Magnetotellurics (MT): Тэхніка, тлумачэнне і прымяненне

Увядзенне

У дадзеным артыкуле прыводзіцца тлумачэнне тэхнікі МТ (што гэта?) І яе прымянення, а таксама некаторыя канкрэтныя прыклады. 

Рассечаныя, слова magnetotellurics складаецца з двух частак магнето для магнітных і теллурических для токаў Зямлі. МТ геафізічныя метад, які вымярае магнітныя і электрычныя палі, якія знаходзяцца ў зямлі. У асноўным, МТ геафізічныя метад, што меры, натуральныя, зменлівыя ў часе магнітныя і электрычныя палі. З гэтых вымярэнняў можна вывесці супраціў ацэнкі нетраў, з самага зблізку паверхні да дзясяткаў тысяч футаў. 

Подпісы да малюнкаў

Лічбы 1/2: Узаемадзеянне сонечных часціц з магнітным полем зямлі стварае высокай энергіі электрамагнітнай энергіі, якія падарожнічаюць па зямлі праз навальніцамі.

Малюнак 3: Гэты раён з'яўляецца тыповым кандыдатам для прымянення МТ.

Малюнак 4: Супраціў значэння змяняюцца ў залежнасці ад литологии. 

Малюнак 5: Тыповая схема станцыі МТ. Станцыі могуць быць дзе-то ад чвэрці мілі да дзясяткаў міль адзін ад аднаго, у залежнасці ад тыпу даследаванні.

Малюнак 6: Фактычнае час серыі MT запісу. Амплітуды электрычных і магнітных хваляў вымяраюцца як функцыя часу. Каналы 4,3,2,1, адпаведна, адпавядаюць Ex, Ey, Hx, Hy.

Малюнак 7 Прыклад МТ відавочным крывыя супраціў (у Ом-м) ад частаты (у Гц).

Малюнак 8 падзелу MT супраціву ў плато Калумбія.

Малюнак 9 MT інтэрпрэтацыяў ў розных антыкліналі ў складчатой ​​пояса ў Папуа-Новай Гвінеі. 

Малюнкі 10 Інтэрпрэтацыя дадзеных MT (а) і разрэзу (б) з Турцыі.

Малюнак 11 інверсія 15 станцый МТ набылі па паўночна-ўсходняга простирания профілю ў паўднёвым штаце Ваёмінг. Докембрийских граніт цягі з поўначы на ​​поўдзень у гэтым раздзеле MT супраціву.

Што такое крыніца сігналу MT? 

Сігнал МТ выклікана дзвюма прычынамі: 

1. У больш нізкіх частот (звычайна менш за 1 Гц, або на 1 цыкл у секунду), крыніца сігналу ўзаемадзеяння сонечнага ветру з магнітным полем зямлі. Як сонечных бур выпускаюць патокі іёнаў, гэтая энергія парушае магнітнае поле зямлі і прычыны нізкачашчыннай энергіі пранікаць зямной паверхні (мал. 1). 

2. Чым вышэй частата сігналу (больш за 1 Гц) ствараецца па ўсім свеце навальніцы, як правіла, зблізку экватара. Энергіі, якая ствараецца гэтымі навальніцы падарожнічае па зямлі (у хвалявода паміж зямной паверхні і іёнасферы), пры гэтым частка энергіі пранікае ў зямлю (мал. 2). 

Абодва гэтыя крыніцы сігналу стварыць нестацыянарных электрамагнітных хваль. 

