Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Развитие методики обработки магнитотеллурических данных и ее применение при исследовании электропроводности литосферы восточной части Балтийского щита

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Развитие методики обработки магнитотеллурических данных и ее применение при исследовании электропроводности литосферы восточной части Балтийского щита"

* од

1 Ц Ш1н^ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Смирнов Максим Юрьевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЛИТОСФЕРЫ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА

Специальность 04.00.22 - ФИЗИКА ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор А.А.Ковтун

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Ю. А. Копытенко

кандидат геолого-минераяогических наук, доцент А.К. Сараев

Ведущая организация: Институт Геоэлектромагнитных

исследований объединенного института Физики Земли (ИГЭМИ-ИФЗ РАН).

Защита диссертации состоится 998г. в 15 час. на

заседании диссертационного совета Д.063.57.18 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Санкт-Петербургском Государственном Университете по адресу: 199034, г.Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9, Геологический факультет, ауд.347.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. М.Горького в СПбГУ.

СПбГУ. о

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

В.А.ШаШканов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Исследование геоэлектрического строения Земли имеет важное значение для решения как фундаментальных, так и прикладных задач геофизики.

Большой интерес с точки зрения изучения геоэлектрического строения литосферы представляет собой Балтийский щит (А.А.Ковтун). Он является наиболее, крупным и стабильным выступом древнего кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы. На Балтийском щите практически отсутствует осадочный чехол, что позволяет весьма эффективно использовать метод магнитотеллурического зондирования для исследования особенностей строения литосферы. В стабильных регионах древние тектонические процессы оставили много следов в виде хорошо проводящих областей в коре и верхней мантии. Эти проводники обусловлены в основном графито- и/или флюидо-насыщенными породами (Л.Л.Ваньян), образовавшимися в результате тектонических преобразований, и указывают на положение шовных зон и границ геоблоков. Отдельные результаты магнитотеллурических исследований указывают на наличие электрической анизотропии литосферы, которая, по всей видимости, является следствием тектонических процессов. Исследование этого явления также дает возможность судить о процессах эволюции литосферы. Очень важным с точки зрения строения Земли является вопрос о положении астеносферного слоя и его физических параметрах. Именно глубинные МТ зондирования позволяют расширить наши знания в этом направлении. Кроме того, метод магнитотеллурического зондирования дает информацию о распределении электропроводности в коре, что имеет большое практическое значение при решении задач разведочной геофизики.

Таким образом, исследование методом магнитотеллурического зондирования геоэлектрического строения Балтийского щита является актуальной задачей.

Решение выше указанных проблем требует совершенствования методов обработки магнитотеллурических данных и предъявляет высокие требования к регистрирующей аппаратуре.

Необходимым этапом успешного использования метода магнитотеллурического зондирования является обработка полевого материала, позво-

ляющая устойчиво определять компонент тензора импеданса на поверхности Земли по временным записям естественного электромагнитного поля (ЕЭМП). В последнее десятилетие значительный успех в повышении качества обработки достигнут на пути использования робастной статистики. Первые работы по применению робастных статистик для обработки магнитотеллурических данных появились в конце 80-ых годов (Chave A.D., Thomson D.J.). В этих работах использовалась робастная М-оценка Хью-бера задачи регрессии, которая заменила метод наименьших квадратов. Робастный подход позволил снизить влияние помех на результат вычислений компонент тензора импеданса. До сих пор, однако, построение эффективных процедур обработки остается весьма сложной и актуальной проблемой. Поскольку требуется учесть влияния большого количества факторов, сказывающихся на результатах обработки. Исследования проводятся в очень широком интервале периодов (Ю-3 — 104 сек), что создает дополнительные трудности при выборе оптимальной процедуры.

До последнего времени на кафедре Физики Земли для проведения АМТЗ и МТЗ использовалась аналоговая аппаратура. Это позволяло выполнять работу в достаточно ограниченных масштабах, поскольку требовалось много времени на обработку полевого материала. По причине очень высокой стоимости промышленных станций в настоящее время их покупка практически невозможна. Таким образом, необходимо было совершенствовать аппаратуру и создать на базе имеющихся разработок цифровой вариант.

Цель работы:

заключается в разработке цифрового комплекса регистрации и обработки магнитотеллурических данных в расширенном интервале периодов и исследовании магнитотеллуричсским методом геоэлсктрического строения литосферы Балтийского щита на восточном участке геотраверса

SVEKALAPKO.

Задачи исследования:

-разработать алгоритм обработки магнитотеллурических данных, позволяющий устойчиво определять компоненты тензора импеданса в интервале периодов (Ю-3 — 10'' сек);

-обеспечить цифровую регистрацию ЕЭМП в расширенном интервале периодов (Ю-3 — 10" сек), разработав цифровую часть и программное обеспечение для АМТ-МТ станций;

-выполнить АМТ-МТ зондирования на восточном участке геотраверса

SVEKALAPKO с целью изучения гооалсктричсского строения зоны сочленения Беломорского и Карельского геоблоков.

Научная новизна:

1. Разработан новый алгоритм обработки магнитотеллурических данных, основанный на использовании робастных статистик. В алгоритме впервые применяется робастная оценка регрессии, предложенная Зиге-лем, позволившая повысить устойчивость определения компонент тензора импеданса.

2. Разработана методика цифровой регистрации магнитотеллурических данных в расширенном интервале периодов. Созданы алгоритм и программы для цифровых МТ и AMT станций.

3. Получены новые данные о геоэлектрическом строении зоны сочленения Карельского и Беломорского геоблоков на геотраверсе SVEKALAPKO.

Практическая ценность:

- разработанные алгоритмы и программы для обработки магнитотел-лурической информации в настоящее время являются основным рабочим инструментом для сотрудников Института Физики, Санкт-Петербургского Университета при проведении МТЗ в расширенном интервале периодов;

- методика и разработанные алгоритмы для цифровой регистрации естественного электромагнитного поля Земли могут быть использованы при создании новых цифровых магнитотеллурических станций;

- создан пакет программ (Delphi 3.0), позволяющий практически по единой методике обрабатывать данные магнитотеллурических зондирований в широком интервале периодов;

- полученные новые магяитотеллурические данные вдоль восточной части геотраверса SVEKALAPKO могут быть использованы для построения геологической модели данного региона, а также в целях разведочной геофизики.

