卡尔曼滤波压制瞬变电磁干扰技术及应用

煤田瞬变电磁探测经常是在干扰较强的煤矿周边进行,采集到的二次感应场信号大多噪声水平较高,难以开展解释工作。为消除野外数据中的这些电磁干扰,根据衰减曲线单向衰减的形态特征,通过应用卡尔曼滤波技术压制各种干扰,较好地恢复数据原始信号。通过对受到高压线电磁干扰的煤矿采空区实际探测数据进行该滤波方法的处理解释,对比滤波后数据与高压线断电后原测区重测的不受干扰的数据,得到了基本一致的效果,证明了该方法的有效性。      

一种基于数字谐振器重构半航空瞬变电磁信号压制工频干扰的方法

半航空瞬变电磁(SATEM)结合地面瞬变电磁和航空瞬变电磁的优势,具有探测深度大、工作效率高、对地理条件的适应能力强等特点,特别适合河流、沼泽以及其他地面工作难以展开的地区。在城市地区瞬变电磁法容易受到工频50 Hz干扰及其谐波干扰,这种干扰会导致时间域晚期衰减曲线可能因工频电磁场背景叠加而扭曲,反演拟合这些扭曲的瞬变电磁响应时可能会得到错误结果。半航空瞬变电磁勘探系统虽然采用双极性同步采样抑制工频干扰,但该方法仅能消除部分工频干扰。这里提出了一种利用数字谐振器重构信号消除工频干扰的方法,以沱江水域半航空勘探结果为例,首先通过在理论信号中加入工频干扰模拟含噪信号,然后利用该方法对含噪信号进行消噪处理实验,实验证明该方法在消除干扰的同时,能较好地保留有效信号。最后对实测数据消噪处理,结果表明该方法能有效地压制工频干扰。     

超低频电磁探测信号能量的计算及其地质应用

被动式超低频电磁探测技术是一种有效的探测地下地质体和资源的手段,但采用现有的处理方法得到的探测曲线较容易受到各种噪声的干扰,影响了对所获得的探测曲线的解释。笔者将信号能量引入到超低频电磁探测信号的处理中。首先根据信号能量计算原理,计算不同深度的超低频探测信号的能量值．获取能量曲线。同时,根据具体应用目的,分析其曲线特征,并将信号能量曲线与现有的信号曲线,如最大值曲线、最小值曲线等进行对比分析。结果表明,与现有方法相比,笔者所提出的信号能量曲线方法能更准确地反映地下岩层特征,有利于曲线的地质解译。     

安徽淮北煤矿富水区被动式超低频电磁探测结果解析

被动式超低频电磁法是一种在地表直接接收来自地下3～3000Hz频段的天然超低频电磁信号,通过对接收信号的处理和解释实现对地下的岩性界面、构造、资源和能源进行探测,拥有巨大开发潜力的地球物理勘探新方法.首先简述了富水区的被动式超低频电磁探测机理,其次结合安徽省淮北市煤矿富水区的探测实例来说明该方法的适用性和局限性.在数据处理上采用曲线叠加平均、平滑和特征深度标定的方法,同时采用了测深曲线和视电阻率等值断面进行地质解释.解释结果和已知钻孔资料对比发现,无论在测深曲线上,还是在断面图上,富水区均具有明显的特征.     

基于Curvelet变换的隧道裂隙水GPR数据处理研究

应用地质雷达探测隧道内部裂隙水的分布状况时,受隧道钢筋网的影响以及噪声干扰,导致探测信号中弱有效信号难以识别。Curvelet变换可以对二维信号从频率、角度和空间位置实现有效反射波和干扰波的分离及降噪处理,应用Curvelet变换对含钢筋网干扰的裂隙水模型的探地雷达模拟数据进行波场分离和降噪处理,在压制直达波、去除钢筋层反射信号及多次反射的基础上,可以有效地提取出含裂隙水所引起的反射波信号。将该方法应用到汝郴高速某隧道实测探地雷达数据中,较好地去除了钢筋层反射信号的影响,准确地判断出了裂隙水的空间分布位置,证明了所提出方法的有效性。     

高压线下瞬变电磁多匝小线框重叠回线装置的改进与应用

地面瞬变电磁勘探在煤矿水害预测防治中应用十分广泛,为了压制高压线干扰,减少其对地面瞬变电磁法勘探成果的影响,探索改进多匝小线框重叠回线装置,并在远离高压线区域采集高信噪比数据,对高压线下的含水异常进行解释。对比偏移倾斜测量与正常水平测量的多测道曲线与视电阻率拟断面图,认为偏移倾斜测量的解释结果可靠。在此基础上研究了偏移倾斜测量反演电阻率偏移归位、与正常水平测量数据融合处理技术。成果表明,采用单独处理、综合解释可以很大程度上减少高压线干扰的影响,完善高压线下含水异常的解释结果。     