Хоць гэтыя электрычныя і магнітныя палі з'яўляюцца невялікімі, яны вымерна. Thats добрая навіна. Дрэнная навіна ў тым, што гэтыя сігналы змяняюцца ў сілу на працягу гадзін, дзён, тыдняў і нават на працягу цыклу сонечных плям (што складае каля 11 гадоў і стварае павелічэнне колькасці сонечных бур). Так, геафізікаў вымярэння МТ павінны вымераць гадзінамі на кожнай станцыі, каб атрымаць досыць сігналу для забеспячэння высокай якасці дадзеных. Гэта асабліва дакладна, калі іх вымярэння на нізкіх частотах (каля 0,001 Герц, або 1 цыкл ў 1000 секунд). На гэтых нізкіх частотах, нам трэба запісаць на працягу 16 хвілін, каб атрымаць адзін ўзор дадзеных! Гэта азначае, што нам сапраўды трэба для запісу на працягу некалькіх гадзін, каб атрымаць годную статыстычных сярэднім добрыя дадзеныя. 

Што такое МТ выкарыстоўваецца?

Метад MT сама толькі існуе з 1960 года. Практычныя сістэмы ўвайшло ва ўжытак у 1970-х гадоў, з вялікімі паляпшэння, зробленыя ў 1980-х. Апошнія два-тры гады бачылі з'яўленне невялікіх сістэмах, выкарыстоўваючы GPS і больш хуткія кампутары, а таксама 24 біт на лічбавае пераўтварэнне (з наступнымі ніжэй). 

Спачатку МТ быў выкарыстаны ў асноўным для выведкі адлюстраванне басейнаў і геатэрмальнай перспектывы. У 1980-х гадоў, МТ сталі ўжываць для выведкі нафты, у асноўным у прыгранічных раёнах. Гэта таму, што МТ вельмі кампактны (станцыя можа знаходзіцца практычна ў любым месцы з доступам на кані, верталёты, снегоходы і г.д.) і таму МТ працуе лепш за ўсё, дзе сейсмічныя ёсць праблемы, гэта значыць, раёны з высокім хуткасцям ахопліваюць такія як вулканічныя правінцыі, насоўваючыся, карбанат покрыва, ці солі. малюнку 3 паказана вобласць, якая з'яўляецца тыповым кандыдатам на прымяненне МТ.

У гэтыя дні, МТ можа быць выкарыстаны ў прыгранічных раёнах, дзе сейсмічныя цяжка ці забароннымі (з-за кошту і фактараў навакольнага асяроддзя) для адлюстравання перспектывы (як правіла, структурнага). Дадзеных, як правіла, інтэграваныя з любой іншай інфармацыі (гравітацыя, магнетызм, геалогіі і свідравіны). 

МТ могуць быць выкарыстаны замест сейсмічнай ў раёнах, дзе сейсмічныя не ўяўляецца магчымым. МТ могуць быць ужытыя ў свінцы сейсмічных (каб дапамагчы вызначыць лепшае размяшчэнне сейсмічных ліній). МТ могуць быць атрыманы таксама і ў спалучэнні з сейсмічнай, каб мець другое меркаванне падземнага збудаванні або стратиграфии. 

Што можа MT Раскажыце нам пра нетрах? 

Асноўным параметрам, які з'яўляецца вытворным ад МТ супраціву. Асноўным фактарам, якія ўплываюць на супраціў литологии, аднак іншыя параметры могуць уступіць у гульню, а таксама (напрыклад, поры вадкасці, ціску і тэмпературы). 

Малюнак 4 паказвае, як супраціў можа мяняцца ў залежнасці ад литологии. Супраціў прыведзены ў ым-метрах. Звярніце ўвагу, што асноўнай кантраст паміж вулканічнай / вывергнутымі / карбанатныя групы з больш высокім удзельным супрацівам і обломочные пароды, а супраціў можа быць выкарыстана для перакладу пяскоў у параўнанні з сланцаў усё залежыць ад фактычнага адрозненне супраціў паміж падраздзяленнямі і таўшчыні блокаў. 

Чым глыбей прылада, тым тоўшчы яна павінна быць для таго, каб быць адлюстроўваюцца на МТ. МТ дадзеныя могуць быць інтэрпрэтаваныя, каб даць ацэнку змены супраціву з глыбінёй. Гэта, як правіла, адлюстроўваецца ў выглядзе папярочнага перасеку, дзе фарміраванняў або частак рознага супраціву адлюстроўваюцца ў нетрах. 