Защищаемые положения:

1. Предложенный алгоритм обработки магнитотеллурических данных, основанный на использовании робастных оценок, позволяет повысить качество обработки магнитотеллурических данных в широком интервале периодов (10_3 — 104 сек).

2. Разработанная методика и программное обеспечение для цифро-

вой регистрации МТ и AMT данных позволяют сократить затраты на

проведение зондирований и существенно повысить качество получаемого материала в условиях высокого уровня промышленных помех.

3. Определено геоэлектрическое строение коры и верхней мантии от первых сотен метров до 300 км вдоль восточной части геотраверса SVEKALAPKO. Выявлено поднятие подкорового проводящего слоя в зоне сочленения двух геоблоков Карельского и Беломорского с глубины 100150 км до глубины 30-60 км.

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований, представленных в работе, докладывались на XXI генеральной ассамблеи IUGG (Колорадо, 1995), на международных конференциях "Problems of Geocosmos" (Санкт-Петербург 1996, 1998), на международной геофизической конференции и выставке "Москва-97" (Москва, 1997), на международном Workshop по проекту SVEKALAPKO (Финляндия, 1997), на международном 14-ом Workshop по электромагнитной индукции в Земле (Румыния, 1998). По теме диссертации опублико-Е;ано 14 работ.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, двух приложений и списка литературы. Работа изложена на 140 страницах, содержит 39 иллюстраций и 2 приложения. Библиография включает в себя 92 наименования.

Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю профессору Аиде Андреевне Ковтун за постоянную помощь в работе и ценные советы, а также сотрудникам кафедры Физики Земли НИИФ СПбГУ канд. физ-мат. наук Н.И.Успенскому и канд. физ-мат. наук С.А.Вагину благодаря усилиям которых были созданы АМТ-МТ станция и выполнены полевые работы, сотрудникам канд. физ-мат. наук И.Л.Вардазянц и Н.П.Легенковой. Автор благодарит канд. физ-мат. наук И.М.Варенцова и Е.Ю.Соколову (ИГЭМИ-ИФЗ РАН) за предоставление материалов для тестирования программ обработки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, кратко изложены основные положения работы и сформулированы защищаемые положения.

Первая глава посвящена разработке алгоритма обработки магнито-

теллурических данных с использованием робастных статистик. Приведен краткий обзор методов обработки данных МТЗ. Изложены основы спектрального преобразования и робастной статистической обработки маг-

нитотеллурических данных.

В настоящее время разработаны различные методы обработки маг-нитотеллурических данных. Среди них можно отметить часто применяемый метод узкополосной фильтрации развитый в работах М.Н.Вердичевского, И.А.Безрука, О.М.Чинаревой, В.Н.Астапенко. Наиболее популярный в настоящее время подход к обработке магнитотеллу-рических данных основан на использовании спектрального анализа корреляционных функций. Этот метод лежит в основе программ обработки, созданных в России В.Ю.Семеновыми И.М.Варенцовым. Одним из достоинств метода является исключительная эффективность в вычислительном плане, поскольку в его основе лежит аппарат быстрого преобразования Фурье (БПФ). В данной работе отдано предпочтение именно эти-.,; спектральным оценкам.

Как показала практика, вес разумно настроенные методы спектрального анализа в сочетании с методом наименьших квадратов дают практически одинаковые результаты в случае, когда исходные данные не осложнены помехами. Ситуация существенно меняется, если магнитотеялури-ческие данные содержат различного рода шумы. Метод наименьших квадратов (МНК), который используется для решения избыточной системы уравнений для магнитотеллурических передаточных функций, очень чувствителен к наличию шумов.

Один из путей решения этой проблемы был найден на пути использования робастной статистики. Автором разработан новый алгоритм обработки магнитотеллурических данных, основанный на использовании ро-бастных процедур.

Одной из особенностей нового алгоритма является использование робастной оценки регрессии с максимальной пороговой точкой £* = 50%, т.е. оценки максимально защищенной от влияния выделяющихся наблюдений. Эта оценка была впервые предложена 3 иге л ем и вычисляется посредством алгоритма повторяющихся медиан. Для любых р наблюдений (хн,Ун), --•> У|р)> заданных в общем виде, обозначим через 0(г1;..., гр) однозначно определяемый ими векторный параметр. Оценка Зигсля имеет вид:

Т^ = med{...{med{m«l{e(,')(ii,...,«V)}}}...}, С1)

Ч »р

где Тп^ есть j-я компонента Тп.

Для того чтобы уменьшить смещение спектральных оценок исходные данные проходят предварительную подготовку, из исходных данных уда.-

ляются большие выбросы, присутствующие как в электрических, так и в магнитных компонентах. Для устранения больших выбросов используется метод авторегрессионого предсказания, который заключается в построении авторегрессионой (АР) модели процесса и вычисления ошибок предсказания вперед. Если ошибка предсказания превышает некоторый порог £, тогда значение в точке заменяется предсказанным значением.

Для устранения трендов и постоянных составляющих, которые могут искажать результаты спектрального анализа, используется фильтр первых разностей

yi — Xi - , (2)

где х - входная последовательность данных; у - выходная. Устранение сильных трендов способствует уменьшению динамического диапазона сигнала и поэтому может рассматриваться как грубое отбеливание спектра.

При обработке МТ данных в интервале периодов Т < 1 с возникают трудности, обусловленные искажением оценок спектральных плотностей за счет присутствия мощных гармоник промышленной сети. Для того чтобы уменьшить их влияние на результаты спектрального анализа, перед началом обработки данные подвергаются режекторной фильтрации.

Предложенный алгоритм обработки магнитотеллурических данных состоит из следующих шагов. Весь массив разбивается на перекрывающиеся короткие сегменты. Перекрытие сегментов выбирается в интервале от О до 75 %. Как показала практика, наиболее приемлемой длиной сегмента оказалась N — 64. При таком выборе еще сохраняется необходимое разрешение по частоте, чтобы не получить значимого искажения спектральных оценок, и в тоже время набирается достаточно большая статистика.

