Развитие методов интерпретации данных электромагнитных зондирований, применяемых в инженерной геофизике (1104595), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Бердичевским и В. И. Дмитриевым была высказанаидея о методике «бокового зондирования» геоэлектрических структур. Она состоит издвух основных этапов:1) выбор узкого класса моделей (создание интерпретационной модели);2) восстановление 3D модели в полосе вокруг профиля.На первом этапе помимо априорной геолого-геофизической информации важная рольотведена анализу МТ данных, позволяющему локализовать геоэлектрические структуры, оценить их простирание и степень вытянутости.
Грубые количественные оценки некоторых геоэлектрических параметров могут быть сделаны по результатам 1D и2D инверсий. На всей этой основе строится 3D модель, которая на последнем этапекорректируется с помощью программы для 3D инверсии МТ данных.В данной главе на примере двух геоэлектрических моделей исследуются возможности методики «бокового зондирования». На этом пути используются стандартные методы анализа и инверсии МТ данных, но уделяется основное внимание не построению геоэлектрического разреза по линии профиля, а анализу эффектов, связанных с изменениями электропроводности вне профиля.Первая модель представляет собой трёхслойную среду с тремя прямоугольнымипризмами во втором слое (рис. 2).
Удельное электрическое сопротивление (УЭС) фонового разреза составляет 100 Ом∙м до глубины 10 м, 400 Ом∙м до глубины 300 м и100 Ом∙м ниже. УЭС призм равно 25 Ом∙м, глубина до их кровли - 50 м, мощность 100 м, а горизонтальные размеры каждой призмы - 300 м × 100 м. Одиночный профиль наблюдений пересекает первую призму в её центре, вторую - вблизи края, а третья призма находится вне профиля. Длина профиля - 1500 м, шаг по профилю - 25 м,диапазон частот колебаний поля - от 10 Гц до 10 кГц.x, м-400-2000y, м2004006000100100z, мz, м-6000200-600-400-200-60 0-400-20002004006000200400600200300300400400600Малопористыескальныепороды(400 Ом*м)Малопористые скальныепороды(400 Ом•м)Выветрелые и иобводненныепороды(100 Ом•м)Выветрелыеобводнённыепороды(100 Ом*м)400Проводящие неоднородности(25 Ом•м)Проводящиенеоднородности(25 Ом*м)200x, мПрофильПрофильАМТЗАМТЗ0-200-400-600y, мРис.
2. Схема геоэлектрической модели с локальными неоднородностями:разрезы по плоскостям y=100 м и x=0 и карта на глубине z=100 м.8Тем самым имитируется ситуация, когда АМТЗ выполнены на одиночном профиле над массивом скальных пород, выветрелых в верхней (до глубины 10 м) и обводнённых в нижней (более 300 м) его части. Целью работ могла бы быть локализация проводящих (глинистых или обводнённых) зон, представляющих опасность пристроительстве проектируемого тоннеля, над осью которого проложен профиль. Впрочем, можно представить себе множество других геологических ситуаций, которыеможно описать такой моделью, вплоть до изучения коровых проводящих зон в высокоомной литосфере (при соответствующем изменении масштаба глубин и частот).Вторая геоэлектрическая модель, которая не представлена в автореферате, отличается от первой только геометрическими размерами неоднородностей и их болеесложным пространственным положением.
В этой модели три проводящие призмы образуют протяжённую вертикальную зону мощностью 250 м, которая, изгибаясь, вначале идёт параллельно профилю, а затем пересекает его под углами 45 и 90 градусов,и имитируют разломную зону в скальных породах.МТ данные, отвечающие модели на рис. 2, были рассчитаны с помощью программы 3D моделирования MT3DFwd (автор - Р.
Мэкки). В диссертации выполненподробный анализ синтетических данных, здесь же остановимся на наиболее показательных моментах.Матрица Визе-Паркинсона, состоящая из комплексных компонент Wzx и Wzy,обладает большой чувствительностью к геоэлектрическим неоднородностям вдали отточки наблюдения. Рассмотрим карты вещественных индукционных стрелокReW=ReWzx∙1x+ReWzy∙1y (рис.
3). Они указывают направления от проводящих зон(конвенция Визе).х, мх, му, мх, му, мх, му, му, мРис. 3. Карты вещественных индукционных стрелок на частотах (слева направо):2500, 250 и 25 Гц. Справа - карта лучей на частоте 2500 Гц.9В южной части профиля стрелки расходятся вдоль него в разные стороны от точки x=-400 м. На этой основе можно утверждать, что здесь располагается проводящаянеоднородность, причём либо её центр находится на профиле, либо она далеко вытянута в обе стороны от профиля.
В центральной (x=0 м) и северной (x=400 м) частипрофиля стрелки позволяют выделить два проводящих объекта, причём центры этихобъектов находятся к востоку от профиля. Также характер стрелок позволяет судить,что центр северной аномалии находится дальше от профиля.К данным матрицы Визе-Паркинсона был применён новый метод визуализации ввиде лучей, реализованный в программе MT_Array (рис. 3).
Проекции пересеченийсиних лучей на профиль отвечают проекциям истинных центров призм. Одно пересечение (северное) находится в 130 м от профиля (в то время как центр северной призмы - в 200 м), а другое - в 30 м (центр соответствующей призмы - в 100 м).Аналогичный приём можно применить и для тензора импеданса, рисуя линии вего главных направлениях. Пересечение линий даст центр зоны аномального сопротивления, расположенной вне профиля.Проанализируем также, как меняются вдоль профиля инвариантные (по отношению к вращению системы координат) параметры неоднородности и асимметрии среды.