Таму што МТ патрэбы адрозненне супраціў, каб прысутнічаць у мэтах картаграфавання мяжы, і таму, што гэтыя падраздзяленні павінны быць досыць тоўстымі, каб быць адлюстраваны, часткі не будуць мець дазвол сейсмічных разрэзаў. 

Як Ці МТ дадзеных, атрыманых? 

Экіпаж МТ, як правіла, набыць ад двух да шасці станцый у той жа час. Кожная станцыя не залежыць ад іншых. Адзін МТ Станцыя складаецца з налады, як паказана на малюнку 5. Станцыі можа быць ад 1 / 4 мілі да дзясяткаў міль адзін ад аднаго, у залежнасці ад тыпу разведвальнага абследавання або падрабязна (перспектыва высокага класа). 

На кожнай станцыі МТ, пяць вымярэнняў (каналы) будуць запісвацца. Яны магнітнага поля ў двух гарызантальных кірунках і ў вертыкальным кірунку, і электрычнае поле ў двух гарызантальных напрамках. 

Гарызантальнага вымярэння ў 90-градусны вуглом адзін да аднаго (напрыклад, поўнач і ўсход) і як мага бліжэй да ўзроўню наколькі гэта магчыма. Вертыкальнага электрычнага поля не вымяраецца, паколькі ён лічыцца роўным нулю. Напрамкі пазначаныя як х, у, г, пры г быўшы вертыкальным кірунку. Электрычнага поля Е i скарочаную магнітнае поле скарочана H. Такім чынам, мы вымяраем Ex, Ey, Hx, Hy і Hz. 

Дзесяць да трыццаці каналаў запісваюцца ў адзін час. Больш каналаў могуць быць запісаныя, але гэта, як правіла, абмяжоўваецца лагістыкі. 

Магнітныя палі вымяраюцца тып магнитометра, у асноўным жалеза-парашковай шпульцы з тысячамі віткоў провада. Гэтыя шпулькі заключаны ў воданепранікальныя кантэйнеры, як ПВХ, і кабеля, пракладзенай ад аднаго канца. Шпулькі надзвычай адчувальныя да шуму ад ветру, хада або грузавікі, і латаюць у глебу або пад камянямі, каб прадухіліць рух. 

Электрычныя палі вымяраюцца з доўгімі вусікамі, або дыполяў звычайна провада каля 300-500 футаў у даўжыню. Канцы правадоў падключаюцца да чыгунах шчыльна зачыненых ёмістасцях, некалькі цаляў у дыяметры і каля шасці сантыметраў у вышыню. Чыгуны маюць кіпрыя керамічныя падставы і запаўняюцца растворам электраліта (напрыклад, срэбра / срэбра-хларыд). Гэтыя чыгуны пахаваныя некалькі сантыметраў у зямлю і вымераць падзенне напругі ўздоўж дипольной даўжыні. 

Таму што правады схільныя шум ветру, яны, як правіла, размяшчаюцца непасрэдна на месцы. Шпулькі і электрычнага поля дыполяў ўсіх падлучаных да датчыку скрынкі, дзе фільтрацыі і ўзмацнення сігналаў мець месца. Памятаеце, што гэта вельмі маленькія сігналы, якія мы мераем. 

Затым дадзеныя адпраўляюцца на партатыўны кампутар, дзе яны аблічбаваныя і запісаны на лічбавыя носьбіты. Гэта дзе новыя 24-бітныя сістэмы на D ўваходзіце Гэтыя новыя сістэмы дазваляюць значна большы аб'ём дадзеных (па амплітудзе) павінны быць перададзены ад аналагавага да лічбавага (у D) сігнал, а гэта азначае, што мы можам атрымаць больш інфармацыі з дадзеных і больш працаваць пры апрацоўцы. Старыя сістэмы былі 16-бітныя ў D Зараз мы можам запісаць 156 разоў больш інфармацыі, чым некалькі гадоў таму. 

