大地電磁法及其探測中的應(yīng)用-北京大學(xué)學(xué)術(shù)報告ppt課件

1、主要內(nèi)容一、大地電磁測深的簡單介紹一、大地電磁測深的簡單介紹二、大地電磁測深的基本原理二、大地電磁測深的基本原理三、大地電磁測深的應(yīng)用情況三、大地電磁測深的應(yīng)用情況四、當(dāng)前存在的問題和主要研究熱點四、當(dāng)前存在的問題和主要研究熱點地球電磁法范疇和簡介地球電磁法范疇和簡介 狹義電磁法：狹義電磁法： 前身：磁法、大地電流法前身：磁法、大地電流法Telluric)Telluric) （目的：探測地球構(gòu)造）（目的：探測地球構(gòu)造） 主體：大地電磁法主體：大地電磁法MT)MT)及有關(guān)技及有關(guān)技術(shù)術(shù) （MTMT，Magneto-telluricMagneto-telluric） 廣義電磁法：廣義電磁法： 磁法

2、、電法、電磁法磁法、電法、電磁法 大地電磁測深法Magnetotelluric, MT是以天然電磁場為場源來研究地球內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)的一種重要的地球物理手段。測深方法：重磁電震非地震方法：重磁電重力+廣義的電磁類）大地電磁是重要的非地震測深方法研究對象：地球內(nèi)部的電性結(jié)構(gòu)電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)）物理原理：宏觀電磁理論有耗媒質(zhì)中的低頻電磁波理論）吉洪諾夫蘇聯(lián)，吉洪諾夫蘇聯(lián)，19501950），卡尼爾法國人，），卡尼爾法國人，19531953）從儀器采集系統(tǒng)和資料處理和管理方式，可將從儀器采集系統(tǒng)和資料處理和管理方式，可將MTMT分為三個發(fā)展階段：分為三個發(fā)展階段：手工量板階段：五六十年代，起步階段。模擬信號、標(biāo)

3、量阻抗手工量板階段：五六十年代，起步階段。模擬信號、標(biāo)量阻抗 、手工、手工對量板法對量板法 ；數(shù)字化階段：數(shù)字化階段：7070今天。數(shù)字信號，張量阻抗，計算機自動正反演技今天。數(shù)字信號，張量阻抗，計算機自動正反演技術(shù)；新的觀測方式：遠(yuǎn)參考道、術(shù)；新的觀測方式：遠(yuǎn)參考道、EMAPEMAP等；新的資料處理方式：等；新的資料處理方式：RobustRobust方法、張量分解方法等；方法、張量分解方法等；可視化階段：正在興起。國外：可視化階段：正在興起。國外：GeotoolsGeotools、WinGLinkWinGLink；國內(nèi)有多家，；國內(nèi)有多家，目前漸漸成規(guī)模化推廣。目前漸漸成規(guī)模化推廣。從理論研

4、究對象的復(fù)雜性程度，也可分為三個發(fā)展階段：一維，五十年從理論研究對象的復(fù)雜性程度，也可分為三個發(fā)展階段：一維，五十年代八十年代；二維，九十年代今天；三維，正在興起代八十年代；二維，九十年代今天；三維，正在興起電磁場頻帶劃分標(biāo)準(zhǔn)和命名電磁場頻帶劃分標(biāo)準(zhǔn)和命名大地電磁測深的優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點不受高阻層屏蔽、對高導(dǎo)層分辨能力強；不受高阻層屏蔽、對高導(dǎo)層分辨能力強；橫向分辨能力較強；橫向分辨能力較強；資料處理與解釋技術(shù)成熟；資料處理與解釋技術(shù)成熟；勘探深度大、勘探費用低、施工方便；勘探深度大、勘探費用低、施工方便；缺點缺點體積效應(yīng)，反演的非唯一性較強跟地震體積效應(yīng)，反演的非唯一性較強跟地震方法相比）方法相

