Manyetotellürikler - Magnetotellurics

Manyetotelürik istasyon

Manyetotelürikler ( MT ), Dünya yüzeyindeki doğal jeomanyetik ve jeoelektrik alan değişimlerinin ölçümlerinden dünyanın yüzey altı elektrik iletkenliğini çıkarmak için kullanılan elektromanyetik jeofizik bir yöntemdir .

Araştırma derinliği, uzun süreli sondajlarla 10.000 m'ye veya daha derine kadar daha yüksek frekansları kaydederek yerin 300 m altında değişir. 1940'larda Japonya'da ve 1950'lerin başlarında Fransa ve SSCB'de önerilen MT, şu anda uluslararası bir akademik disiplindir ve dünya çapında keşif araştırmalarında kullanılmaktadır.

Ticari kullanımlar arasında hidrokarbon (petrol ve gaz) arama, jeotermal arama, karbon tutma , madencilik araştırması ve ayrıca hidrokarbon ve yeraltı suyu izleme bulunmaktadır. Araştırma uygulamaları, MT tekniğini daha da geliştirmek için deneyleri, uzun süreli derin kabuk keşfini, derin manto araştırmasını, buzul altı su akışı haritalamasını ve deprem öncü araştırmasını içerir.

Tarih

Manyetotelürik teknik, 1940'larda Japon bilim adamları (Hirayama, Rikitake), 1950'de Rus jeofizikçi Andrey Nikolayevich Tikhonov ve 1953'te Fransız jeofizikçi Louis Cagniard tarafından bağımsız olarak tanıtıldı . derin Dünya araştırmalarında önemli araçlar.

İlk olarak 1950'lerde yaratıldığından beri, manyetotelürik sensörler, alıcılar ve veri işleme teknikleri elektronikteki genel eğilimleri takip ederek her nesilde daha ucuz ve daha yetenekli hale geldi. MT enstrümantasyonu ve tekniğindeki büyük ilerlemeler arasında analogdan dijitale geçiş, uzaktan referanslamanın ortaya çıkışı, GPS zaman tabanlı senkronizasyon ve 3D veri toplama ve işleme yer alır.

Ticari uygulamalar

Hidrokarbon araştırması

İçin hidrokarbon arama , MT ağırlıklı primer tekniği bir tamamlayıcı olarak kullanılır yansıma seismology keşif. Sismik görüntüleme yüzey altı yapıyı görüntüleyebilirken, hidrokarbonlar ve hidrokarbon içeren oluşumlarla ilişkili özdirençteki değişiklikleri tespit edemez. MT, yüzey altı yapılardaki, hidrokarbon içeren yapılar ile içermeyen yapılar arasında ayrım yapabilen direnç değişikliklerini tespit eder.

Temel bir yorum düzeyinde, özdirenç farklı kaya türleri ile ilişkilidir. Yüksek hızlı katmanlar tipik olarak oldukça dirençlidir, oysa tortular - gözenekli ve geçirgen - tipik olarak çok daha az dirençlidir. Yüksek hızlı katmanlar akustik bir bariyer iken ve sismiği etkisiz hale getirirken, elektriksel dirençleri manyetik sinyalin neredeyse engellenmeden geçtiği anlamına gelir. Bu, MT'nin sismik verileri tamamlayarak ve yoruma yardımcı olarak bu akustik bariyer katmanlarının altını derinlemesine görmesini sağlar. Özbekistan'daki 3-D MT araştırma sonuçları (32 x 32 sondaj ızgarası), karmaşık yüzey altı jeolojisi ile bilinen büyük bir gaz taşıyan oluşumun sismik haritalamasına rehberlik etmiştir.

China National Petroleum Corporation (CNPC) ve Nord-West Ltd , dünyadaki diğer petrol şirketlerinden daha fazla karada MT kullanıyor ve hidrokarbon arama ve haritalama için dünya çapında binlerce MT sondajı gerçekleştiriyor .

Madencilik araştırması

MT, çeşitli baz metaller (örn. Nikel) ve değerli metallerin araştırılmasında ve kimberlit haritalamasında kullanılır.

