Question

野外测量和资料处理

Answer 1

(1)测线分布

北天山玛纳斯大震区剖面位置如图6-1所示,剖面走向近北北西向,南起天山北麓的清水河以南,经石河子,北至蘑菇湖以北,全长约95km,共布置35个测点,测点间距2～3km。跨越的构造自南向北分别为天山北缘山麓逆断裂-褶皱带、北天山玛纳斯逆断裂-背斜带等。

断面南起巴音布鲁克,经奎屯、克拉玛依、乌尔禾,北至布尔津、北喀纳斯湖,剖面全长约750km,共布置了61个测点,测点间距10～15km。 跨越的构造分别为准噶尔-北天山褶皱系(1～53号测点),额尔济斯挤压带(54～57号测点)和阿尔泰褶皱系(58～61号测点)(图6-2)。

(2)野外观测

图6-1 北天山玛纳斯大震区大地电磁测深剖面和测点分布图

1997年8～10月间,使用先进的MMS-03e型大地电磁测深仪器两套,对全部96个测点进行了观测,观测资料的频带范围为256～0.00024Hz。 在每个测点测量两个相互正交的水平电场分量和3个相互正交的磁场分量。

为了得到高质量的资料,在每个测点记录了足够长的时间,一般在一天以上,并在现场进行处理,初步判别资料质量是否达到要求,若达不到要求,再重新观测记录,直至满足要求后再移至下一个测点。

(3)资料处理

在资料处理中使用了robust处理技术,它与常规的处理技术相比,优点在于,能够剔除由于近场干扰等引起的随机噪音,克服了由常规处理方法经常出现的“飞点”现象,保证资料可靠、光滑。

下面简要介绍大地电磁资料处理的基本原理。 大地电磁测深测量两个相互垂直的水平电场分量E_x、E_y和3个相互正交的磁场分量H_x,H_y和H_z,下标x,y和z分别表示指北、指东和向下的方向。

对所观测分量的时间序列进行谱分析得到各个分量的频谱E_x(f),E_y(f),H_x(f),H_y(f)和H_z(f),这些频谱满足如下的方程(f表示频率,以下为简化起见,书写时省去):

新疆阿尔泰—天山地学断面地质地球物理综合探测和研究

图6-2 断面大地电磁测深剖面和测点分布图

其中Z_ij称为张量阻抗元素。在资料解释时,通常把上述测量坐标系的张量阻抗Z转换到主轴坐标系中的阻抗Z′。

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在主轴坐标系中,一个水平方向的电场主要跟与其垂直方向的磁场有关,这时,阻抗元素Z_xx′,Z_yy′都很小,在纯二维条件下,它们都为零。而阻抗元素Z_xy′,Z_yx′则分别表示在电性主轴坐标系内两个相互垂直方向的阻抗元素,分别对应于构造走向或倾向。 在求出主轴上的阻抗元素之后,用下面的公式可求得视电阻率和阻抗相位。

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其中i,j =x,y,由测量坐标系转换到电性主轴坐标系时,阻抗张量的旋转角的计算公式为

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其中上标*表示复共轭。 求出α角之后,再结合已知构造走向或其他信息可确定阻抗元素Z_xy′,Z_yx′当中,哪一个对应走向,哪一个对应倾向。 与走向对应的阻抗元素及由它计算得到的视电阻率、相位等数据称为纵向视电阻率、相位等(称TE极化),与倾向对应的数据称为横向视电阻率、相位等(称TM极化)。 如果地下结构是一维的,两种极化的视电阻率和相位曲线是相互重合的。

由上述阻抗元素,可以计算二维判别指数(称二维偏离度)S,S值的大小可用以度量地下电性结构近似二维的程度,计算公式为

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如果球介质是横向均匀或者是二维结构时,当阻抗张量旋转到主轴方向时,主对角元素Z′_xx+Z′_yy为零,即二维偏离度S为零。当S较大时,认为地下电性结构偏离了二维。通常当S<0.3时,认为地下电性结构可用二维模型较好的近似。图6-3是北天山玛纳斯大震区剖面35个测点的视电阻率和阻抗相位曲线。图6-4是断面61个测点的视电阻率和阻抗相位曲线。

通过资料处理,还可得到反映构造走向的电性主轴方向,构造维数判别指数,二维偏离度(skewness),以及由磁场分量计算得到的倾子等参数。

图6-5是北天山玛纳斯大震区剖面b11,b35测点的二维偏离度(skw)、电性主轴方向(alp)及其电流矢量偏离角(bta)。 大部分频率点的二维偏离度的数值度小于0.1,表明地下电性结构可以用二维模型较好地近似。 大多数频率点的主轴方位角数值在0°附近,说明地下电性结构的主轴方向与测量方向接近,即分别指向近南北方向和近东西方向。

图6-6-a、图6-6-b、图6-6-c是断面a04,a05,a19, a25,a50,a61测点的二维偏离度(skw)、电性主轴方向(alp)及其电流矢量偏离角(bta)。 其中a19,a25测点的参数显示,受局部不均匀体影响较小,实施张量分解前后的数据变化不大,其他4个测点显示需要进行张量分解。 综合结果表明,沿测线的二维偏离度数据,大部分小于0.3。 大多数测点的主轴方向为近南北或北东。

图6-3(a) 新疆玛纳斯大震区大地电磁测量视电阻率、阻抗相位曲线图(1～18测点)

图6-3(b) 新疆玛纳斯大震区大地电磁测量视电阻率、阻抗相位曲线图(19～35测点)

图6-4(a) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁量视电阻率、阻抗相位曲线图(1～18测点)

图6-4(b) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁量视电阻率、阻抗相位曲线图(19～36测点)

图6-4(c) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁量视电阻率、阻抗相位曲线图(37～54测点)

图6-4(d) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁量视电阻率、阻抗相位曲线图(55～61测点)

图6-5 北天山玛纳斯大震区剖面b11 ,b35测点的二维偏离度(skw)、电性主轴方向(alp)及其电流矢量偏离角(bta)

图6-6(a) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁测量

图6-6(b) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁测量

图6-6(c) 新疆断面(北段)巴音布鲁克-布尔津大地电磁测量