大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(二)——反演数据极化模式选择

针对大地电磁二维反演中TE、TM极化模式的选择问题,设计了多个二维、三维模型进行了正演计算,从数据对比和反演结果对比两方面入手,分析研究了三维模型和二维模型响应数据的差异、反演中极化模式的选择、以及三维模型数据的二维反演近似等问题.研究结果表明:在三维模型条件下,利用二维模型进行反演时,TE模式对模型的二维的近似程度要求远高于TM模式;当三维结构影响较明显时,利用TM模式数据进行二维反演比利用TE模式或利用TE+TM模式联合反演都更合理,反演结果中的虚假结构明显减少;对于TM模式,相位受三维畸变影响较小,视电阻率较大,所以二维反演中可适当加大相位的权;对于实测数据的二维反演,应优先考虑采用TM模式数据进行二维反演,其次是TM+TE模式,一般不要单独采用TE模式.     

基于自适应有限元的起伏地形MT二维正演模拟

本文利用自适应有限元方法模拟起伏地形对大地电磁数据的影响.其中非结构化网格的自动剖分采用基于后处理技术的后验误差方法(又称Z-Z方法)进行控制、加密;通过地堑、山脊、地垒、山谷四种模型讨论了起伏地形对大地电磁TE和TM两种极化模式的视电阻率和阻抗相位曲线的影响,其中仅取10 Hz(高频)和0.01 Hz(低频)两个频点进行分析.证实了复杂的地形条件对TM模式的影响要比对TE模式的影响大得多,在TM极化模式中,低频部分的视电阻率比高频部分的更容易受起伏地形影响,而在TE极化模式中,则刚好相反等重要结论,为实际工作提供了理论指导作用.     

导电导磁层状介质上的固定翼航空瞬变电磁响应

基于电磁理论,导出了含介电参数、电导率参数和磁导率参数的导电导磁层状大地条件下的固定翼航空瞬变电磁响应的计算公式.编制了计算机程序,并对理论模型进行正演计算,根据计算结果分析了模型的介电常数、电阻率和磁导率参数、飞行高度参数对响应的影响.理论模型的计算结果显示当其它条件相同时,介质电阻率越小或磁导率越大,则航空电磁响应...     

大地电磁局部畸变异常特征三维数值模拟研究

局部畸变问题曾经困扰大地电磁资料反演解释几十年,大地电磁三维数值模拟技术的发展为剖析局部畸变特点和得到可靠的反演成像结果提供了技术基础。本文采用三维数值模拟成像方法对典型三维局部畸变模型进行模拟分析。三维数值模拟结果显示:电场分量垂直电性分界面的极化模式视电阻率曲线(对应二维情况下TM模式)在穿越低阻异常体界面时,曲线会先上移后下移,而在穿越高阻异常体界面时,曲线会先下移后上移,这与电性分界面处积累面电荷产生的二次电场有关。三维模型中XY模式、YX模式视电阻率和相位在三维异常体附近的水平变化是呈现近似垂向对称的,该现象与电场垂直跨越电性界面时视电阻率的变化规律是吻合的,当测线分别沿X方向和Y方向展布时,三维情况下的XY和YX模式分别对应二维情况下的TM模式。低阻小异常体对区域构造响应的畸变影响比高阻小异常体要严重。低阻小异常体对二维区域响应的两种极化模式视电阻率和相位都有非常明显的畸变影响,相比较而言对TE模式的畸变要大于TM模式,因此我们在做二维反演解释时,可优先考虑拟合TM模式数据。位于小异常体中心上方测点的三维畸变响应虽然与对应真实二维区域响应的差异比较大,但可以等效于某种二维模型响应,这种由局部畸变造成的假二维响应在实际野外数据的解释中是需要注意的。      

二维大地电磁各向异性参数对视电阻率的影响研究

大地电磁法是广泛应用于深部地质结构探测、油气和矿产资源勘查等领域的一种地球物理方法.电性各向异性对电磁观测数据有很大影响,但介质各向异性参数对不同模式视电阻率的影响还较少有较为系统的研究.本文基于Maxwell方程组,推导了二维大地电磁场在任意各向异性介质中电场和磁场相互耦合的变分方程,结合有限单元法及并行计算编写了二维大地电磁任意各向异性正演程序,采用三角形网格剖分.验证程序正确性后,以倾斜板状体作为模型来研究三个主轴电阻率及三个旋转欧拉角和四种模式的视电阻率之间的关系.结果表明,主轴各向异性时,xy模式视电阻率几乎只受x方向电阻率影响,yx模式视电阻率主要受y方向电阻率影响,但同时也受z方向电阻率一定影响;三个欧拉角中只有倾角不为零时,yx模式视电阻率受倾角大小的影响较大,xy模式视电阻率几乎不受倾角的影响;只有走向角不为零时,四种模式的视电阻率同时受x、y两个主轴电阻率和走向角的大小的影响.     