INCO'nun Sudbury , Ontario, Kanada'daki 1991 tarihli kavram kanıtı araştırması, 1750 metre derinliğinde bir nikel yatağı algıladı. Falconbridge , 1996 yılında iki Ni-Cu mineralize bölgeyi yaklaşık 800 m ve 1350 m derinlikte doğru bir şekilde konumlandıran bir fizibilite çalışması yaptı. O zamandan beri, hem büyük hem de küçük madencilik şirketleri, hem kahverengi hem de yeşil alan araştırmaları için giderek daha fazla MT ve ses-manyetotellürikleri (AMT) kullanıyor. Canadian Shield bölgelerinde önemli MT haritalama çalışmaları yapılmıştır .

Kimberlitleri tespit ederek elmas keşfi de kanıtlanmış bir uygulamadır.

Jeotermal keşif

MT jeotermal keşif ölçümleri , arızalar ve bir üst kayanın varlığı da dahil olmak üzere verimli jeotermal yapılarla ilişkili direnç anormalliklerinin tespitine ve çeşitli derinliklerde jeotermal rezervuar sıcaklıklarının tahmin edilmesine izin verir. MT jeotermal arama anketleri Onlarca Japonya ve içinde tamamlanmıştır Filipinler birkaç yüz tespit etmek yardımcı 1980'lerin başından beri megawatt gibi yerlerde yenilenebilir enerji Hatchobaru üzerinde bitki Kyushu ve üzerinde Togonang bitki Leyte . MT ile jeotermal keşif , Amerika Birleşik Devletleri , İzlanda, Yeni Zelanda, Macaristan, Çin, Etiyopya , Endonezya, Peru , Avustralya ve Hindistan'da da yapılmıştır .

Diğer

MT ayrıca yeraltı suyu keşif ve haritalama araştırması, hidrokarbon rezervuar izleme, yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) iletim sistemleri için ana kayanın elektriksel özelliklerinin derinlemesine araştırılması (100 km), karbondioksit ayırma ve diğer çevre mühendisliği uygulamaları ( örneğin nükleer patlama sahası izleme ve nükleer atık bertaraf sahası izleme).

Araştırma uygulamaları

Kabuk ve manto

MT dağılımını araştırmak için kullanılmıştır silikat erir içinde Dünya'nın manto ve kabuk; büyük araştırmalar kıta ABD'si (Ulusal Bilim Vakfı EarthScope MT Programı), Doğu Pasifik Yükselişi ve Tibet Platosu'na odaklandı . Diğer araştırma çalışmaları, Afrika ve Avrupa plakalarının çarpışmasıyla oluşan oldukça karmaşık üç boyutlu bölgede ve Variscan Orojenezi ve Kaledonya Orojenezi gibi Batı Avrupa'daki orojenik süreçlerde plaka tektoniği süreçlerini daha iyi anlamayı amaçlamaktadır.

Deprem habercisi tahmini

MT sinyalindeki dalgalanmalar, sismik olayların başlangıcını tahmin edebilir. Sabit MT izleme sistemleri, Nisan 1996'dan beri Japonya'da kurulmuş olup, Wakuya İstasyonu'nda (daha önce Mizusawa Jeodezik Gözlemevi'nde) ve Japonya Coğrafi Araştırma Enstitüsü'nün (GSIJ) Esashi İstasyonunda MT sinyallerinin sürekli kaydını sağlar . Bu istasyonlar , sismik aktiviteye karşılık gelen Dünya'nın elektromanyetik alanındaki dalgalanmaları ölçer . Bu izleme istasyonlarından elde edilen ham jeofiziksel zaman serisi verileri, bilim camiasına ücretsiz olarak sunulmakta ve elektromanyetik olaylar ile deprem aktivitesi arasındaki etkileşimin daha fazla incelenmesine olanak sağlamaktadır.

Japonya'daki ek MT deprem öncü izleme istasyonları Kagoshima'da , Sawauchi'de ve Shikoku'da bulunmaktadır . Benzer istasyonlar da konuşlanmış Tayvan üzerinde Penghu Island yanı sıra, Fushan Rezerv uygun Tayvan adasında.

