大地電磁測深數(shù)據(jù)TE與TM極化模式的對比

萬漢平

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

大地電磁測深數(shù)據(jù)TE與TM極化模式的對比

萬漢平

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

在大地電磁測深工作中，由于實際地下介質(zhì)的非均勻性，所得到實測資料的TE、TM極化模式視電阻率曲線有很大差異，給正確認(rèn)識和判斷實際地質(zhì)結(jié)構(gòu)帶來困難。通過建立簡單地塹、地壘及斷層模型，并進行正反演，總結(jié)了這些模型條件下TE、TM極化模式的響應(yīng)規(guī)律，為大地電磁測深數(shù)據(jù)的定性分析和解釋提供了依據(jù)。

大地電磁測深；TE；TM；視電阻率曲線

大地電磁測深法多用于探測深大斷裂構(gòu)造的走向及傾向，由于這些復(fù)雜地質(zhì)體都是呈二、三維性的非均勻介質(zhì)，因此所得到大地電磁實測資料的TE、TM極化模式視電阻率曲線有很大差異。通過建立地塹、地壘和斷層等常見地質(zhì)模型，并進行正、反演計算，總結(jié)這些理論模型TE、TM極化模式的響應(yīng)規(guī)律，對大地電磁測深數(shù)據(jù)的定性分析和解釋及數(shù)據(jù)處理具有重要意義。

1 方法原理

大地電磁測深法（MT）是研究地殼和上地幔構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。其以天然交變電磁場為場源，因電磁場的趨膚效應(yīng)（即不同頻率的電磁場信號具有不同的穿透深度），通過觀測地面電磁場值，從而獲得地下不同深度介質(zhì)的電阻率分布信息［1］。

在大地電磁測深的每一個測點上都可以獲得兩條視電阻率曲線，一條是電場沿構(gòu)造走向極化的曲線，稱之為TE極化模式視電阻率曲線；另一條是電場沿構(gòu)造傾向極化的曲線，稱之為TM極化模式視電阻率曲線［2］。在一維介質(zhì)中，地面波阻抗是一標(biāo)量，TE、TM模式視電阻率值是相同的。在二維、三維介質(zhì)中波阻抗是張量，兩種模式的視電阻率曲線不同。

2 模型建立及分析

所用正演方法為有限元法。都是在頻率0.000 55～320 Hz采樣范圍內(nèi)按對數(shù)間距選取40個頻點對模型進行正演。二維反演方案為一維OCCAM加二維NLCG。

2.1 地塹模型

如圖1所示，建立了一種簡單的地塹模型。模型大小為4 km×2 km，模型分為兩層，底部是電阻率為2 000 Ω·m的高阻層，上部是電阻率為1 000 Ω·m的覆蓋層。在模型中部有一凹陷，深度為800 m。設(shè)計了19個測點，其中6～13號測點對應(yīng)于模型凹陷區(qū)域。TE、TM模式的正演和反演結(jié)果分別如圖2、3所示。

從模型的正演模擬結(jié)果可看出，TE模式的視電阻率斷面圖較好地揭示了電性分層，但未能很好地反映出凹陷區(qū)域。而TM模式對模型的擬合效果較好，對凹陷區(qū)域和電性分層均有較好的反映。從兩種模式的反演結(jié)果看，TE模式的反演效果仍不如TM模式。

為了更清楚的了解TE、TM響應(yīng)曲線在模型凹陷區(qū)域的變化情況，選取了1～18號測點的視電阻率曲線進行對比分析。各測點的視電阻率曲線如圖4所示。

通過分析各測點的視電阻率曲線，可以看出整個測區(qū)范圍內(nèi)，TE模式視電阻率曲線未發(fā)生明顯變化，說明TM模式視電阻率曲線對該模型的反映比TE模式靈敏；在地塹區(qū)域，TM模式視電阻率曲線總是位于TE模式視電阻率曲線下方。

2.2 地壘模型

如圖5所示，建立了一種簡單的地壘模型。模型大小為4 km×2 km，模型分為兩層，底部是電阻率為2 000 Ω·m的高阻層，上部是電阻率為1 000 Ω·m的覆蓋層。在模型中部有一隆起，深度為500 m。設(shè)計了20個測點，其中8～15號測點對應(yīng)于模型隆起區(qū)域。TE、TM模式的正演和反演結(jié)果分別如圖6、7所示。

從模型的正演斷面圖可看出，TE模式的視電阻率斷面圖較好地揭示了電性分層，但未能很好地反映出隆起區(qū)域。而TM模式對模型的擬合效果較好，對隆起區(qū)域和電性分層均有較好的反映。從兩種模式的反演結(jié)果看，TE模式的反演效果仍不如TM模式。