На первом этапе, перед началом основной обработки, данные проходят предварительную подготовку. Из МТ данных удаляются большие выбросы с использованием алгоритма AR-предсказания. При необходимости осуществляется режекторная фильтрация исходных AMT данных.

На втором этапе выполняется спектральное преобразование каждого

сегмента. Затем из выборочных спектров, рассчитанных для каждого сегмента, составляется избыточная система уравнений.

Сегменты данных обрабатывается в следующей последовательности.

1. Из сегмента удаляется среднее и низкочастотный тренд с помощью фильтра первых разностей;

2. Для уменьшения смещения оценок каждый сегмент обрабатывается

спектральным окном Ханна;

3. Осуществляется быстрое преобразование Фурье.

Аналогичной обработке (пункты 1,2,3) подвергаются все компоненты

ЕЭМП.

4. Вычисляются для каждого сегмента несглаженные авто и взаимные спектральные плотности компонент поля.

Для того чтобы исключить из дальнейшей обработки сегменты с большим уровнем помех и содержащие малое количество полезного сигнала, выполняется отбраковка спектров. В качестве критерия отбраковки используются коэффициенты частной когерентности С"!;,^.//^ Сод^я^.я -Причем сглаживание для вычисления когерентностей осуществляется по соседним спектральным частотам способом Даньелла.

Оценка Зигеля компонент тензора импеданса вычисляется на

основе прошедших отбраковку выборочных несглаженных спектральных плотностей. Можно использовать также и адмита.нсную оценку, однако это существенно увеличивает объем вычислений, практически не улучшая оценку.

1. Для мнимых и вещественных частей каждой компоненты тензора импеданса независимо вычисляется оценка Зигеля, которая выражается следующим образом :

= театеа{[2]у(ш)}. < з

2. Чтобы получить более устойчивую и гладкую оценку, результат сглаживается по соседним периодам в частотном окне от (Т — \Т) до (Т + с использованием одномерной сниженной М-оценки Хьюбера. Сниженными называются оценки по усеченному набору данных. Для вычисления оценки наборы усекаются относительно оценки [2/]5(и>) соответственно на каждой частоте, т.е. выбираются р оценок, ближайших к оценке [¿Т]^^), и создается набор [■£]*(о>), состоящий из п — р! значений, где I - число периодов в окне сглаживания. В качестве окончательной оценки берется величина, вычисляемая покомпонентно для мнимых и вещественных частей раздельно:

Ь=1

. 1 При г* < с, х' х„:;

где г,] = х,у,и>к = < ... . . ^ гк = ——, константа с выби-

с!\гк\ при > с, """'м

рается в интервале от 1 до 2. Ят<и{ - параметр масштаба, определяемый

как медиана абсолютных отклонений: 5mo(f4 = 1.483med{\Zijk — ZijsW-

3. Оценка параметра масштаба используется при вычислении доверительных интервалов для компонент тензора импеданса: =

Для того чтобы получить результат на периодах больших чем длина сегмента, применяется процедура подобная методу каскадной децимации (Wight D.E., Bostick F.X). Для этого исходная последовательность фильтруется низкочастотным фильтром и прореживается в К раз. В качестве фильтров используются рекурсивные НЧ-фильтры Чебышева 2-го рода с применением обратной фильтрации для устранения фазовых искажений.

Во второй главе приведешь результаты тестирования разработанного алгоритма на искусственных и реальных данных. Предложенный алгоритм был реализован в виде пакета программ для операционных систем Windows Ö5/Q8/NT. Тестирование программы было выполнен о как на искусственных, так и на реальных данных. Искусственный набор данных был любезно предоставлен И.М.Варенцовым и Е.Ю.Соколовой и синтезирован с использованием разработанной ими программы.

Выли синтезированы два ряда. Первый ряд не содержал постороннего шума. Второй ряд был осложнен различного рода помехами.

Для начала были обработаны идеальные данные как с использованием робастной обработки, так и по МНК. Результаты этой обработки совпали с моделью при погрешности менее 1%.

Далее обрабатывались данные, содержащие шумы. Применение алгоритма АР-предс.казакия позволило удалить 100% введенных выбросов. Кроме того, не было сделано ложных исправлений данных, не содержащих выбросов. Использование алгоритма AR-предсказания связано с достаточно большими вычислительными затратами, однако в настоящее время эта трудность ые является принципиальной.

Показано, что применение критерия когерентности уменьшает смешение оценок, хотя полностью влияние некоррелированных импульсов убрать не удается. Следовательно, перед началом обработки, все же следует удалять очевидные выбросы, поскольку со всеми импульсами сортировка по когерентности не справляется. Результат такой отбраковки существенно зависит от соотношения длины временного окна и периода повторения импульсов. Если временное окно больше, чем период повторения, то эффективность этого критерия быстро падает, поскольку большая часть импульсов поступает в обработку. Следует отметить, что, как и следовало ожидать, в случае некоррелированной помехи оценки фазы пе-

редаточных функций оказываются несмещенными и имеют очень хорошее согласие с моделью.

Наиболее трудная ситуация возникает при обработке записей, содержащих коррелированные импульсные помехи. Такие помехи не удаляются обычными методами обработки, включал отбраковку по когерентности. Практически все загрязненные участки сказываются на конечном результате, пр!гчем искажаются как амплитудные, так и фазовые кривые. Результат обработки синтетических данных, к которым был добавлен коррелированный шум показал, что в этом случае МНК дал сильно смещенный результат во всем интервале периодов. Это можно объяснить тем, что большая часть мощности сигнала приходилась на помеху, что катастрофически сказалось на результаты вычислений по методу наименьших квадратов. Робастный алгоритм позволил получить практически верный результат. Только на нескольких периодах результаты оказались смещенными (совпали с оценкой МНК). Видимо, на этих периодах большая часть данных была загрязнена.

Результаты обработки шумовых тестовых данных (Варенцова и Соколовой) показал, что робастная оценка дает лучший результат, нежели оценка наименьших квадратов. Различие не столь существенно, как на предыдущих примерах. Здесь сказывается влияние предварительной обработки и отбраковки по когерентности, улучшающих качество получаемого результата. Вследствие этого часть загрязненных данных отсеивается на предварительной стадии и не попадает на этап статистического анализа.