陆域冻土区地震探测信号提取技术——以青海哈拉湖地区为例

青海哈拉湖地区的陆域冻土区天然气水合物,其埋藏深度较浅,地震有效信号往往被干扰波淹没,如何从复杂的地震波场里有效提取出与地层、水合物有关的地震反射信号是开展地震资料精细解释和天然气水合物预测工作的前提。为此,详细分析青海哈拉湖地区地震探测原始数据,总结该地区干扰噪声的类型及特点,制定地震信号提取流程,并在叠前道集上逐步采用有针对性的噪声衰减、振幅补偿、反褶积以及叠加等处理技术,压制各类干扰信息,最大程度地保留有效反射信号,提高地震资料的分辨率、信噪比和保真度,更好地为地震资料解释和有利储层预测服务。     

子空间增强在大地电磁信噪分离中的应用研究

为了提高强干扰地区大地电磁测深数据质量、保留大地电磁信号低频段的有用信息,压制大尺度强干扰已刻不容缓。针对矿集区典型的强干扰类型,引入子空间增强方法对大地电磁信号与强干扰进行信噪分离研究。通过计算机模拟常见的大尺度方波和充放电三角波干扰,讨论了子空间增强算法中帧长与特征值判别阈值的最优选取范围,给出了算法流程,并对矿集区实测大地电磁数据进行了信噪分离处理。实验结果表明:该方法是切实可行的,能有效剔除时间域序列中的大尺度强干扰,近源效应得到了有效压制;经处理后,重构的大地电磁信号中包含了更为丰富的细节成分,视电阻率曲线更为光滑、连续,低频段的大地电磁数据质量得到了明显改善。     

广域电磁法在复杂电磁干扰环境的应用研究——以某市周边地热勘查为例

广域电磁法通过人工接地场源建立谐变电磁场,向地下发送不同频率的交变电流,观测一个或多个电磁场分量,以广域视电阻率探测不同埋深地质目标体。该方法以大功率、强信号的人工场压制干扰场来提高信噪比,从而获得有效观测数据。在高压线、铁路、厂房、矿区、变电站、城市周边等复杂人文噪声干扰环境下,干扰场信号幅值达到几百甚至几千微伏,其强度大于广域电磁人工场信号,难以达到压制效果。本文以某市周边地热资源大深度勘探为例,对复杂电磁干扰环境下广域电磁法的应用进行研究,取得了质量良好的观测数据,经反演解释清晰刻画了地层、构造的空间展布特征,提供了两处地热资源有利区。该例为复杂电磁干扰环境下广域电磁法应用提供了方向。     

上海近岸海域高分辨率单道地震探测海浪干扰及其压制方法

近年来,由于近岸地质调查及沿岸工程建设的需要,高分辨率单道地震探测以其高分辨率、探测快速便捷的优势正在被越来越多地使用。上海近岸海域海浪情况复杂,常给探测带来大量干扰,特别是海浪引起的同相轴起伏可严重降低探测数据的分辨率。本文通过对上海近岸海域大量高分辨率单道地震探测数据的分析,总结了海浪对该方法的主要干扰类型及压制方法。实践证明,压制以后的地震数据质量得到了显著提高,保证了高分辨率单道地震探测的高分辨能力。     

强干扰区瞬变电磁法勘查采空区效果

利用瞬变电磁法勘察采空区,当存在较强电磁干扰时,常规测量方式无法取得准确的测量数据。在北京房山区采空区勘查中,使用了一种具有抗干扰能力强的"8"字型测量方式,取得了较好的效果。通过剖面勘查以及相应的时间域电阻率成像资料处理法,获得了较高分辨率的电阻率剖面,推断出了采空区的空间分布特征,为在强干扰区勘查采空区提供了一种新的技术方法,也为治理和防止地面塌陷的进一步发生提供了科学依据。     

大地电磁勘探中的电力线工频干扰

大地电磁法勘探中,因电力线频率不单一,产生的工频干扰场量级大,给数据处理造成困难。为给削弱、压制干扰提供依据,进行了试验。在地表上方某一高度无限长直导线模拟输电线,推导、计算在其通以谐变电流时的电磁场值。计算结果表明：即使距离输电线500m处,其干扰场依然可以完全淹没目标信号;但该干扰场有固有特性和规律。通过探讨得出,在一个波长之外,电力线产生的电磁场为平面波转而成为有用信号,在一个波长之内,可以根据其电、磁场的方向性有选择地布极,以避免两个方向的视电阻率同时受到干扰。     

