Abstract

In the magnetotelluric method for induced polarization studies (MT-IP) chargeability of a cross-section is examined with the help of natural electromagnetic field. Originally, the MT-IP method was based on working with the normalized magnetotelluric impedance function at low frequencies. In the present paper it is shown that the electric field is much more sensitive to IP effects than the magnetic field, thus as a main MT-IP parameter we propose to use the effective value of the telluric tensor, which relates horizontal electric field at a survey site to that at a remote reference site. The mentioned parameter does not require any apriori information about the cross-section and could be steadily determined in the field. The IP anomalies obtained via the effective value of telluric tensor do not depend on the choice of the remote site and have very simple shape. To improve the noise resistance of the proposed technique we developed a special data processing algorithm, which makes the accuracy of telluric tensor determination significantly higher. The major conclusions of the paper are supported by numerical tests and a field experiment.

Keywords

Induced polarization, magnetotelluric sounding, natural field induced polarization,

Reference

  •  1) Bezruk I.A., Berdichevskiy M.N., Klyuchkin V.N., Kulikov A.V. Primenenie teorii sluchaynyh funkciy k analizu magnitotelluricheskogo polya // Prikladnaya geofizika. 1964. №39. S. 75-90.

  •  2) Bezruk I.A., Chernyavskiy G.A., Chinareva O.M. Obrabotka magnitotelluricheskih variaciy na EVM v diapazone periodov ot 10 do 1000 s // Prikladnaya geofizika. 1978. №91. S. 87-95.

  •  3) Berdichevskiy M.N., Dmitriev V.I. Modeli i metody magnitotelluriki. M.: Nauchnyy mir, 2009. 680 s.

  •  4) Kevorkyanc S.S., Pris G.V., Pyatnickiy V.I. K ocenke vozmozhnosti izucheniya vyzvannoy polyarizacii gornyh porod v estestvennom elektromagnitnom pole na primere gorizontalno-sloistogo poluprostranstva // Fizika Zemli. 2000. №10. S. 84-92.

  •  5) Moskovskaya L.F. Vyzvannaya polyarizaciya v izmereniyah telluricheskih poley // Geofizika. 2006. №6. S. 29-38.

  •  6) Svetov B.S. O chastotnoy dispersii elektricheskih svoystv sredy // Fizika Zemli. 1992. №4. S. 62-70.

  •  7) Shaydurov G.Ya. O vozmozhnosti ispolzovaniya estestvennyh elektromagnitnyh poley dlya registracii potencialov vyzvannoy polyarizacii // Novaya apparatura i metodika ee primeneniya v narodnom hozyaystve. 1967. №2. S. 3-7.

  •  8) Bahr K. Interpretation of magnetotelluric impedance tensor: regional, induction and local telluric distortion // Journal of Geophysics. 1988. №62. P. 119-127.

  •  9) Berdichevsky M.N., Dmitriev V.I. Distortion of magnetic and electric fields by near-surface lateral inhomogeneities // Acta Geodaet. Geophys. Montanist. 1976. №11. P. 447-483.

  •  10) Chave A.D., Thomson D.J., Ander M.E. On the robust estimation of power spectra, coherences, and transfer functions // J. Geophys. Res. 1987. №92. P. 633-648.

  •  11) Egbert G.D. Robust multiple-station magnetotelluric data processing // Geophys. J. Int. 1997. №130. P. 475-496.

  •  12) Egbert G.D., Livelybrooks D. Single station magnetotel-luric impedance estimation: coherency weighting and the regression M-estimate // Geophysics. 1996. №61. P. 964-970.

  •  13) Gamble T.D., Goubau W.M., Clarke J. Magnetotellurics with a remote magnetic reference // Geophysics. 1979. №44. P. 53-68.

  •  14) Gasperikova E., Morrison H.F. Mapping of induced polarization using natural fields // Geophysics. 2001. №66. P. 137-147.

  •  15) Gasperikova E., Cuevas N.H., Morrison H.F. Natural field induced polarization for mapping of deep mineral deposits: A field example from Arizona // Geophysics. 2005. №70. P. B61-B66.

  •  16) Groom R.W., Bailey R.C. Analytic investigations of the effects of near-surface three-dimensional galvanic scatters on MT tensor decompositions // Geophysics. 1991. №56. P. 496-518.

  •  17) Huber P.J. Robust Statistics. New York: Wiley press. 1981. 380 p.

