问题：其中d为数据向量，m为模型向量，F为正演算子。以一维大地电磁方法为例，m即为层状地层的厚度d和电阻率ρ，d即为随频率变化的阻抗张量Z，F即为阻抗张量正演递推公式。29反演解释地球物理反演问题：一般来说反演问题较为复杂，且多解性严重，无法使用直接法进行计算。通常地球物理反演问题均采用1977年吉洪诺夫提出的“正则化反演”理论，如限定模型为最光滑模型，设定目标函数，最优化求取模型参数：30

反演解释一维反演假设地下介质是一维层状的，将视电阻率与频率的关系转变为近似真电阻率与深度的关系，得到地下电性随深度的变化特征。常用的方法有Bostick反演、高斯—牛顿法、Occam法，梯度法、广义逆反演、马夸特法等等31Bostick方法是一种直接反演方法，其基于大地电磁测深曲线低频渐近线的性质，将视电阻率随周期变化的曲线变换成为电阻率随深度变化的曲线。即频深转换，其计算公式为：反演解释或者：反演解释二维反演假设地下介质是二维的，可分为走向和倾向，电阻率只在倾向方向发生变化，在走向方向是均匀无限延伸的。目前，反演方法的主流已从一维反演发展到目前的二维反演。国内外大地电磁二维数据反演已经达到实用化的程度。常用的二维反演方法有Occam算法，非线性共轭梯度算法（NLCG），快速松弛算法（RRI），数据空间Occam算法（REBOCC）等等。33反演解释三维反演

常用算法：NLCG、REBOCC反演解释综合解释：

在获得准确可靠的反演模型基础上进一步结合其他地质与地球物理资料进行综合解释，得出对科研/生产具有指导意义的结论……反演解释应用举例研究地壳和上地幔深部地质构造

长周期大地电磁测深系统（LMT）可记录的最长周期可达上万秒，勘探深度可达数百公里，这样的探测能力可以穿透地壳而至上地幔。因此，可以用于探查不同地质构造单元之间的接触关系，研究组成地壳和上地幔物质的导电性以及岩石圈的厚度。

37应用举例稳定地块的岩石圈

电性分层模型

38应用举例青藏高原的岩石圈导电性结构

39应用举例INDEPTH计划(1995)

40应用举例INDEPTH计划(～2000s)

41应用举例INDEPTH计划(2015)

42HimalayaITSUnsworthetal.,Nature,(2005)100INDEPTH100线高阻的印度板块向北俯冲于青藏高原之下高原内部中下地壳分布有大规模高导体-利用大地电磁测深资料约束局部熔融百分比为5%-15%；-可使对应的岩石强度降低10倍；-支持地壳流的存在。Unsworthetal.,(2005)SouthernTibetRosenbergandHandy(2005)WesterlygraniteApliteFactorof10strengthreduction藏南高导体的成因：局部熔融+含盐水流体Beaumontetal(2002)Nepal-MT700-line800-lineNWHimalaya100-lineNWH800100700藏南的壳内高导层普遍存在，并多表现为南向地壳流的形式，由高原内部的中下地壳向藏南的逆冲带发生构造挤出。

46(Baietal.2010)

47(Klemperer,2006)48(Frischetal.,2011)应用举例美国EarthScope三维大地电磁阵列2006-2011，325个测点，平均点距70km。

49应用举例三维拟断面图

50应用举例三维反演模型

51应用举例应用音频大地电磁测深法探测内蒙古巴丹吉林沙漠高大沙山结构及成因中国第三大

世界第四大

沙漠

52应用举例应用音频大地电磁测深法探测内蒙古巴丹吉林沙漠高大沙山结构及成因

5354变种方法工作场合频率域电磁法频率域电磁剖面法被动源法音频天然电场法地面航空甚低频法主动源法大定源回线法实、虚份量法地面航空井中振幅比-相位差法电磁偶极剖面法虚分量-振幅比法水平线圈法倾角法频率域电磁测深法被动源法大地电磁测深法地面，海洋音频大地电磁法主动源法频率测深法可控源音频大地电磁法时间域电磁法瞬变电磁剖面法地面航空井中瞬变电磁测深法地面55