Magnetotellurisk lydende

Jordens magnetotelluriske lyd (MTS) er en af metoderne til induktionssounding af Jorden ved hjælp af målinger af det naturlige elektromagnetiske felt . Det anvendes ved geofysiske undersøgelser. Metoden blev skabt i 1950 [1] af den sovjetiske geofysiker A. N. Tikhonov . Et væsentligt bidrag til udviklingen af metoden blev også ydet af den franske videnskabsmand L. Cagnard [2] . Et væsentligt bidrag til teorien om MTS blev givet af M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev [3] ; På nuværende tidspunkt er metoden meget udbredt som en af metoderne til udforskning af geofysik og jordens fysik , nye måder er ved at blive udviklet til at forbedre nøjagtigheden af forskning i arbejdet med videnskabsmænd fra lande som Rusland , USA , Frankrig , Kina [ 4] .

Omfang

MTZ bruges:

når man studerer jordskorpens geologiske struktur på dybder op til mange hundrede kilometer i fundamental geofysik (grundlæggende både bogstaveligt og billedligt);
i elektrisk udforskning under forskning i dybder fra de første ti meter til de første ti kilometer:
- til efterforskning og efterforskning af mineralforekomster :
  - malm: uran , nikkel , kobber , platin osv.;
  - ikke-metalliske: fosfor , salt, diamant , grafit , geotermiske ressourcer, keramiske råmaterialer, byggematerialer osv.;
  - brændbart: kul , olie , gas osv.;
- til løsning af ingeniørgeologiske og hydrogeologiske problemer;
- til regional undersøgelse af geologiske strukturer.

Fysisk betydning

Kilderne til det elektromagnetiske felt i MTS er de naturlige kilder til elektromagnetiske svingninger i ionosfæren (for eksempel genereret af Jordens tordenvejrsaktivitet og Solens aktivitet ( solvind )).

Dybden af det elektromagnetiske felts indtrængning i mediet afhænger af selve mediets elektriske ledningsevne og af feltets frekvens (jo lavere frekvens, jo dybere trænger feltet ind) - hudeffekten .

Metodeændringer

Der er ændringer til denne metode:

deep MTS (GMTS) bruges til forskning til dybder på hundreder af kilometer;
MTS i lydfrekvensområdet (audio MTS, AMTS) bruges til overfladiske (men mere detaljerede) undersøgelser;
til forskning i områder med høj breddegrad af Jorden er der udviklet en speciel generaliseret version af MTS [5] ;
MTZ inden for velkendte radiostationer (Radio-MTZ, RMT, Radio-MT);
Det er muligt at bruge varianter af denne metode på andre planeter, hvis der er en tilstrækkelig stærk kilde til naturlige elektromagnetiske felter i frekvensområdet af interesse for os, hvilket igen bestemmes af dybdeområdet af interesse for os.

MTS har til formål at beregne eller estimere den elektriske resistivitet og dens afhængighed af dybde: . For at gøre dette studerer MTS frekvensresponsen af den geologiske sektion, kaldet den tilsyneladende resistivitet. $\rho =\rho (z)$ $\rho _{k}(\omega )$

I de første værker af skaberne af MTS ( A. N. Tikhonov , L. Kanyar , etc.), skulle det studere afhængigheden af den tilsyneladende modstand på frekvens:

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

i dette tilfælde blev det lodrette magnetfelt antaget at være nul, og Jordmodellen blev antaget at være endimensionel, det vil sige vandret lagdelt. Der er en endimensionel magnetotellurisk impedans her: groft sagt, $Z(\omega )$

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

hvor og er styrkerne af de elektriske og magnetiske felter målt på jordens overflade, er vinkelfrekvensen . $E(\omega )$ $H(\omega ),$ $\omega$

I 1980'erne var der et sarkastisk ordsprog blandt praktiske geofysikere:

Ja , nej - Vi vil gøre MTZ, ${\displaystyle B_{z))$ ${\displaystyle B_{z))$

betydningen af dette var, at selvom den teoretiske forudsætning for MTS på det tidspunkt var nul (den vertikale komponent af magnetfeltet), blev denne betingelse i praksis groft overtrådt, som feltarbejderne måtte vende det blinde øje til. Den efterfølgende udvikling af MTS fjernede behovet for denne forudsætning med introduktionen af 3D-modeller ( ), 3D-feltmodellering og 2x2 impedanstensoren. ${\displaystyle B_{z))$ $\rho =\rho (x,y,z)$

I 1960 kom forståelsen af, at den skalære tilsyneladende resistivitet ikke var nok, og som et resultat af Berdichevskys [6] og Cantwells [7] arbejde begyndte man at bruge den 2x2 magnetotelluriske impedanstensor , bestående af 4 komplekse frekvensfunktioner :

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

For at anvende den 2x2 magnetotelluriske impedanstensor er det nødvendigt at bruge todimensionelle eller tredimensionelle (i stedet for lagdelte) modeller af Jorden, ellers vil den magnetotelluriske impedansmatrix degenerere til en antidiagonal. Senere opstod der også en forståelse af, at den vertikale komponent af magnetfeltet ( ) også kan være meget nyttig. Dette førte til konstruktionen af en eller anden analog af den magnetotelluriske impedans - tipper-vektoren (også kendt som induktionsvektoren eller Wiese-Parkinson-vektoren [8] [9] ). Den næste udvikling [5] var konstruktionen af en generaliseret 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}}

som gør det muligt at arbejde efter MTS-metoden ikke kun på mellembreddegrader, men også på høje breddegrader, det vil sige tæt på den ionosfæriske kilde.