POLARIS, Dünya'nın litosferinin yapısını ve dinamiklerini ve deprem yer hareketinin tahminini inceleyen bir Kanadalı araştırma programıdır .

Teori ve pratik

Enerji kaynakları

Güneş enerjisi ve yıldırım , dünyanın manyetik alanında doğal değişikliklere neden olarak , Dünya yüzeyinin altında elektrik akımlarını ( tellürik akımlar olarak bilinir) indükler .

Farklı kayalar, çökeltiler ve jeolojik yapılar çok çeşitli farklı elektriksel iletkenliklere sahiptir . Elektriksel direncin ölçülmesi, farklı malzemelerin ve yapıların birbirinden ayırt edilmesini sağlar ve tektonik süreçler ve jeolojik yapılar hakkındaki bilgileri geliştirebilir.

Dünyanın doğal olarak değişen elektrik ve manyetik alanları , 10.000 Hz ila 0.0001 Hz (10.000 s) arasındaki geniş bir manyetotelürik frekans aralığında ölçülür. Bu alanlar, Dünya'da akan elektrik akımları ve bu akımları indükleyen manyetik alanlardan kaynaklanmaktadır. Manyetik alanlar, esas olarak güneş rüzgarı ve manyetosfer arasındaki etkileşimle üretilir . Ek olarak, dünya çapında fırtına faaliyeti 1 Hz'nin üzerindeki frekanslarda manyetik alanlara neden olur. Bu doğal olaylar birleştiğinde, tüm frekans spektrumu üzerinde güçlü MT kaynak sinyalleri oluşturur.

Elektrik alanının manyetik alana oranı, yüzey altı iletkenliği hakkında basit bilgiler sağlar. Çünkü deri etkisi fenomeni etkiler elektromanyetik alanlar daha derin bilgileri, düşük frekans aralığında sağlanır ise, daha yüksek frekans aralıklarında oranı, sığ yeryüzündeki bilgi verir. Oran genellikle hem frekansın bir fonksiyonu olarak görünen özdirenç hem de frekansın bir fonksiyonu olarak faz olarak temsil edilir.

Daha sonra bu tensör kullanılarak bir yüzey altı direnç modeli oluşturulur .

Derinlik ve çözünürlük

MT ölçümleri, yaklaşık 300 m'den yüzlerce kilometreye kadar derinlikleri araştırabilir, ancak 500 m ila 10.000 m arasındaki araştırmalar tipiktir. Daha fazla derinlik, daha düşük frekansların ölçülmesini gerektirir ve bu da daha uzun kayıt süreleri gerektirir. Çok derin, çok uzun süreli ölçümler (orta kabuktan üst manto derinliklerine kadar), tatmin edici veri kalitesi elde etmek için birkaç günden haftalara veya daha uzun süreli kayıtlar gerektirebilir.

MT'nin yatay çözünürlüğü esas olarak sondaj konumları arasındaki mesafeye bağlıdır - daha yakın sondaj konumları yatay çözünürlüğü artırır. Sürekli profilleme (Emap olarak bilinir), her tellürik dipolün kenarları arasında yalnızca metrelerle kullanılmıştır.

MT'nin dikey çözünürlüğü esas olarak ölçülen frekansa bağlıdır, çünkü daha düşük frekanslar daha fazla penetrasyon derinliğine sahiptir. Buna göre, araştırma derinliği arttıkça dikey çözünürlük azalır.