瞬变电磁法探测地下洞体的有效性

瞬变电磁法对于施工区地表有较强的适应能力,工作效率较高。选用适当的装置可将瞬变电磁法应用于地下洞体的探测,其数据处理解释是采用全期定义将实测瞬变衰减曲线转换为视电阻率-深度曲线,根据地下洞体的瞬变电磁响应特征分析等视电阻率曲线的形态来确定洞体的存在。此方法已通过多次实际应用取得了良好的地质效果。在1993、1997年两次北京门头沟区老窑勘查工程中由瞬变电磁法圈定出的老窑经钻孔验证成功率达80%,证明了该方法探测地下洞体的有效性。      

钻孔瞬变电磁方法探测越界开采采空区的应用

煤矿井下越界开采扰乱煤炭资源开发秩序,同时存在巨大的安全隐患,准确探测越界开采采空区及其边界对安全采掘极为重要。常规的矿井瞬变电磁探测方法容易受到巷道中的金属和电磁信号干扰,探测精度有限,难以满足采空区边界精准解释的需求。为了解决这一问题,提出一种钻孔中收发信号的钻孔瞬变电磁方法和施工工艺,利用其远离巷道和靠近异常体的特点,提高异常信号在实测数据中的占比;并研究可行域约束的OCCAM反演算法,进一步减小体积效应影响,实现了对越界开采采空区的电阻率精细成像。结合山西某煤矿的工程实践,对该方法精准探测邻矿越界开采采空区规模、性质的实用性和有效性进行了检验。结果表明,钻孔瞬变电磁方法是矿井地球物理技术与钻探工艺技术的高效结合和有益补充,基于可行域约束的OCCAM反演算法能够有效应用于越界开采采空区的边界精确成像解释。      

煤矿CSAMT数据的广域电磁法处理

某煤矿采用V8多功能电法仪开展CSAMT探测试验,由于研究区内电磁干扰严重,得出的卡尼亚视电阻率质量较低。为了提高视电阻率数据的质量及其利用率,尝试采用广域电磁法进行CSAMT数据的处理,分别应用单分量电场法、比值法(电场和磁场相比)计算广域视电阻率。结果表明：由于V8施工时不采集场源发射电流,单分量电场法计算结果误差较大;比值法的计算结果在高频段与卡尼亚视电阻率一致,但在低频段优于卡尼亚视电阻率,与实际地电情况更吻合;比值法广域视电阻率的反演结果准确地揭示了矿区含煤地层和奥陶系灰岩的界面,地层解释结果与钻探结果一致,验证了广域电磁法在煤矿CSAMT数据处理中的可行性和有效性。研究成果为其他矿产资源的CSAMT数据处理提供参考。     

瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术

矿井瞬变电磁法是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。快速处理数据和显示成图可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。根据井下巷道迎头超前探测的工作装置和探查技术,介绍了超前探测数据处理与显示成图的操作步骤,实现了成果数据的坐标转换,生成了更加直观的与实际探测区域吻合的扇形图。     

戈壁区煤田三维地震勘探的应用实践

针对新疆塔城地区某煤矿三维地震勘探区戈壁地表复杂、目的层埋藏浅等地质条件,阐述了在野外数据采集、室内资料处理及资料解释的不同阶段所采用的相应技术措施和取得的地质效果。勘探结果表明:在目的层较浅的复杂地表区,采取小CDP网格、高覆盖次数、现场监控、精细处理、人机交互辅助解释和多元地质信息分析等技术手段,可以获得勘探精度较高的地震地质成果。     

基于瞬变电磁法的陇东煤矿采空区水文地质勘探技术研究

煤矿开采会破坏地层地质结构,造成采空区地表断裂、下沉塌陷等危害。为避免这一问题,需准确探测煤矿采空区水文地质,为此提出基于瞬变电磁法的煤矿采空区水文地质勘探技术。该方法以甘肃省陇东煤矿采空区水文地质为主,分别分析了甘肃省煤矿采空区的地形地貌、地层岩性、水文地质特征,根据分析结果估算瞬变电磁法在水文地质勘探时的最大勘探深度,确定瞬变电磁法的工作参数。依据勘探结果确定煤矿采空区水文地质的异常范围,以此实现煤矿采空区水文地质勘探研究。在实际应用中有效探测出了地层塌陷位置发生高阻半闭合异常现象,且除高压线外煤矿采空区其余位置的干扰电压较小。