研究生院大地电磁测深原理及应用.ppt

二维情况下大地电磁曲线极化模式划分TE模式（Ex，Hy，Hz）TM模式（Hx，Ey，Ez）TE模式：TM模式：在二维情况下，根据麦克斯韦方程，电磁场可以解耦成两组独立的场:TE极化模式(Ex,Hy,Hz)、TM极化模式(Hx,Ey,Ez)。因此，二维大地电磁问题转化为求解两种极化模式下的标量微分方程的边值问题。0102二维正演：边值问题二维正演计算的简单实例TE模式TM模式视电阻率分布二维正演的简单算例TE模式01TM模式02阻抗相位分布03复杂模型的正演结果在三维情况下，电磁场不能解耦成两组独立的场，这时必须直接求解矢量波方程。以上方程包含了一个隐含条件：求解域的电阻率是分块均匀的。0102三维正演：边值问题2、反演问题反演是指根据实测的数据来反推产生这些数据的系统内在信息的一种数学物理过程。反演的两个基本条件：实测的数据和一个先验模型系统。通常的最小二乘多项式拟合就可以看成是一个反演过程。参与拟合的数据就是反演中实测的数据，“多项式”这种函数形式就是“先验模型系统”。如何理解反演？二维正演计算的简单实例TE模式TM模式视电阻率分布二维正演的简单算例TE模式TM模式阻抗相位分布复杂模型的正演结果对于大地电磁测深而言，“实测的数据”就是在地表实测的视电阻率、相位等数据；“先验模型系统”是对地球电导率模型的假设（一维、二维还是三维？），以及在此假设基础上的正演实现过程。更明确的说，这里的“先验模型系统”就是指的是“一维正演”过程、“二维正演”过程或“三维正演”过程。对于大地电磁测深而言，所谓待反演的“系统内在信息”指的就是电导率结构。因此，大地电磁测深反演就是根据地表实测的视电阻率、相位等数据来求取大地深部电导率结构的过程，该电导率结构的正演响应能极好地拟合视电阻率、相位等实测数据。如何理解反演？反演问题主要分两类：线性问题和非线性问题。大地电磁测深反演属于非线性反演问题。反演方法也有线性反演和非线性反演之分。线性反演方法是针对线性反演问题发展起来的，但也被广泛应用于解决非线性问题，这时称为非线性问题的线化反演。在非线性问题的线化反演中，首先需要将非线性问题线性化，这是这一技术的最为关键之处。非线性反演方法是直接针对非线性反演问题的。其共同的基础是采用一些启发式搜索技巧来寻找合适的反演模型，如遗传算法、模拟退火、神经网络等。反演问题和反演方法的分类反演的非唯一性。由于实测数据的不充足或者正演本身的等值性，一套观测数据可能有多个模型都能拟合得很好，这就是反演的非唯一性。正则化反演就是在原有的反演基本条件上再附加一个条件：先验的模型约束条件，以此来减少反演结果的非唯一性。构建先验的模型约束条件有多种方式，最常采用的是模型的某种光滑程度。这时，如果一套观测数据有多个模型都能拟合得很好，那么其中最光滑的那个模型作为反演的最后结果模型。正则化反演既可以是非线性反演也可以是线化反演。目前MT中绝大多数应用广泛的反演方法都属于正则化反演方法，尤其是高维反演。正则化反演方法介绍正则化反演的基本原理总目标函数数据目标函数模型约束目标函数：最简单模型最平缓模型最光滑模型地球物理反演问题BOSTICK（1d,近似反演方法）1广义逆方法（1d）2马夸特法（主要是一维，最简单模型约束，正则化反演）3OCCAM反演方法（1d,2d，最平缓模型约束，正则化反演）4非线性共轭梯度法反演（NLCG，2d,最光滑模型约束，正则化反演）5快速松弛法反演（RRI，2d,最光滑模型约束，正则化反演）6减基OCCAM反演算法（REBOCC，2d,最平缓模型约束，正则化反演）7MT中常用的反演算法一维理论模型的反演对比3、实际资料的采集和处理大地电磁观测方式示意图01Ex02Hy03Ey04Hx05Hz0670～80年代，主要使用国产仪器；90年代以来，逐渐进口国外仪器，目前已全面被进口仪器所取代。01当前主要仪器系统：02加拿大凤凰公司的V5-2000、V8等03德国Metronix公司的GMS-06、GMS-07等04美国的EM－24（？？）等05主要仪器观测系统实际资料的处理和反演解释资料处理：时间序列处理部分。将时间域观测的信号转换到频率域，生成功率谱文件；以功率谱文件为基础，计算阻抗张量、倾子矢量、视电阻率、相位、二维特征量等各种MT参数，进行畸变分析和校正等；反演解释资料的定性解释一维、二维反演地质解释和结果成图AMT/MT数据处理流程图某地区实测的MT视电阻率和相位曲线大地电磁测深的应用岩石的电导率