研究生院-大地电磁测深原理及应用.ppt

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1、大地电磁测深原理及大地电磁测深原理及应用介绍应用介绍陈小斌陈小斌陈小斌陈小斌2009200920092009年年年年12121212月月月月23232323日日日日主要内容主要内容n n一、大地电磁测深的简单介绍一、大地电磁测深的简单介绍n n二、二、大地电磁测深的基本原理大地电磁测深的基本原理n n三、三、大地电磁测深的应用情况大地电磁测深的应用情况n n四、当前存在的问题和主要研究热点四、当前存在的问题和主要研究热点大地电磁测深的简单介绍大地电磁测深的简单介绍n n大地电磁测深法（大地电磁测深法（大地电磁测深法（大地电磁测深法（MagnetotelluricMagnetotelluric,

2、MTMT）是以天然电）是以天然电）是以天然电）是以天然电磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要的磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要的磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要的磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要的地球物理手段。地球物理手段。地球物理手段。地球物理手段。其其其其基本原理是：依据不同频率的电基本原理是：依据不同频率的电基本原理是：依据不同频率的电基本原理是：依据不同频率的电磁波在导电煤质中具有不同趋肤深度的原理，在地磁波在导电煤质中具有不同趋肤深度的原理，在地磁波在导电煤质中具有不同趋肤深度的原理，在地磁波在导电煤质中具有不同趋肤深度的原理，在地表测量由高频至低

3、频的地球电磁响应序列，经过相表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相关的资料处理来获得大地由浅至深的电性结构。关的资料处理来获得大地由浅至深的电性结构。关的资料处理来获得大地由浅至深的电性结构。关的资料处理来获得大地由浅至深的电性结构。n n研究对象：地球内部的电性结构（研究对象：地球内部的电性结构（研究对象：地球内部的电性结构（研究对象：地球内部的电性结构（电导率结构）电导率结构）电导率结构）电导率结构）n n物理原理：宏观电磁理论（物理原理：宏观电磁理论（物理原理：宏观电磁理论（物理原理：宏观电磁理

4、论（有耗媒质中的低频电磁有耗媒质中的低频电磁有耗媒质中的低频电磁有耗媒质中的低频电磁波理论）波理论）波理论）波理论）大地电磁测深的发展情况大地电磁测深的发展情况n n吉洪诺夫（苏联，吉洪诺夫（苏联，吉洪诺夫（苏联，吉洪诺夫（苏联，1950195019501950），卡尼尔（法国人，），卡尼尔（法国人，），卡尼尔（法国人，），卡尼尔（法国人，1953195319531953）n n从仪器采集系统和资料处理和管理方式，可将从仪器采集系统和资料处理和管理方式，可将从仪器采集系统和资料处理和管理方式，可将从仪器采集系统和资料处理和管理方式，可将MTMTMTMT分为分为分为分为三个发展阶段：三个发展阶段

5、：三个发展阶段：三个发展阶段：n n手工量板阶段手工量板阶段手工量板阶段手工量板阶段：五六十年代，起步阶段。模拟信号、标量阻抗：五六十年代，起步阶段。模拟信号、标量阻抗：五六十年代，起步阶段。模拟信号、标量阻抗：五六十年代，起步阶段。模拟信号、标量阻抗 、手工对量、手工对量、手工对量、手工对量板法板法板法板法 ；n n数字化阶段数字化阶段数字化阶段数字化阶段：7070今天。数字信号，张量阻抗，计算机自动正反演技术；新今天。数字信号，张量阻抗，计算机自动正反演技术；新今天。数字信号，张量阻抗，计算机自动正反演技术；新今天。数字信号，张量阻抗，计算机自动正反演技术；新的观测方式：远参考道、的观测方

6、式：远参考道、的观测方式：远参考道、的观测方式：远参考道、EMAPEMAP等；新的资料处理方式：等；新的资料处理方式：等；新的资料处理方式：等；新的资料处理方式：RobustRobust方法、张量方法、张量方法、张量方法、张量分解方法等；分解方法等；分解方法等；分解方法等；n n可视化阶段可视化阶段可视化阶段可视化阶段：正在兴起。国外：正在兴起。国外：正在兴起。国外：正在兴起。国外：GeotoolsGeotools、WinGLinkWinGLink；国内有多家，但未；国内有多家，但未；国内有多家，但未；国内有多家，但未能形成规模化推广。能形成规模化推广。能形成规模化推广。能形成规模化推广。n

