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关于MTP的问题（11）——阻抗张量分解后还需旋转吗？: 热度 1 陈小斌 2014-5-30 00:21; 我已经多次说过，张量式的大地电磁观测的主要优势，在于用一个4元素的张量表示了平面上任意方位观测坐标框架的阻抗测量。阻抗张量不仅可以旋转，还可以确定电性主轴方位，在此基础上，结合大地电磁似稳场的特点，发展出阻抗张量分解技术来分离近地表的小异常体和区域背景构造的大地电磁响应。目前而言，阻抗张量分解是大地电磁数据处理的核心技术。然而，长期以来，国内对阻抗张量分解的认识不够深入，其应用未得以推广。纵是学术科研领域，很多时候阻抗张量分解不过是学术论文里的花瓶——为满足评审者的需要而加入的点缀品，或者是一个论文撰写套路中的一个形式，没有真正发挥其作用。这其中的主要原因是，由于干扰噪声、局部构造等因素的影响，单测点-单频点自由分解后得到的数据，质量往往比原观测数据降低很多，无法直接用于二维反演中。此外，有些人对于二维模型解释本身的要求不理解——二维模型要求剖面上所有频点和所有测点都要求有同样的走向方位；更多的人对阻抗张量分解本身要解决的问题不了解。这些因素导致了阻抗张量分解技术使用中的混乱。阻抗张量分解技术的源头是Swift旋转。1967年，Swift在其博士学位论文中，首次提出通过对阻抗张量旋转，得到主轴阻抗张量，以此确定所谓的电性主轴方位。电性主轴方位用来干什么呢？就是确定二维解释的坐标框架——二维反演用的数据最后都需要旋转到该框架下才是合理的。然而，后来的理论和实践发现，如果近地表存在很小的三维小异常体，这些小异常体的尺寸小到大地电磁观测用的最高频率所无法分辨的范围。即，小异常体不是我们的探测目标，但其叠加在我们要探测的区域构造之上，使得Swift旋转方法无法准确确定区域构造的电性主轴方位，从而导致坐标框架的选择错误，进而引起二维反演解释的错误。为了抑制这些三维小异常体的影响（即所谓的局部畸变），在Swift旋转的基础上，发展了多种阻抗张量分解算法。无论是巴赫分解（Bahr）、GB分解、相位张量技术、CCZ分解（蔡军涛-陈小斌-赵国泽，CCZ），还是我自己单独发展的尚未发表却已应用的五参数分解，所要解决的问题都是一样的：压制地表三维小异常体引起的局部畸变，在电性主轴坐标框架下，分离得到区域阻抗响应。为了达到上述目的，阻抗张量分解需要面对的参数有：电性主轴方位（1个实数）、电性主轴方位下的区域二维阻抗响应（TE、TM极化模式下的阻抗，2个复数）、畸变因子（2个实数）、静位移因子（2个实数）。其中，后面2个静位移因子是无法确定的参数，必须提供先验约束信息，前面5个参数是通过张量分解可确定的参数。张量分解得到的所有参数，都是在最佳主轴坐标系下的。这是阻抗张量分解的基本参数和结果框架。正如前面提到的，由于一条剖面上不同位置、不同地质构造、不同电磁干扰环境等因素的影响，传统的单频点-单测点分解所得到的二维区域阻抗曲线很不连续，因为它们的旋转方向可能会差别很大。这种情况下，不能直接使用分解后的二维区域阻抗直接进行反演。一般的做法是，利用统计玫瑰图查看一定数量的测点和频点的最佳主轴方位的统计结果，采用其中主要的那个方位作为二维剖面的电性主轴方位，然后，把有底观测的阻抗张量数据旋转到该方位，用于二维反演计算。这就是先分解-后旋转的原因所在。然而，上述这种先分解-后旋转的使用方法完全无视了张量分解技术的主要成果——二维区域阻抗响应。这时，张量分解的主要目的变成了只是为了确定一个最佳主轴方位（还有一个次要目的是做构造维性分析），而张量分解技术的原有出发点——获得最佳主轴框架下的二维区域阻抗响应的成果被抛弃了。合乎逻辑的做法应该是，利用统计玫瑰图确定电性主轴方位角，然后在张量分解中给予固定，获得该主轴方位下的二维区域构造响应。但这一过程比较复杂，不容易实现，只好采用直接旋转原始阻抗至最佳主轴方位角的办法，来近似获得二维区域阻抗响应。大部分情况下，将阻抗数据旋转到最佳主轴方位上，而张量得到的该方位上的阻抗响应差别不大。但也有差别很大的，本人在实践中遇到过好些例子。为了解决上述先分解-后旋转的使用方法所固有的弊端，2001年，Alan和他的学生利用最优化技术发展了多测点-多频点阻抗张量分解技术，研发了著名的Strike程序。