Magnetotelluurinen ääni

Maan magnetotelluurinen luotaus (MTS) on yksi Maan induktioluotausmenetelmistä , jossa käytetään luonnollisen sähkömagneettisen kentän mittauksia . Sitä käytetään geofysikaalisissa tutkimuksissa. Menetelmän loi vuonna 1950 [1] Neuvostoliiton geofyysikko A. N. Tikhonov . Merkittävästi panoksensa menetelmän kehittämiseen antoi myös ranskalainen tiedemies L. Cagnard [2] . M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev [3] antoivat merkittävän panoksen MTS:n teoriaan ; tällä hetkellä menetelmää käytetään laajalti yhtenä maan geofysiikan ja fysiikan tutkimusmenetelmistä, kehitetään uusia tapoja parantaa tutkimuksen tarkkuutta muun muassa Venäjän , USA :n , Ranskan ja Kiinan tutkijoiden työssä [4] .

Laajuus

MTZ:tä käytetään:

kun tutkitaan maankuoren geologista rakennetta useiden satojen kilometrien syvyyksissä perustavanlaatuisessa geofysiikassa (perustavallinen sekä kirjaimellisesti että kuvaannollisesti);
sähkötutkimuksessa tutkimuksen aikana syvyyksissä ensimmäisistä kymmenistä metreistä ensimmäisiin kymmeniin kilometreihin:
- mineraaliesiintymien etsintään ja etsintään :
  - malmi: uraani , nikkeli , kupari , platina jne.;
  - ei-metalliset: fosfori , suola, timantti , grafiitti , geotermiset resurssit, keraamiset raaka-aineet, rakennusmateriaalit jne.;
  - palava: hiilet , öljy , kaasu jne.;
- teknis-geologisten ja hydrogeologisten ongelmien ratkaisemiseen;
- geologisten rakenteiden alueelliseen tutkimukseen.

Fyysinen merkitys

MTS:n sähkömagneettisen kentän lähteet ovat luonnollisia sähkömagneettisten värähtelyjen lähteitä ionosfäärissä (esimerkiksi Maan ukkosmyrskyjen ja Auringon ( aurinkotuuli ) toiminnan aiheuttamia).

Sähkömagneettisen kentän tunkeutumissyvyys väliaineeseen riippuu itse väliaineen sähkönjohtavuudesta ja kentän taajuudesta (mitä pienempi taajuus, sitä syvemmälle kenttä tunkeutuu) - ihovaikutus .

Menetelmän muutokset

Tähän menetelmään on tehty muutoksia:

syvää MTS:ää (GMTS) käytetään tutkimukseen satojen kilometrien syvyyksissä;
Äänen taajuusalueen MTS:ää (audio MTS, AMTS) käytetään mataliin (mutta yksityiskohtaisempiin) tutkimuksiin;
Maan korkeiden leveysasteiden tutkimusta varten on kehitetty MTS:n erityinen yleinen versio [5] ;
MTZ tunnettujen radioasemien alalla (Radio-MTZ, RMT, Radio-MT);
Tämän menetelmän muunnelmia on mahdollista käyttää muilla planeetoilla, jos meitä kiinnostavalla taajuusalueella on riittävän voimakas luonnollisten sähkömagneettisten kenttien lähde, jonka puolestaan määrää meitä kiinnostava syvyysalue.

MTS:n tarkoituksena on laskea tai arvioida sähkövastus ja sen riippuvuus syvyydestä: . Tätä varten MTS tutkii geologisen osan taajuusvastetta, jota kutsutaan näennäisresistanssiksi. ${\näyttötyyli \rho =\rho (z)}$ $\rho _{k}(\omega )$

MTS:n luojien ( A. N. Tikhonov , L. Kanyar jne.) ensimmäisissä teoksissa sen piti tutkia näennäisen resistiivisyyden riippuvuutta taajuudesta:

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

tässä tapauksessa pystysuuntaisen magneettikentän oletettiin olevan nolla ja Maan mallin oletettiin olevan yksiulotteinen eli vaakasuoraan kerrostettu. Tässä on yksiulotteinen magnetotelluurinen impedanssi: karkeasti sanottuna, $Z(\omega )$

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

missä ja ovat sähkö- ja magneettikenttien vahvuudet mitattuna maan pinnalla, on kulmataajuus . $E(\omega )$ $H(\omega ),$ $\omega$

