Sunetul magnetoteluric

Sondarea magnetotelurică (MTS) a Pământului este una dintre metodele de sondare prin inducție a Pământului , folosind măsurători ale câmpului electromagnetic natural . Se aplică la cercetările geofizice. Metoda a fost creată în 1950 [1] de geofizicianul sovietic A. N. Tikhonov . O contribuție semnificativă la dezvoltarea metodei a avut-o și omul de știință francez L. Cagnard [2] . O contribuție semnificativă la teoria MTS a fost adusă de M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev [3] ; în prezent, metoda este utilizată pe scară largă ca una dintre metodele de explorare geofizica și fizica Pământului., se dezvoltă noi modalități de îmbunătățire a acurateței cercetării în munca oamenilor de știință din țări precum Rusia , SUA , Franța , China [4] .

Domeniul de aplicare

MTZ este utilizat:

când studiem structura geologică a scoarței terestre la adâncimi de până la multe sute de kilometri în geofizica fundamentală (fundamentală atât la propriu, cât și la figurat);
în explorarea electrică în timpul cercetării la adâncimi de la primele zeci de metri până la primele zeci de kilometri:
- pentru prospectarea și explorarea zăcămintelor minerale :
  - minereu: uraniu , nichel , cupru , platină etc.;
  - nemetalice: fosfor , sare, diamant , grafit , resurse geotermale, materii prime ceramice, materiale de constructii etc.;
  - combustibili: carbuni , petrol , gaze etc.;
- pentru rezolvarea problemelor inginerie-geologice și hidrogeologice;
- pentru studiul regional al structurilor geologice.

Sensul fizic

Sursele câmpului electromagnetic din MTS sunt sursele naturale ale oscilațiilor electromagnetice din ionosferă (de exemplu, generate de activitatea de furtună a Pământului și de activitatea Soarelui ( vânt solar )).

Adâncimea de pătrundere a câmpului electromagnetic în mediu depinde de conductivitatea electrică a mediului în sine și de frecvența câmpului (cu cât frecvența este mai mică, cu atât câmpul pătrunde mai adânc) - efectul pielii .

Modificări de metodă

Există modificări la această metodă:

deep MTS (GMTS) este folosit pentru cercetare la adâncimi de sute de kilometri;
MTS în domeniul de frecvență audio (audio MTS, AMTS) este utilizat pentru studii superficiale (dar mai detaliate);
pentru cercetarea în regiunile de latitudini înalte ale Pământului, a fost dezvoltată o versiune specială generalizată a MTS [5] ;
MTZ în domeniile posturilor de radio cunoscute (Radio-MTZ, RMT, Radio-MT);
Este posibil să folosim variante ale acestei metode pe alte planete dacă există o sursă suficient de puternică de câmpuri electromagnetice naturale în intervalul de frecvență care ne interesează, care, la rândul său, este determinat de intervalul de adâncime care ne interesează.

MTS are ca scop calcularea sau estimarea rezistivității electrice și dependența acesteia de adâncime: . Pentru a face acest lucru, MTS studiază răspunsul în frecvență al secțiunii geologice, numit rezistivitate aparentă. $\rho =\rho (z)$ $\rho _{k}(\omega )$

În primele lucrări ale creatorilor MTS ( A. N. Tikhonov , L. Kanyar , etc.), trebuia să studieze dependența rezistivității aparente de frecvență:

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

în acest caz, s-a presupus că câmpul magnetic vertical este zero, iar modelul Pământului s-a presupus a fi unidimensional, adică stratificat orizontal. Există aici o impedanță magnetotelurică unidimensională: aproximativ vorbind, $Z(\omega )$

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

unde și sunt puterile câmpurilor electrice și magnetice măsurate pe suprafața Pământului, este frecvența unghiulară . $E(\omega )$ $H(\omega ),$ $\omega$

În anii 1980, a existat o vorbă sarcastică printre geofizicienii practici:

Da , nu - Vom face MTZ, $B_{z)$ $B_{z)$

al cărui sens era că, deși premisa teoretică a MTS la acel moment era zero (componenta verticală a câmpului magnetic), în practică această condiție a fost încălcată grav, la care lucrătorii de teren trebuiau să închidă ochii. Dezvoltarea ulterioară a MTS a eliminat necesitatea acestei premise prin introducerea modelelor 3D ( ), modelării câmpului 3D și a tensorului de impedanță 2x2. $B_{z)$ $\rho =\rho (x,y,z)$

În 1960, s-a înțeles că rezistivitatea aparentă scalară nu era suficientă și, ca urmare a lucrării lui Berdichevsky [6] și Cantwell [7] , a început să fie utilizat tensorul de impedanță magnetoteluric 2x2 , constând din 4 funcții de frecvență complexe. :

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

Pentru a aplica tensorul de impedanță magnetoteluric 2x2, este necesar să se utilizeze modele bidimensionale sau tridimensionale (mai degrabă decât stratificate) ale Pământului, altfel matricea de impedanță magnetotelurică va degenera într-una antidiagonală. Mai târziu, a apărut și o înțelegere a faptului că componenta verticală a câmpului magnetic ( ) poate fi și ea foarte utilă. Acest lucru a condus la construirea unui analog al impedanței magnetotelurice - vectorul basculant (cunoscut și ca vector de inducție sau vectorul Wiese-Parkinson [8] [9] ). Următoarea dezvoltare [5] a fost construcția unui tensor de impedanță generalizat 2x3 $B_{z)$

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

ceea ce face posibilă lucrul prin metoda MTS nu numai la latitudini medii, ci și la latitudini înalte, adică aproape de sursa ionosferică.

Pentru sondajul magnetoteluric se folosesc stații magnetotelurice și seturi de senzori.