十多年来，Strike程序风行于大地电磁探测研究的学术圈，但在是工程生产建设中基本上未见有应用。本人去年提出了另外一种多测点-多频点阻抗张量分解技术，并可视化集成于MT-Pioneer中，为其在科研和生产中的同步推广应用提供了基础。 MTP中的多测点-多频点分解包括两项技术。一项是，先进行单频点-单测点的阻抗张分解，然后利用统计玫瑰图可视化统计结果，确定电性主轴方位（靠人的肉眼确定），然后进行全剖面的固定主轴张量分解（在分解前输入刚才确定的最佳主轴方位，固定不变，利用张量分解技术得到其他参数），获得固定主轴方位上的二维区域阻抗响应，用于后续的二维反演中。另一项也需要先进行单频点-单测点的阻抗张分解，然后进行全剖面的共主轴阻抗张量分解。所谓共主轴分解，是假设全剖面上多个测点、多个频点的阻抗数据具有相同的主轴方位，但这个主轴方位是未知的，需要利用阻抗张量分解技术来确定。也就是说，在这项技术中，最终得到的主轴方位和二维区域阻抗响应以及相应的畸变因子等参数，都是阻抗张量分解得到的。以上两项技术的结果，所有的数据都在主轴框架下，不需要再进行旋转即可应用到后续的二维反演中。很显然，MTP中的这种处理方式是完整的阻抗张量分解的处理方式，所得到参与二维反演用的数据不仅仅已经旋转到最佳主轴方位上，而且还是经过阻抗张量分解后的阻抗数据，是真正压制了地表小异常体的局部畸变的区域构造响应数据，比先分解-后旋转的处理方式要更加合理。; 个人分类: Pioneer|7356 次阅读|2 个评论

Pioneer4.90：大地电磁最佳主轴方位的统计玫瑰图绘制: 陈小斌 2012-2-27 23:27; 与国内其他软件相比较，Pioneer的一个重大优势是完全支持叠加功率谱数据以后的所有数据处理技术。这其中最为关键之处在于阻抗张量数据的处理分析。阻抗张量分析处理早已成为国际顶级地球电磁感应学术讨论会的常设专题之一，其地位几乎可与正反演算法研究相平。但是，国内其他绝大多数软件都是从阻抗张量的衍生物——视电阻率和阻抗相位开始处理分析的，因而无法涉及到阻抗张量分解这一大地电磁法的数据处理核心技术的应用。由阻抗张量分解可以确定测区的区域构造走向和倾向的基本方位、测区的二维性情况、以及消除观测点附近小三维异常体所引起的资料的局部畸变。Pioneer中，实现了近十余种阻抗张量分解技术，公开发布使用的是常用的四种：SWift旋转（严格说来这不属于张量分解）、Bahr分解、相位张量、GB分解。张量分解的结果是获得一系列不变量，其中最重要是最佳主轴方位、二维偏离度等。Pioneer中，设计了不变量显示的标签页，可以显示一维偏离度、二维偏离度、最佳主轴方位、畸变因子等，如图1所示。图1、Pioneer中每个测点的阻抗张量分解得到不变量以曲点图的方式显示但是，图1所示的结果只是这些参数的简单显示，没有任何意义的统计分析。由于野外观测资料存在较大的噪声，且地下介质千变万化，直接从这些曲点图上很难获得全局性的分析结果。近些年来，各类论文上流行的是如图2所示的玫瑰图，其不仅直观地指出了构造方位走向，而且还对数据进行了必要的统计，因而具有统计上的可靠性。图2、当前流行的大地电磁最佳主轴方位的统计玫瑰图为了对这些不变量参数做进一步地分析，获得测区构造走倾向以及电性介质的二维性状况，可以从Pioneer中导出相应的数据，然后到Grapher中做出类似于图2所示的图件，并进行相应的分析，获得数据旋转方位。由于Grapher等软件与MT数据处理软件是脱离的，因此这种统计分析过程非常繁琐。尤其是在测点数目较多的情况下，需要耗费大量的人力物力。这种情况在Pioneer4.90中得以彻底改观了。 Pioneer4.90提供了构造方位和维性分析模块。目前主要实现了构造主轴方位的玫瑰图和直方图统计分析功能，如图3和图4所示，可见可以非常方便地选择点（测点）、线（测量剖面）、面（数据工程）以及设计不同的频率范围进行最佳主轴的方位分析，因而大大提高了构造主轴分析的效率和可靠性。图3、Pioneer4.90中实现的大地电磁最佳主轴方位的统计玫瑰图图4、Pioneer4.90中大地电磁最佳主轴方位的统计直方图; 个人分类: Pioneer|8366 次阅读|0 个评论

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