為了更清楚了解TE、TM響應(yīng)曲線在模型隆起區(qū)域的變化情況，選取了1～18號測點的視電阻率曲線進行對比分析。各測點的視電阻率曲線如圖8所示。

通過對各測點的視電阻率曲線分析，得到如下認(rèn)識：整個測區(qū)范圍內(nèi)，TE模式視電阻率曲線未發(fā)生明顯變化，說明TM模式視電阻率曲線對該模型的反映比TE模式靈敏；在地壘區(qū)域，TM模式視電阻率曲線總是位于TE模式視電阻率曲線上方。

2.3 斷層模型

如圖9所示，建立了一種斷層模型。模型大小為6 km×3 km，模型分為3層，底部是電阻率為1 000 Ω·m的高阻層，頂部是電阻率為500 Ω·m的覆蓋層，兩者中間夾著一層厚度為600 m，電阻率為100 Ω·m的低阻層，且其在中部有一斷裂，斷裂部分電阻率為10 Ω·m。設(shè)計了16個測點，其中6～10號測點對應(yīng)于模型斷層區(qū)域。TE、TM模式的正演和反演結(jié)果分別如圖10、11所示。

對比兩種模式的正、反演結(jié)果，TM模式對模型有更好的擬合效果，它很好地對應(yīng)了各電性分層，并準(zhǔn)確揭示出斷層位置。而TE模式的擬合效果要粗糙得多，它夸大了中間低阻電性層的縱向深度，也沒有準(zhǔn)確反映出斷層的位置。為了更清楚地了解TE、TM響應(yīng)曲線在模型各區(qū)域的變化情況，選取了1～15號測點的視電阻率曲線進行對比分析。各測點的視電阻率曲線如圖12所示。

通過對各測點的視電阻率曲線分析，得到如下認(rèn)識。

整個測區(qū)范圍內(nèi)，TM模式視電阻率曲線比TE模式視電阻率曲線變化明顯，其不斷上下跳動，而TE模式視電阻率曲線僅在對應(yīng)于斷層區(qū)域的幾個測點處表現(xiàn)為在高頻段有下降。這說明TM模式對該模型的反映較TE模式靈敏；測點未對應(yīng)于斷層時，TM模式的低頻段總是在TE模式的上方；而在斷層區(qū)域，TM模式的低頻段逐漸下移到TE模式的下方，與其形成“喇叭狀”。這點是斷層模型很重要的一個特征，通過“喇叭狀”這一明顯現(xiàn)象可以判斷出斷層的存在及位置［3］。

3 結(jié)論

對類似模型的地塹、地壘和斷層構(gòu)造，TM模式要比TE模式反應(yīng)更靈敏，能更好地反映真實模型?？偨Y(jié)了3種模型所對應(yīng)的不同極化模式下視電阻率曲線特征：在地塹區(qū)域，TM模式視電阻率曲線總是在TE模式視電阻率曲線的下方；在地壘區(qū)域，TM模式視電阻率曲線總是在TE模式視電阻率曲線的上方；在斷層區(qū)域，TE模式視電阻率曲線與TM模式視電阻率曲線交叉形成“喇叭狀”。從而為今后大地電磁測深實測數(shù)據(jù)進行定性分析與解釋提供了依據(jù)。

以上僅對比分析了3種簡單模型，還需要通過更多復(fù)雜的二、三維理論模型對比試驗，以便更好地總結(jié)TE、TM模式下視電阻率曲線變化特征和規(guī)律。

［1］石應(yīng)駿，劉國棟，吳光耀，等.大地電磁測深法教程［M］.北京：地震出版社，1985.

［2］張翔.大地電磁測深資料的TE、TM極化視電阻率曲線識別研究［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報，1999，21（4）:72-75.

［3］朱仁學(xué).斷層的大地電磁響應(yīng)的研究［J］.長春科技大學(xué)學(xué)報，1999，29（3）:290-294.

TE and TM polarization modes for contrast of magnetotelluric data

WAN Han-ping

（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In magnetotelluric（MT）sounding，inhomogeneous underground media make apparent resistivity curve quite different with different TE and TM modes surveyed.Therefore，different modes can get different interpretation results which will bring difficulty to understand and judge geological configuration.Although there are obvious differences from polarization apparent resistivity curve between TE and TM mode，there are some regularities in specific geological configuration，simple graben，horst and fault model were set up and forward and inversion calculated their apparent resistivity with TE and TM modes which play an important role on data processing and interpretation. So it is meaningful to find and understand these regularities.

magnetotelluric sounding；TE；TM；apparent resistivity curve

P631.2

A

1672-0636（2013）04-0224-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2013.04.007

2013-03-18

萬漢平（1986—），男，重慶巫山人，工程師，主要從事電磁方法研究工作。E-mail:whp910@163.com