大地电磁测深垂直剖面响应分析

类比过源虚界面法,根据无源区电磁波在层状介质中传播时场的分布特点,计算大地电磁视电阻率的垂直分布情况.建立水平层状模型,从Helmoltz方程出发,根据分界面处阻抗的连续性,推导层状模型任意深度处的阻抗,计算多个频率的视电阻率发现,随着频率的增高,所得视电阻率曲线划分地层能力越强.此外计算了多个频率薄层厚度不同时的视电阻率,对比可知高频时视电阻率曲线对低阻薄层的分辨能力最佳,对高阻薄层的分辨能力较差,这对研究地下水平层状介质垂直电性变化具有重要意义.     

基于非均一场源的球坐标大地电磁模拟方法

大地电磁测深理论与数据处理解释均假定平面电磁波垂直入射地下空间,但随着研究尺度的逐渐扩大,使得因地球弧度产生的影响难以忽略.此时,传统笛卡尔坐标体系及平面波场源不再适用于大尺度的大地电磁数据正反演解释.本文提出并实现了一种基于球坐标系的大地电磁交错网格有限差分三维正演算法,并对电场进行极向-环向分解,结合球谐函数和贝塞尔函数构建了可取代平面波的场源模型.首先利用经纬度信息构建三维地电模型,将场源设置于模型空间正上方,然后通过直接求解球坐标系下麦克斯韦方程来获得大地电磁响应.在此基础上,本文设计了球坐标下具有不同分辨率的多个三维地电模型,阐述了由球体模型到笛卡尔模型的转换方法,详细对比了两种坐标体系在计算效率、所求得的电场和视电阻率方面的差异.结果表明二者差异度主要与电性横向分布和地图投影方法有关,与周期并不存在明显的单调递增关系.     

CSAMT法对低阻薄层结构分辨能力的探讨

用一维有限元法实现可控源音频大地电磁(CSAMT)法的数值模拟技术,分别计算了TM 和TE两种模式下,电性层厚固定、中间低阻薄层电阻率发生变化时的频率-电阻率曲线;以及电性参数确定、但中间低阻薄层结构的厚度发生变化的一系列频率-电阻率曲线;当顶层厚度发生变化时,获得一系列的频率,电阻率曲线。分析了各曲线的特征,归纳了CSAMT法对薄层结构的分辨能力,为正确认识薄层结构的CSAMT频率电阻率响应提供很好的帮助。     

青海木里天然气水合物储层大地电磁法理论模拟分析

青海木里地区地质构造复杂,天然气水合物成藏规律不清,为了大地电磁法探测天然气水合物有更好的应用效果,有必要进行大地电磁法理论模拟研究.本文基于青海木里地区的天然气水合物赋存方式,设计了两种天然气水合物地电模型,采用大地电磁法的有限元法正演及非线性共轭梯度法反演计算,重点分析大地电磁法对冻土层、断裂及水合物储层的分辨率及不同极化模式反演对水合物储层的识别效果.理论模拟结果表明:大地电磁法对冻土层、断裂有较好的探测效果;TE模式的反演结果比TM模式的反演结果对水合物储层异常反映更明显;TE+TM模式中降低TE模式的数据误差值,使TE模式的数据在反演过程中权重加大,反演结果也能显示出水合物储层异常.本次的理论模拟结果对探测天然气水合物的大地电磁数据处理有一定借鉴作用.     

二维倾斜地形对大地电磁资料的影响与地形校正

二维倾斜地形影响,主要使ＴＭ极化模式的视电阻率降低。数值模拟结果证明,倾角小于１０°时,地形影响可以忽略,随着倾角的增大,地形影响急剧加强。同时,倾斜地形影响与周期有关,周期愈长,影响愈甚,而且,当倾角增大时,开始出现显著影响的周期提前。利用带地形均匀半空间与水平均匀半空间的电磁响应,计算出校正系数,进而可以消除或降低地形影响     

Extraction of real modes and physical matrices from modal testing

A technique to extract real modes from the identified complex modes is presented in this paper, which enables the normalized real mode shapes, modal masses, and full or reduced mass and stiffness matrices to be obtained. The theoretical derivation of the method is provided in detail. An 11-DOF vibration system is used to validate the algorithm, and to analyze the effects of the number of modes utilized and measurement DOFs on the extraction results. Finally, the method is used to extract real modes from both experimental modal analysis and operational modal analysis.     

Extraction of real modes and physical matrices from modal testing

A technique to extract real modes from the identifi ed complex modes is presented in this paper, which enables the normalized real mode shapes, modal masses, and full or reduced mass and stiffness matrices to be obtained. The theoretical derivation of the method is provided in detail. An 11-DOF vibration system is used to validate the algorithm, and to analyze the effects of the number of modes utilized and measurement DOFs on the extraction results. Finally, the method is used to extract real modes from bo...     