7、n从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：从理论研究对象的复杂性程度，也可分为三个发展阶段：一维一维一维一维，五十年，五十年，五十年，五十年代八十年代；代八十年代；代八十年代；代八十年代；二维二维二维二维，九十年代今天；，九十年代今天；，九十年代今天；，九十年代今天；三维三维三维三维，正在兴起，正在兴起，正在兴起，正在兴起大地电磁测深的优缺点大地电磁测深的优缺点n n优点优点n n不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强；不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强；不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强

8、；不受高阻层屏蔽、对高导层分辨能力强；n n横向分辨能力较强；横向分辨能力较强；横向分辨能力较强；横向分辨能力较强；n n资料处理与解释技术成熟；资料处理与解释技术成熟；资料处理与解释技术成熟；资料处理与解释技术成熟；n n勘探深度大、勘探费用低、施工方便；勘探深度大、勘探费用低、施工方便；勘探深度大、勘探费用低、施工方便；勘探深度大、勘探费用低、施工方便；n n缺点缺点缺点缺点n n体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方体积效应，反演的非唯一性较强（跟地震方法相比）法相比）法相比）法相比）n n纵向分辨能力随着深度的

9、增加而迅速减弱纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱纵向分辨能力随着深度的增加而迅速减弱 大地电磁测深的理论基础大地电磁测深的理论基础1、正演问题2、反演问题3、实际资料的采集和处理n n大地电磁测深法（大地电磁测深法（MT）是以）是以天然电磁场天然电磁场为场为场源来研究地球内部源来研究地球内部电性结构电性结构的一种重要的地的一种重要的地球物理手段。球物理手段。其其基本原理是：依据不同基本原理是：依据不同频率频率的电磁波在导体中具有不同的电磁波在导体中具有不同趋肤深度趋肤深度的原理，的原理，在地表测量由在地表测量由高频至低频高频至低频的地球电磁响应序的地球电磁

10、响应序列，经过相关的数据处理和分析来获得大地列，经过相关的数据处理和分析来获得大地由浅至深由浅至深的电性结构。的电性结构。10电电磁磁法法探探测测地地下下结结构构的的原原理理示示意意图图EMEM波在地面垂直入射到地球内部，波在地面垂直入射到地球内部，在地球表面测量由地下介质感应在地球表面测量由地下介质感应生成的电场和磁场各分量，分析生成的电场和磁场各分量，分析和研究可得到地下介质的信息。和研究可得到地下介质的信息。WEM信号信号目标目标地面电磁场观测方式地面电磁场观测方式(Ey)(Hy)(Hx)(Hz)(Ex)在每个在每个测测点点,记录记录3分量磁分量磁场场 Hx,Hy,Hz 和和2电场电场E

11、x,Ey，得到反，得到反应应地下信息的地下信息的电电磁磁传输传输函数，函数，对对其反演得到地下介其反演得到地下介质质的的电电导导率率结结构信息。构信息。为什么能够测深？为什么能够测深？感性认识感性认识为什么能够测深？为什么能够测深？感性认识感性认识为什么能够测深？为什么能够测深？感性认识感性认识1 1、正演问题、正演问题正演指的是什么？正演指的是什么？n n正演指的是对于一个给定的模型，在一定激发源正演指的是对于一个给定的模型，在一定激发源正演指的是对于一个给定的模型，在一定激发源正演指的是对于一个给定的模型，在一定激发源的作用下，根据一定的物理原理求其响应的过程；的作用下，根据一定的物理原理

12、求其响应的过程；的作用下，根据一定的物理原理求其响应的过程；的作用下，根据一定的物理原理求其响应的过程；n n在地球物理中，正演一般对应于求解一数理模型在地球物理中，正演一般对应于求解一数理模型在地球物理中，正演一般对应于求解一数理模型在地球物理中，正演一般对应于求解一数理模型的边值或初值问题；的边值或初值问题；的边值或初值问题；的边值或初值问题；n n在大地电磁测深中，正演问题是，假设大地的电在大地电磁测深中，正演问题是，假设大地的电在大地电磁测深中，正演问题是，假设大地的电在大地电磁测深中，正演问题是，假设大地的电性结构已知，当均匀平面电磁波垂直入射到大地性结构已知，当均匀平面电磁波垂直入