Электрычныя і магнітныя палі вымяраюцца як функцыя часу. Прыклад часовага шэрагу запісу паказаны на малюнку 6. Звярніце ўвагу, як сігналы супадаюць сябар з сябрам. Чатыры канала, зверху, з'яўляюцца Ex, Ey, Hx, Hy. Успамінаючы асновам фізікі, электрычнае поле ў напрамку х (Ex) павінна карэлявалі з магнітным полем у кірунку ў (Ну), а гэтак жа Еу карэлюе з Яны нервова. Гц (не паказаны) адлюстроўваюцца толькі, каб даць нам некаторую інфармацыю аб геалагічных страйк. Мы будзем выкарыстоўваць Ex, Hy, Еу і Яны нервова расказаць нам пра падземныя супраціву. 

Дадзеныя сінхранізаваныя з сігналамі GPS. Гэта важна, таму што, як мы запісваем дзве або больш станцыі ў адзін час, гэтыя дадзеныя параўноўваюцца адзін з адным за шуму. Гэты метад, вядомы як выдаленыя спасылкі, дазваляе дадзеныя на адной з станцый, каб быць у параўнанні з дадзенымі на іншай станцыі, запісаны роўна ў той жа час, і параўноўвалі для кагерэнтнасці. Любы не-кагерэнтныя дадзеныя выкідваюцца і лічыць шумам. Гэта значна паляпшае якасць дадзеных. Запіс на кожнай станцыі займае 6-18 гадзін у залежнасці ад сілы сігналу і даследаванне параметраў. 

Апрацоўка і адлюстраванне дадзеных

 Пасля магнитотеллурических (МТ) дадзеныя набываюцца, яны праходзяць праз некалькі этапаў апрацоўкі. У прыватнасці, шум выдаляецца з дадзеных. Прыклады шум навальніцы, ліній электраперадачы, трубаправодаў, і цягнікі. 

Частка апрацоўкі мяркуе параўнанне дадзеных на адной станцыі на іншую станцыю, якая была запісаная роўна ў той жа час (выдаленая прывязка). Як адзначалася вышэй, любая некогерентных сігналаў паміж дзвюма станцыямі лічацца шумам і выдаляюцца з часовых шэрагаў. 

MT вымярае змены ў электрычных і магнітных палёў з цягам часу. Дадзеныя пераўтворацца з часовай вобласці ў частотную вобласць. На кожнай станцыі, каля 40 кропак у падземных выводзяцца, а вымярэння ўяўнага супраціву (і фаза) у залежнасці ад частаты. 

Некаторыя ўзоры дадзеных MT адлюстроўваюцца ў малюнку 7, які паказвае, уяўнае супраціў (у Ом-м) ад частаты (у Гц). Дадзеныя будуць выводзіцца на лагарыфмічнай крывой, таму 2 азначае 10 ² або 100, а 0 азначае 10 ⁰ або 1. Варта памятаць, што чым ніжэй частата, тым глыбей інфармацыі.

Чаму існуюць дзве крывыя? 

1. Адзін крывая ўяўнага супраціву (ро), вызначаецца з электрычнага поля, напрыклад, кірунак на поўнач (Ex) і магнітнага поля, ва ўсходнім напрамку (Ну). 

2. Іншых участках крывой дадзеных для іншых двух артаганальных гарызантальных палёў, Еу і Яны нервова. 

Такім чынам, на кожнай станцыі МТ мы атрымлівае дзве крывыя. Гэтыя дадзеныя апрацоўваюцца так, што яны далучаюцца з набліжанымі геалагічных падзення і простиранию, незалежна ад размяшчэння ў гэтай галіне. 

Апрацоўка займае некалькі гадзін у пастарунку. 

Інтэрпрэтацыя 

Метад мяркуе, што МТ зямлі структура двухмернай, гэта значыць, што ёсць падзення і простиранию. Такім чынам, большасць станцый МТ набываюцца ўздоўж профіляў (2-D) або на сетцы (3-D), з якіх профілі могуць быць вынятыя. 