基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解压制高频噪声

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中提高信噪比的关键性问题.本文针对f-x(频率-空间)反褶积空间预测滤波器无法处理非平稳、非线性信号的缺点,提出了一种基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解(Empirical Mode Decomposition in the frequency-space domain,f-xEMD)压制地震剖面中高频噪声的方法.该方法采用全域高通滤波从原始数据中分离出含有部分有效信号的高频数据,将其变换到f-x域,然后在滑动的短窗口内提取每一个频率的空变数据序列进行EMD分解得到高频复本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)IMF1,将所有频率的IMF1序列反Fourier变换到时间域得到噪声剖面,将其与原始数据相减,达到高频噪声压制的目的.该方法可克服传统EMD分解方法中的模态混叠现象,保护陡倾角反射同相轴;压制后的噪声剖面中不包含有效信号能量,地震剖面的信噪比得到了提高.模拟数据和实际数据处理结果充分证明了该方法的有效性.     

各向异性等离子体中撕裂模不稳定性和磁场重联的数值研究

应用二维三分量时变可压缩磁流体动力学模拟方法,数值研究了各向异性等离子体(P_⊥≠P_∥,T_⊥≠T_∥)中的撕裂模不稳定性和磁场重联过程.计算结果表明,在短暂的线性增长之后,不稳定性将趋于非线性饱和.线性增长率随着各向异性程度|P_⊥/P_∥|增强而增大,随着等离子体β值减小及磁场y分量By增大而降低.在强垂直各向异性(P_⊥>P_∥)的情况下,电流片中磁场重联形成的磁岛达到非线性饱和后,在X型点附近形成空腔结构;随着空腔的增大,磁岛逐渐变小,并最终消失.在P_⊥>P_∥情况下,仅在电流片中心区域可以激发火蛇管不稳定性,电流片中不能形成大型磁岛.     

过渡内蕴模态函数对经验模态分解去噪结果的影响研究及改进算法

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)是一种具有较大应用潜力的去噪算法.目前,该算法存在的一个较大问题是过渡内蕴模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)中混叠噪声不能有效处理.过渡内蕴模态函数中混叠噪声不易剔除,限制了该算法的应用.本文针对此问题,通过研究过渡IMF的特点,首次提出一种有效去除过渡IMF中混叠噪声的方法.该方法首先对原信号进行一次EMD处理,得到包含过渡IMF的初步去噪结果,并将其与合适的余弦信号结合,改变其包络分布,然后对其结果再次进行EMD处理,仿真实验表明该方法在保留有效信号的同时,可以有效的去除过渡IMF中混叠的噪声,并将该方法用于实际地震资料随机噪声压制,处理效果令人满意.     

用应变模态技术诊断梁结构的损伤

重点研究损伤对应变模态影响规律及其灵敏程度.根据计算结果,损伤处附近发生突变,损伤30%时突变区为梁长的12.5%.应变模态对非节点损伤非常敏感,应变模态也有明显改变,尤其是跨中损伤第1阶、四分之一跨损伤第3和第2阶.跨中损伤时,1阶应变模态除突变区外大多数应变几乎呈均匀下降趋势.四分之一跨损伤30%时,3阶应变模态第1峰值区及2阶模态第1、第2峰值区应变振型值下降至58.6%、71.9%及84.2%.所以,可利用应变模态的敏感性确定损伤位置和程度.     

基于应变模态的结构损伤定位方法

针对简支梁的单一位置及其多位置损伤，利用结构有限元分析软件计算得到简支梁的位移模态，再通过应变和位移之间具有一阶导数的关系，对简支梁进行了应变模态分析。结果表明，应变模态对损伤比较敏感而位移模态对损伤不够敏感；当损伤发生在应变模态的节点处时，损伤不易被识别，但是可以结合多阶应变模态进行损伤识别。最后对应变模态法的工程实用性进行了评价。     

基于EMD与关联维的储层识别(英文)

在储层发育带,通常地震波波形会变复杂,所以关联维会变小。但由于地震波是有一定带宽的信号,波形受这个带宽内所有频率成分的影响,如果直接进行关联维的计算,其结果往往不能很好地反映储层。鉴于这种情况,提出了经验模态分解（EMD）与关联维相结合的方法,利用EMD对地震波进行分解,对分解后的每一个平稳的固有模函数（Intrinsic ModeFunction,IMF）分量进行关联维计算,将计算结果与有效的IMF分量进行储层预测。利用该方法对xx区三叠系中油组进行了试算,取得了较好的效果。     

EMD方法在前兆资料分析处理中的应用

通过仿真实验,主要研究了EMD方法和算法,探讨EMD方法在前兆资料的应用;通过对乌什水管仪分钟值观测资料的分解,该方法能够突出震前高频异常信号,而抑制同震波效应的影响;对整点值数据分解,提取出的IMF1、IMF2分量为半日波和周日波,剩余分量能够精确刻画趋势变化,具有较强的物理意义;另外,该方法也可以应用在失真数据的分析上.研究结果表明该方法在前兆分析上具有较好的应用前景.     

对结构损伤识别中曲率模态方法的改进

曲率模态在结构损伤识别中有很好的应用。针对模态分析中某几阶曲率模态曲线未能有效地反映损伤的情况,本文提出对曲线进行一次数值微分的处理方法,计算结果表明这种方法能进一步提高曲率模态对损伤的敏感性,是一种很好的辅助处理数据方法。