西方大地电磁测深法理论发展现状

文章回顾总结了近几年来西方大地电磁测深法在数据处理、正反演等方面所取得的理论研究成果,指出在目前的大地电磁测深法研究中,资料的噪音分析、数据的正反演尤其是多维大地电磁测深法数据正反演研究是最为活跃的研究领域。     

海底电磁接收机新进展

海洋电磁法广泛用于物理海洋学、地球物理学、水下目标检测等领域,以上研究及应用均建立在对海洋环境下的电磁场信号高精度观测基础上。用于海底电磁场高精度观测的海底电磁接收机,需要解决仪器的高可靠性投放回收、高稳定性水下作业、低噪声、大动态范围、低时漂等一系列技术难题。文中介绍了中国地质大学(北京)近些年来在海底电磁接收机研制方面为达到以上目标所取得的一些经验、成果以及最新进展。新海底电磁接收机的典型电场本底噪声为0.1 nV/m/ Hz@0.5 Hz,动态范围大于110 dB,时漂小于5 ms/day,与国外同类先进产品技术指标平齐。截止到2016年初,累计完成了约60站位的海底电磁数据采集作业,2012年以来接收机回收率达到100%,获取了多批次高质量的海底MT及CSEM资料,研制的接收机成功应用于水合物勘查及油气勘探领域。     

海底大地电磁探测的实时数据备份技术

海洋环境复杂.国外的文献和国内的应用例子均表明, 电磁探测仪器在海底工作时, 由于各种不测因素导致数据丢失的现象时有发生.相对于陆上同类测量而言, 海底大地电磁探测成本高, 作业难度大, 且不易实施数据采集的重复观测.因此, 实时数据备份技术的研发, 对确保实测数据的完整性, 从而提取探测区域的全部介质电性信息, 将具有重要的科学意义.在所确定的技术方案中, 以PC104计算机为主控单元, 自主开发ISA总线转USB总线的接口电路, 实现将海底采集的大地电磁数据实时地同时存入IDE盘和U盘.电路采用了CPLD译码及逻辑控制、双向数据收发及CH375A接口转换等芯片, 并在PC104源程序中扩展了对上述芯片的控制指令.仪器具备了实时数据备份的功能后, 以冗余的数存量确保了海底大地电磁信息的完整保存.经黄海海试, 证实了本技术的实用效果.      

海洋大地电磁二维正演及结果分析

研究了海洋大地电磁法的二维正演并编制了相应程序 ,程序采用有限单元法求出海底各节点处的电磁场值 ,进一步计算得到视电阻率。为了验证程序的正确性与有效性 ,根据卡尼亚理论推导出计算一维海洋模型的阻抗公式 ,并得到视电阻率的解析解 ,将其与有限元法得出的数值解进行了对比 ,表明了此方法的正确性。通过对正演结果的分析 ,表明海洋大地电磁测深能够成功地反映海底的电性结构     

海底大地电磁数据采集电路的接口技术

为了实现智能化的海底大地电磁数据采集,必须应用计算机技术使采集过程自动控制、被测数据自动存储、且电路具有某些纠错功能.根据海洋工程的作业特点,较详细地介绍了自行研制的海底大地电磁仪中的数据采集接口技术.整套仪器系统经海洋试验,证实是有效的和实用的.     

MicrOBEM:小型海底电磁接收机

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。     

海底大地电磁探测的海洋试验研究

开展海底大地电磁探测需要有一套完善的海上施工方案。为解决海洋环境作业过程中遇到的工程技术问题 ,如探测仪器布放点位的选择、电路初始化设置以及设备的投放与回收方式等等 ,提出了有针对性的解决方法 :利用多波束声纳扫描和抓斗取样技术了解海底地形与底质 ;根据信号的频宽合理选取采集参数 ;研发与海上作业相关的专用硬件产品 ;用声控技术实现设备的回收等等。经过海洋探测试验 ,验证了上述方法的有效性。     

海底大地电磁信号采集的技术难点

海底大地电磁探测要解决的首要问题是海底信号采集。对于陆上已广泛使用且采集技术已较为成熟的大地电磁测深法来说 ,该方法在海洋中的应用并不是一个简单的方法移植问题。由于海洋环境的严酷、海上作业的风险和海底信号微弱 ,要实现海底大地电磁信号采集面临着重重困难。为实现预期的探测目标 ,需采用一系列高新技术 ,包括微弱信号检测技术、海底多台观测系统的高精度同步技术、智能化控制技术、水下密封承压技术以及硬件系统集成技术等等。对海底大地电磁探测所遇到的难点技术问题作了初步的探讨     

硬件系统集成——海底大地电磁测量的关键技术

海底大地电磁探测是一项多学科交叉和多技术渗透的前缘课题 ,课题的目标之一是研制用于海底数据采集的大地电磁测量系统。入海的难度给该系统提出了特殊要求 ,即必须解决海下仪器安全及海面与海底间的设备运载问题。由于涉及多项技术内容 ,每项技术由相应的硬件完成 ,因而整个系统包括了多个集成部件 ,各部件分别实现密封承压、重载下沉、水下布极、释放上浮等各项功能。在系统集成过程中 ,除了要考虑各部件的协调装配外 ,系统整体指标的完善性是研究的重点。根据海上作业的特点和船只设备的具体情况 ,系统集成方案解决了结构、强度、平衡、保护等设计难题 ,提出了若干个既实用又可靠的工程技术方法。集成后的系统经过了从甲板投放、海底数据采集到设备回收全过程的试验。     

