Sondeo magnetotelúrico

El sondeo magnetotelúrico (MTS) de la Tierra es uno de los métodos de sondeo por inducción de la Tierra , que utiliza mediciones del campo electromagnético natural . Se aplica en las investigaciones geofísicas. El método fue creado en 1950 [1] por el geofísico soviético A. N. Tikhonov . El científico francés L. Cagnard [2] también hizo una contribución significativa al desarrollo del método . M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev [3] hicieron una contribución significativa a la teoría de MTS ; en la actualidad, el método es ampliamente utilizado como uno de los métodos de exploración geofísica y física de la Tierra, se están desarrollando nuevas formas de mejorar la precisión de la investigación en el trabajo de científicos de países como Rusia , EE . UU ., Francia , China [4] .

Alcance

MTZ se utiliza:

• al estudiar la estructura geológica de la corteza terrestre a profundidades de muchos cientos de kilómetros en geofísica fundamental (fundamental tanto literal como figurativamente);
• en exploración eléctrica durante la investigación a profundidades desde las primeras decenas de metros hasta las primeras decenas de kilómetros:
  • para la prospección y exploración de yacimientos minerales :
    • mineral: uranio , níquel , cobre , platino , etc.;
    • no metálicos: fósforo , sal, diamante , grafito , recursos geotérmicos, materias primas cerámicas, materiales de construcción, etc.;
    • combustibles: carbones , petróleo , gas , etc.;
  • para la solución de problemas de ingeniería-geología e hidrogeología;
  • para el estudio regional de estructuras geológicas.

Significado físico

Las fuentes del campo electromagnético en el MTS son las fuentes naturales de oscilaciones electromagnéticas en la ionosfera (por ejemplo, generadas por la actividad de tormentas eléctricas de la Tierra y la actividad del Sol ( viento solar )).

La profundidad de penetración del campo electromagnético en el medio depende de la conductividad eléctrica del propio medio y de la frecuencia del campo (cuanto menor es la frecuencia, más profundo penetra el campo): el efecto pelicular .

Modificaciones del método

Hay modificaciones a este método:

• Deep MTS (GMTS) se utiliza para la investigación a profundidades de cientos de kilómetros;
• MTS en el rango de frecuencia de audio (audio MTS, AMTS) se usa para estudios superficiales (pero más detallados);
• para la investigación en regiones de alta latitud de la Tierra, se ha desarrollado una versión especial generalizada de MTS [5] ;
• MTZ en los campos de estaciones de radio conocidas (Radio-MTZ, RMT, Radio-MT);
• Es posible usar variantes de este método en otros planetas si hay una fuente suficientemente fuerte de campos electromagnéticos naturales en el rango de frecuencia que nos interesa, que, a su vez, está determinado por el rango de profundidad que nos interesa.

MTS tiene como objetivo calcular o estimar la resistividad eléctrica y su dependencia de la profundidad: . Para ello, MTS estudia la respuesta en frecuencia de la sección geológica, denominada resistividad aparente.

En los primeros trabajos de los creadores del MTS ( A. N. Tikhonov , L. Kanyar , etc.), se suponía que debía estudiar la dependencia de la resistividad aparente con la frecuencia:

en este caso, se supuso que el campo magnético vertical era cero y que el modelo de la Tierra era unidimensional, es decir, con capas horizontales. Aquí hay una impedancia magnetotelúrica unidimensional: en términos generales,

donde y  son las intensidades de los campos eléctrico y magnético medidos en la superficie de la Tierra,  es la frecuencia angular .

En la década de 1980, había un dicho sarcástico entre los geofísicos prácticos:

Sí , no - Haremos MTZ,

cuyo significado era que si bien la premisa teórica de MTS en ese momento era cero (la componente vertical del campo magnético), en la práctica esta condición se violó gravemente, ante lo cual los trabajadores de campo tuvieron que hacer la vista gorda. El desarrollo posterior de MTS eliminó la necesidad de este requisito previo con la introducción de modelos 3D ( ), modelado de campo 3D y el tensor de impedancia 2x2.

En 1960, se entendió que la resistividad aparente escalar no era suficiente y, a raíz del trabajo de Berdichevsky [6] y Cantwell [7] , se comenzó a utilizar el tensor de impedancia magnetotelúrica 2x2 , que consta de 4 funciones de frecuencia complejas. :

Para aplicar el tensor de impedancia magnetotelúrica 2x2, es necesario utilizar modelos bidimensionales o tridimensionales (en lugar de capas) de la Tierra, de lo contrario, la matriz de impedancia magnetotelúrica degenerará en una antidiagonal. Posteriormente, también surgió la comprensión de que la componente vertical del campo magnético ( ) también puede ser muy útil. Esto condujo a la construcción de algún análogo de la impedancia magnetotelúrica: el vector tipper (también conocido como vector de inducción o vector de Wiese-Parkinson [8] [9] ). El siguiente desarrollo [5] fue la construcción de un tensor de impedancia generalizado de 2x3

lo que permite trabajar por el método MTS no solo en latitudes medias, sino también en latitudes altas, es decir, cerca de la fuente ionosférica.

Para el sondeo magnetotelúrico se utilizan estaciones magnetotelúricas y conjuntos de sensores.