Результаты тестирования на реальных данных позволяют сделать вывод, что предложенная робастная оценка даст более устойчивые оценки чем МНК как для кажущегося сопротивления, так и для фазы импеданса. Разработанный алгоритм был успешно использован для обработки и анализа длиннопериодных вариаций ЕЭМП (60-240 мин), полученных на дне Тихого океана.

Третья глава посвящена описанию разработанных AMT и МТ станций.

Перед диссертантом была поставлена задача обеспечить цифровую регистрацию в AMT интервале периодов, разработав цифровую часть для новой станции и программное обеспечение к ней. С этой задачей диссертант совместно с разработчиком аналоговой части станции

Н.И.Успенским справились к летнему сезону 1996 г. Новая цифровая AMT станция была создана на основе имеющейся аналоговой станции, и позволила проводить зондирования в диапазоне частот 6-2000 Гц, определяя все компоненты тензора импеданса. В 1996-1997 г. диссертантом были разработаны цифровая часть и программное обеспечение для новой магнитотеллурической станции, разработанной С.А.Вагиным. Эта станция может быть использована для синхронных наблюдений естественного электромагнитного поля Земли, магнитотеллурических и магнитовариа-ционных зондирований. Таким образом, был разработан цифровой комплекс, дающий возможность проводить МТЗ в широком интервале периодов практически по единой методике (с небольшими вариациями в зависимости от интервала периодов). Эти наработки с успехом могут быть также использованы для модернизации имеющейся в руках других исследователей выпускавшейся ранее аналоговой аппаратуры для МТЗ.

В процессе разработки автором рассматривались варианты экономичной регистрации в полевых условиях, т.е. с некоторым сжатием первичной информации, поскольку непрерывная запись в особенности в AMT диапазоне частот (6-2000 Гц) практически невозможна.

В результате анализа различных возможностей оказалось наиболее эффективным осуществлять запись сегментами. В AMT интервале периодов этот подход позволяет существенно экономить машинные ресурсы. Кроме того, всегда полезно иметь исходную запись поля, поскольку в этом случае есть возможность провести более тщательный анализ данных в лабораторных условиях.

Эта же методика очень хорошо зарекомендовала себя в в магнитотел-луричсском интервале периодов 0.5-60 с. Именно в этом интервале присутствует очень большое количество импульсных помех, обусловленных переключениями в электрической сети. Причем, зачастую уровень этих помех существенно превосходит уровень естественного поля.

В длиннопериодном (от 60 с и более) интервале осуществляется непрерывная запись вариаций ЕЭМП.

Проведение зондирований на современном ypoDiie требует использо вать приборы, обладающие большим динамическим диапазоном. Для расширения динамического диапазона в разработанной аппаратуре применяется разбиение всего частотного диапазона на поддиапазоны с синхронной регистрацией в поддиапазонах. МТ интервал периодов разбит на два поддиапазона: 1 - 0.5-60 сек; 2 - 60-10000 сек. В результате сум-

мерный динамический диапазон регистрации будет больше, чем диапазон АЦП. Так при регистрации в интервале периодов 0.5-10000 сек удалось добиться динамического диапазона по магнитному полю порядка 100 dB.

Таким образом, регистрация в МТ станции в длиннопериодном и в короткопериодном интервалах осуществляется синхронно. В короткопериодном интервале запись выполняется сегментами с отбраковкой по когерентности. В AMT станции весь диапазон разбит на три поддиапазона: 1 - 6-45 Гц; 2 - 55-300 Гц; 3 - 300-2000 Гц. Запись проводится последовательно в каждом диапазоне сегментами с отбраковкой по когерентности.

AMT и МТ станции объединены единой цифровой частью и единым программным обеспечением. Комплекс программ позволяет также выполнять экспресс обработку данных в полевых условиях. Кроме того, предусмотрена возможность расчета компонент тензора импеданса в реальном времени в процессе регистрации для AMT интервала периодов.

В четвертой главе приводятся результаты магнитотелиурических ис-

следований в восточной части геотраверса SVEICALAPKO. Приводится краткий обзор геологии и тектонической структуры Балтийского щита, рассмотренных в нескольких работах, где так же поставлены связанные с этой темой дискуссионные проблемы (Глебовицкий В.А., Миллер Ю.В., Григорьева Л.В., Шинкарев Н.Ф.).

В соответствии с международным проектом SVEKALAPKO, задачей которого является комплексное изучение строения литосферы Балтийского щита, сотрудниками кафедры Физики Земли НИИФ СПбГУ проводятся магнитотеллурические исследования электропроводности коры и мантии в расширенном интервале периодов на продолжении профиля SVEKA, который идет с юга Финляндии в северо-восточном направлении до пересечения с границей России севернее г. Костамукша. Работы ведутся с использованием новой цифровой аппаратуры, разработанной сотрудниками кафедры.

Летом 1997 г. были проведены магнитотеллурические исследования а восточной, наименее изученной части профиля SVEKA-2. Сделаны AMT зондирования с шагом 5 км на участке от Белого моря (пос. Лоухи) до поселка Пяозерский. Всего выполнено 19 зондирований. Через каждые 20 км проводились зондирования в расширенном интервале периодов от 10~3 до 104 сек.

Характерной особенностью кривых зондирования во всех пунктах профиля является большое расхождение максимальных и минимальных кри-

вых зондирования и устойчивое положение уровня максимальных кривых: максимальные кривые в области больших периодов (Т > 10 с) практически совпадают и идут выше глобальной кривой в области суточных вариаций, что позволяет считать их "поперечными". Наилучшим образом согласуются с глобальной кривой минимальные кривые, которые приняты за "продольные".

Интерпретация данных проводилась в квазидвумерном приближении. Во всех пунктах строились кривые зондирования по осям неоднородности среды. Интерпретировались "продольные" кривые зондирования, дополнявшиеся участком глобальной магнитовариационной кривой в интервале суточных вариаций, по программе МЭЛ. Выбор "продольных" кривых осуществлялся на основе анализа геолого-геофизических данных и требования близости кривой зондирования в области больших периодов к глобальной магнитовариационной кривой. Эта методика хорошо зарекомендовала себя ранее при анализе данных зондирования на Балтийском щите вдоль меридионального профиля Териберка Ковдор-Суоярви Выборг (А. А.Ковтун и др.).