Амаль усе MT інтэрпрэтацыя ажыццяўляецца ў 2-D, як правіла, падзенне ліній. Ёсць 3-D коды даступныя, але яны па-ранейшаму патрабуюць вялікай колькасці вылічальных магутнасцяў і звычайна не практычна для перспектывай шматузроўневых задач даследавання. 

Перакладчыка MT займае апрацаваныя дадзеныя і інтэрпрэтуе яго прадстаўленне сапраўднага супраціву ў залежнасці ад глыбіні. Гэта можа быць зроблена з дапамогай наперад або зваротнага мадэлявання. 

З прамога мадэлявання, перакладчык стварае папярочны перасек, вылічае MT адказ і параўноўвае яго з атрыманымі дадзенымі, а для зваротнага мадэлявання, перакладчык дазваляе кампутару ствараць перасеку з атрыманых дадзеных. 

Абодва выгляду мадэлявання выніку ў перасеках ці карты падземных дзе супраціў падземных інтэрпрэтуецца для прадстаўлення вызначаных геалагічных фарміраванняў або частак (гл. малюнкі 8 і 9). 

MT інтэрпрэтацыя не лёгка, і добры перакладчык павінен глядзець на дадзеныя (не спадзявацца на інверсію толькі), і павінны інтэграваць геалогіі. Ёсць два камерцыйных рабочых станцый МТ працуе на персанальных кампутарах. Яны дазваляюць перакладчыку працэсу, праглядаць, рэдагаваць, інтэрпрэтаваць, сюжэт, і картаграфічных дадзеных. Яны таксама дазваляюць інтэграцыю іншых відаў геафізічных і геалагічных дадзеных (напрыклад, структуры, а часопісы, правалы паверхні). 

Часта MT інтэрпрэтацыя можа быць зроблена досыць хутка, у полі, каб ўлічыць змены ці дапаўненні ў праграмы на месцах падчас набыцця. 

Бягучы Ужыванне МТ 

Існуюць сотні сістэмы MT выкарыстоўваюцца ва ўсім свеце нафтавай выведцы, большасць з іх у вядзенні нацыянальных нафтавых кампаній (такіх як Кітай, Японія і Індыя) і некалькі падрадчыкаў. 

Таму што МТ лепш за ўсё працуе ў галіне сейсмічнай высокай хуткасці покрыва, многія з гэтых абласцей мяжы правінцый. У апошнія гады, МТ дадзеных для выведкі нафты былі набыты ў Італіі, Паўночнай Афрыцы, Кітаі, Японіі, на захадзе ЗША, Калумбіі, Турцыі, Грэцыі, Албаніі, Іарданіі, Грэнландыі, Пакістане, на Аравійскім паўвостраве, Папуа-Новай Гвінеі, і Мексіканскі заліў (марскія MT). 

Ніжэй прыводзяцца некалькі гісторый хваробы, звязаныя з выкарыстаннем МТ. 

1. Калумбійскага плато, штат Вашынгтон 

Тысячы тон станцый былі зафіксаваныя ў Калумбійскім плато на працягу 1980-х гадоў у рамках намаганняў па карце басейна пад магутным чахлом паводкі базальту. У месцах базальт таўшчыня перавышае 20000 футаў. 

Паказаны на малюнку 8 з'яўляецца 2-D мадэль MT папярочнага перасеку, з захаду на ўсход, распасціраючыся ад цэнтра Вашынгтона недалёка ад мяжы з Айдаха. Станцыі месцы паказаны ў верхняй частцы падзелу. Раздзел паказвае паводкі миоценовых базальту (светла-блакітны), олигоцена / эоцена обломочных парод (у тым ліку volcanoclastics) у жоўты, і ў склеп (у сінім). Раздзел вертыкальна перабольшанымі прыблізна 5:1. Супраціў гэтых падраздзяленняў (як мадэлюецца) паказаны на правай шкале. 