  •  18) Jones A.G., Chave A.D., Egbert G.D., Auld D., Bahr K. A comparison of techniques for magnetotelluric response function estimation // J. Geophys. Res. 1989. №94. P. 14 201-14 213.

  •  19) Luo Y., Zhang S., Xiong B. Feasibility of natural source induced polarization // Chinese Journal of Geophysics. 2003. №46. P. 169-178.

  •  20) Murali S., RaoI.B.R., Bhimasankaram V.L.S. Comparison of anomalous effects determined using telluric fields and time domain IP technique (test results) // Bulletin of the Australian Society of Exploration Geophysicists. 1980. №11. P. 45-46.

  •  21) Seigel H.O. Mathematical formulation and type curves for induced polarization // Geophysics. 1959. №24. P. 547-565.

  •  22) SeigelH.O., NabighianM., Parasnis D.S., VozoffK. The early history of the induced polarization method // The Leading Edge. 2007. №26. P. 312-321.

  •  23) Sims W.E., Bostick F.X., Smith H.W. The estimation of magnetotelluric impedance tensor elements from measured data // Geophysics. 1971. №36. P. 938-942.

  •  24) Ward S.H., Sternberg B.K., LaBrecque D.J., Poulton M.M. Recommendations for IP research // The Leading Edge. 1995. №14. P. 243-247.

  •  25) Ware G.H. Theoretical and field investigations of telluric currents and induced polarization. Ph.D. thesis. Univ. of California at Berkley. 1974.

  •  26) Wu H., Wang S. Possibility of IP survey using the natural electromagnetic field // Geophysical and Geochemical Exploration. 1978. №1. P. 62-64.

  •  27) Yang J., Tan H., Jin S., Fu L. Field test results on natural field IP method // Journal of China University of Geosciences. 2000. №11. P. 366-368 (na kitayskom).

  •  28) Yang J., Liu Z., Wang L. Effectiveness of NFIP for detecting polymetallic deposits // Earth Science Frontiers. 2008. №15. P. 217-221.

  •  29) Zorin N. Spectral induced polarization of low and moderately polarizable buried objects // Geophysics. 2015. №80(5). P. E267-E276.

Магнитотеллурический метод вызванной поляризации

Яковлев А.Г. Зорин Н.И. Епишкин Д.В.

Аннотация

В магнитотеллурическом методе вызванной поляризации (МТ-ВП) поляризуемость геоэлектрического разреза изучается с помощью естественного электромагнитного поля Земли. Первоначально метод МТ-ВП основывался на изучении нормированного магнитотеллурического импеданса в области низких частот. В настоящей работе показано, что наибольшей чувствительностью к эффекту вызванной поляризации обладает электрическое поле, в связи с чем в качестве основного параметра МТ-ВП предлагается использовать фазу эффективного значения теллурического тензора, связывающего горизонтальное электрическое поле в рядовой и базовой точках земной поверхности. Указанный параметр не требует априорной информации о разрезе и устойчиво определяется в произвольных трехмерных средах, а полученные с его помощью аномалии поляризуемости имеют наиболее простую форму и не зависят от выбора базовой точки. Для повышения помехоустойчивости метода авторами разработан специальный алгоритм обработки данных, позволяющий значительно повысить точность определения теллурического тензора. Основные выводы статьи подтверждены с помощью численных экспериментов и полевых испытаний.

Ключевые слова

Вызванная поляризация, магнитотеллурическое зондирование, вызванная поляризация в естественном поле,

Информация об авторах

Библиографическая ссылка

Яковлев А.Г. Зорин Н.И. Епишкин Д.В. Магнитотеллурический метод вызванной поляризации // Геофизика. 2016. № 2. С. 43-53.

Список литературы

  •  1) Безрук И.А., Бердичевский М.Н., Ключкин В.Н., Куликов А.В. Применение теории случайных функций к анализу магнитотеллурического поля // Прикладная геофизика. 1964. №39. С. 75-90.

  •  2) Безрук И.А., Чернявский Г.А., Чинарева О.М. Обработка магнитотеллурических вариаций на ЭВМ в диапазоне периодов от 10 до 1000 с // Прикладная геофизика. 1978. №91. С. 87-95.

  •  3) Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир, 2009. 680 с.

  •  4) Кеворкянц С.С., Прис Г.В., Пятницкий В.И. К оценке возможности изучения вызванной поляризации горных пород в естественном электромагнитном поле на примере горизонтально-слоистого полупространства // Физика Земли. 2000. №10. С. 84-92.