带远参考测量方式的海底大地电磁同步采集技术

在海底进行带远参考的大地电磁数据采集,需解决的技术问题包括：仪器的硬件电路中需含有高精度的时钟源,该时钟的走时误差仅为微秒级;需将GPS时间信息写入主控计算机中,使得高精度时钟源成为与标准时间一致的时钟;设计同步性能可靠的数据采集电路。在研发过程中,采用温补晶振技术使振荡频率稳定至10^-7秒;编写对钟驱动程序使PC104计算机能成功地在海面上实施与GPS对钟;运用同步控制电路芯片组成完善的采集系统。海洋试验证明了上述方案的有效可行性。     

基于MATLAB的SSMT-2000大地电磁资料批处理技术

资料处理是大地电磁测深工作中的重要环节。在野外测量数据量大,并且要求相互做远参考处理的情况下,由于SSMT-2000大地电磁资料处理软件在批处理上的限制,室内资料处理的工作量巨大。为了提高工作效率,节约成本,通过研究SSMT-2000的参数文件格式、文件操作及内部模块调用方式,以MATLAB脚本语言为基础编写接口,实现了时间序列傅氏变换,单点阻抗张量ROBUST估计,固定测点或固定参考点的多点远参考阻抗张量RO—BUST估计以及多个测点相互远参考阻抗张量ROBUST估计的批量处理。采用批量处理,可为室内人员节省大量时间,更能为整个大地电磁测深工作节约资源。     

大地电磁测深资料的噪声干扰

在概述大地电磁场场源的基础上,阐明了影响大地电磁测深资料的噪声分为场源噪声、地质噪声和人文噪声,它们分别来自不同的源。研究了各种噪声对大地电磁测深资料的影响特点,并对几种常见的噪声干扰信号进行了频谱分析。结果表明地质噪声一般影响全频域,近场干扰主要影响高频的有限频率,但近处雷电影响高频的较宽频带,而负荷系统的不稳定则主要影响低频。最后提出了消除或降低各种噪声干扰的可能办法或建议。     

瞬变电磁大定源回线数据处理软件的实现

针对大定源回线野外实际观测数据,本文采用C++语言在Microsoft Visual 2008平台上设计开发了一个数据资料处理软件,完成了实测数据的转换,实现单通道感应电动势、视电阻率衰减曲线图和多通道感应电动势、视电阻率剖图。这样有利于推断出地下地质体的感应电动势和视电阻率的衰减方向,反映出地质体的异常位置和形态,有利于推测其地质体的走向。     

LT区低信噪比地震资料现场处理方法

针对LOTUS区块的地震资料,研究了复杂地表区低信噪比地震资料现场处理的方法.在大量的试验和分析的基础上,采用高程静校正与折射静校正相结合的方法,有效解决了因地表起伏大、低降带速度和厚度剧烈变化引起的野外静校正问题.对于面波、低频干扰,规则线性干扰等造成的地震资料信噪比降低进行了针对性的压制和消弱.采用地表一致性反褶积技术基本解决了因激发和接收条件引起的不同炮集记录上的地震波属性的变化.总结了一套适合该区地震资料现场处理的方法和流程.     

利用一维正则化反演进行大地电磁测深数据拟二维反演解释

大地电磁测深的反演问题是不适定的,其反演结果不稳定,且具有非唯一性。通过在目标函数中采用正则化方法,可以使得不适定反演问题具有稳定的反演结果,并改善解的稳定性和非唯一性问题。为了提高野外大地电磁测深数据的处理效率和初步解释的精度,提出了大地电磁测深数据的一维正则化反演进行拟二维反演解释方法。这里所述的大地电磁测深一维反演解释,与以往的解释方法不同,其思路首先用Bostick反演的深度来控制层参数,使反演计算的模型参数仅存在电阻率;最后采用阻尼高斯-牛顿算法进行反演计算,并将Bostick反演结果作为反演计算的初始模型。通过模型试算,结果表明其处理速度快、解释直观,对野外大地电磁测深数据进行初步反演解释是可行的。     

某GPS数据处理软件功能探讨

针对某GPS数据处理软件在使用过程中存在的问题,结合测量基础知识,浅谈认识,提出整改意见。     

国外大地电磁研究现状

简要介绍了目前国外大地电磁的研究现状,重点对二维大地电磁反演研究现状进行了总结,并列举了当前国际流行的常用反演方法,讨论了大地电磁反演解释的发展方向.     

海底大地电磁数据采集器高精度应急时钟源的设计

为了实现海底大地电磁探测的远参考道测量,各台仪器需同步采集数据,为此,设计了1个具有微秒级误差的高精度应急时钟源.该时钟源的设计采用单片机(MCU)为主控单元,应用了串行通讯、I2C等技术手段.文中概要介绍了其硬件组成和软件程序的设计.     

电磁法测量的地形影响及校正方法

针对地形对电磁测量结果的影响,设计了一组带地形模型,采用有限差分法对其进行了正演模拟计算。对模拟结果进行了分析,总结了地形对电磁测量视电阻率的影响规律,即TM模式比TE模式易受地形影响,山顶比山谷易受地形影响。在此基础上,分析了常用地形校正方法的优缺点;理论模型和实测资料反演结果表明带地形的二维联合反演可有效消除地形影响。     

地震岩石物理分析软件系统设计和实现

介绍了岩石物理分析软件系统的总体设计思想和软件实现思路,给出了系统的功能层次结构,做了具体的功能描述.系统采用面向对象设计方法和跨平台Qt开发工具开发,可移植性和扩充性强,具有灵活方便的图形界面和交互功能,是集岩芯实验测试、测井和地震为一体,是理论和实验相结合、方便实用的分析工具.