Практически во всех пунктах по результатам интерпретации наблюдается различие в сопротивлении верхней части коры при двух поляризациях поля. По "поперечным" кривым, которым соответствует северозападное направление большой оси полярной импедансной диаграммы (угол 120 - 140° с магнитным меридианом), среднее сопротивление достигает 104 — 105 Ом.м., по "продольным" кривым - 100-1000 Ом.м.

Практически на всем профиле сопротивление коры уменьшается с глубины 20-30 км, где оно в большинстве пунктов близко к 1000 Ом.м и достигает минимального значения 100 Ом.м на глубине 100-150 км. Положение минимума можно грубо связать с нижней границей "астеносферы", поскольку дальше сопротивление подрастает. В центральной части про филя выделяется область поднятия нижней границей "астеносферы" до глубины примерно 30-60 км. Кроме того, выявлены аномалии электропроводности в верхней части разреза.

Для подтверждения ранее сделанных выводов в полевой сезон 1998 г. были проведены дополнительные магнитотеллурические зондирования вдоль профиля параллельного профилю Лоухи-Пяозерский. Он расположен южнее последнего примерно на 40 км, начинается в зоне КГПЗ (юго-восточная часть оз.Топозеро) и заканчивается в центральной части Беломорской провинции (примерно 20 км от берега Белого моря пункт

"TTTTirj ГТГГГТ: TTTTHTj—ГПГПП| - Г'ГПт 0.01 0.1 1 10 100 1000

VT, с"

0.01 0.1

1 ¿0 100 1000

>/Г, с

Рис. 1: Кривые зондирования минимальные и максимальные в точке BEAR профиля SVEKA-2-08. Квадратами обозначены точки ГМВЗ.

МТЗ и 5 км - АМТЗ). В дальнейшем будет именоваться как SVEKA-2-98. Было выполнено 5 МТ зондирований с расстоянием между пунктами примерно 20 км и 19 AMT зондирований с расстоянием примерно 5 км.

Следует отметить достаточно высокое качество полученного материала. Практически во всех точках получен устойчивый результат до периода примерно 10000 сек. Кривые зондирования, полученные в точке BEAR (максимальные, минимальные), приведены на рис.1.

Характерная особенность кривых зондирования по всех пунктах профиля SVEKA-2 - расхождение максимальных и минимальных кривых зондирования в МТ интервале и устойчивое положение уровня максимальных кривых, сохранилась и на этом профиле.

Максимальные кривые в области больших периодов (Т > 10 с) очень близки друг к другу и идут выше глобальной кривой в области суточных вариаций, что позволяет считать их "поперечными". Несколько ниже уровень максимальной кривой в точке Топозеро. Кроме того, поведение максимальной кривой в пункте Хаттомозеро несколько отличается от остальных.

Наилучшим образом согласуются с глобальной кривой минимальные кривые, которые мы и в этом случае будем считать за "продольные". Минимальная кривая, как амплитудная, так и фазовая, в пункте BEAR очень хорошо выходит на глобальную кривую. Эта точка зондирования расположена в зоне бластомилонитов, ориентировка которых близка к субмеридиональной. Именно в этом направлении ориентирована малая ось ипедансной полярной диаграммы (очень устойчиво практически для всех

периодов), что лишний раз подтверждает правильность выбора "продольной" кривой.

В настоящее время результаты обработки вдоль этого профиля еще окончательно не проинтерпретированы. Длиннопсриодные минимальные кривые в пунктах Толозеро, Хаттомозеро, Энгозеро достаточно похожи и имеют глубокий минимум на периодах 2000 - 4000 сек. Эти пункты расположены в зоне зеленокаменного пояса и крупнейшего надвига Беломорского подвижного пояса. Минимум отражает поднятие границы "астеносферы" в этой области примерно до 30 - 60 км. Это подтверждает реальность такого поднятия, поскольку оно наблюдается на двух параллельных профилях.

В заключении приведены основные результаты проведенных исследований:

1. На основе классического спектрального анализа и с использованием робастных статистических процедур разработан алгоритм обработки магнитотеллурических данных. В алгоритме используется робастная оценка Зигеля, имеющая высокую пороговую точку.

2. Проведено тестирование предложенного алгоритма на синтетических и реальных данных. Рассмотрены различные модели помех, присутствующих как в МТ интервале, так и в AMT интервале периодов. Показана эффективность алгоритма при обработке магнитотеллурических данных, осложненных помехами в широком интервале периодов.

3. Разработана методика и программное обеспечение для цифровой регистрации МТ и AMT данных в полевых условиях. Методика дает возможность сократить затраты на проведение МТ и AMT зондирований и улучшить качество регистрируемых данных. Проведены полевые испытания аппаратуры, которые показали, что она сохраняет работоспособность даже в условиях высокого уровня промышленных помех.

4. Создана система, для единой обработки магнитотеллурических данных в широком интервале периодов (10_3 — 10"4 сек), в которую включены все алгоритмы, разработанные в диссертации. Программа реализована для операционных сред Windows 95/98/NT. Разработаны методические указания к проведению магнитотеллурических зондирований с использованием новой цифровой аппаратуры.

5. Проведешл МТ и AMT зондирования на восточной части геотраверса SVEKALAPKO. Построен геоэлектрический разрез на профиле. Вы-

явлено наличие аномалии электропроводности соответствующей, по геологическим данным, зоне стыковки двух геоблоков Карельского и Беломорского.

6. Для подтверждения ранее полученных данных выполнены МТ и AMT зондирования на профиле, параллельном предыдущему профилю. Построен псевдоразрез по профилю. В результате предварительного анализа данных, на этом профиле также, выявлено поднятие: границы астеносферы с глубины 100-150 км до глубины 30-60 хм в зоне стыковки двух геоблоков.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[1] Вагин С.А., Смирнов М.Ю. Магнитотедлурическая станция МТС-97. // Геофизический вестник. 1998. Л'»3.

[2] Ковтун A.A., Смирнов М.Ю. Особенности вариаций естественного электромагнитного поля в интервале периодов 60-240 мин. // Геомагнетизм и аэрономия. 199G, №3.