  •  5) Московская Л.Ф. Вызванная поляризация в измерениях теллурических полей // Геофизика. 2006. №6. С. 29-38.

  •  6) Светов Б.С. О частотной дисперсии электрических свойств среды // Физика Земли. 1992. №4. С. 62-70.

  •  7) Шайдуров Г.Я. О возможности использования естественных электромагнитных полей для регистрации потенциалов вызванной поляризации // Новая аппаратура и методика ее применения в народном хозяйстве. 1967. №2. С. 3-7.

  •  8) Bahr K. Interpretation of magnetotelluric impedance tensor: regional, induction and local telluric distortion // Journal of Geophysics. 1988. №62. P. 119-127.

  •  9) Berdichevsky M.N., Dmitriev V.I. Distortion of magnetic and electric fields by near-surface lateral inhomogeneities // Acta Geodaet. Geophys. Montanist. 1976. №11. P. 447-483.

  •  10) Chave A.D., Thomson D.J., Ander M.E. On the robust estimation of power spectra, coherences, and transfer functions // J. Geophys. Res. 1987. №92. P. 633-648.

  •  11) Egbert G.D. Robust multiple-station magnetotelluric data processing // Geophys. J. Int. 1997. №130. P. 475-496.

  •  12) Egbert G.D., Livelybrooks D. Single station magnetotel-luric impedance estimation: coherency weighting and the regression M-estimate // Geophysics. 1996. №61. P. 964-970.

  •  13) Gamble T.D., Goubau W.M., Clarke J. Magnetotellurics with a remote magnetic reference // Geophysics. 1979. №44. P. 53-68.

  •  14) Gasperikova E., Morrison H.F. Mapping of induced polarization using natural fields // Geophysics. 2001. №66. P. 137-147.

  •  15) Gasperikova E., Cuevas N.H., Morrison H.F. Natural field induced polarization for mapping of deep mineral deposits: A field example from Arizona // Geophysics. 2005. №70. P. B61-B66.

  •  16) Groom R.W., Bailey R.C. Analytic investigations of the effects of near-surface three-dimensional galvanic scatters on MT tensor decompositions // Geophysics. 1991. №56. P. 496-518.

  •  17) Huber P.J. Robust Statistics. New York: Wiley press. 1981. 380 p.

  •  18) Jones A.G., Chave A.D., Egbert G.D., Auld D., Bahr K. A comparison of techniques for magnetotelluric response function estimation // J. Geophys. Res. 1989. №94. P. 14 201-14 213.

  •  19) Luo Y., Zhang S., Xiong B. Feasibility of natural source induced polarization // Chinese Journal of Geophysics. 2003. №46. P. 169-178.

  •  20) Murali S., RaoI.B.R., Bhimasankaram V.L.S. Comparison of anomalous effects determined using telluric fields and time domain IP technique (test results) // Bulletin of the Australian Society of Exploration Geophysicists. 1980. №11. P. 45-46.

  •  21) Seigel H.O. Mathematical formulation and type curves for induced polarization // Geophysics. 1959. №24. P. 547-565.

  •  22) SeigelH.O., NabighianM., Parasnis D.S., VozoffK. The early history of the induced polarization method // The Leading Edge. 2007. №26. P. 312-321.

  •  23) Sims W.E., Bostick F.X., Smith H.W. The estimation of magnetotelluric impedance tensor elements from measured data // Geophysics. 1971. №36. P. 938-942.

  •  24) Ward S.H., Sternberg B.K., LaBrecque D.J., Poulton M.M. Recommendations for IP research // The Leading Edge. 1995. №14. P. 243-247.

  •  25) Ware G.H. Theoretical and field investigations of telluric currents and induced polarization. Ph.D. thesis. Univ. of California at Berkley. 1974.

  •  26) Wu H., Wang S. Possibility of IP survey using the natural electromagnetic field // Geophysical and Geochemical Exploration. 1978. №1. P. 62-64.

  •  27) Yang J., Tan H., Jin S., Fu L. Field test results on natural field IP method // Journal of China University of Geosciences. 2000. №11. P. 366-368 (на китайском).

  •  28) Yang J., Liu Z., Wang L. Effectiveness of NFIP for detecting polymetallic deposits // Earth Science Frontiers. 2008. №15. P. 217-221.

  •  29) Zorin N. Spectral induced polarization of low and moderately polarizable buried objects // Geophysics. 2015. №80(5). P. E267-E276.