Til magnetotellurisk sondering anvendes magnetotelluriske stationer og sensorsæt.

Magnetotelluriske sensorer

Til at lyde anvendes elektriske og magnetiske feltsensorer. Magnetiske feltsensorer kan være magnetometre og spoler. Den elektriske feltsensor er et par elektroder begravet i jorden i en vis afstand. Typisk anvendes sensorarrangementet, som gør det muligt at måle de indbyrdes ortogonale komponenter af de elektriske og magnetiske felter på Jorden, for hvilke et par sensorer (elektriske og magnetiske) er orienteret i server-syd retning, og den anden i vest-østlig retning. Sensorernes udgange er forbundet til den magnetotelluriske station.

Magnetotellurisk station

Den magnetotelluriske station (se figur) er designet til at registrere data fra elektriske og magnetiske feltsensorer i tidssekvens på en informationsbærer. Nogle versioner af den magnetotelluriske station sørger også for databehandling.

Stadier af forskning

Dataene registreret af den magnetotelluriske station overføres til geofysiker-tolkens automatiserede arbejdsplads, hvor han ved hjælp af specialiseret software modtager information om den elektriske ledningsevne af det dybe lag i hver af de undersøgte dybder baseret på disse data. Faserne af dette arbejde omfatter:

modtage responsfunktioner og andre. Dette trin kaldes behandling af de målte data. Dette trin omfatter frekvensanalyseprocedurer (filtrering, opnåelse af Fourier-seriekoefficienter) og procedurer til at arbejde med matricer (matrixinversion ved Moore-Penrose-metoden eller entalsværdinedbrydning af matricer); $Z(\omega )$ $\rho _{k}(\omega )$
inversion (transformation) af responsfunktioner i et afsnit bestående af jordlag. Løsningen af det omvendte MTS-problem inkluderer normalt løsningen af det direkte problem og en af udvælgelsesmetoderne. Responsfunktionstransformation bruges, når der kræves et hurtigt, men groft estimat af den geoelektriske sektion. Nogle gange bliver denne vurdering til en vurdering af kvaliteten af de målte data, i sådanne tilfælde skal målingerne gentages.

Den første fase kan være ledsaget af manuel korrektion eller afvisning af data for en række frekvens- og tidsindikatorer.

Det andet trin kan også ledsages af manuel korrektion eller afvisning af data, for eksempel af en række rumlige indikatorer (det kan for eksempel vise sig, at ved en række observationsstrejker er dataene af uacceptabel kvalitet af den ene eller anden grund , som normalt opdages i løbet af arbejdet).

Derudover er anden fase ledsaget af introduktionen af en a priori geofysisk model, hvilket skyldes, at det omvendte MTS-problem har mange forskellige løsninger, hvorfra tolken vælger den mest geofysisk pålidelige.

Datafortolkning

Fortolkningen af MTS-data udføres inden for rammerne af 1D-, 2D- og for nylig 3D-modeller. De allerførste tilgange til den numeriske løsning af det omvendte problem for magnetotelluriske sonderinger blev udviklet i midten af forrige århundrede. Paletter og programmer til endimensionel fortolkning af MTS-data er vidt udbredt og er i det offentlige domæne.

I øjeblikket er fortolkningsstandarden 2D-inversionsalgoritmerne (Reboc, WinGlink, ZondMT2D).

På trods af udviklingen af computerteknologi er det omvendte tredimensionelle problem endnu ikke udbredt på grund af dets høje ressourceintensitet.

Noter

↑ Tikhonov, A.N. Om bestemmelsen af de elektriske egenskaber af de dybe lag af jordskorpen [Tekst] // Rapporter fra USSR's Videnskabsakademi. Ny Ser. - 1950. V. 73, nr. 2. - S. 295-297
↑ Cagniard, L. Grundlæggende teori om den magneto-telluriske metode til geofysisk prospektering, Geophysics, 18, 605-635. - 1953
↑ Berdichevsky, M. N. Modeller og metoder for magnetotellurik [Tekst] / M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev. — M.: Scientific world , 2009. — 680 s.: ill. - ISBN 978-5-91522-087-3 .
↑ MTNet-publikationer (downlink) . Dato for adgang: 29. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 23. december 2010. (ubestemt)
↑ 1 2 Dmitriev, V. I., Berdichevsky, M. N. Generaliseret impedansmodel Arkiveret 3. november 2020 på Wayback Machine //: Earth Physics . - 2002. - Nr. 10. - C. 106-112.
↑ Berdichevsky, M.N. Teoretisk grundlag for magnetotellurisk profilering [Tekst] // M.N. Berdichevsky. Anvendt geofysik. - Problem. 28. - 1960.
↑ Cantwell, T. Detektion og analyse af lavfrekvente magnetotelluriske signaler [Tekst] // Ph. D. Afhandling. — Messe. Inst. teknologi. - 1960.
↑ Wiese, H. Geomagnetische Tiefentellurik, Teil2, Die Streichrichtung der Undergrund-strukturen des elektrische Winderstandes, ersclossen aus geomagnetischen Variationen [Text] / H. Wiese // Geofis. Pura. - 1965. - Appl. 52. - S. 83-103.
↑ Parkinson, W. D. Retning af hurtige geomagnetiske fluktuationer [Tekst] // Geophys. J. - nr. 2. - 1959. - S. 1-14.

Links

[bse.sci-lib.com/article072441.html "Magnetotellurisk lyd" i Great Soviet Encyclopedia]
Geofysiske metoder til at studere jordskorpen

Ordbøger og encyklopædier	stor kinesisk Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 4168603-2