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《中国地震局地质研究所》 2004年
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琼北火山区大地电磁的三维数值模拟研究

何兆海  
【摘要】:首先介绍了本论文的一些基础准备工作,包括V5-2000仪器时间序列的读取、噪音处理以及基本参数的计算。V5-2000仪器附有自己的一套数据处理软件,但它不提供读取原始时间序列的软件,资料的处理相当于一个黑匣子,原始资料的好坏只能通过最后处理得到的视电阻率曲线来分辨。更重要的是当处理的结果不是很理想时,却不知道到底是什么因素影响了原始数据,影响的程度有多大,因此必须获得原始的时间序列。我们深入地分析了源数据格式,编制了一个读取V5-2000仪器时间序列的小软件,程序的源代码用Visual Basic编写,通过时间序列的读取,可以纠正野外操作设置的错误参数,也可以通过截取干扰较小的时间段而得到较好的处理结果,但是这些都无法消除原始信号记录本身含有的噪声。针对海南大地电磁数据受雷电干扰的情况,尝试用小波多分辨率分析去消除尖峰干扰,并分析了存在的原因。 接下来开展的是三维数值模拟的工作,因为地球的电性结构是各向异性的,使得人们需要用三维正反演算法来正确解释大地电磁资料。此外,由于局部电磁场易受到远离实际测区的整个地区的特征的干扰,因此使用的模拟算法必须能具体体现这些特征。本论文选用Randy Mackie编制的大地电磁三维交错有限差分数值模拟程序。在论文的第三章详细论述了该算法的理论(包括有限差分方程的建立、边界条件、方程组的共轭梯度松弛解以及三维阻抗的计算等)。该算法区别于传统的有限差分法在于它是基于麦克斯韦积分形式而不是基于微分方程形式的传统算法,因此它不会带来求地球参数和电磁场的近似偏导数的问题,但需要关注的是采样的平均值问题。最后使用三维数值模拟来解释海南火山区大地电磁的实际资料。 雷琼地区是华南沿海新生代火山岩分布面积最大的一片火山岩,火山活动始于早第三纪始新世,延续至第四纪全新世。琼北火山的主体呈北西向展布。我们利用大地电磁测深的方法进行了较为详细地探测研究,希望能较好地揭示测区的构造背景。因此先后在海南岛和雷州半岛布置了四条测线分别为HN1、HN2、HN3和HN4,然后对沿着构进走向的HN2、HN3和HN4线采川一维反演;对垂直于走向的HN1采用了二维反演(共扼梯度法 硕士学位论文—琼北火山区大地电磁的二维数值模拟研究 摘要 NLCG)。 琼北火山区大地电磁探测一维和二维反演的结果显示:尽管HNZ测线和 HN3测线之间有琼州海峡,但它们的电性构造有很好的延续性,在深部基 底应属十同一地质体;HNI测线地表浅层有明显的低阻体聚集,在距马鞍 岭火山以东__二十多千米处,深度大概20公里左右有一个低阻体一一可能的 岩浆囊,该低阻体的上方是一个高阻体。为此后来加了南北向穿过低阻体的 测线HN4来进一步确认低阻体的存在。从HN4线一维反演的结果来看,除 了低阻体很明显外,同样可以看出该低阻体的上方是个高阻体,这与11NI 测线的二维反演结果是一致的。目前还没有办法确定岩浆囊的运动状态,因 此做三维数值模拟的目的是验证那个低阻体的存在。 先根据海南火山区HNI测线的二维反演结果建立了模型,用HNZ测线和 HN4测线共同来控制模型边界条件,设计了沿着深度方向的三维模型的垂直 断面略图和不同深度水平方向上的切片图。沿x、y、:轴方向剖分网格单元 数分别为戈=171、凡一66·N:一54。我们先对视电阻率和相位的分布进 行了三维数值模拟,数值模拟的周期范围取在0.1秒到50秒之间,这样不仅 可以消除地表不均匀低阻体的影响,也不会影响我们验证地下低阻体的存 在。然后选取了五个测点HNI一006、HNI一008、HNI一009、HNI一0 13、HNI一014, 对模拟得到的视电阻率和相位同对应的实际参与反演的数据进行了比较。对 于HN卜006测点,模拟的电阻率曲线和实际参与二维反演的电阻率曲线形态 上拟合的较好,但视电阻率值比实测的要高,该点的相位曲线拟合的一般。 HN卜008测点模拟的视电阻率曲线有静位移,但曲线的形状是一致的,而目_ TE模式的相位拟合的较好。HN卜009测点无论是视电阻率还是相位拟合的都 相当好。HNI一0 13和HNI一014测点相位拟合的较好,视电阻率形态也比较一 致。最后分析了另外一个大地电磁参数一一磁感应矢量,它包括实感应矢量 和虚感应矢最。实感应矢一量有明确的物理意义,它的大小反映了大地电导率 横向变化的梯度,它的方向指向电流聚集的方向,一般情况下是从高阻指向 低阴.根据Schmucker( 1 970)对实感应矢量的定义,我们分别计算了实测的 和模拟的实感应矢量,画出r频率为0.75、飞、10赫兹的实感应矢量图,最 后对实测的和模拟的实感应矢员进行了比较(〕根据实测实感应矢量箭头指 交 硕士学位论文—琼北火山区大地电磁的三维数值模拟研究 摘要 向,我们大致都可以圈出一个低阻体,而且圈出的低阻体与二维反演的结果 有很好的对应性;对于模拟实感应矢量,根据矢量箭头的指向也都可以圈出 一个低阻物体,而且三个频率的实感应矢量在低阻体附近拟和的都很好,需 要指出的是模拟矢量的强度值要比实测的强度值小。根据实感应矢量的特征 可以验证地下低阻体的存在,这跟二维反演的结果是相符合的。 关键词: 度分析 大地电磁测深琼北
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