5、比）縱向分辨能力隨著深度的增加而迅速減弱縱向分辨能力隨著深度的增加而迅速減弱 大地電磁體積效應(yīng)大地電磁體積效應(yīng)大地電磁體積效應(yīng)大地電磁體積效應(yīng)1、一些感性認(rèn)識2、理論背景3、正演問題4、反演問題5、實際資料的采集和處理大地電磁法大地電磁法MTMT是以天然電磁場為場源來研是以天然電磁場為場源來研究地球內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)的一種重要的地球物理手究地球內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)的一種重要的地球物理手段。段。基本原理：依據(jù)不同頻率的電磁波在導(dǎo)體中具基本原理：依據(jù)不同頻率的電磁波在導(dǎo)體中具有不同趨膚深度的原理，在地表測量由高頻至有不同趨膚深度的原理，在地表測量由高頻至低頻的地球電磁響應(yīng)序列，經(jīng)過相關(guān)的數(shù)據(jù)處低頻的地球電磁響應(yīng)

6、序列，經(jīng)過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和分析來獲得大地由淺至深的電性結(jié)構(gòu)。理和分析來獲得大地由淺至深的電性結(jié)構(gòu)。14大地電磁法原理示意大地電磁法原理示意圖圖WEM信號信號目的目的大地電磁法野外觀測裝置大地電磁法野外觀測裝置 為什么能夠測深？感性認(rèn)識110100100010000Resistivity / m1001010.1Depth / km101001000 Apparent Resistivity / m1E-0050.00010.0010.010.11101001000Frequency / Hz為什么能夠測深？感性認(rèn)識110100100010000Resistivity / m1001010.1D

7、epth / km101001000 Apparent Resistivity / m1E-0050.00010.0010.010.11101001000Frequency / Hz為什么能夠測深？感性認(rèn)識101001000 Apparent Resistivity / m1E-0050.00010.0010.010.11101001000Frequency / Hz110100100010000Resistivity / m1001010.1Depth / km理論基礎(chǔ)：麥克斯韋方程James Clerk Maxwell (1831-1879)u麥克斯韋的第一篇論文是關(guān)于橢圓曲線麥克斯韋的第

8、一篇論文是關(guān)于橢圓曲線的，發(fā)表于的，發(fā)表于1845年，年僅年，年僅14歲；歲；u第一篇電磁學(xué)論文第一篇電磁學(xué)論文1855年年24歲），關(guān)歲），關(guān)于法拉第的磁力線問題；于法拉第的磁力線問題；u1873年年42歲），完成電磁學(xué)巨著：電歲），完成電磁學(xué)巨著：電磁通論；磁通論；u建立起了光、電、磁的統(tǒng)一理論，完成建立起了光、電、磁的統(tǒng)一理論，完成亙古大業(yè)；亙古大業(yè)；u1879年年48歲逝世，英年早逝。歲逝世，英年早逝。麥克斯韋方程u關(guān)于磁場的安培定律：關(guān)于磁場的安培定律：u關(guān)于電場的高斯定律：關(guān)于電場的高斯定律：u麥克斯韋定律：麥克斯韋定律：u法拉第電磁感應(yīng)定律：法拉第電磁感應(yīng)定律：DHjt安培定律、

9、高斯定律Johann Carl Friedrich Gauss(1777-1855)創(chuàng)建了地磁場的球諧分析理論創(chuàng)建了地磁場的球諧分析理論和全球性的地磁觀測系統(tǒng)和全球性的地磁觀測系統(tǒng)u穿過封閉曲面的磁場通量為穿過封閉曲面的磁場通量為0，磁場為無源場，不存在磁單極子。磁場為無源場，不存在磁單極子。u穿過封閉曲面的電場通量，其值穿過封閉曲面的電場通量，其值等于曲面所包圍的體電荷密度。等于曲面所包圍的體電荷密度。法拉第電磁感應(yīng)定律Michael Faraday(1791-1867)u變化的磁場感應(yīng)產(chǎn)生電場變化的磁場感應(yīng)產(chǎn)生電場麥克斯韋定律u變化的電場以及傳導(dǎo)電流感應(yīng)產(chǎn)生磁場變化的電場以及傳導(dǎo)電流感應(yīng)產(chǎn)