На рис. 4 приведены графики параметра неоднородности N и параметра асимметрии Свифта skews, рассчитанных по формулам:N 1 4Z XX Z YY Z XY Z YX,(Z XY Z YX ) 2skew S N, skews0.12ZXX ZYY.ZXY ZYXNskews0.080.04х, м0-700 -600 -500 -400 -300 -200 -1000100200300400500600700010020030040050060070001002 0030040050060 0700N, skews0.20.160.120.080.04х, м0-700 -600 -500 -400 -300 -200 -100N, skews0.20.160.120.080.04х, м0-700 -600 -500 -400 -300 -200 -100Рис.
4. Графики параметра неоднородности N и параметра асимметрии Свифтаskews для частот (сверху вниз): 2500, 250 и 25 Гц.10На графиках параметра N присутствуют 5 максимумов, и УЭС наиболее интенсивно меняется в горизонтальном направлении вблизи этих точек профиля. Поскольку на картах индукционных стрелок мы видели три аномалии, то логично предположить, что две пары острых максимумов, разделённых столь же острыми минимумами,связаны с границами двух неоднородностей, через которые проходит профиль. Широкий максимум обязан своим происхождением третьей неоднородности, расположенной вне профиля, при этом точка профиля с максимальным значением N наиболееблизка к ней.Параметр skews, характеризующий трёхмерные эффекты, очень мал на частоте2500 Гц, однако на 250 Гц возрастает и при дальнейшем понижении частоты почти неменяется.
Первая призма, углы которой наиболее удалены от профиля, слабо видна награфике. Другие две призмы дают небольшие аномалии skews в точках профиля, наиболее приближенным к их углам. Максимальные значения skews отвечают центральной неоднородности, поскольку она находится под профилем (и оказывает существенное влияние) и ассиметрична относительно линии профиля.Аналогичный анализ можно выполнить, используя норму матрицы ВизеПаркинсона ||W|| и магнитовариационный параметр асимметрии skewmv.На этапе анализа МТ данных удалось выявить аномалии УЭС и приближенноопределить их местоположение. Однако не менее важно оценить их глубины залегания, мощности и значения УЭС.
Также необходимо получить представление о вмещающем разрезе. Для этого можно применить «сглаживающие» 1D и 2D инверсии.На рис. 5 приведены полученные с помощью программы REBOCC результаты2D инверсии. Геоэлектрический разрез, полученный в результате инверсии квазипродольного импеданса Z||, связанного с продольными токами, близок к результату1D инверсии. На разрезе принципиально правильно восстановлена вмещающая трёхслойная среда, если не считать сглаживания границ, связанного с особенностями алгоритма. Кроме того, выделены две проводящие аномалии в районе x=-400 м и x=0 м.Устойчиво определена глубина до их кровли (примерно 50 м), но завышено УЭС(примерно 100 Ом∙м вместо 25 Ом∙м).
Определённая проблема связана с появлениемглубинных проводящих «корней», поскольку в 2D модели поведение Z|| определяетсятолько индукционными эффектами, и сильные гальванические эффекты (статическиесмещения) приводят к столь же сильным искажениям УЭС расположенных под неоднородностями зон, как и в случае с 1D инверсией. При этом остаётся велика невязка«наблюдённых» и модельных данных. Важным обстоятельством явилось то, что наразрезе не проявилась третья неоднородность, выявленная на этапе анализа МТ данных. Если бы мы рассматривали задачу о построении геоэлектрического разреза полинии профиля, то этот результат следовало бы считать успешным, поскольку третьяпризма действительно располагается в стороне от профиля.
Однако нам важно получить информацию и о структурах вне профиля.11Рис. 5. Геоэлектрические разрезы, полученные в результате 2D инверсии компонентZ|| (сверху) и Z┴ (внизу).Стартовая модель - однородное полупространство 100 Ом∙м.На разрезе, построенном с использованием квази-поперечного импеданса Z┴,связанного с поперечными по отношению к вытянутым структурам токами и наиболее устойчивого к 2D аппроксимации проводящих структур, видны все три неоднородности, но при этом глубина залегания и УЭС расположенной в районе x=400 мпризмы оказались завышены. Таким образом, наличие проводящей структуры на разрезе, построенном по Z┴, и её отсутствие на разрезе, построенном по Z||, может объясняться тем, что эта структура находится в стороне от профиля.Опробуемый подход подразумевает построение схематической 3D модели,включающей полученную на этапе анализа информацию об аномалиях и фоновомразрезе, и корректировка этой модели с помощью программы 3D инверсии.
Однаконачнём применение 3D инверсии с более простых стартовых моделей.Для данного исследования использовалась программа WSInv3DMT (автор - В.Сирипунварапорн), которая выполняет сглаживающую инверсию МТ данных. Прямаязадача в ней решается методом конечных разностей. Выполнялась инверсия четырёхкомплексных компонент тензора импеданса, при этом для экономии вычислительныхресурсов ограничимся 11 периодами и 30 точками наблюдения.Вначале в качестве стартовой модели было взято однородное полупространство(ОПП) сопротивлением 400 Ом∙м (такое же сопротивление имеет слой, в которомрасполагаются проводящие призмы). Результаты инверсии показаны на рис. 6 слева.На карте, отвечающей глубине, на которой должны располагаться проводящие зоны,южная и центральная аномалии выделились чётко, но северная выражена не сильнееартефактов вблизи профиля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