13、射到大地性结构已知，当均匀平面电磁波垂直入射到大地性结构已知，当均匀平面电磁波垂直入射到大地表面时，求在地表产生的电磁响应。表面时，求在地表产生的电磁响应。表面时，求在地表产生的电磁响应。表面时，求在地表产生的电磁响应。大地电磁测深正演大地电磁测深正演关于场源关于场源n nMTMT中假设场源可视为自高空中假设场源可视为自高空中假设场源可视为自高空中假设场源可视为自高空垂直入射垂直入射垂直入射垂直入射到地表的到地表的到地表的到地表的均均均均匀平面匀平面匀平面匀平面电磁波。电磁波。电磁波。电磁波。n n地球空间的电磁场主要由两部分组成：相对稳定的地球空间的电磁场主要由两部分组成：相对稳定的地球空间

14、的电磁场主要由两部分组成：相对稳定的地球空间的电磁场主要由两部分组成：相对稳定的地球基本磁场和变化的外来感应电磁场。地球基本磁场和变化的外来感应电磁场。地球基本磁场和变化的外来感应电磁场。地球基本磁场和变化的外来感应电磁场。n nMTMT中利用的是地球电磁场中变化的部分，即外来中利用的是地球电磁场中变化的部分，即外来中利用的是地球电磁场中变化的部分，即外来中利用的是地球电磁场中变化的部分，即外来的感应电磁场。的感应电磁场。的感应电磁场。的感应电磁场。n n外来的感应电磁场场源：电离层的运动、太阳风、外来的感应电磁场场源：电离层的运动、太阳风、外来的感应电磁场场源：电离层的运动、太阳风、外来的感

15、应电磁场场源：电离层的运动、太阳风、雷电、工业用电等。雷电、工业用电等。雷电、工业用电等。雷电、工业用电等。n nMTMT中有效的场源：电离层电流的定向流动或中有效的场源：电离层电流的定向流动或中有效的场源：电离层电流的定向流动或中有效的场源：电离层电流的定向流动或小规小规小规小规模模模模的扰动、太阳风、的扰动、太阳风、的扰动、太阳风、的扰动、太阳风、远距离远距离远距离远距离的雷电和工业用电等。的雷电和工业用电等。的雷电和工业用电等。的雷电和工业用电等。频率域电磁场方程频率域电磁场方程n n取时谐因子为取时谐因子为取时谐因子为取时谐因子为 ，即场可以表示为：，即场可以表示为：，即场可以表示为：

16、，即场可以表示为：n n对于某一个频率对于某一个频率对于某一个频率对于某一个频率，麦克斯韦方程为：，麦克斯韦方程为：，麦克斯韦方程为：，麦克斯韦方程为：n n由此可得两个由此可得两个由此可得两个由此可得两个矢量波方程矢量波方程矢量波方程矢量波方程n n其通解为其通解为其通解为其通解为关于研究对象：地球的电性结构关于研究对象：地球的电性结构n n一般情况下，磁导率和介电常数取为真空中值，一般情况下，磁导率和介电常数取为真空中值，一般情况下，磁导率和介电常数取为真空中值，一般情况下，磁导率和介电常数取为真空中值，即：即：即：即：n n因此，大地电磁测深的探测对象为地球的电导率因此，大地电磁测深的探

17、测对象为地球的电导率因此，大地电磁测深的探测对象为地球的电导率因此，大地电磁测深的探测对象为地球的电导率结构。结构。结构。结构。n n由简单到复杂，地球的电导率结构可以由简单到复杂，地球的电导率结构可以由简单到复杂，地球的电导率结构可以由简单到复杂，地球的电导率结构可以视为视为视为视为一维一维一维一维结构、二维结构和三维结构，对应的理论研究也结构、二维结构和三维结构，对应的理论研究也结构、二维结构和三维结构，对应的理论研究也结构、二维结构和三维结构，对应的理论研究也有一维问题、二维问题和三维问题。有一维问题、二维问题和三维问题。有一维问题、二维问题和三维问题。有一维问题、二维问题和三维问题。一