10、生磁場 DHjt其它的一些關(guān)系式u本構(gòu)方程本構(gòu)方程 u邊界條件邊界條件歐姆定律 在電導(dǎo)率的突變邊界上，電場法向分在電導(dǎo)率的突變邊界上，電場法向分量不連續(xù)，但電流密度法向分量連續(xù)。量不連續(xù)，但電流密度法向分量連續(xù)。Georg Simon Ohm(1789-1854)1831年法拉第發(fā)現(xiàn)年法拉第發(fā)現(xiàn)“電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律”。 許多人質(zhì)疑：許多人質(zhì)疑：“它有什么用？它有什么用？”法拉第回答：法拉第回答： “一個新生的嬰兒，您認(rèn)為有什么用？一個新生的嬰兒，您認(rèn)為有什么用？”u關(guān)于激發(fā)場源關(guān)于激發(fā)場源u關(guān)于探測對象關(guān)于探測對象u一維正演：阻抗、視電阻率、相位一維正演：阻抗、視電阻率、相位u二維、三維

11、正演二維、三維正演如何探測地下結(jié)構(gòu)？如何探測地下結(jié)構(gòu)？如何探測地下結(jié)構(gòu)？如何探測地下結(jié)構(gòu)？正演指的是什么？正演指的是對于一個給定的模型，正演指的是對于一個給定的模型，在一定激發(fā)源的作用下，根據(jù)一定在一定激發(fā)源的作用下，根據(jù)一定的物理原理求其響應(yīng)的過程。的物理原理求其響應(yīng)的過程。假設(shè)：垂直入射到地表的均勻平面電磁波假設(shè)：垂直入射到地表的均勻平面電磁波大地電磁正演：關(guān)于激勵場源大地電磁正演：關(guān)于激勵場源激勵源與場點要足夠遠(yuǎn)激勵源與場點要足夠遠(yuǎn)電離層電流的定向電離層電流的定向流動或小規(guī)模的擾流動或小規(guī)模的擾動、太陽風(fēng)、遠(yuǎn)距動、太陽風(fēng)、遠(yuǎn)距離的雷電和工業(yè)用離的雷電和工業(yè)用電等電等INTERNAL MA

12、GNETIC FIELD據(jù)徐文耀據(jù)徐文耀EXTERNAL MAGNETIC FIELD外部磁場外部磁場徐文耀徐文耀弧形沖擊面弧形沖擊面磁層頂磁層頂?shù)入x子層等離子層極尖極尖傅承義傅承義磁場場強隨頻率變化的曲線磁場場強隨頻率變化的曲線關(guān)于模型研究對象）：地球的電性結(jié)構(gòu)一般情況下，磁導(dǎo)率和介電常數(shù)取為真空中值，一般情況下，磁導(dǎo)率和介電常數(shù)取為真空中值，即：即：因而，大地電磁測深的探測對象為地球的電導(dǎo)率因而，大地電磁測深的探測對象為地球的電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。由簡單到復(fù)雜，地球的電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)可以視為一維由簡單到復(fù)雜，地球的電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)可以視為一維結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的理論研究也結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)

13、構(gòu)，對應(yīng)的理論研究也有一維問題、二維問題和三維問題。有一維問題、二維問題和三維問題。mFmH/10/36/1,/1049070大地電磁正演：關(guān)于模型大地電磁正演：關(guān)于模型一維模型一維模型二維模型二維模型三維模型三維模型兩大假設(shè)：兩大假設(shè)：1激勵場源：垂直入射到地表的均勻平面電磁波激勵場源：垂直入射到地表的均勻平面電磁波2地球模型：水平層狀導(dǎo)電介質(zhì)地球模型：水平層狀導(dǎo)電介質(zhì)大電磁正演過程大電磁正演過程？222222kkki HH0EE0i t( )( )di teEtehH()00ii EHHEEHiieek rk rUAB大地電磁正演：理論支持大地電磁正演：理論支持最簡單模型：均勻半空間問題2