Мадэль MT паказвае, базальты і обломочные истончение рэзка з захаду на ўсход, з обломочных профіль адсутнічае ў Іст-Эндзе. У гэтай галіне, базальты, верагодна, былі на захоўванне непасрэдна на пародах падмурка. Сейсмічныя дадзеныя практычна немагчыма набыць з-за таўшчыні базальтавых покрыва. Некаторыя свідравіны былі прасвідраваныя на плато, што меў добрыя сувязі з МТ дадзеных. 

2. Папуа-Новая Гвінея

Пояс папуасскій Fold, падоўжна тэндэнцыі паўночна-захад ўздоўж выспы Новая Гвінея. Тут, троеснага карбанатаў былі цягі і скласці ў структурах захопу вялікай колькасці нафты і газу. Некалькі буйных радовішчаў былі выяўленыя тут у апошняе дзесяцігоддзе. 

Таўшчыня карбанатаў ў складчатой ​​пояса складае каля 3000 футаў, а месцамі яна два-тры разы на таўшчыню за кошт уколаў. Сейсмічныя набыццё дарагіх (больш за $ 100000 за мілю для 2-D дадзеных), і дадзеных, як правіла, нізкага якасці. 

МТ дадзеныя былі набыты на працягу многіх структур карце базе адзінку паверхні карбанатных і таўшчыня поднадвиговая карбанаты (калі маецца). Мэтавы вадасховішчаў крэйдавых пяскоў, апячатаныя малодшага сланца, і захопленых у зморшчыны створаныя уколаў. 

Малюнак 9 паказвае MT мадэлі праз антыкліналі ў складчатой ​​пояса. Толькі 11 станцый МТ былі набыты па падзенні профілю. Ад інтэрпрэтацыі дадзеных МП, у выніку 2-D мадэль паказвае троеснага Darai вапняка (у сінім) і старэй обломочные ў аранжавы колер. 

Вапнякоў вельмі па параўнанні з рэзістыўны обломочные (кантраснасць амаль 500:1). Першасная цяга паказала, emplacing вапнякі і обломочные пароды ў вісячым баку, з вапняком таксама прысутнічае ў ляжачым. Мэта складзеным обломочные ў павіслай баку. Ёсць таксама магчымасць гуляе ляжачага боку. 

MT тлумачэнняў на некаторыя структуры ў Папуа-Новай Гвінеі ацанілі базе вапняка (папярэдняга свідравання) з дакладнасцю да 2 працэнтаў да 7 працэнтаў прасвідравана глыбінёй. 

3. Турцыя 

Шматлікія дадзеныя МТ былі набыты ў Турцыі з-за агаленні карбанатаў, вулканиты і іншых высакахуткасных парод. Малюнак 10 паказвае, інтэрпрэтуецца профілю МТ і адпаведных сейсмічных дадзеных. Чырвоныя вобласці ўказваць на больш рэзістыўны адзінак, а сінія вобласці паказваюць больш праводзяць частак. Раздзел змова з поўначы на левым. 

Kocali (офиолитовых меланж) з'яўляецца насунуць обломочные і карбанатаў, усё мезозойской ўзросту. Мэта Мардин карбанатаў. Сейсмічныя дадзеныя нізкай якасці. Тым не менш, асноўны адбівальнікі былі ператвораныя ў глыбіню і нанесеныя на раздзел MT (чырвоныя лініі). МТ дадзеныя паказваюць больш рэзістыўнай секцыі на глыбіні, якая адпавядае Мардин. Вынікі паказваюць добрую карэляцыю з добра дадзеных. 

4. Граніт насоўваючыся, паўднёвай Ваёмінг

Малюнак 11 паказвае, інверсія 15 станцый МТ набылі па паўночна-ўсходняга простирания профілю ў паўднёвым штаце Ваёмінг. Докембрийских граніт цягі з поўначы на поўдзень. Раздзел праўдзівы маштаб, без перабольшання. Граніт з высокім утрыманнем супраціву (500+ Ом - м). Поднадвиговая мелу / юрскія парод 10-50 Ом-м.