Magnetotellurisk klingande

Jordens magnetotelluriska ljud (MTS) är en av metoderna för induktionssondering av jorden , med hjälp av mätningar av det naturliga elektromagnetiska fältet . Det tillämpas vid geofysiska undersökningar. Metoden skapades 1950 [1] av den sovjetiske geofysikern A. N. Tikhonov . Ett betydande bidrag till utvecklingen av metoden gjordes också av den franske vetenskapsmannen L. Cagnard [2] . Ett betydande bidrag till teorin om MTS gjordes av M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev [3] ; För närvarande används metoden i stor utsträckning som en av metoderna för utforskning av geofysik och jordens fysik , nya sätt utvecklas för att förbättra noggrannheten i forskning i arbetet med forskare från länder som Ryssland , USA , Frankrike , Kina [ 4] .

Omfattning

MTZ används:

när man studerar den geologiska strukturen av jordskorpan på djup upp till många hundra kilometer i fundamental geofysik (grundläggande både bokstavligt och bildligt);
i elektrisk utforskning under forskning på djup från de första tiotals metrarna till de första tiotals kilometerna:
- för prospektering och prospektering av mineralfyndigheter :
  - malm: uran , nickel , koppar , platina , etc.;
  - icke-metalliska: fosfor , salt, diamant , grafit , geotermiska resurser, keramiska råvaror, byggmaterial, etc.;
  - brännbart: kol , olja , gas , etc.;
- för att lösa ingenjörsgeologiska och hydrogeologiska problem;
- för regional studie av geologiska strukturer.

Fysisk betydelse

Källorna till det elektromagnetiska fältet i MTS är de naturliga källorna till elektromagnetiska svängningar i jonosfären (till exempel genererade av jordens åskvädersaktivitet och solens aktivitet ( solvind )).

Det elektromagnetiska fältets penetrationsdjup i mediet beror på själva mediets elektriska ledningsförmåga och på fältets frekvens (ju lägre frekvens, desto djupare tränger fältet in) - hudeffekten .

Metodändringar

Det finns ändringar av denna metod:

djup MTS (GMTS) används för forskning till djup av hundratals kilometer;
MTS i ljudfrekvensområdet (audio MTS, AMTS) används för grunda (men mer detaljerade) studier;
för forskning i områden med hög latitud på jorden har en speciell generaliserad version av MTS utvecklats [5] ;
MTZ inom områdena välkända radiostationer (Radio-MTZ, RMT, Radio-MT);
Det är möjligt att använda varianter av denna metod på andra planeter om det finns en tillräckligt stark källa till naturliga elektromagnetiska fält i frekvensområdet som är intressant för oss, vilket i sin tur bestäms av djupområdet som är intressant för oss.

MTS syftar till att beräkna eller uppskatta den elektriska resistiviteten och dess beroende av djup: . För att göra detta studerar MTS frekvenssvaret för den geologiska sektionen, kallad den skenbara resistiviteten. $\rho =\rho (z)$ $\rho _{k}(\omega )$

I de första verken av skaparna av MTS ( A.N. Tikhonov , L. Kanyar , etc.), var det tänkt att studera beroendet av den uppenbara resistiviteten på frekvens:

\rho _{k}(\omega )={\frac {|Z(\omega )|^{2)){\omega \mu )),

i detta fall antogs det vertikala magnetfältet vara noll, och jordmodellen antogs vara endimensionell, det vill säga horisontellt skiktad. Det finns en endimensionell magnetotellurisk impedans här: grovt sett, $Z(\omega )$

Z(\omega )={\frac {E(\omega )}{H(\omega ))),

där och är styrkorna hos de elektriska och magnetiska fälten mätt på jordens yta, är vinkelfrekvensen . $E(\omega )$ $H(\omega ),$ $\omega$

På 1980-talet fanns det ett sarkastiskt talesätt bland praktiska geofysiker:

Ja , nej - vi kommer att göra MTZ, ${\displaystyle B_{z))$ ${\displaystyle B_{z))$

vars innebörd var att även om den teoretiska premissen för MTS vid den tiden var noll (den vertikala komponenten av magnetfältet), i praktiken kränktes detta villkor grovt, vilket fältarbetarna var tvungna att blunda för. Den efterföljande utvecklingen av MTS tog bort behovet av denna förutsättning med introduktionen av 3D-modeller ( ), 3D-fältmodellering och 2x2-impedanstensorn. ${\displaystyle B_{z))$ $\rho =\rho (x,y,z)$

1960 kom insikten att den skalära skenbara resistiviteten inte var tillräcklig, och som ett resultat av Berdichevskys [6] och Cantwells [7] arbete började man använda 2x2 magnetotellurisk impedanstensor , bestående av 4 komplexa frekvensfunktioner :

Z(\omega )={\begin{pmatrix}Z_{xx}(\omega )&Z_{xy}(\omega )\\Z_{yx}(\omega )&Z_{yy}(\omega )\ slut{pmatrix}}

För att applicera 2x2 magnetotellurisk impedanstensor är det nödvändigt att använda tvådimensionella eller tredimensionella (snarare än skiktade) modeller av jorden, annars kommer den magnetotelluriska impedansmatrisen att degenerera till en antidiagonal. Senare uppstod också en förståelse för det faktum att den vertikala komponenten av magnetfältet ( ) också kan vara mycket användbar. Detta ledde till konstruktionen av någon analog av den magnetotelluriska impedansen - tippvektorn (även känd som induktionsvektorn eller Wiese-Parkinson-vektorn [8] [9] ). Nästa utveckling [5] var konstruktionen av en generaliserad 2x3 impedanstensor ${\displaystyle B_{z))$

Z(\omega )={\begin{pmatrix}Z_{xx}(\omega )&Z_{xy}(\omega )&Z_{xz}(\omega )\\Z_{yx}(\omega )&Z_ {yy}(\omega )&Z_{yz}(\omega )\end{pmatrix}}

vilket gör det möjligt att arbeta med MTS-metoden inte bara på medelbreddgrader, utan även på höga breddgrader, det vill säga nära den jonosfäriska källan.

För magnetotellurisk sondering används magnetotelluriska stationer och sensorsatser.

Magnetotelluriska sensorer

För att ljuda används elektriska och magnetiska fältsensorer. Magnetfältssensorer kan vara magnetometrar och spolar. Den elektriska fältsensorn är ett par elektroder nedgrävda i marken på ett visst avstånd. Typiskt används arrangemanget av sensorer, vilket gör det möjligt att mäta de ömsesidigt ortogonala komponenterna i jordens elektriska och magnetiska fält, för vilka ett par sensorer (elektriska och magnetiska) är orienterade i server-sydlig riktning, och den andra i väst-östlig riktning. Sensorernas utgångar är anslutna till magnetotellurstationen.

Magnetotellurisk station

Den magnetotelluriska stationen (se figur) är utformad för att registrera data från elektriska och magnetiska fältsensorer i tidssekvens på en informationsbärare. Vissa versioner av magnetotellurstationen tillhandahåller också databehandling.

Stadier av forskning

Data som registreras av magnetotellurstationen överförs till den automatiserade arbetsplatsen för geofysiker-tolken, där han, med hjälp av specialiserad programvara, får information om den elektriska ledningsförmågan hos det djupa lagret på vart och ett av de studerade djupen baserat på dessa data. Stadierna i detta arbete inkluderar:

mottagande svarsfunktioner och andra. Detta steg kallas bearbetning av uppmätta data. Detta steg inkluderar frekvensanalysprocedurer (filtrering, erhållande av Fourier-seriekoefficienter) och procedurer för att arbeta med matriser (matrisinversion med Moore-Penrose-metoden eller singularvärdesuppdelning av matriser); $Z(\omega )$ $\rho _{k}(\omega )$
inversion (transformation) av svarsfunktioner i en sektion bestående av jordlager. Lösningen av det omvända MTS-problemet inkluderar vanligtvis lösningen av det direkta problemet och en av urvalsmetoderna. Responsfunktionstransformation används när en snabb men grov uppskattning av den geoelektriska sektionen krävs. Ibland övergår denna bedömning till en bedömning av kvaliteten på mätdata, i sådana fall måste mätningarna upprepas.

