黄清华教授团队与南方科技大学和国外学者合作发表基于多通道震电频谱比值探测潜水面和渗透率的新方法

2023-05-08

在地表或含有水的多孔介质中激发震源可产生地震和电磁波场(图1)。电场和地震加速度场之间的频谱比被定义为震电频谱比值(SESRs),它对物性界面(如潜水面和层界面)具有较高的敏感性。基于SESRs的水文地质参数重构由于并不需要已知震源函数,从而显著简化了反演过程。但传统的SESRs通常是利用天然地震激发的地震和电磁波场计算得到的,其空间分辨率难以满足近地表勘探需求。基于合成模型,本研究引入主动源多通道(Multi-Channel)SESRs(MC-SESRs)概念,应用宽度学习系统训练和获取MC-SESRs与模型参数浅层渗透率和潜水面深度之间的映射关系。结果表明,训练后的宽度神经网络可以预测时变的潜水面深度,利用更多通道的SESRs数据可以提升反演精度(图2)。MC-SESRs数据的定量解释可有效且快速表征近地表水文地质特性,同时也可为使用非侵入式可控源震电方法监测水文地质变化提供支撑。

 

图1 震电转换产生电磁波的示意图。(a和b)双电层模型和对应的电位曲线示意图;(c)主动源地震引起的局部、界面辐射和隐失电磁波场示意图。

 

图2 真实的(蓝色)和预测的(紫色)潜水面深度的比较。左侧子图(a,c和e)显示使用26道SESRs数据反演潜水面深度结果,右侧子图(b,d和f)显示使用101道SESRs数据反演潜水面深度结果。第一行到第三行分别代表数据噪声水平为10%, 15% 和20%,图中阴影区域表示模型扰动水平。

 

该成果近期发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth。第一作者是胡开颜博士后(现为南方科技大学研究助理教授)。该研究受到国家自然科学基金青年项目等资助。

 

Hu, K., Ren, H., Huang, Q., Zeng, L., Butler, K. E., Jougnot, D., Linde, N., Holliger, K. (2023). Water table and permeability estimation from multi-channel seismoelectric spectral ratios. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128, e2022JB025505.

https://doi.org/10.1029/2022JB025505