18、维正演：均匀半空间问题均匀半空间问题大地空气假设场源的是沿着假设场源的是沿着x x方向极化的电性源（方向极化的电性源（TE模式），由于地模式），由于地质模型不存在横向的变化，因此，感应的二次场只存在质模型不存在横向的变化，因此，感应的二次场只存在Hy和和Ex分量，即总的电磁场可表示为：分量，即总的电磁场可表示为：此时矢量波动方程退化为：此时矢量波动方程退化为：其解为其解为：则阻抗为则阻抗为：同理可得同理可得TM模模式下的阻抗为：式下的阻抗为：一维正演：关于场源的垂直入射关于场源的垂直入射当平面电磁波在空气中的传播方向与地面法线方向成当平面电磁波在空气中的传播方向与地面法线方向成角时，角时，因为

19、空气中电导率为零，故有：因为空气中电导率为零，故有：在地表，电磁场的切向分量连续，故要求：在地表，电磁场的切向分量连续，故要求：因为地球内部，传导电流远大于位移电流因为地球内部，传导电流远大于位移电流，从而：，从而：故均匀平面电磁波不管以什么角度自空中入射到地面，其阻故均匀平面电磁波不管以什么角度自空中入射到地面，其阻抗均为：抗均为：视电阻率和阻抗相位的定义视电阻率和阻抗相位的定义在均匀半空间下，我们已经得到：在均匀半空间下，我们已经得到：可以求得电阻率为：可以求得电阻率为：在一般情况下，以上两式并不能获得真正的电阻率，这时求在一般情况下，以上两式并不能获得真正的电阻率，这时求得的量称为得的量

20、称为视电阻率，视电阻率，并把阻抗的并把阻抗的幅角称为幅角称为阻抗相位阻抗相位阻抗相位阻抗相位一维正演：层状介质模型层状介质模型源源 信信 号号阻抗的递推公式阻抗的递推公式 视电阻率和相位视电阻率和相位 四种典型的三层模型曲线：四种典型的三层模型曲线：K、HK形曲线形曲线H形曲线形曲线四种典型的三层模型曲线：四种典型的三层模型曲线：A、QA形曲线形曲线Q形曲线形曲线一维正演：连续介质模型连续介质模型源源 信信 号号一维正演：连续介质模型连续介质模型源源 信信 号号阻抗定义的推广：张量阻抗和倾子阻抗定义的推广：张量阻抗和倾子矢量矢量在一维情况下：在一维情况下：在一般情况下，磁场在一般情况下，磁场H

21、yHy不仅与不仅与ExEx而且可能同而且可能同EyEy也有关，对于也有关，对于磁场磁场HxHx也一样。这时，电场与磁场的关系用下式表示：也一样。这时，电场与磁场的关系用下式表示：阻抗张量阻抗张量此外，关于垂直磁场有定义：此外，关于垂直磁场有定义：倾子矢量倾子矢量二维和三维模型问题二维和三维模型问题源 信 号源 信 号TE模式模式（Ex，Hy，Hz）TM模式模式（Hx，Ey，Ez）二维情况下大地电磁曲线极化模式划分二维情况下大地电磁曲线极化模式划分二维正演：边值问题二维正演：边值问题在二维情况下，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

22、立的场:TE极化模式极化模式(Ex,Hy,Hz)、TM极化模式极化模式(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。分方程的边值问题。TM模式：模式：TE模式：模式：二维正演计算的简单实例二维正演计算的简单实例T TE E模模式式T TM M模模式式视电阻率分布视电阻率分布二维正演的简单算例二维正演的简单算例T TE E模模式式T TM M模模式式阻抗相位分布阻抗相位分布复复杂杂模模型型的的正正演演结结果果三维正演：边值问题三维正演：边值问题在三维情况下，电磁场不能解耦成两组独立的场在三维情况

23、下，电磁场不能解耦成两组独立的场，这时必须直这时必须直接求解矢量波方程。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。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。2 2、反演问题、反演问题如何理解反演？如何理解反演？n n反演是指根据反演是指根据实测的数据实测的数据来来反推反推产生这些数产生这些数据的据的系统内在信息系统内在信息的一种数学物理过程。的一种数学物理过程。n n反演的两个基本条件：反演的两个基本条件：实测的数据实测的数据和一个和一个先先验模型系统验模型系统。n n通常的最小二乘多项式拟合就可以看成是一通常的最小二乘多项式拟合就可以看成是一个反