Det första steget kan åtföljas av manuell korrigering eller avvisande av data för ett antal frekvens- och tidsindikatorer.

Det andra steget kan också åtföljas av manuell korrigering eller avvisande av data, till exempel av ett antal rumsliga indikatorer (det kan till exempel visa sig att vid ett antal observationspiketer är data av oacceptabel kvalitet av en eller annan anledning , som vanligtvis upptäcks under arbetet).

Dessutom åtföljs det andra steget av införandet av en a priori geofysisk modell, vilket beror på att det omvända MTS-problemet har många olika lösningar, från vilka tolken väljer den mest geofysiskt tillförlitliga.

Datatolkning

Tolkningen av MTS-data utförs inom ramen för 1D-, 2D- och, på senare tid, 3D-modeller. De allra första tillvägagångssätten för den numeriska lösningen av det omvända problemet för magnetotelluriska sonderingar utvecklades i mitten av förra seklet. Paletter och program för endimensionell tolkning av MTS-data är brett spridda och är allmän egendom.

För närvarande är tolkningsstandarden 2D-inversionsalgoritmerna (Reboc, WinGlink, ZondMT2D).

Trots utvecklingen av datorteknik är det omvända tredimensionella problemet ännu inte allmänt använt på grund av dess höga resursintensitet.

Anteckningar

↑ Tikhonov, A.N. Om bestämningen av de elektriska egenskaperna hos de djupa lagren av jordskorpan [Text] // Rapporter från USSR:s vetenskapsakademi. Ny Ser. - 1950. V. 73, nr 2. - S. 295-297
↑ Cagniard, L. Grundläggande teori om den magneto-telluriska metoden för geofysisk prospektering, Geophysics, 18, 605-635. - 1953
↑ Berdichevsky, M. N. Modeller och metoder för magnetotellurik [Text] / M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev. — M.: Scientific world , 2009. — 680 s.: ill. - ISBN 978-5-91522-087-3 .
↑ MTNet-publikationer (nedlänk) . Datum för åtkomst: 29 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 23 december 2010. (obestämd)
↑ 1 2 Dmitriev, V. I., Berdichevsky, M. N. Generaliserad impedansmodell Arkiverad 3 november 2020 på Wayback Machine //: Earth Physics . - 2002. - Nr 10. - C. 106-112.
↑ Berdichevsky, M.N. Teoretiska grunder för magnetotellurisk profilering [Text] // M.N. Berdichevsky. Tillämpad geofysik. - Problem. 28. - 1960.
↑ Cantwell, T. Detektion och analys av lågfrekventa magnetotelluriska signaler [Text] // Ph. D. Avhandling. — Mässa. Inst. teknologi. — 1960.
↑ Wiese, H. Geomagnetische Tiefentellurik, Teil2, Die Streichrichtung der Undergrund-strukturen des elektrischen Winderstandes, ersclossen aus geomagnetischen Variationen [Text] / H. Wiese // Geofis. Pura. - 1965. - Appl. 52. - S. 83-103.
↑ Parkinson, W. D. Riktning för snabb geomagnetisk fluktuation [Text] // Geofys. J. - Nr 2. - 1959. - S. 1-14.

Länkar

[bse.sci-lib.com/article072441.html "Magnetotellurisk klingande" i Great Soviet Encyclopedia]
Geofysiska metoder för att studera jordskorpan

Ordböcker och uppslagsverk	stor kines Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 4168603-2