[3] Ковтун A.A., Вагин С.А., Варданяну, И.Л., Легенъкова II.П., Моисеев О.П., Смирнов М.Ю., Успенский И.И. Строение норы и мантии по профилю Суоярви-Выборг по магнитотсллурическим данным. // уч.зам. СпбГУ, серия Физическая, 1998, №3.

[4] Ковтун A.A., Корья Т., Вагин С. А., Варданянц И. Л., Легенькое а П.П., Смирнов М.Ю., Успенский В.И. Магнитотеллурические исследования электропроводности коры и мантии восточной части Балтийского щита на геотраверсе SVEKALAPKO. // Вопросы геофизики. Вып.3-5. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1998.

[5] Смирнов М.Ю. Обработка магнитотеллурических данных с использованием робастных статистических процедур. // Вопросы геофизики. Вып.35. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1998.

[0] Смирнов М.Ю., Успенский Н.И., Ковтун A.A. Обработка МТ-информации цифровой AMT станцией. // Геофизическая аппаратура. 1998, Вып.101.

[7] Kovtun A.A, Smirnov M.Yu. The investigation of long period variation of natural EM field for using them in MT soundings. // Abst. IUGG XXI General Assembly. Boulder. Colorado. July 2-14 1995. P.B170.

[8] Kovtun A.A.,Vagin S.A., Legenkova N.P., Moisceu O.N., Smimov M.Yu., Uspensky N.I. Structure of the crust and upper mantle along the profile Suoyarvy- Vyborg by AMT-MT data. / Book of Abstracts, international Conference on Problem of Geocosmos.June 17-23, 1996.

[9] Kovtun A.A., Vagin S.A., Smimov M.Yu., Uspenskiy N.I. Preliminary results of magnetotelluric investigations on the profile SVEKA-2 // Abstracts, 2nd SVEKOLAPKO WS, Lammi, Finland 27-30 nov. 1997.

[10] Smimov M. Yu. Program for the real-time AMT station. / / Tethises of International Conference of Geokosmos. June 16 1996.

[11] Smimov M.Yu. Technique of the robust real-time processing of AMT-MT data. / / Thesis of SvekaLapko workshop. December 1 1996.

[12] Smimov M. Yu. MT data processing technique and the results of AMT soundings along the profile part Suoyarvi-Vyborg. // Abstracts of International Geoscience Conference and Exhibition, 1.5-18 September, Moscow,1997.

[13] Smimov M. Yu. The Results of the Robust Processing of Magnetotelluric Data Along the Profile SVEKA-2 // Thesis of International Conference of Geokosmos, St.Petersburg, 1998.

[14] Smimov M. Yu. Magnetotelluric Transfer Functions Robust Estimation with High Breakdown Point. // Book of Abstracts, 14th Workshop on EM induction in the Earth, Sinaia, Romania, August 16-22, 1998.

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата физико-математических наук, Смирнов, Максим Юрьевич, Санкт-Петербург

>

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ДАННЬГл И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЛИТОСФЕРЫ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА

Специальность 04.00.22 - Физика твердой Земли Диссертация на соискание ученой степени кандидата

на правах рукописи

Смирнов Максим Юрьевич

физико-математических наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук

Ковтлпн Аида Андреевна

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1998

С одержание

Введение 3

Глава 1. Обработка магнитотеллурических данных 10

1.1 Спектральное преобразование магнитотеллурических реализации..........................................12

ГЧ 7Т Л Л

предварительная подготовка исходных данных . . >'и

1.3 Робастный подход к обработке магнитотеллурических данных................................................23

1.4 Алгоритм обработки магнитотеллурических данных 28 Выводы к главе 1................................................35

Глава 2. Тестирование предложенного алгоритма на ис

кусственных и реальных данных 37

2.1 Тестирование с использованием искусственных рядов ........................................37

2.1.1 Алгоритм AP-предсказания....................38

2.1.2 Отбраковка по когерентности..................38

2.1.3 Коррелированная помеха........................43

2.2 Тестирование с использованием реальных данных 47

2.3 Использование предложенного алгоритма для обработки вариаций ЕЭМП в интервале периодов 60240 мин......................................................51

Выводы к главе 2................................................59

Глава 3. Аппаратура и методика для AMT и МТ зондирований 62

3.1 Магнитотеллурическая станция МТС-97............66

3.1.1 Аналоговая часть МТ станции ................66

3.1.2 Цифровая часть МТ станции ..................70

3.1.3 Определение уровня шумов МТ станции . . 73

3.1.4 Результаты полевых испытаний МТС-97 . . 75 3.2 Регистрация колебаний ЕЭМП Земли в диапазоне

частот 1-1000 Гц...........................77

3.2.1 Характеристики ЕЭМП Земли в диапазоне частот 1-1000 Гц..................................77

3.2.2 Цифровая AMT станция........................81

Выводы к главе 3................................................89

Глава 4. Магнитотеллурические исследования электропроводности коры и мантии восточной части Балтийского щита вдоль профиля SVEKA-2 81

4.1 Геологические представления о строении и эволюции восточной части Балтийского щита....... 91

4.2 Магнитотеллурические исследования электропроводности коры и мантии восточной части Балтийского щита вдоль профиля SVEKA-2......... 93

4.3 Магнитотеллурические зондирования вдоль профиля параллельного профилю SVEKA-2.......105

Выводы к главе 4........................115

Заключение 117

Приложение А Цифровая фильтрация 119

Приложение Б Результаты AMT зондирований на участке профиля Суоярви-Выборг 125

Литература 130

Введение

Актуальность темы

Исследование геоэлектрического строения Земли имеет важное значение для решения как фундаментальных, так и прикладных задач геофизики.