24、演过程。参与拟合的数据就是反演中实个反演过程。参与拟合的数据就是反演中实测的数据，测的数据，“多项式多项式”这种函数形式就是这种函数形式就是“先验模型系统先验模型系统”。二维正演计算的简单实例二维正演计算的简单实例T TE E模模式式T TM M模模式式视电阻率分布视电阻率分布二维正演的简单算例二维正演的简单算例T TE E模模式式T TM M模模式式阻抗相位分布阻抗相位分布复复杂杂模模型型的的正正演演结结果果如何理解反演？如何理解反演？n n对于大地电磁测深而言，对于大地电磁测深而言，对于大地电磁测深而言，对于大地电磁测深而言，“实测的数据实测的数据实测的数据实测的数据”就是在地表实测就是在

25、地表实测就是在地表实测就是在地表实测的视电阻率、相位等数据；的视电阻率、相位等数据；的视电阻率、相位等数据；的视电阻率、相位等数据；“先验模型系统先验模型系统先验模型系统先验模型系统”是对地球电是对地球电是对地球电是对地球电导率模型的假设（一维、二维还是三维？），以及在此假导率模型的假设（一维、二维还是三维？），以及在此假导率模型的假设（一维、二维还是三维？），以及在此假导率模型的假设（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，这里的设基础上的正演实现过程。更明确的说，这里的设基础上的正演实现过程。更明确的说，这里的设基础上的正演实现过程。更明确的说，这里的“先验模

26、先验模先验模先验模型系统型系统型系统型系统”就是指的是就是指的是就是指的是就是指的是“一维正演一维正演一维正演一维正演”过程、过程、过程、过程、“二维正演二维正演二维正演二维正演”过过过过程或程或程或程或“三维正演三维正演三维正演三维正演”过程。过程。过程。过程。n n对于大地电磁测深而言，所谓待反演的对于大地电磁测深而言，所谓待反演的对于大地电磁测深而言，所谓待反演的对于大地电磁测深而言，所谓待反演的“系统内在信息系统内在信息系统内在信息系统内在信息”指的就是电导率结构。指的就是电导率结构。指的就是电导率结构。指的就是电导率结构。n n因此，大地电磁测深反演就是根据地表实测的视电阻率、因此，

27、大地电磁测深反演就是根据地表实测的视电阻率、因此，大地电磁测深反演就是根据地表实测的视电阻率、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，该电导率相位等数据来求取大地深部电导率结构的过程，该电导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。结构的正演响应能极好地拟合视电阻率、相位等实测数据。结构的正演响应能极好地拟合视电阻率、相位等实测数据。结构的正演响应能极好地拟合视电阻率、相位等实测数据。反演问题和反演方法的分类反演问题和反演方法的分类

28、n n反演问题主要分两类：线性问题和非线性问题。反演问题主要分两类：线性问题和非线性问题。反演问题主要分两类：线性问题和非线性问题。反演问题主要分两类：线性问题和非线性问题。大地电磁大地电磁大地电磁大地电磁测深反演属于非线性反演问题。测深反演属于非线性反演问题。测深反演属于非线性反演问题。测深反演属于非线性反演问题。n n反演方法也有线性反演和非线性反演之分。反演方法也有线性反演和非线性反演之分。反演方法也有线性反演和非线性反演之分。反演方法也有线性反演和非线性反演之分。n n线性反演方法是针对线性反演问题发展起来的，但也被广线性反演方法是针对线性反演问题发展起来的，但也被广线性反演方法是针对

29、线性反演问题发展起来的，但也被广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泛应用于解决非线性问题，这时称为非线性问题的泛应用于解决非线性问题，这时称为非线性问题的泛应用于解决非线性问题，这时称为非线性问题的线化反线化反线化反线化反演演演演。在非线性问题的线化反演中，首先需要将。在非线性问题的线化反演中，首先需要将。在非线性问题的线化反演中，首先需要将。在非线性问题的线化反演中，首先需要将非线性问题非线性问题非线性问题非线性问题线性化线性化线性化线性化，这是这一技术的最为关键之处。，这是这一技术的最为关键之处。，这是这一技术的最为关键之处。，这