Sensores magnetotelúricos

Para el sondeo se utilizan sensores de campo magnético y eléctrico. Los sensores de campo magnético pueden ser magnetómetros y bobinas. El sensor de campo eléctrico es un par de electrodos enterrados en el suelo a cierta distancia. Por lo general, se utiliza la disposición de los sensores, lo que permite medir los componentes mutuamente ortogonales de los campos eléctrico y magnético de la Tierra, para lo cual un par de sensores (eléctrico y magnético) está orientado en la dirección del servidor-sur, y el segundo en dirección oeste-este. Las salidas de los sensores están conectadas a la estación magnetotelúrica.

Estación magnetotelúrica

La estación magnetotelúrica (ver figura) está diseñada para registrar datos de sensores de campo magnético y eléctrico en secuencia de tiempo en un soporte de información. Algunas versiones de la estación magnetotelúrica también prevén el procesamiento de datos.

Etapas de la investigación

Los datos registrados por la estación magnetotelúrica son trasladados al puesto de trabajo automatizado del geofísico-intérprete, donde éste, mediante un software especializado, recibe información sobre la conductividad eléctrica de la capa profunda en cada una de las profundidades estudiadas en base a estos datos. Las etapas de este trabajo incluyen:

1. recibir funciones de respuesta , y otros. Este paso se denomina procesamiento de los datos medidos. Esta etapa incluye procedimientos de análisis de frecuencias (filtrado, obtención de coeficientes de series de Fourier) y procedimientos de trabajo con matrices (inversión de matrices por el método de Moore-Penrose, o descomposición en valores singulares de matrices);
2. inversión (transformación) de funciones de respuesta en una sección que consta de capas de tierra. La solución del problema MTS inverso suele incluir la solución del problema directo y uno de los métodos de selección. La transformación de la función de respuesta se utiliza cuando se requiere una estimación rápida pero aproximada de la sección geoeléctrica. A veces, esta evaluación se convierte en una evaluación de la calidad de los datos medidos, en tales casos, las mediciones deben repetirse.

La primera etapa puede ir acompañada de corrección manual o rechazo de datos para una serie de indicadores de frecuencia y tiempo.

La segunda etapa también puede ir acompañada de corrección manual o rechazo de datos, por ejemplo, por una serie de indicadores espaciales (por ejemplo, puede resultar que en varios piquetes de observación los datos sean de calidad inaceptable por una razón u otra , que generalmente se descubren en el curso del trabajo).

Además, la segunda etapa va acompañada de la introducción de un modelo geofísico a priori, lo cual se debe a que el problema MTS inverso tiene muchas soluciones diferentes, de las cuales el intérprete elige la más fiable geofísicamente.

Interpretación de datos

La interpretación de los datos MTS se lleva a cabo en el marco de modelos 1D, 2D y, más recientemente, 3D. Las primeras aproximaciones a la solución numérica del problema inverso para sondeos magnetotelúricos se desarrollaron a mediados del siglo pasado. Las paletas y los programas para la interpretación unidimensional de los datos de MTS están ampliamente distribuidos y son de dominio público.

Actualmente, el estándar de interpretación son los algoritmos de inversión 2D (Reboc, WinGlink, ZondMT2D).

A pesar del desarrollo de la tecnología informática, el problema tridimensional inverso aún no se usa ampliamente debido a su alta intensidad de recursos.

Notas

1. ↑ Tikhonov, A.N. Sobre la determinación de las características eléctricas de las capas profundas de la corteza terrestre [Texto] // Informes de la Academia de Ciencias de la URSS. Nuevo Ser. - 1950. V. 73, N° 2. - S. 295-297
2. ↑ Cagniard, L. Teoría básica del método magneto-telúrico de prospección geofísica, Geofísica, 18, 605-635. - 1953
3. ↑ Berdichevsky, M. N. Modelos y métodos de magnetotelúricos [Texto] / M. N. Berdichevsky , V. I. Dmitriev. — M.: Mundo científico , 2009. — 680 p.: il. - ISBN 978-5-91522-087-3 .
4. ↑ Publicaciones de MTNet (enlace descendente) . Fecha de acceso: 29 de octubre de 2010. Archivado desde el original el 23 de diciembre de 2010. (indefinido) 
5. ↑ 1 2 Dmitriev, V. I., Berdichevsky, M. N. Modelo de impedancia generalizado Archivado el 3 de noviembre de 2020 en Wayback Machine //: Physics of the Earth . - 2002. - Nº 10. - C. 106-112.
6. ↑ Berdichevsky, M.N. Fundamentos teóricos del perfil magnetotelúrico [Texto] // M.N. Berdichevsky. Geofísica aplicada. - Tema. 28. - 1960.
7. ↑ Cantwell, T. Detección y análisis de señales magnetotelúricas de baja frecuencia [Texto] // Ph. D. Disertación. - Masa. Inst. tecnología. — 1960.
8. ↑ Wiese, H. Geomagnetische Tiefentellurik, Teil2, Die Streichrichtung der Undergrund-strukturen des elektrischen Winderstandes, ersclossen aus geomagnetischen Variationen [Texto] / H. Wiese // Geofis. Pura. - 1965. - Apl. 52. - Pág. 83-103.
9. ↑ Parkinson, W. D. Dirección de la fluctuación geomagnética rápida [Texto] // Geophys. J.  - N° 2. - 1959. - P. 1-14.

Enlaces

• [bse.sci-lib.com/article072441.html "Sonido magnetotelúrico" en la Gran Enciclopedia Soviética]
• Métodos geofísicos para el estudio de la corteza terrestre.

diccionarios y enciclopedias	gran chino Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	TIERRA : 4168603-2