14、kkHEZzxyTM大地空氣假設(shè)場源的是沿著假設(shè)場源的是沿著x x方向極化的電性源方向極化的電性源TETE模式），由于地模式），由于地質(zhì)模型不存在橫向的變化，因而，感應(yīng)的二次場只存在質(zhì)模型不存在橫向的變化，因而，感應(yīng)的二次場只存在HyHy和和ExEx分量，即總的電磁場可表示為：分量，即總的電磁場可表示為： ) 0 , 0(),0 , 0 ,(yxHEHE此時矢量波動方程退化為：此時矢量波動方程退化為：zEiHEkdzdExyxxdd1, 022其解為其解為 ：xzxyzkykixEukzEiHAeEzy1,)(則阻抗為則阻抗為 ：zyxTEkHEZ同理可得同理可得TM模模式下的阻抗為：式下的阻

15、抗為：x關(guān)于場源的垂直入射當(dāng)平面電磁波在空氣中的傳播方向與地面法線方向成當(dāng)平面電磁波在空氣中的傳播方向與地面法線方向成角時，角時，因為空氣中電導(dǎo)率為零，故有：因為空氣中電導(dǎo)率為零，故有：sinsin)()(AirAirykk在地表，電磁場的切向分量連續(xù)，故要求：在地表，電磁場的切向分量連續(xù)，故要求： sin)()(AiryEarthykk因為地球內(nèi)部，傳導(dǎo)電流遠(yuǎn)大于位移電流因為地球內(nèi)部，傳導(dǎo)電流遠(yuǎn)大于位移電流，從而：，從而：ikkkkEarthzEarthyEarthzEarth)(2)(2)()(故均勻平面電磁波不管以什么角度自空中入射到地面，其故均勻平面電磁波不管以什么角度自空中入射到地面

16、，其阻抗均為：阻抗均為：iZiZTMTE,均勻半空間下阻抗、電阻率的關(guān)系iHEZiHEZxyTMyxTE,22,TMTEZZ在均勻半空間下：在均勻半空間下：可以求得電阻率為：可以求得電阻率為：視電阻率和阻抗相位的定義)arg(,/2/TMTETMTETMTETMTEZZ一維正演：層狀介質(zhì)模型)0(arg(,)0(2NTMTENTMTEZZ1234源源 信信 號號1111221111113223 333312112 222211()()cothcoth().()cothcoth()( )cothcoth()(0)cothNNNNNNNNNNNNNZ hkkZhiktZ hkkZhik tZhkk

17、Zhik tZhkZikk 11111coth( )NktZh阻抗的遞推公式阻抗的遞推公式 視電阻率和相位視電阻率和相位 四種典型的三層模型曲線：K、H0.0010.010.1110100100010000Period / S1x1011x1021x103Apparent Resistivity / m020406080Phase / Degree1000歐米10歐米1000歐米10歐米0.0010.010.1110100100010000Period / S1x1011x1021x103Apparent Resistivity / m020406080Phase / DegreeK形曲線形曲

18、線H形曲線形曲線四種典型的三層模型曲線：A、Q0.0010.010.1110100100010000Period / S1x1001x1011x1021x103Apparent Resistivity / m020406080Phase / Degree1000歐米10歐米1000歐米10歐米0.0010.010.1110100100010000Period / S1x1011x1021x1031x104Apparent Resistivity / m020406080Phase / DegreeA形曲線形曲線Q形曲線形曲線一維正演：連續(xù)介質(zhì)模型源源 信信 號號000222,dd., 0zyx

19、TExyzzxxzxxxHEZzEiHikEdzdEEEEkdzEde一維正演：連續(xù)介質(zhì)模型11 0100100 0z / km0.1110100100 01000 0/m1001010.10.010 .0 010.00 01 / Hz11 01 001000/m源源 信信 號號阻抗定義的推廣：張量阻抗和傾子矢量xyTMyxTEHEZHEZyzyxzxzHTHTH在一維情況下：在一維情況下：在一般情況下，磁場在一般情況下，磁場HyHy不僅與不僅與ExEx而且可能同而且可能同EyEy也有關(guān)，對于也有關(guān)，對于磁場磁場HxHx也一樣。這時，電場與磁場的關(guān)系用下式表示：也一樣。這時，電場與磁場的關(guān)系用