Большой интерес с точки зрения изучения геоэлектрического строения литосферы представляет собой Балтийский щит [32, 33, 72, 73]. Он является наиболее крупным и стабильным выступом древнего кристаллического фундамента Восточно -Европейской платформы. На Балтийском щите практически отсутствует осадочный чехол, что позволяет весьма эффективно использовать метод магнитотеллуричеекого зондирования для исследования особенностей строения литосферы. В стабильных регионах древние тектонические процессы оставили много следов в виде хорошо проводящих областей в коре и верхней мантии. Эти проводники обусловлены в основном графито-и/'или флюидо-насыщенными породами [16], образовавшимися в результате тектонических преобразований, и указывают на положение шовных зон и границ геоблоков [22, 35]. Отдельные результаты магнитотеллурических исследований указывают на наличие электрической анизотропии литосферы, которая, по всей видимости, является следствием тектонических процессов. Исследование этого явления также дает возможность судить о процессах эволюции литосферы. Очень важным с точки зрения строения Земли является вопрос о положении астеносферного слоя и его физических параметрах. Именно глубинные МТ зондирования позволяют расширить наши знания в этом направлении. Кроме того, метод магнитотеллуричеекого зондирования дает информацию о распределении электропроводности в коре,

что имеет большое практическое значение при решении задач разведочной геофизики.

Таким образом, исследование методом магнитотеллуриче-ского зондирования геоэлектрического строения Балтийского щита является актуальной задачей.

На протяжении нескольких лет на кафедре Физики Земли СПбГУ проводятся АМТ-МТ зондирования на Балтийском щите в расширенном интервале периодов. Пункты зондирований сосредоточены вдоль профиля Териберка-Ковдор-Суоярви-Выборг [32]. Этот профиль близок к международному геотраверсу I, вдоль которого имеются гравиметрические, магнитные и сейсмические данные. В каждом пункте регистрировались 5 компонент естественного электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну, Hz) тремя аналоговыми станциями: AMT, МТЛ-71, МЭВС-5 соответственно в интервале периодов 1СГ3 — 0.2 с; 0.-5 — 10° с; 102 - 104 с. Обработка проводилась с учетом тензорного характера импеданса. Накоплен большой опыт обработки и анализа магнитотеллурических данных. Предложена и развита методика интерпретации результатов. Получены существенные результаты о строении коры и мантии восточной

Г», о Т">

части оалтииского щита. В настоящее время сотрудниками кафедры выполняются работы вдоль международного геотраверса SVEKALAPKO, задачей которого является комплексное изучение строения литосферы Балтийского щита. Восточная часть профиля, на которой сейчас выполняются зондирования, пересекает зону сочленения двух геоблоков Карельского и Беломорского. Геологическое строение и эволюция этой зоны и по сей день вызывает много дискуссий [21, 38, 51, 24].

Решение выше указанных проблем требует совершенствования методов обработки магнитотеллурических данных и предъ-

являет высокие требования к регистрирующей аппаратуре.

Необходимым этапом успешного использования метода маг-нитотеллурического зондирования является обработка полевого материала, позволяющая устойчиво определять компонент тензора импеданса на поверхности Земли по временным записям естественного электромагнитного поля (ЕЭМП). Значительный успех в повышении качества обработки достигнут на пути использования робастной статистики. Первые работы по применению робастных статистик для обработки магнитотеллуриче-ских данных появились в конце 80-ых годов [61, 62, 64]. В этих работах использовалась робастная М-оценка Хьюбера [57] задачи регрессии, которая заменила метод наименьших квадратов. Ро-бастный подход позволил снизить влияние помех на результат вычислений компонент тензора импеданса [77, 65, 40, 68]. Было показано несомненное преимущество робастных статистических процедур перед методами, использующими метод наименьших квадратов в случае, когда наблюденные данные осложнены различного рода помехами [67].

До сих пор, однако, построение эффективных процедур обработки остается весьма сложной и актуальной проблемой. Поскольку требуется учесть влияния большого количества фак-

«у х «у

торов, сказывающихся на результатах обработки. Обработка ведется в очень широком интервале периодов (10~3 — 104 сек), что создает дополнительные трудности при выборе оптимальной процедуры.

Автором предложен новый алгоритм обработки магнитотел-лурических данных, основанный на использовании робастных процедур.

До последнего времени на кафедре Физики Земли для проведения МТЗ использовалась аналоговая аппаратура. Это позво-

ляло выполнять раооту в достаточно ограниченных масштабах, поскольку требовалось много времени на обработку полевого материала. По причине очень высокой стоимости промышленных станций в настоящее время их покупка практически невоз-

ПП Г*

можна. таким образом, стояла задача совершенствования аппаратуры и создания на базе имеющихся разработок цифровых вариантов. Диссертантом решалась задача разработки алгоритмов и программ для цифровой регистрации магнитотеллу-рических данных. Результатом этих усилий явилось создание цифрового комплекса, дающего возможность проводить МТЗ в широком интервале периодов практически по единой методике (с небольшими вариациями в зависимости от интервала периодов). Эти наработки с успехом могут быть также использованы для модернизации имеющейся в руках других исследователей выпускавшейся ранее аналоговой аппаратуры для МТЗ.

Цель работы:

заключается в разраоотке цифрового комплекса регистрации и обработки магнитотеллурических данных в расширенном интервале периодов и исследовании магнитотеллурическим методом геоэлектрического строения литосферы Балтийского щита на восточном участке геотраверса ЗУЕКАБАРКО. Задачи исследования:

-разработать алгоритм обработки магнитотеллурических данных, позволяющий устойчиво определять компоненты тензора импеданса в интервале периодов (10_3 — КЗ4 сек);

-обеспечить цифровую регистрацию ЕЭМП в расширенном интервале периодов (10~3 —10^ сек), разработав цифровую часть и программное обеспечение для АМТ-МТ станций;

-выполнить АМТ-МТ зондирования на восточном участке геотраверса ЗУЕКАБАРКО с целью изучения геоэлектрическо-

го строения зоны сочленения Беломорского и Карельского геоблоков.

Научная новизна:

1. Разработан новый алгоритм обработки магнитотеллури-ческих данных, основанный на использовании робастных статистик. В алгоритме впервые применяется робастная оценка регрессии, предложенная Зигелем, позволившая повысить устойчивость определения компонент тензора импеданса.

2. Разработана методика цифровой регистрации магнитотел-лурических данных в расширенном интервале периодов. Созданы алгоритм и программы для цифровых МТ и AMT станций.

3. Получены новые данные о геоэлектрическом строении зоны сочленения Карельского и Беломорского геоблоков на геотраверсе SVEKALAPKO.