30、是这一技术的最为关键之处。n n非线性反演方法是直接针对非线性反演问题的。其共同的非线性反演方法是直接针对非线性反演问题的。其共同的非线性反演方法是直接针对非线性反演问题的。其共同的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，基础是采用一些启发式搜索技巧来寻找合适的反演模型，基础是采用一些启发式搜索技巧来寻找合适的反演模型，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。如遗传算法、模拟退火、神经网络等。如遗传算法、模拟退火、神经网络等。如遗传算法、模拟退火、神经网络等。正则化反演方法介绍正则化反演方法

31、介绍n n反演的非唯一性反演的非唯一性反演的非唯一性反演的非唯一性。由于实测数据的不充足或者正演本身的等值。由于实测数据的不充足或者正演本身的等值。由于实测数据的不充足或者正演本身的等值。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。演的非唯一性。演的非唯一性。演的非唯一性。n n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：先正则化反演就是在原有的反演基本条件上再附加

32、一个条件：先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。验的模型约束条件，以此来减少反演结果的非唯一性。验的模型约束条件，以此来减少反演结果的非唯一性。验的模型约束条件，以此来减少反演结果的非唯一性。n n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种光滑程度。

33、这时，如果一套观测数据有多个模型都能拟合得种光滑程度。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。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。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。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。n n正则化反演既可以是非线性反演也可以是线化反演。正则化反演既可以是非线性反演也可以是线化反演。正则化反演既可以是非线性反演也可以是线化反演。正则化反演既可以是非线性反演也可以是线化反演。n n目前目前目前目前MTMT中绝大多数应用

34、广泛的反演方法都属于正则化反演方中绝大多数应用广泛的反演方法都属于正则化反演方中绝大多数应用广泛的反演方法都属于正则化反演方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。法，尤其是高维反演。法，尤其是高维反演。法，尤其是高维反演。正则化反演的基本原理正则化反演的基本原理总目标函数总目标函数数据目标函数数据目标函数 模型约束目标函数：模型约束目标函数：最简单模型最简单模型最平缓模型最平缓模型最光滑模型最光滑模型地球物理反演问题地球物理反演问题MT中常用的反演算法中常用的反演算法n nBOSTICKBOSTICK（1d,1d,近似反演方法）近似反演方法）近似反演方法）近似反演方

35、法）n n广义逆方法（广义逆方法（广义逆方法（广义逆方法（1d1d）n n马夸特法（主要是一维，最简单模型约束，正则化反演）马夸特法（主要是一维，最简单模型约束，正则化反演）马夸特法（主要是一维，最简单模型约束，正则化反演）马夸特法（主要是一维，最简单模型约束，正则化反演）n nOCCAMOCCAM反演方法（反演方法（反演方法（反演方法（1d,2d1d,2d，最平缓模型约束，正则化反演），最平缓模型约束，正则化反演），最平缓模型约束，正则化反演），最平缓模型约束，正则化反演）n n非线性共轭梯度法反演（非线性共轭梯度法反演（非线性共轭梯度法反演（非线性共轭梯度法反演（NLCGNLCG，2d,2

36、d,最光滑模型约束，最光滑模型约束，最光滑模型约束，最光滑模型约束，正则化正则化正则化正则化反演）反演）反演）反演）n n快速松弛法反演（快速松弛法反演（快速松弛法反演（快速松弛法反演（RRIRRI，2d,2d,最光滑模型约束，最光滑模型约束，最光滑模型约束，最光滑模型约束，正则化反演）正则化反演）正则化反演）正则化反演）n n减基减基减基减基OCCAMOCCAM反演算法（反演算法（反演算法（反演算法（REBOCCREBOCC，2d,2d,最平缓模型约束，正则最平缓模型约束，正则最平缓模型约束，正则最平缓模型约束，正则化反演）化反演）化反演）化反演）一维理论模型的反演对比一维理论模型的反演对比

37、3 3、实际资料的采集和处理、实际资料的采集和处理大地电磁观测方式示意图大地电磁观测方式示意图ExHyEyHxHz主要仪器观测系统主要仪器观测系统n n7070707080808080年代，主要年代，主要年代，主要年代，主要使用使用使用使用国产仪器；国产仪器；国产仪器；国产仪器；90909090年代以来，逐年代以来，逐年代以来，逐年代以来，逐渐进口国外仪器，目前已全面被进口仪器所取代。渐进口国外仪器，目前已全面被进口仪器所取代。渐进口国外仪器，目前已全面被进口仪器所取代。渐进口国外仪器，目前已全面被进口仪器所取代。n n当前主要仪器系统：当前主要仪器系统：当前主要仪器系统：当前主要仪器系统：n