20、下式表示：yxyyyxxyxxyxHHZZZZEE阻抗張量阻抗張量yyyxxyxxZZZZZ此外，關(guān)于垂直磁場有定義：此外，關(guān)于垂直磁場有定義：傾子矢量傾子矢量zyzxTTT 接收點123412345源 信 號源 信 號橫電波橫磁波：場的極化模式橫電波橫電波TETE） ：垂直于傳播方向的場分量只有電場；：垂直于傳播方向的場分量只有電場；橫磁波橫磁波TMTM） ：垂直于傳播方向的場分量只有磁場；：垂直于傳播方向的場分量只有磁場；大地電磁測深中只研究場源為橫電磁波的情況大地電磁測深中只研究場源為橫電磁波的情況大地電磁測深中常說的極化模式是以場源的極化方式大地電磁測深中常說的極化模式是以場源的極化方

21、式來區(qū)分的，并且這種區(qū)分一般只在二維情況下才有意來區(qū)分的，并且這種區(qū)分一般只在二維情況下才有意義。一維情況雖然可以解耦出義。一維情況雖然可以解耦出TETE和和TMTM模式，但不能帶模式，但不能帶來更多的信息。三維模型下不能解耦出來更多的信息。三維模型下不能解耦出TETE模式和模式和TMTM模模式。式。TE模式模式（Ex，Hy，Hz）TM模式模式（Hx，Ey，Ez）二維情況下大地電磁曲線極化模式劃分二維情況下大地電磁曲線極化模式劃分二維模型：場可解耦為兩組模式y(tǒng)zxiyzEEHxyzHExzyHE yzxyzHHExyizEHxziyEH TE:,xyzEHHTM:,xyzHEE二維正演：邊值問

22、題z-Izu 0yu1為定值，一般取為0)()(u-ikuccuuzuzyuy輔助場：下邊界側(cè)邊界，），上邊界（TM模式：模式：iHuxTE模式：模式：iiEux/1)/(1二維正演方法1積分方程法積分方程法2有限差分法有限差分法3有限元法有限元法有限元直接迭代算法陳小斌，有限元直接迭代算法陳小斌，2019，2000）二維正演計算的簡單實例10歐米250米100歐米5歐米1150米1 000米3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)TETE模式模式TMTM模式模式

23、視電阻率分布視電阻率分布二維正演的簡單算例10歐米250米100歐米5歐米1150米1 000米TETE模式模式TMTM模式模式阻抗相位分布阻抗相位分布3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)復(fù)雜模型的正演結(jié)果復(fù)雜模型的正演結(jié)果三維正演：邊值問題在三維情況下，電磁場不能解耦成兩組獨立的場，這在三維情況下，電磁場不能解耦成兩組獨立的場，這時必須直接求解矢量波方程。時必須直接求解矢量波方程。下邊界矢量為某個側(cè)面的單位法向側(cè)邊界，為常矢量上邊界，UUn0nUCCU0UU

24、ikzk22以上方程包含了一個隱含條件：求解域的電阻率是分塊均勻的。以上方程包含了一個隱含條件：求解域的電阻率是分塊均勻的。三維正演方法1積分方程法積分方程法2交錯網(wǎng)格有限差分法交錯網(wǎng)格有限差分法3矢量有限元法棱邊元）矢量有限元法棱邊元）如何理解反演？反演是指根據(jù)實測的數(shù)據(jù)來反推產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)反演是指根據(jù)實測的數(shù)據(jù)來反推產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)內(nèi)在信息的一種數(shù)學(xué)物理過程。的系統(tǒng)內(nèi)在信息的一種數(shù)學(xué)物理過程。反演的兩個基本條件：實測的數(shù)據(jù)和一個先驗反演的兩個基本條件：實測的數(shù)據(jù)和一個先驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)。模型系統(tǒng)。通常的最小二乘多項式擬合就可以看成是一個通常的最小二乘多項式擬合就可以看成是一個反演過程。參與擬合的

