Разделение электромагнитного поля по положению источников в магнитотеллурическом методе

Abstract

Рассмотрены теоретические вопросы использования метода магнитотеллурического зондирования (МТЗ) для целей пассивного электромагнитного мониторинга современных геодинамических процессов. Поставлена задача выделения из зарегистрированного на дневной поверхности электромагнитного поля составляющей, связанной с экзогенными источниками (ионосферными токами, грозовыми разрядами и т. п.), и поля, связанного с эндогенными источниками, которые могут генерироваться необратимыми геодинамическими процессами в напряженно-деформированной литосфере, например процессами трещинообразования. Показано, что электромагнитное поле, связанное с эндогенными источниками электромагнитного поля, в случае горизонтально слоистой модели среды входит аддитивным образом в импедансные соотношения, связывающие тангенциальные компоненты электрического поля и тангенциальные компоненты магнитного поля на дневной поверхности. На основе введения функции объема получено устойчивое в вычислительном плане решение прямой задачи МТЗ для слоистой, горизонтально-однородной произвольно анизотропной модели геоэлектрической среды с распределенными в ней источниками электромагнитного поля. При этом источники могут располагаться в произвольном месте слоистого полупространства со случайной амплитудой и временем появления. Это решение позволяет эффективно проводить прямое математическое моделирование электромагнитного поля, тем самым обеспечивая необходимую теоретико-вычислительную базу для постановки и решения обратной задачи пассивного электромагнитного мониторинга.The theoretical problems of using the magnetotelluric sounding method (MTS) for electromagnetic monitoring of the current geodynamic processes have been considered. Using the electromagnetic field registered on the Earth’s daylight surface, the task has been set to single out the component associated with exogenous sources (ionospheric currents, lighting discharge, etc.) and the field component related to endogenous sources that can be generated by irreversible geodynamic processes in the lithosphere, such as cracking. The direct MTS problem for layered space, which is expressed as the impedances of the upper and lower half-spaces and fields from the sources located in the corresponding areas of space, has been solved. Using the electromagnetic field extension through the horizontally layered medium, a formula showing the relationship between the tangential components of the electromagnetic field registered on the Earth’s surface has been determined. In this case, the magnetotelluric impedance depends exclusively on the electromagnetic parameters of the geoelectrical medium. The field from the sources located in the layered space is included additively into this relationship formula. The approach to solving the direct MTS problem for horizontally layered media on the basis of field extension is not stable terms of calculation. For this reason, the stable algorithm for solving the MTS direct problem with account of electromagnetic fields sources distributed in the lower half-space has been developed. A stable solution of the direct problem for the layered laterally homogeneous arbitrary anisotropic model of geoelectrical medium with electromagnetic field sources distributed in it has been obtained. In this case, the sources can be located in arbitrary places of the layered half-space with the random amplitude and time of occurrence. This solution allows to efficiently implement direct mathematical modeling of the electromagnetic field, thereby providing the necessary theoretical and calculation basis for setting and solving the inverse problem of passive electromagnetic monitoring.