38、 n加拿大凤凰公司的加拿大凤凰公司的加拿大凤凰公司的加拿大凤凰公司的V5-2000V5-2000V5-2000V5-2000、V8V8V8V8等等等等n n德国德国德国德国MetronixMetronixMetronixMetronix公司的公司的公司的公司的GMS-06GMS-06GMS-06GMS-06、GMS-07GMS-07GMS-07GMS-07等等等等n n美国的美国的美国的美国的EMEMEMEM24242424（？）等）等）等）等实际资料的处理和反演解释实际资料的处理和反演解释n n资料处理：资料处理：资料处理：资料处理：n n时间序列处理部分。将时间域观测的信号转换到频率时间序

39、列处理部分。将时间域观测的信号转换到频率时间序列处理部分。将时间域观测的信号转换到频率时间序列处理部分。将时间域观测的信号转换到频率域，生成功率谱文件；域，生成功率谱文件；域，生成功率谱文件；域，生成功率谱文件；n n以功率谱文件为基础，计算阻抗张量、倾子矢量、视以功率谱文件为基础，计算阻抗张量、倾子矢量、视以功率谱文件为基础，计算阻抗张量、倾子矢量、视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、二维特征量等各种电阻率、相位、二维特征量等各种电阻率、相位、二维特征量等各种电阻率、相位、二维特征量等各种MTMT参数，进行畸变参数，进行畸变参数，进行畸变参数，进行畸变分析和校正等；

40、分析和校正等；分析和校正等；分析和校正等；n n反演解释反演解释反演解释反演解释n n资料的定性解释资料的定性解释资料的定性解释资料的定性解释n n一维、二维反演一维、二维反演一维、二维反演一维、二维反演n n地质解释和地质解释和地质解释和地质解释和结果成图结果成图结果成图结果成图AMT/MT数据处数据处理流程图理流程图某地区实测的某地区实测的MTMT视电阻率和相位曲线视电阻率和相位曲线大地电磁测深的应用大地电磁测深的应用与地下资源（石油、媒、金属矿、地热等）密切相关地壳深部结构密切相关深层原因与地下资源（石油、媒、金属矿、地热等）密切相关与地震现象与地震现象密切相关密切相关岩石的电导率及其与

41、地震和地下资源的关系影响岩石导电性的因素岩石结构物质组成含水量温 度压 强无物理理化学变化物理化学变化孔隙度越大，连通性越好，导电性越好含水量越大，导电性越好温度越高，导电性越好流体静压力越高，导电性越差矿物成分不同，导电性不同热脱水反应高温熔融 使岩石的导电性迅速增加部分熔融变可极大地增加岩石的导电性地震地地震震引引起起的的视视电电阻阻率率幅幅度度的的变变化化五五大大连连池池火火山山区区电电性性结结构构的的三三维维成成象象图图长长白白山山火火山山区区NE测测线线的的二二维维反反演演结结果果长长白白山山火火山山区区电电性性结结构构的的三三维维成成象象图图青藏高原东北缘的大地电磁探测青藏高原东北

42、缘的大地电磁探测吉吉林林地地热热田田探探测测的的二二维维反反演演结结果果 Lg(Res/m)存在的问题和我的一些研究存在的问题和我的一些研究存在的一些问题及初步的研究存在的一些问题及初步的研究n n高速度高精度的三维正反演问题高速度高精度的三维正反演问题n n畸变问题畸变问题和静位移问题和静位移问题n n二维反演中极化模式选取的问题二维反演中极化模式选取的问题n n地形影响问题地形影响问题n n反演结果的有效深度问题反演结果的有效深度问题n n反演结果的非唯一性问题反演结果的非唯一性问题n n可视化集成系统的开发可视化集成系统的开发n n应用问题：怎么与大陆动力学直接结应用问题：怎么与大陆动力

