青藏高原北缘相位超象限大地电磁观测数据的模型研究

发布时间：2017-06-28 00:09

  本文关键词：青藏高原北缘相位超象限大地电磁观测数据的模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在大地电磁实测数据中,阻抗张量次对角元素的相位值通常位于第一、三象限或第二、四象限,但也会有少数测点所对应的相位值超出了正常象限,这种现象叫做相位超象限。近年来,我们在青藏高原北缘进行的大地电磁测量中,就先后发现有部分测点存在相位超象限现象,测点中发生相位超象限的数据位于低频部分,往往在0.1Hz以下。国际上关于相位超象限现象的报导最早见于上世纪80年代末期,以当时的解释技术尚不能对该现象进行定量模型研究,所以仅从理论上推测其为一种畸变效应或与地下复杂三维电性结构有关。由于相位超象限数据无法被二维各向同性模型所模拟,在早期剖面研究中不得不将这部分数据去除。随着三维各向同性介质的正、反演技术的快速发展,通过构建特定结构的三维理论模型来模拟相位超象限现象成为可能。目前,关于引起相位超象限现象的理论基础以及对实测相位超象限数据进行三维反演解释的研究仍较少见。本文在前人正演理论模型的基础上,对引起相位超象限的理论模型特征进行了总结。在畸变分析理论和电流槽效应研究的基础上,通过对近似解析公式的推导,将电流槽效应理论应用于解释两种不同的相位超象限现象,并得出初步结论。随后对河西走廊北侧小规模相位超象限数据进行三维反演解释以及对反演模型进行正演验证,给出了河西走廊北侧引起相位超象限的理论模型以及模型特征。最后,对柴达木测区大范围相位超象限数据以两种三维反演策略对其进行解释,初步得到引起大范围相位超象限数据的三维模型特征。本文主要的研究内容和取得的研究成果概述如下:(一)根据前人对相位超象限现象的三维正演模型研究,我们重新构建了四个三维理论模型并计算模型的正演响应,归纳总结出在三维各向同性介质下引起相位超象限的模型的基本特征。通过对四组正演模型的分析,我们发现引起相位超象限的模型有一些共同特点,首先都是高导异常体镶嵌于大型背景高阻体之中,其次是高导异常体通常由区域高导异常体和局部高导异常体组成,且两者之间相互连通,最后是相位超象限数据都出现在低频段,这与我们实测数据相吻合。从模型的相应特征分析发现,阻抗相位出现超象限时所对应的电场相位发生了很大变化,而磁场相位则保持与区域响应特征一致。除了相同点,我们也发现四组模型中有一处明显不同,即相位超象限出现的位置与高导异常体位置之间的关系,一种模型中相位超象限出现在局部高导体正上方,且局部高导体呈S型迂回状;另一种模型中,相位超象限出现在紧邻局部高导体的高阻体之上。根据这个不同,我们初步认为在各向同性介质中,相位超象限是由两种机制引起的。(二)引入畸变分析中的电流槽效应进行理论公式分析。电流槽效应可以理解为三维高导体中的感应电流发生集中流动而引起的电磁效应,它包括两部分:累积电荷部分和磁场感应电流部分(分别对应于畸变中的电流型畸变和感应性畸变)。一方面,感应电流在穿过电性间断面时会产生累积电荷,累积电荷所产生的静电场不容忽视;另一方面,感应电流在局部高导体中流动,电流方向会沿局部高导体形状改变。这两方面在特定的情况下都会影响到阻抗相位。由电流槽效应的近似解析公式可知,当电、磁场在介质中的趋肤深度远大于三维异常体特征长度时,累积电荷所引发的静电场是电流槽效应主要组成,此时相位异常只可能出现在局部高导体旁的高阻体上方,对此,我们构建了专门的理论模型进行验证。当电流在局部异常体内高度集中,而且当局部异常体中电流方向与区域电场极化方向显著不一致(如发生反向)时,感应电流引起的感应型畸变就可能在高导体上方引起相位异常。(三)利用成熟的三维反演程序Wsinv3DMT和Mod EM,我们对河西走廊北侧相位超象限数据进行三维反演解释。在理论模型的指导下,我们对得到的反演模型进行了正演验证工作,并建立了符合河西走廊测区情况的三维理论模型。