Практическая ценность:

- разработанные алгоритмы и программы для обработки маг-нитотеллурической информации в настоящее время являются основным рабочим инструментом для сотрудников Института Физики, Санкт-Петербургского Университета при проведении МТЗ в расширенном интервале периодов;

- методика и разработанные алгоритмы для цифровой регистрации естественного электромагнитного поля Земли могут быть использованы при создании новых цифровых магнитотел-лурических станций;

- создан пакет программ (Delphi 3.0), позволяющий практически по единой методике обрабатывать данные магнитотеллури-ческих зондирований в широком интервале периодов;

- полученные новые магнитотеллурические данные вдоль восточной части геотраверса SVEKALAPKO могут быть использованы для построения геологической модели данного региона,

t-i J

а также в целях разведочной геофизики.

Защищаемые положения:

1. Предложенный алгоритм обработки магнитотеллуриче-ских данных, основанный на использовании робастных оценок, позволяет повысить качество обработки магнитотеллурических данных в широком интервале периодов (10~3 — 1Q4 сек).

2. Разработанная методика и программное обеспечение для цифровой регистрации МТ и AMT данных позволяют сократить затраты на проведение зондирований и существенно повысить качество получаемого материала в условиях высокого уровня промышленных помех.

3. Определено геоэлектрическое строение коры и верхней мантии от первых сотен метров до 300 км вдоль восточной части геотраверса SVEKALAPKO. Выявлено поднятие подкорово-го проводящего слоя в зоне сочленения двух reo блоков Карельского и Беломорского с глубины 150-200 км до глубины 30-60 км.

Апробация работы и публикации.

Результаты исследований, представленных в работе, докладывались на XXI генеральной ассамблеи IUGG (Колорадо, 1995), на международных конференциях "Problems of Geocosmos" (Санкт-Петербург 1996, 1998), на международной геофизической конференции и выставке "Москва-97" (Москва, 1997), на международном Workshop по проекту SVEKALAPKO (Финляндия, 1997), на международном 14-ом Workshop по электромагнитной индукции в Земле (Румыния, 1998). По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, двух приложений и списка литературы. Работа изложена на 140 страни-

цах, содержит 39 иллюстраций и 2 приложения. Библиография включает в себя 92 наименования.

Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю профессору Аиде Андреевне Ковтун за постоянную помощь в работе и ценные советы, а также сотрудникам кафедры Физики Земли НИИФ СПбГУ канд. физ-мат. наук Н.И.Успенскому и канд. физ-мат. наз^к С.А.Вагину благодаря усилиям которых были созданы АМТ-МТ станция и выполнены полевые работы, сотрудникам канд. физ-мат. наук И.Л.Варданянц и Н.П.Легенковой. Автор благодарит канд. физ-мат. наук И.М.Варенцова и Е.Ю.Соколову (ИГЭМИ-ИФЗ РАН) за предоставление материалов для тестирования программ обработки.

Глава 1. Обработка магнитотеллурических

данных

В настоящее время разработаны различные подходы к обработке магнитотеллурических данных. Можно выделить два основных этапа обработки: спектральное преобразование исходных данных и последующая их статистическая обработка. Различия между подходами как раз и заключены в выборе и комбинации тех или иных способов спектрального анализа и последующих статистик. Главным отличием классических методов обработки является использование метода наименьших квадратов (МНК) при статистической обработке, хотя сейчас большинство программ включают в себя робастные статистики.

Отметим основные методики, различие которых обз^словлено реализацией спектрального преобразования магнитотеллурических данных.

Метод узкополосной фильтрации развит в работах М.Н. Бер-дичевского, И.А. Безрука, О.М. Чинаревой, В.Н. Астапенко [9, 5, 3]. Фильтрация выполняется во временной области с помощью трансверсальных безфазовых фильтров на выбранных периодах. В результате получается набор значений комплексных амплитуд, из которых затем составляется избыточная система линейных уравнений для магнитотеллурических передаточных функций.

В работах Tzanis и Beamish [87, 88] использовались методы высокоразрешающего спектрального анализа. Эти методы относятся к параметрическим моделям случайных процессов. В качестве модели исходных данных была выбрана авторегресси-оная (АР) модель. Этот подход использовался для обработки аудиомагнитотеллурических (AMT) данных. Основная цель ис-

пользования этого метода была в выявлении и устранении узкополосных помех по коротким отрезкам записи.

Наиболее популярный в настоящее время подход, основанный на использовании спектрального анализа корреляционных функций развит в работах [81, 67, 77]. В нашей стране этот метод использован В.Ю. Семеновым [48]. Магнитотеллурические записи в этом методе рассматриваются как реализации случайного стационарного процесса и исходя из этого предположения строятся оценки спектров. Одним из достоинств метода является исключительная эффективность в вычислительном плане, поскольку в его основе лежит аппарат быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Как показала практика, все разумно настроенные методы спектрального анализа в сочетании с методом наименьших квадратов дают практически одинаковые результаты в случае, когда исходные данные не осложнены помехами. Ситуация сз^ще-ственно меняется, если х^агнитотеллурические данные содержат различного рода шумы. Метод наименьших квадратов (МНК), который используется для решения избыточной системы уравнений для магнитотеллурических передаточных функций, очень чувствителен к наличию шумов.

Существенного увеличения устойчивости определения компонент тензора импеданса удалось добиться на пути использо-

г* О V» 4J

вания рооастнои статистики, b настоящее время имеется целый ряд работ, где используется этот подход [61, 62, 64, 77, 65, 40].

Исследования в этом направлении продолжаются. В предлагаемой работе разрабатывается новый алгоритм обработки магнитотеллурических данных, основанный на использовании робастных процедур.

В практике магнитотеллурических зондирований, как отме-

чалось выше, в основном используются два метода спектрального анализа. Первый метод основан на узкополосной фильтрации магнитотеллурических реализаций. Второй метод основан

_ _____ V и

на спектральном анализе коореляционных функции, использующем быстрое преобразование Фурье (БПФ).

Классические методы спектрального оценивания относятся к числу наиболее устойчивых (робастных) методов спектрального оценивания, в то время как, например альтернативные методы высокого разрешения оказываются робастными только для ограниченного класса стационарных сигналов [39]. Неболыпый выигрыш, который могут давать методы узкополосной фильтрации и высокоразрешающие методы при спектральном анализе коротких реали