43、学直接结合起来？合起来？野外实际地电结构一般是三维的！野外实际地电结构一般是三维的！实测数据二维反演结果实测数据二维反演结果二维反演中数据极化模式的选择二维反演中数据极化模式的选择(蔡军涛，陈小斌，赵国泽，未发表）蔡军涛，陈小斌，赵国泽，未发表）异常体沿走向异常体沿走向X的延伸是变化的，分别取的延伸是变化的，分别取4、6、8、10、20、40km二二维维反反演演结结果果的的比比较较2.2.地形的影响地形的影响（未发表）（未发表）纯地形模型纯地形模型反演网格对地形的拟合反演网格对地形的拟合T TE E和和T TM M的的互互换换反演结果的有效深度反演结果的有效深度 复杂模型趋肤深度的计算复杂模型

44、趋肤深度的计算（未发表）（未发表）反演结果的有效深度：剖面长度的影响反演结果的有效深度：剖面长度的影响（杨静、陈小斌、赵国泽，中国地球物理年刊，（杨静、陈小斌、赵国泽，中国地球物理年刊，20092009）反反演演结结果果的的非非唯唯一一性性分分析析可视化集成系统的开发可视化集成系统的开发可视化集成系统的开发可视化集成系统的开发汶川地震初步的动力学模型汶川地震初步的动力学模型前前山山断断裂裂中中央央断断裂裂后后山山断断裂裂岷岷江江断断裂裂龙龙日日坝坝断断裂裂谢谢大家！谢谢大家！横电波横磁波：场的极化模式横电波横磁波：场的极化模式n n横电波（横电波（横电波（横电波（TETE模式）模式）模式）模式

45、）：垂直于传播方向的场分量只有电场；：垂直于传播方向的场分量只有电场；：垂直于传播方向的场分量只有电场；：垂直于传播方向的场分量只有电场；n n横磁波（横磁波（横磁波（横磁波（TMTM模式）模式）模式）模式）：垂直于传播方向的场分量只有磁场；：垂直于传播方向的场分量只有磁场；：垂直于传播方向的场分量只有磁场；：垂直于传播方向的场分量只有磁场；n n大地电磁测深中只研究场源为横电磁波的情况。大地电磁测深中只研究场源为横电磁波的情况。大地电磁测深中只研究场源为横电磁波的情况。大地电磁测深中只研究场源为横电磁波的情况。n n大地电磁测深中常说的极化模式是以场源的极化方式来区分的，大地电磁测深中常说的

46、极化模式是以场源的极化方式来区分的，大地电磁测深中常说的极化模式是以场源的极化方式来区分的，大地电磁测深中常说的极化模式是以场源的极化方式来区分的，并且这种区分一般只在二维情况下才有意义。一维情况虽然可并且这种区分一般只在二维情况下才有意义。一维情况虽然可并且这种区分一般只在二维情况下才有意义。一维情况虽然可并且这种区分一般只在二维情况下才有意义。一维情况虽然可以解耦出以解耦出以解耦出以解耦出TETE和和和和TMTM模式，但不能带来更多的信息。三维模型下模式，但不能带来更多的信息。三维模型下模式，但不能带来更多的信息。三维模型下模式，但不能带来更多的信息。三维模型下不能解耦出不能解耦出不能解耦

47、出不能解耦出TETE模式和模式和模式和模式和TMTM模式。模式。模式。模式。n n理论研究中假设，场源只有一个极化方向（只有一个分量）。理论研究中假设，场源只有一个极化方向（只有一个分量）。理论研究中假设，场源只有一个极化方向（只有一个分量）。理论研究中假设，场源只有一个极化方向（只有一个分量）。在二维情况下，在二维情况下，在二维情况下，在二维情况下，如果极化方向平行于构造走向的场源如果极化方向平行于构造走向的场源如果极化方向平行于构造走向的场源如果极化方向平行于构造走向的场源是电场，是电场，是电场，是电场，则称为则称为则称为则称为TETE模式；模式；模式；模式；如果极化方向平行于构造走向的场源如果极化方向平行于构造走向的场源如果极化方向平行于构造走向的场源如果极化方向平行于构造走向的场源是磁场，是磁场，是磁场，是磁场，则称为则称为则称为则称为TMTM模式模式模式模式。n n对于二维结构，实际场源总可以分解为对于二维结构，实际场源总可以分解为对于二维结构，实际场源总可以分解为对于二维结构，实际场源总可以分解为TETE模式和模式和模式和模式和TMTM模式。模式。模式。模式。