1980-luvulla käytännön geofyysikkojen keskuudessa oli sarkastinen sanonta:

Kyllä , ei - Teemme MTZ:n, ${\näyttötyyli B_{z))$ ${\näyttötyyli B_{z))$

jonka tarkoitus oli, että vaikka MTS:n teoreettinen lähtökohta oli tuolloin nolla (magneettikentän pystykomponentti), käytännössä tätä ehtoa rikottiin törkeästi, jolle kenttätyöntekijät joutuivat sulkemaan silmänsä. MTS:n myöhempi kehitys poisti tämän edellytyksen tarpeen ottamalla käyttöön 3D-mallit ( ), 3D-kenttämallinnuksen ja 2x2-impedanssitensorin. ${\näyttötyyli B_{z))$ ${\näyttötyyli \rho =\rho (x,y,z)}$

Vuonna 1960 tuli ymmärrys, että skalaarinen näennäisresistanssi ei ollut riittävä, ja Berdichevskyn [6] ja Cantwellin [7] työn tuloksena alettiin käyttää 2x2 magnetotelluurista impedanssitensoria , joka koostuu 4 monimutkaisesta taajuusfunktiosta. :

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

2x2 magnetotelluurisen impedanssin tensorin käyttämiseksi on välttämätöntä käyttää kaksi- tai kolmiulotteisia (eikä kerroksisia) maapallon malleja, muuten magnetotelluurinen impedanssimatriisi rappeutuu antidiagonaaliksi. Myöhemmin syntyi myös ymmärrys siitä, että myös magneettikentän pystykomponentti ( ) voi olla erittäin hyödyllinen. Tämä johti jonkin magnetotelluurisen impedanssin analogin - kippivektorin (tunnetaan myös induktiovektorina tai Wiese-Parkinson-vektorina [8] [9] ) rakentamiseen. Seuraava kehitys [5] oli yleisen 2x3 impedanssitensorin rakentaminen ${\näyttötyyli B_{z))$

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

mikä mahdollistaa työskentelyn MTS-menetelmällä ei vain keskimmäisillä leveysasteilla, vaan myös korkeilla leveysasteilla, eli lähellä ionosfäärin lähdettä.

Magnetotelluriseen luotaukseen käytetään magnetotellurisia asemia ja anturisarjoja.

Magnetotelluriset anturit

Äänittämiseen käytetään sähkö- ja magneettikenttäantureita. Magneettikenttäanturit voivat olla magnetometrejä ja keloja. Sähkökenttäanturi on elektrodipari, joka on haudattu maahan tietylle etäisyydelle. Tyypillisesti käytetään anturien järjestelyä, joka mahdollistaa Maan sähkö- ja magneettikenttien keskenään ortogonaalisten komponenttien mittaamisen, joita varten yksi anturipari (sähköinen ja magneettinen) on suunnattu palvelin-etelä-suunnassa, ja toinen länsi-itä suunnassa. Antureiden lähdöt on kytketty magnetotelluriasemaan.

Magnetotelluurinen asema

Magnetotelluriasema (katso kuva) on suunniteltu tallentamaan tietoja sähkö- ja magneettikenttäantureista aikajärjestyksessä tietovälineelle. Jotkut magnetotelluurisen aseman versiot tarjoavat myös tietojenkäsittelyn.

Tutkimuksen vaiheet

Magnetotelluriaseman tallentamat tiedot siirretään geofyysikko-tulkin automatisoidulle työpaikalle, jossa hän saa näiden tietojen perusteella erikoisohjelmiston avulla tietoa syvän kerroksen sähkönjohtavuudesta kullakin tutkittavalla syvyydellä. Tämän työn vaiheet sisältävät:

vastaanottavat vastaustoiminnot ja muut. Tätä vaihetta kutsutaan mittaustietojen käsittelemiseksi. Tämä vaihe sisältää taajuusanalyysimenettelyt (suodatus, Fourier-sarjan kertoimien saaminen) ja menettelyt matriisien kanssa työskentelyä varten (matriisin inversio Moore-Penrose-menetelmällä tai matriisien singulaariarvojen hajottaminen); $Z(\omega )$ $\rho _{k}(\omega )$
vastefunktioiden inversio (muunnos) maakerroksista koostuvassa osassa. Käänteisen MTS-ongelman ratkaisu sisältää yleensä suoran ongelman ratkaisun ja yhden valintamenetelmistä. Vastefunktiomuunnosta käytetään, kun tarvitaan nopea mutta karkea arvio geosähköisestä poikkileikkauksesta. Joskus tämä arviointi muuttuu mitatun tiedon laadun arvioimiseksi, jolloin mittaukset on toistettava.