Senzori magnetoteluric

Pentru sunet se folosesc senzori de câmp electric și magnetic. Senzorii de câmp magnetic pot fi magnetometre și bobine. Senzorul de câmp electric este o pereche de electrozi îngropați în pământ la o anumită distanță. În mod obișnuit, se utilizează aranjamentul senzorilor, care face posibilă măsurarea componentelor reciproc ortogonale ale câmpurilor electrice și magnetice ale Pământului, pentru care o pereche de senzori (electrici și magnetici) este orientată în direcția server-sud și al doilea în direcţia vest-est. Ieșirile senzorilor sunt conectate la stația magnetotelurică.

Stație magnetotelurică

Stația magnetotelurică (vezi figura) este proiectată pentru a înregistra date de la senzorii de câmp electric și magnetic în succesiune temporală pe un purtător de informații. Unele versiuni ale stației magnetotelurice asigură și procesarea datelor.

Etapele cercetării

Datele înregistrate de stația magnetotelurică sunt transferate la locul de muncă automatizat al geofizicianului-interpret, unde acesta, folosind software specializat, primește informații despre conductibilitatea electrică a stratului profund la fiecare dintre adâncimile studiate pe baza acestor date. Etapele acestei lucrări includ:

funcții de recepție de răspuns și altele. Acest pas se numește procesarea datelor măsurate. Această etapă include proceduri de analiză a frecvenței (filtrare, obținerea coeficienților din seria Fourier) și proceduri de lucru cu matrice (inversarea matricei prin metoda Moore-Penrose, sau descompunerea în valoare singulară a matricelor); $Z(\omega )$ $\rho _{k}(\omega )$
inversarea (transformarea) funcțiilor de răspuns într-o secțiune formată din straturi de pământ. Rezolvarea problemei MTS inversă include de obicei rezolvarea problemei directe și una dintre metodele de selecție. Transformarea funcției de răspuns este utilizată atunci când este necesară o estimare rapidă, dar aproximativă a secțiunii geoelectrice. Uneori, această evaluare se transformă într-o evaluare a calității datelor măsurate, în astfel de cazuri măsurătorile trebuie repetate.

Prima etapă poate fi însoțită de corectarea manuală sau respingerea datelor pentru o serie de indicatori de frecvență și timp.

A doua etapă poate fi, de asemenea, însoțită de corectarea manuală sau respingerea datelor, de exemplu, de o serie de indicatori spațiali (de exemplu, se poate dovedi că, la un număr de pichete de observare, datele sunt de o calitate inacceptabilă dintr-un motiv sau altul). , care se află de obicei în cursul muncii).

În plus, a doua etapă este însoțită de introducerea unui model geofizic a priori, care se datorează faptului că problema MTS inversă are multe soluții diferite, dintre care interpretul o alege pe cea mai sigură din punct de vedere geofizic.

Interpretarea datelor

Interpretarea datelor MTS se realizează în cadrul modelelor 1D, 2D și, mai recent, 3D. Primele abordări ale rezolvării numerice a problemei inverse pentru sondaje magnetotelurice au fost dezvoltate la mijlocul secolului trecut. Paletele și programele pentru interpretarea unidimensională a datelor MTS sunt distribuite pe scară largă și sunt în domeniul public.

În prezent, standardul de interpretare este algoritmii de inversare 2D (Reboc, WinGlink, ZondMT2D).

În ciuda dezvoltării tehnologiei informatice, problema tridimensională inversă nu este încă utilizată pe scară largă datorită intensității sale mari a resurselor.

Note

↑ Tikhonov, A.N. Despre determinarea caracteristicilor electrice ale straturilor adânci ale scoarței terestre [Text] // Rapoarte ale Academiei de Științe a URSS. Nou Ser. - 1950. V. 73, nr 2. - S. 295-297
↑ Cagniard, L. Teoria de bază a metodei magneto-telurice de prospectare geofizică, Geophysics, 18, 605-635. - 1953
↑ Berdichevsky, M. N. Modele și metode de magnetoteluric [Text] / M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev. — M.: Lumea științifică , 2009. — 680 p.: ill. - ISBN 978-5-91522-087-3 .
↑ Publicații MTNet (link în jos) . Data accesului: 29 octombrie 2010. Arhivat din original la 23 decembrie 2010. (nedefinit)
↑ 1 2 Dmitriev, V. I., Berdichevsky, M. N. Generalized impedance model Arhivat 3 noiembrie 2020 la Wayback Machine //: Physics of the Earth . - 2002. - Nr. 10. - C. 106-112.
↑ Berdichevsky, M.N. Fundamentele teoretice ale profilării magnetotelurice [Text] // M.N. Berdichevsky. Geofizică aplicată. - Problema. 28. - 1960.
↑ Cantwell, T. Detectarea și analiza semnalelor magnetotelurice de joasă frecvență [Text] // Ph. D. Disertaţie. — Liturghie. Inst. tehnologie. — 1960.
↑ Wiese, H. Geomagnetische Tiefentellurik, Teil2, Die Streichrichtung der Undergrund-strukturen des elektrischen Winderstandes, ersclossen aus geomagnetischen Variationen [Text] / H. Wiese // Geofis. Pura. - 1965. - Apl. 52. - P. 83-103.
↑ Parkinson, W. D. Direcția fluctuației geomagnetice rapide [Text] // Geophys. J. - Nr 2. - 1959. - P. 1-14.

Link -uri

[bse.sci-lib.com/article072441.html „Sunetul magnetoteluric” în Marea Enciclopedie Sovietică]
Metode geofizice pentru studierea scoarței terestre

Dicționare și enciclopedii	mare chinezesc Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4168603-2