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        大地電磁相位張量分解特性

        2014-11-29 04:31:58陳江平CHENJiangping周亞東ZHOUYadong
        價值工程 2014年31期
        關(guān)鍵詞:張量方位角畸變

        陳江平CHEN Jiang-ping;周亞東ZHOU Ya-dong

        (成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院,成都 610059)

        (College of Geophysics,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

        0 引言

        Swift 分解是將大地電磁張量Z 在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn),使之與區(qū)域構(gòu)造主軸達(dá)到最佳匹配的方法。嚴(yán)格的說,Swift分解法適合用于標(biāo)準(zhǔn)的二維構(gòu)造。對觀測阻抗張量做該分解后,產(chǎn)生區(qū)域構(gòu)造的兩個主軸阻抗和構(gòu)造的主軸方位角,即從觀測阻抗張量四個復(fù)數(shù)元素(八個標(biāo)量參數(shù))進(jìn)行旋轉(zhuǎn)分析[1]。通常情況下,實際構(gòu)造并不是標(biāo)準(zhǔn)的二維構(gòu)造,故觀測阻抗張量將含局部畸變的影響,分解結(jié)果并不是很精確。阻抗相位張量旋轉(zhuǎn)可以消除觀測阻抗張量電場局部畸變的影響,而且不需要關(guān)于區(qū)域結(jié)構(gòu)維性的假設(shè)。對轉(zhuǎn)換后的觀測阻抗采用已有的Swift 旋轉(zhuǎn)優(yōu)化方法即可求得區(qū)域主軸方位角[2]。

        1 阻抗相位張量分解原理

        地表的測量坐標(biāo)系xyz 中,非均勻介質(zhì)的大地電磁阻抗張量為:Zxx,Zxy,Zyx,Zyy。

        分離復(fù)雜的阻抗張量得到他們的實部(X)和虛部(Y),我們可以寫為:

        因此,我們定義阻抗相位張量的關(guān)系:

        大地電磁的觀測阻抗可以表示為:

        因此我們可以得到阻抗相位張量為:

        只要把實際觀測的阻抗張量(3)按照(2)式進(jìn)行相位變換得到(4),在新的轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)上,按照與經(jīng)典的Swift 完全相似的辦法,求得阻抗張量的一系列重要參數(shù)[3]。

        2 確定主軸的最佳方位

        對于轉(zhuǎn)換的相位阻抗張量,根據(jù)Swift 旋轉(zhuǎn)公式可獲得平面上任意坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換阻抗?,F(xiàn)使得旋轉(zhuǎn)后目標(biāo)函數(shù):

        則可獲得最佳主軸方位角為:

        由上式可得到4 個解,按照與Swift 旋轉(zhuǎn)相似的方式,通過比較目標(biāo)函數(shù)值的大小來確定正確的結(jié)果。

        3 理論模型分析

        為說明阻抗相位張量方法不受電場局部畸變的影響,我們使用典型的二維模型的阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。

        模型參數(shù):走向沿正北方向的二維區(qū)域結(jié)構(gòu)模型,

        再把(5)中的二維模型加入電場畸變,畸變矩陣為:

        我們把加入電場畸變后的二維模型進(jìn)行Swift 旋轉(zhuǎn)、相位旋轉(zhuǎn)和Bahr 旋轉(zhuǎn)后。主軸方位角Swift 旋轉(zhuǎn)有一定的偏差,偏差為2.34°;而Bahr 和相位都能很好地旋轉(zhuǎn)到最佳主軸方位。

        從中我們可以看出,當(dāng)我們的二維模型受到電場畸變時,Swift 方法求得的主軸方位角有一定的偏差。而相位方法和Bahr 可以不受電場畸變的影響,但是相位方法有跟好的優(yōu)化性。

        4 實例

        圖3

        我們使用的數(shù)據(jù)實例是龍門山地區(qū)的某測點(diǎn)的數(shù)據(jù),主要說明相位方法不受電場畸變的影響。如圖1(XY 表示TE 模式、YX 表示TM 模式)、圖2(相位曲線)我們可以看到TE 和TM 視電阻率曲線是分開的,表明可能受到淺部不均勻體的影響。圖3 是實測數(shù)據(jù)的一維偏離度和二維偏離度,在頻率10HZ 以上的部分,其一維偏離度和二維偏離度都很小,說明在該部分,其構(gòu)造應(yīng)該是一維的。在頻率0.044HZ~10HZ 部分,其一維偏離度偏大,而二維偏離度較小,說明該部分結(jié)構(gòu)是二維的。在頻率小于0.44HZ 的部分,其一維偏離度和二維偏離度都比較大,說明這部分的構(gòu)造大概是三維的。我們使用相位方法對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了校正,而且將實測數(shù)據(jù)直接旋轉(zhuǎn)到最佳主軸方位進(jìn)行了對比。如圖4(使用相位方法校正后的視電阻率曲線和相位),我們可以看出,在使用相位方法校正后,視電阻率的中高頻部分已經(jīng)重合,說明局部電場畸變的影響已經(jīng)消除。而直接將實測數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)到最佳主軸方向,其視電阻率曲線仍然為分開的,說明局部畸變的影響仍然存在。同時在圖4、圖5(不做畸變處理直接旋轉(zhuǎn)到主軸式電阻率和相位)中,我們可以看出畸變對相位信息是沒有做任何改變的。

        5 結(jié)論

        對大地電磁觀測阻抗進(jìn)行相位變換后,可以消除電場局部畸變對觀測阻抗張量的影響。我們對轉(zhuǎn)換后的觀測阻抗使用Swift 旋轉(zhuǎn)優(yōu)化方法即可求得區(qū)域主軸方位角。我們采用合成理論數(shù)據(jù)說明了相位方法對局部電場畸變影響的正確性,此外相位方法相對于Bahr 方法有跟好的穩(wěn)定性、優(yōu)化性。該方法只能進(jìn)行單頻點(diǎn)分析,多頻點(diǎn)分解技術(shù)難以進(jìn)行。因此我們下一步的工作將是推廣到多點(diǎn)多頻,并采用最優(yōu)化技術(shù)分解。

        [1]晉光文,孔祥儒.大地電磁阻抗張量的畸變與分解.北京:地震出版社,2006.

        [2]蔡軍濤,陳小斌,趙國澤.大地電磁資料精細(xì)處理和二維反演技術(shù)研究——阻抗張量分解與構(gòu)造維性分析[J].地球物理學(xué)報,2010.

        [3]T.Grant Caldwell,Hugh M.Bibby,Colin Brown.The magnetotelluric phase tensor.Geophysical Journal International,2004.

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