Ensimmäiseen vaiheeseen voi liittyä useiden taajuus- ja aikaindikaattoreiden tietojen manuaalinen korjaus tai hylkääminen.

Toiseen vaiheeseen voi liittyä myös tietojen manuaalinen korjaus tai hylkääminen, esimerkiksi useilla tilaindikaattoreilla (esimerkiksi voi käydä ilmi, että useissa havaintopiketeissa data on syystä tai toisesta kelpaamatonta). , jotka yleensä selviää työn aikana).

Lisäksi toiseen vaiheeseen liittyy a priori geofysikaalisen mallin käyttöönotto, mikä johtuu siitä, että käänteisessä MTS-ongelmassa on monia erilaisia ratkaisuja, joista tulkki valitsee geofysikaalisesti luotettavimman.

Tietojen tulkinta

MTS-tietojen tulkinta suoritetaan 1D-, 2D- ja viime aikoina 3D-mallien puitteissa. Ensimmäiset lähestymistavat magnetotelluuristen luotausten käänteisongelman numeeriseen ratkaisuun kehitettiin viime vuosisadan puolivälissä. Paletteja ja ohjelmia MTS-tietojen yksiulotteiseen tulkintaan levitetään laajalti ja ne ovat julkisia.

Tällä hetkellä tulkintastandardina ovat 2D-inversioalgoritmit (Reboc, WinGlink, ZondMT2D).

Tietotekniikan kehityksestä huolimatta käänteistä kolmiulotteista ongelmaa ei vielä käytetä laajalti sen suuren resurssiintensiivisyyden vuoksi.

Muistiinpanot

↑ Tikhonov, A.N. Maankuoren syvien kerrosten sähköisten ominaisuuksien määrittämisestä [teksti] // Neuvostoliiton tiedeakatemian raportit. Uusi Ser. - 1950. V. 73, nro 2. - S. 295-297
↑ Cagniard, L. Geofysiikan etsintätekniikan magnetotelluurisen menetelmän perusteoria, Geophysics, 18, 605-635. - 1953
↑ Berdichevsky, M. N. Magnetotellurian mallit ja menetelmät [Teksti] / M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev. — M.: Tieteellinen maailma , 2009. — 680 s.: ill. - ISBN 978-5-91522-087-3 .
↑ MTNet-julkaisut (downlink) . Käyttöpäivä: 29. lokakuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 23. joulukuuta 2010. (määrätön)
↑ 1 2 Dmitriev, V. I., Berdichevsky, M. N. Yleisimpedanssimalli Arkistoitu 3. marraskuuta 2020 Wayback Machinessa //: Physics of the Earth . - 2002. - nro 10. - C. 106-112.
↑ Berdichevsky, M.N. Magnetotellurisen profiloinnin teoreettiset perusteet [Teksti] // M.N. Berdichevsky. Soveltava geofysiikka. - Ongelma. 28. - 1960.
↑ Cantwell, T. Matalataajuisten magnetotelluristen signaalien havaitseminen ja analysointi [Teksti] // Ph. D. Väitöskirja. — Messu. Inst. teknologiaa. – 1960.
↑ Wiese, H. Geomagnetische Tiefentellurik, Teil2, Die Streichrichtung der Undergrund-strukturen des elektrischen Winderstandes, ersclossen aus geomagnetischen Variationen [Teksti] / H. Wiese // Geofis. Pura. - 1965. - Appl. 52. - s. 83-103.
↑ Parkinson, W. D. Nopeiden geomagneettisten vaihteluiden suunta [Teksti] // Geophys. J. - Nro 2. - 1959. - P. 1-14.

Linkit

[bse.sci-lib.com/article072441.html Magnetotelluric sounding in the Great Soviet Encyclopedia]
Geofysikaaliset menetelmät maankuoren tutkimiseen

Sanakirjat ja tietosanakirjat	iso kiinalainen Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4168603-2