Sinyal gücü ve kayıt süreleri

1 Hz ila yaklaşık 20 kHz frekans aralığındaki manyetik alanlar, ses-manyetotelürik (AMT) aralığının bir parçasıdır. Bunlar Dünya yüzeyine paraleldir ve Dünya'nın merkezine doğru hareket eder. Bu büyük frekans bandı, Dünya yüzeyinin birkaç metreden birkaç kilometre altına kadar çeşitli derinliklere nüfuz etmesine izin verir. Manyetotelürik kaynağın doğası gereği, dalgalar genellikle genlik yüksekliğinde dalgalanır. Dalgalanmalar ve düşük sinyal gücü nedeniyle kullanılabilir okumayı doğrulamak için uzun kayıt sürelerine ihtiyaç vardır. Genel olarak, sinyal 1 ile 5 kHz arasında zayıftır ve bu, jeolojinin en üstteki 100 metresini tespit etmede çok önemli bir aralıktır. Manyetotelürik yöntem ayrıca deniz ortamlarında hidrokarbon keşfi ve litosfer çalışmaları için kullanılır. Elektriksel olarak iletken deniz suyunun perdeleme etkisi nedeniyle, spektrumun kullanılabilir üst sınırı 1 Hz civarındadır.

2D ve 3D manyetotelürikler

İki boyutlu araştırmalar, ilgi alanı üzerindeki MT sondajlarının uzunlamasına bir profilinden oluşur ve iki boyutlu yüzey altı direnci "dilimlerini" sağlar.

Üç boyutlu araştırmalar, ilgilenilen alan üzerinde MT sondajlarının gevşek bir ızgara modelinden oluşur ve daha sofistike bir üç boyutlu yeraltı direnci modeli sağlar.

Varyantlar

Audio-manyetotellürikler

İşitsel manyetotelürikler (AMT), daha sığ araştırmalar için daha yüksek frekanslı bir manyetotelürik tekniktir. AMT, MT'den daha az derinlik penetrasyonuna sahip olsa da, AMT ölçümlerinin gerçekleştirilmesi genellikle yalnızca bir saat sürer (ancak düşük sinyal gücü dönemlerinde derin AMT ölçümleri 24 saate kadar sürebilir) ve daha küçük ve daha hafif manyetik sensörler kullanır. Geçici AMT, yalnızca daha yoğun doğal sinyal (geçici dürtüler) dönemlerinde geçici olarak kayıt yapan ve güçlü doğrusal polarizasyon pahasına sinyal-gürültü oranını iyileştiren bir AMT varyantıdır.

Kontrollü kaynak elektromanyetiği

CSEM kontrollü kaynak elektromanyetik , kontrollü kaynak ses manyetotelüriklerinin derin su açık deniz varyantıdır; CSEM, açık deniz petrol ve gaz endüstrisinde kullanılan addır. ve karada keşif için Lotem çoğunlukla Rusya, Çin, ABD ve Avrupa'da kullanılmaktadır.

Karada CSEM / CSAMT, elektromanyetik kültürel gürültünün (örneğin elektrik hatları, elektrikli çitler) doğal kaynaklı jeofizik yöntemler için parazit sorunları oluşturduğu durumlarda etkili olabilir. Kapsamlı bir topraklanmış tel (2 km veya daha fazla), içinden geçen çeşitli frekanslarda (0,1 Hz ila 100 kHz) akımlara sahiptir. Kaynağa paralel elektrik alan ve dik açılarda olan manyetik alan ölçülür. Direnç daha sonra hesaplanır ve direnç ne kadar düşükse, iletken bir hedefin (grafit, nikel cevheri veya demir cevheri) olma olasılığı o kadar yüksektir. CSAMT, petrol ve gaz endüstrisinde kara kontrollü kaynak elektromanyetiği (Kara CSEM) olarak da bilinir.

Deniz manyetotelürik (MMT) yöntemi olan MT'nin bir açık deniz varyantı, suyun 300 m'den daha az derinlikte olduğu sığ kıyı bölgelerine gemi tarafından yerleştirilen basınç muhafazalarında aletler ve sensörler kullanır. MMT'nin bir türevi, tellürik ölçümlere ve yatay manyetik ölçümlere olan ihtiyacı ortadan kaldıran, yalnızca dikey manyetik alanın (Hz veya "damper") açık denizde tek kanallı ölçümüdür.

Arama anketleri

MT keşif anketleri, yeraltı modelini oluşturmak için yorumlanabilen direnç verilerini elde etmek için yapılır. Veriler, hedef boyutuna ve geometriye, yerel arazi kısıtlamalarına ve finansal maliyete bağlı olarak sondajlar arasındaki fiziksel aralıklarla belirli bir süre boyunca (gece sondajları yaygındır) her sondaj konumunda elde edilir. Keşif araştırmaları birkaç kilometrelik mesafelere sahip olabilirken, daha ayrıntılı çalışmalar 200 m aralıklara veya hatta bitişik sondajlara (dipolden dipole) sahip olabilir.