25、數(shù)據(jù)就是反演中實測的反演過程。參與擬合的數(shù)據(jù)就是反演中實測的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，“多項式多項式這種函數(shù)形式就是這種函數(shù)形式就是“先驗?zāi)Ｏ闰災(zāi)Ｐ拖到y(tǒng)型系統(tǒng)”。如何理解反演？對于大地電磁測深而言，對于大地電磁測深而言，“實測的數(shù)據(jù)實測的數(shù)據(jù)就是在地表實就是在地表實測的視電阻率、相位等數(shù)據(jù)；測的視電阻率、相位等數(shù)據(jù)；“先驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)先驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)是對地是對地球電導(dǎo)率模型的假設(shè)一維、二維還是三維？），以及球電導(dǎo)率模型的假設(shè)一維、二維還是三維？），以及在此假設(shè)基礎(chǔ)上的正演實現(xiàn)過程。更明確的說，這里的在此假設(shè)基礎(chǔ)上的正演實現(xiàn)過程。更明確的說，這里的“先驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)先驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)就是指的是就是指的是“一維正演一維正演過程、

26、過程、“二二維正演維正演過程或過程或“三維正演三維正演過程。過程。對于大地電磁測深而言，所謂待反演的對于大地電磁測深而言，所謂待反演的“系統(tǒng)內(nèi)在信息系統(tǒng)內(nèi)在信息指的就是電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。指的就是電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)。大地電磁測深反演就是根據(jù)地表實測的視電阻率、相位大地電磁測深反演就是根據(jù)地表實測的視電阻率、相位等數(shù)據(jù)來求取大地深部電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的過程，該電導(dǎo)率結(jié)等數(shù)據(jù)來求取大地深部電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的過程，該電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的正演響應(yīng)能極好地擬合視電阻率、相位等實測數(shù)據(jù)。構(gòu)的正演響應(yīng)能極好地擬合視電阻率、相位等實測數(shù)據(jù)。 ？正演正演反演反演二維正演計算的簡單實例10歐米250米100歐米5歐米1150米1 000米363840

27、4244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)TETE模式模式TMTM模式模式視電阻率分布視電阻率分布二維正演的簡單算例10歐米250米100歐米5歐米1150米1 000米TETE模式模式TMTM模式模式阻抗相位分布阻抗相位分布3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)3638404244464850Distance / km-202Lg(f / Hz)復(fù)雜模型的正演結(jié)果復(fù)雜模型的正演結(jié)果手工量板法手工量板法反演問題和反演方法的分類反演

28、問題主要分兩類：線性問題和非線性問題。大地電磁測反演問題主要分兩類：線性問題和非線性問題。大地電磁測深反演屬于非線性反演問題。深反演屬于非線性反演問題。反演方法也有線性反演和非線性反演之分。反演方法也有線性反演和非線性反演之分。線性反演方法是針對線性反演問題發(fā)展起來的，但也被廣泛線性反演方法是針對線性反演問題發(fā)展起來的，但也被廣泛應(yīng)用于解決非線性問題，這時稱為非線性問題的線化反演。應(yīng)用于解決非線性問題，這時稱為非線性問題的線化反演。在非線性問題的線化反演中，首先需要將非線性問題線性化，在非線性問題的線化反演中，首先需要將非線性問題線性化，這是這一技術(shù)的最為關(guān)鍵之處。這是這一技術(shù)的最為關(guān)鍵之處。

29、非線性反演方法是直接針對非線性反演問題的。其共同的基非線性反演方法是直接針對非線性反演問題的。其共同的基礎(chǔ)是采用一些啟發(fā)式搜索技巧來尋找合適的反演模型，如遺礎(chǔ)是采用一些啟發(fā)式搜索技巧來尋找合適的反演模型，如遺傳算法、模擬退火、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。傳算法、模擬退火、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。反演的非唯一性反演的非唯一性先驗約束條件先驗約束條件正則化反演方法介紹反演的非唯一性。由于實測數(shù)據(jù)的不充足或者正演本身的等反演的非唯一性。由于實測數(shù)據(jù)的不充足或者正演本身的等值性，一套觀測數(shù)據(jù)可能有多個模型都能擬合得很好，這就值性，一套觀測數(shù)據(jù)可能有多個模型都能擬合得很好，這就是反演的非唯一性。是反演的非唯一性。正則化反演就是在原

30、有的反演基本條件上再附加一個條件：正則化反演就是在原有的反演基本條件上再附加一個條件：先驗的模型約束條件，以此來減少反演結(jié)果的非唯一性。先驗的模型約束條件，以此來減少反演結(jié)果的非唯一性。構(gòu)建先驗的模型約束條件有多種方式，最常采用的是模型的構(gòu)建先驗的模型約束條件有多種方式，最常采用的是模型的某種光滑程度。這時，如果一套觀測數(shù)據(jù)有多個模型都能擬某種光滑程度。這時，如果一套觀測數(shù)據(jù)有多個模型都能擬合得很好，那么其中最光滑的那個模型作為反演的最后結(jié)果合得很好，那么其中最光滑的那個模型作為反演的最后結(jié)果模型。模型。正則化反演既可以是非線性反演也可以是線化反演。正則化反演既可以是非線性反演也可以是線化反演

31、。目前目前MT中絕大多數(shù)應(yīng)用廣泛的反演方法都屬于正則化反演方中絕大多數(shù)應(yīng)用廣泛的反演方法都屬于正則化反演方法，尤其是高維反演。法，尤其是高維反演。正則化反演的基本原理min)()()(21mmm21總目標(biāo)函數(shù)總目標(biāo)函數(shù)數(shù)據(jù)目標(biāo)函數(shù)數(shù)據(jù)目標(biāo)函數(shù) dddT1jidijdiiid0)var(1模型約束目標(biāo)函數(shù)：模型約束目標(biāo)函數(shù)： ssmd)(22mmT2ssmd)(22)()(2mmTssmd)(222)()(222mmT最簡單模型最簡單模型最平緩模型最平緩模型最光滑模型最光滑模型地球物理反演問題地球物理反演問題MT中常用的反演算法BOSTICK1d, 近似反演方法）近似反演方法）廣義逆方法廣義逆方

32、法1d）馬夸特法主要是一維，最簡單模型約束，正則化反演）馬夸特法主要是一維，最簡單模型約束，正則化反演）OCCAM反演方法反演方法1d, 2d，最平緩模型約束，正則化反演），最平緩模型約束，正則化反演）非線性共軛梯度法反演非線性共軛梯度法反演NLCG，2d, 最光滑模型約束，正最光滑模型約束，正則化反演）則化反演）快速松弛法反演快速松弛法反演RRI，2d, 最光滑模型約束，正則化反演）最光滑模型約束，正則化反演）減基減基OCCAM反演算法反演算法REBOCC，2d, 最平緩模型約束，正最平緩模型約束，正則化反演）則化反演）一維理論模型的反演對比一維理論模型的反演對比大地電磁觀測方式示意圖大地電

33、磁觀測方式示意圖ExHyEyHxHz7080年代，主要使用國產(chǎn)儀器；年代，主要使用國產(chǎn)儀器；90年代以來，年代以來，逐漸進口國外儀器，目前已全面被進口儀器所取逐漸進口國外儀器，目前已全面被進口儀器所取代。代。當(dāng)前主要儀器系統(tǒng)：當(dāng)前主要儀器系統(tǒng)：德國德國Metronix公司的公司的GMS-06、GMS-07等等加拿大鳳凰公司的加拿大鳳凰公司的V5-2000、V8等等GSM-06大地電磁儀大地電磁儀實際資料的處理時間序列處理部分。將時間域觀測的信號時間序列處理部分。將時間域觀測的信號轉(zhuǎn)換到頻率域，生成功率譜文件；轉(zhuǎn)換到頻率域，生成功率譜文件；以功率譜文件為基礎(chǔ)，計算阻抗張量、傾以功率譜文件為基礎(chǔ)，

34、計算阻抗張量、傾子矢量、視電阻率、相位、二維特征量等子矢量、視電阻率、相位、二維特征量等各種各種MTMT參數(shù)，進行畸變分析和校正等；參數(shù)，進行畸變分析和校正等；實際資料的反演解釋資料的定性解釋資料的定性解釋一維、二維反演一維、二維反演地質(zhì)解釋和結(jié)果成圖地質(zhì)解釋和結(jié)果成圖AMT/MT數(shù)據(jù)處理流程圖10100100010000100000lg ( Rho/ Ohm.m )xy yx 0.0010.1101000lg( T/Sec. )0306090Phase( Deg.)10100100010000100000 xy yx 0.0010.1101000lg( T/Sec. )03060901010

35、0100010000100000 xy yx 0.0010.1101000lg( T/Sec. )030609010100100010000100000 xy yx 0.0010.1101000lg( T/Sec. )030609010100100010000100000 xy yx 0.0010.1101000lg( T/Sec. )030609010100100010000100000lg ( Rho/ Ohm.m )xy yx 0.0010.1101000lg( T/Sec. )0306090Phase( Deg.)某地區(qū)實測的某地區(qū)實測的MTMT視電阻率和相位曲線視電阻率和相位曲線與地

36、下資源（石油、媒、金屬礦、地?zé)岬龋┟芮邢嚓P(guān)地殼深部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)深層原因與地下資源（石油、媒、金屬礦、地?zé)岬龋┟芮邢嚓P(guān)與地震現(xiàn)象與地震現(xiàn)象密切相關(guān)密切相關(guān)巖石的電導(dǎo)率及其與地震和地下資源的關(guān)系影響巖石導(dǎo)電性的因素巖石結(jié)構(gòu)物質(zhì)組成含水量溫 度壓 強無物理理化學(xué)變化物理化學(xué)變化孔隙度越大，連通性越好，導(dǎo)電性越好含水量越大，導(dǎo)電性越好溫度越高，導(dǎo)電性越好流體靜壓力越高，導(dǎo)電性越差礦物成分不同，導(dǎo)電性不同熱脫水反應(yīng)高溫熔融 使巖石的導(dǎo)電性迅速增加部分熔融變可極大地增加巖石的導(dǎo)電性地震地震引起的視電阻率幅度的變化地震引起的視電阻率幅度的變化五大連池火山區(qū)電性結(jié)構(gòu)五大連池火山區(qū)電性結(jié)構(gòu)的三維成象圖的三維成象

37、圖長白山火山區(qū)長白山火山區(qū)NE測線的測線的二維反演結(jié)果二維反演結(jié)果0510152025303540DISTANCE ( KM )-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50DEPTH ( KM )1.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.4log (Ohm.m)w06w05a wq3 w04w03aw02w01an01ne1 e01 ne2 e02ne3ne4ne5ne6ne7圖圖 1 16 6. . N N E E 剖剖 面面 二二 維維 反反 演演 電電 性性 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)天 池長白山火山區(qū)電性結(jié)構(gòu)長白山火山區(qū)電性結(jié)構(gòu)的三維成象圖

38、的三維成象圖青藏高原東北緣的大地電磁探測3-13-2 3-33-4 3-53-63-7 3-7j3-83-9012345Distance/km-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10Depth/km 1-11-21-31-41-501234Distance/km-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10Depth/km昌 井2 2-12-22-32-4 2-52-72-82-92-102-112-122-132-140123456789101112Distance/km-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10Depth/km昌 井4昌 井9大綏河4-14-24-34-44-5 4-64-74-84-94-104-114-124-130123456789Distance/km-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10Depth/kmJw井Lg(Res/