该测区引起相位超象限的模型特征为:首先是高导异常体为反向的L型,且镶嵌于高阻体之中,高导体由对应于巴丹吉林沙漠的区域异常体和小范围的局部异常体组成且两者相互连通,在紧邻测点西侧还存在一个孤立的小型异常体,该异常体起到对反L型高导体引起的相位超象限范围起到一定的影响。(四)柴达木北缘测区中有接近一半的测点出现了相位超象限,对该区进行三维反演工作时,我们首先对整个测区进行三维反演,以获得一个突出整体特征的模型,再将测点按南北方向分13条测线分别进行三维反演,由于对测线进行三维反演时所参与的测点数少,区域范围小,可以构建更加精细的核心网格,所以测线反演的结果能够补充模型的细节。不通过这两种方式的反演,最终我们得到了该区能够不同程度拟合相位超象限数据的两种模型的特征。通过测区和测线三维反演结果对比,我们以测区反演模型为基础,对15个高导异常块体依次验证,发现只有部分埋深不超过15km的高导异常体对相位超象限数据产生影响;初步划分出了引起这一地区相位超象限现象的区域构造(即柴达木盆地)和局部高导构造。但由于反演并未对所有超象限数据进行完全拟合,所以对于该区的研究仍要继续进行。
【关键词】：大地电磁测深 相位超象限 三维反演 电流槽效应 河西走廊 柴达木盆地
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-13
• 第1章 引言13-21
• 1.1 大地电磁测深资料解释的发展现状13-15
• 1.2 大地电磁相位超象限数据研究及意义15-21
• 第2章 大地电磁测深的基本原理21-37
• 2.1 地下介质电阻率特性21-22
• 2.2 场源与假设条件22-23
• 2.3 麦克斯韦方程23-27
• 2.4 传输函数27-29
• 2.5 畸变分析29-32
• 2.6 数据采集与处理32-37
• 2.6.1 野外采集装置32
• 2.6.2 数据处理方法简介32-37
• 第3章 三维各向同性介质正反演原理37-43
• 3.1 有限差分三维正演37-40
• 3.2 三维反演方法40-43
• 第4章 青藏高原北缘相位超象限数据的分布与特征43-55
• 4.1 相位超象限测点位置分布43-49
• 4.1.1 河西走廊北侧44-45
• 4.1.2 柴达木北缘45-49
• 4.2 测区地质背景及测点所处地层介绍49-55
• 4.2.1 河西走廊50-51
• 4.2.2 柴达木北缘地区51-55
• 第5章 相位超象限数据的三维各向同性介质模型研究55-85
• 5.1 电流槽效应及近似解析公式推导55-60
• 5.2 相位超象限的理论模型研究60-66
• 5.2.1 理论模型重建与响应特征60-63
• 5.2.2 用电流槽效应解释相位超象限的模型验证63-65
• 5.2.3 引起相位超象限的模型特征65-66
• 5.3 河西走廊北侧相位超象限数据的模型研究66-73
• 5.3.1 三维反演与模型特征66-69
• 5.3.2 引起相位超象限的异常结构分析69-71
• 5.3.3 抽象模型71-73
• 5.4 柴达木北缘相位超象限数据的模型研究73-85
• 5.4.1 按测区和测线三维反演73-78
• 5.4.2 按测区和测线三维反演结果模型对比78-81
• 5.4.3 引起相位超象限的异常结构分析81-85
• 第6章 结论与讨论85-89
• 6.1 取得的主要研究成果和认识85-86
• 6.2 存在问题与下一步研究方向86-89
• 参考文献89-95
• 附录95-109
• 致谢109-111
• 作者简介111
• BRIEF INTRODUCTION TO THE AUTHOR111-112
• 硕士期间参与项目112
• 硕士期间发表论文112

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本文编号：491764