HSE MT keşif etkisi nedeniyle hafif ekipmanları, doğal sinyal kaynakları ve keşif diğer türleri (örn matkaplar, bir patlayıcı madde ve hiçbir yüksek akımlara) ile karşılaştırıldığında, indirgenmiş tehlikelerin nispeten düşüktür.

Uzaktan referans sondajları

Uzaktan Referans, birden fazla MT istasyonunda eşzamanlı veri alarak kültürel elektrik gürültüsünü hesaba katmak için kullanılan bir MT tekniğidir. Bu, veri kalitesini büyük ölçüde iyileştirir ve insan yapımı EM paraziti nedeniyle doğal MT sinyalinin tespit edilmesinin zor olduğu alanlarda edinime izin verebilir .

Ekipmanlar

Tipik tam bir MT ekipmanı grubu ("beş bileşenli" sondaj için) beş sensörlü bir alıcı cihazdan oluşur : üç manyetik sensör (tipik olarak indüksiyon bobin sensörleri) ve iki tellürik (elektrik) sensör. Yalnızca uzun dönemli MT için (yaklaşık 0.1 Hz'nin altındaki frekanslar), üç ayrı geniş bant manyetik alan sensörü, tek bir kompakt üç eksenli akı geçişli manyetometre ile ikame edilebilir. Çoğu durumda, yalnızca tellürik sensörler kullanılacak ve edinme maliyetlerini azaltmak için yakındaki diğer sondajlardan manyetik veriler ödünç alınacaktır.

Beş bileşenli komple bir MT ekipmanı seti, küçük bir saha ekibi (2 ila 4 kişilik) tarafından sırt çantasıyla taşınabilir veya hafif bir helikopterle taşınabilir, bu da uzak ve engebeli alanlarda konuşlandırmaya olanak tanır. Çoğu MT ekipmanı, kuru çölden yüksek neme (yoğuşma) ve geçici olarak tam daldırmaya kadar, tipik olarak −25 ° C ila +55 ° C arasında değişen çok çeşitli çevre koşullarında güvenilir çalışma yeteneğine sahiptir.

Veri işleme ve yorumlama

Ham zaman serisi verilerini frekansa dayalı ters çevirmelere dönüştürmek için edinme sonrası işleme gereklidir. İşleme programının sonuç çıktısı, sonraki yorumlama için girdi olarak kullanılır. İşleme, yalnızca uzaktan referans verilerinin veya yerel verilerin kullanımını içerebilir.

İşlenen MT verileri, genellikle yerin altında daha büyük derinliğe karşılık gelen daha düşük frekanslarla bir yüzey altı direnç haritası oluşturmak için çeşitli teknikler kullanılarak modellenir. Gibi anormallikler arızalar , hidrokarbonlar , ve iletken mineralizasyon yapılardan daha yüksek ya da daha düşük özdirenç alanlar olarak görülmektedir. Yeraltı modelini oluşturmak için görünür özdirencin kullanıldığı manyetotelürik verilerin yorumlanması (ters çevrilmesi) için çeşitli yazılım paketleri kullanılır.

Enstrüman ve sensör üreticileri

Ticari kullanım dünya pazarının çoğunu üç şirket tedarik etmektedir: biri Amerika Birleşik Devletleri'nde (Zonge International, Inc.), biri Kanada'da; (Phoenix Geophysics, Ltd.) ve biri Almanya'da (Metronix Messgeraete und Elektronik GmbH).)

Dahili kullanım için MT enstrümantasyonu üreten devlet kurumları ve daha küçük şirketler arasında Rusya'daki Vega Geophysics, Ltd. ve Rusya Bilimler Akademisi (SPbF IZMIRAN ); ve Ukrayna Ulusal Uzay Araştırma Enstitüsü .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar