Stratagem ^TM EH—4电导率成像系统简介及应用

ＥＨ－４电导率成像系统属于部分可控源与天然场源相结合的一种大地电磁测深系统。由接收与发射两部分组成。根据勘探目的,可选择高频配置或低频配置。通过采集时间域两组相互正交的电磁场信号经过频谱分析及运算,求得不同频率的电阻率,相位及相关度变化曲线。通过分析对比这些曲线,现场判别数据质量,同时对剖面测点的一维视电阻率连续反演结果进行ＥＭＡＰ二维连剖面反演,图示电阻率断面灰度图,可即时对勘测结果进行初步解释     

基于多采样率FIR数字滤波技术的CSAMT信号提取

在可控源音频大地电磁测深(CSAMT)中,通过接收机同步记录发射频率的信号,以获取高质量的观测数据.但受环境电磁干扰的影响,接收系统观测得到的原始资料是包含多种频谱的时间序列,这种时间序列中所包含的无用信息常常淹没了发射频率的信号.通过分析CSAMT时间序列的特征,将多采样率FIR数字滤波技术引入到CSAMT的信号提取中.实测资料的数据处理结果表明,运用该方法能有效提取待测信号并压制噪声,使处理后的结果更接近于实际.可取得较满意的效果.     

大地电磁场中磁信号的相对均匀性特征试验研究

根据同时实测的相距100km两观测点的电磁场信号,通过比较信号幅值、电磁信号相干性和电磁场相互替代计算视电阻率分析,得出了大地电磁信号中磁信号具有相对均匀性特征的结论,为一些MT勘探工程中需采用电磁分离布极观测提供了试验实例.     

一种低频探地雷达天线屏蔽装置实验研究

低频探地雷达系统多配置无屏蔽天线,抗干扰能力差。针对中心频率15 MHz的低频探地雷达天线,以铁丝网作为屏蔽材料,设计制作了3种尺寸(长×宽×高分别为:12 m×12 m×5 m、11 m×11 m×5 m、9.6 m×9.6 m×5 m)的屏蔽装置,对接收天线和发射天线分别进行了屏蔽干扰实验研究。结果表明:网孔为1 cm×1 cm,丝径t为0.15 cm铁丝网是制作屏蔽装置的有效材料;对接收天线单独进行电磁屏蔽时,三种尺寸的屏蔽装置均显示出较好的屏蔽效果,其中最佳尺寸为11 m×11 m×5 m;对发射天线单独进行电磁屏蔽时,只有11 m×11 m×5 m尺寸的屏蔽装置最有效,另外两种尺寸的装置屏蔽效果相对较差;相对而言,给接收天线单独增加屏蔽装置要比单独给发射天线增加屏蔽装置好。实验结果为下一步研发实用化的低频探地雷达屏蔽装置打下了良好基础。     

时域有限差分法(FDTD)模拟探地雷达极化测量

由于探地雷达偶极天线具有电磁极化特性,其发射天线主要发射沿着天线长轴方向的线性极化波,而接收天线对这种极化方向的电磁波也最灵敏。因此,在对混凝土中钢筋、电缆等目标体进行检测时,利用天线的极化特性可以了解目标体的延伸。时域有限差分法是麦克斯韦方程的直接时域法,其计算简单、直观、灵活性强、计算精度高、动态范围大。利用时域有限差分法(FDTD)对地质雷达极化测量进行了正演模拟,取得了很好的效果。     

多输入多输出极化步进频率探地雷达硬件系统开发

对基于矢量网络分析仪的单发单收探地雷达系统进行扩展,组建了可实现信号多通道发射和多通道接收的步进频率探地雷达系统。该系统主要由计算机、矢量网络分析仪、三维直角坐标仪、开关控制转换器、同轴开关以及多次覆盖极化天线阵列构成。系统信号发射通道和信号接收通道均可扩展至6个通道,可满足一般天线阵列测量需求。多次覆盖天线阵列采集共中心点（CMP）数据,每个测点可获取2个共极化模式数据和4个交叉极化模式数据,数据叠加后噪声可得到有效压制,系统信噪比可获得较大提升;同时应用Pauli分解方法获得伪彩色剖面图以对目标物体进行散射机制的分类。对该多输入多输出步进频率探地雷达系统进行系统测试和实验的结果,验证了其可靠性。     

CSAMT法接收系统中电磁耦合效应研究

针对可控源音频大地电磁法(CSAMT)野外数据采集中接收电缆线之间、接收电缆线和大地之间存在的电磁耦合效应,通过电磁耦合理论研究和等效电路计算,推导正演模拟计算公式,结合各种模型的正演模拟计算和野外实际数据对比,研究了可控源音频大地法中影响电磁耦合效应的三种因素,包括:电缆线长度、不极化电极接地电阻、信号频率,总结出三种因素对应的电磁耦合特征,即:接收系统中电缆线长度越长,电缆线之间的耦合电容越大,视电阻率曲线在高频段出现下降的趋势越明显,曲线畸变越明显;野外不极化电极上接地电阻越大,视电阻率曲线在高频段表现出下降的趋势越明显,曲线畸变越明显;电路中信号频率越高,感抗和容抗越大,曲线畸变越明显,当信号频率增大到一定的值时,电路中的感应容抗就不再继续增大,曲线趋于稳定。     

谐波信号在人工源电磁法WEM中的应用

无线电磁法（WEM）是20世纪90年代发展起来的一种新的人工源电磁探测技术。对WEM法中发射电磁信号的谐波产生进行了分析,并根据实测资料,利用发射信号谐波计算得到的测点视电阻率和相位值与基波信号计算结果进行对比,认为在WEM法中可以有效利用谐波,减少发射频率点,提高工作效率,或加密频率点,提高资料的解释精度。由于在人工源电磁法中,发射的电磁信号中普遍存在谐波信号,因此,此技术也可以应用于其他人工电磁法中。     

磁偶源频率测深法克服高接地电阻实例

磁偶源频率测深的野外工作,分发射和接收两部分.发射:在地表平铺一个直径为D的级圈,用频率测深仪发射机,向线圈供以选定频率的电流,即产生一相同频率的交变电磁场.     

基于相位差时延估计法的岩石声发射源定位研究

针对岩石力学试验声发射时差定位算法中时延估计精度受诸多不确定因素的影响问题,提出全相位相位差法时延估计,通过小波分解与全相位频谱分析相结合求解相位差得到声发射信号的时延估计。利用小波分解找到不同传感器接收到的声发射信号中的同一主频的子带信号;对这些同一主频的子带信号分别做全相位频谱分析,得到每个子带信号中间样点的相位,再根据相位差与时间差的关系求出声发射信号到达不同传感器之间的时间差;进而利用时差定位法反演声发射源,实现了声发射源更精确的定位。在花岗岩（50 mm×100 mm×50 mm）上进行断铅试验,选取10个测点,经声发射监测验证结果表明,该时延估计方法能有效地减小声发射源定位的误差,提高声发射源的定位精度,平均绝对误差比美国PCI-2型声发射仪器定位结果提高约3 mm,该方法为反演声发射源提供了一种有效途径。     

强干扰区含噪电磁场的时空分布特征

噪声是限制电磁勘探应用效果的瓶颈之一,明确含噪电磁场数据的特征是强干扰区开展电磁法研究的首要问题。本文依据庐枞矿集区的干扰源调查及大量实测数据,通过对比不同条件、多种类型的电磁场数据,归纳了强干扰区电磁噪声源的主要类型,并总结了含噪电磁场数据的时间域、频率域及空间分布特征。结果表明：强干扰区噪声源可按多种形式进行分类;含噪电磁场数据在时间域常具有显著的形态、振幅、结构及相关性特征;时频谱常表现出不同的时间分段及频率分带特征;频域响应常呈分频带畸变特征,以"近源"型畸变最为典型;噪声影响的空间分布与场源类型、观测方位及地下结构等因素相关。     

被动式超低频电磁探测数据采集与处理方法研究

由于被动式超低频电磁探测仪具有便携易用、野外布线简单、受地形影响小并且对低阻体、高阻体均有反映的特点,因此在能源勘探、资源勘察和地质构造探测中展现出良好的性能与开发潜力,接收来自地下深部的天然源超低频电磁信号的勘探技术,已成为国内外近些年来的研究热点。文中首先介绍了被动式超低频电磁探测技术最近几年的野外试验情况及超低频磁场传感器的主要技术指标水平,认为目前BD-6型被动式超低频电磁探测仪无论在频谱分辨率、信噪比,还是在探测效率方面都得到了极大提高;其次,分析了场源效应、频深转换公式、分辨率因素对数据采集、处理过程的影响;提出场源效应导致的随机噪声可以通过多次采集数据叠加平均方法加以降低,利用已知地质和钻井资料修正后的频深转换公式更适用于某种勘探目标(煤层气、地下水等)和某个地区探测数据的解释;采用适当的线性(谱分析法)和非线性(分数维法)分析方法,可以为探测数据的处理与解释提供新的方法和技术途径。     

极低频电磁波技术电磁响应建模及电离层影响分析

对极低频电磁波技术的理论进行讨论,首先根据研究对象和问题建立地质模型和相应的数学模型,然后根据电磁场理论选择了相适宜的计算方法,推导出水平长直导线接地源电离层、空气层和层状大地相互耦合频域电磁场响应的一般表达式。这些表达式将电磁响应和电离层的电导率等参数有机联系在一起,为极低频电磁波技术的正演计算以及极低频电磁波技术在资源探测应用中的可行性分析奠定基础。对理论地电模型的计算表明,由于电离层的存在使得电磁波在地面与电离层之间来回多次反射,从而改变了电磁响应曲线的形态。     

时间域航空电磁系统探测深度研究

时间域航空电磁系统探测深度与采样时间、发射磁矩、大地电导率、仪器背景噪声和灵敏度等诸多因素相关。本文基于时间域航空电磁一维正演对时间域航空电磁系统探测深度进行研究。正演算法从麦克斯韦方程出发,结合准静态近似条件,得到一维层状介质上空中心回线频率域电磁场响应的垂直分量,并采用汉克尔积分进行计算,进而通过时-频变换获得时间域电磁场响应。探测深度研究参考仪器背景噪声水平,通过设定最小可识别信号阈值（本文设定为系统背景噪声三倍）获取最大可探测分离时间,进而利用该分离时间结合平均电导率求取最大探测深度。最后本文以VTEM系统为例,对不同层状介质模型以及不同发射磁矩、背景噪声、发射脉宽和飞行高度下的时间域航空电磁系统最大探测深度进行分析和讨论。     

广域电磁与伪随机信号电磁法在四川盆地页岩气勘探中的应用

广域电磁与伪随机信号电磁法采用伪随机信号发射,突破远区限制,可观测面积大,信号强、精度高、只观测场的一个分量,野外效率高。伪随机信号电磁法一次能同时发送和接收多个强度大体相当的主频率信号,成倍地提高电磁法的野外效率。本文将广域电磁与伪随机信号电磁法应用于四川盆地某页岩气区块,结果表明它在干扰较强的地区仍然能够获得深部5～6km的有效数据,具有抗干扰能力强、勘探深度大的优点;同时广域电磁法在大套地层划分、油气层识别、断层及构造识别方面的效果显著。     

爆破震动信号的多分辨小波分析

采用小波分析和快速傅立叶变换相结合的方法,对工程案例的爆破震动近、中远区的实测原始信号进行小小波分解和重构,得到重构后各子频带的时间信号及频谱,在此基础上通过Matlab语言编写程序研究爆破地震波沿各分区信号的频谱及能量分布特征。指出：爆破震动各分区的主频从大到小排序为：近区>中区>远区;随着比例距离的增加,低频带能量所占信号总能量的比例升高,高频带能量所占比例下降;频率越低的频带信号,持续时间越长;除主频所在频带外,在0～2.441 5 Hz频段（比较接近建筑物的自振频率）,爆破震动信号在水平方向占有不小的能量比例,故建筑物进行结构设计时考虑水平方向的抗震尤为重要。     

时间域航空电磁数据线圈运动噪声去除方法仿真研究

时间域航空电磁探测中,接收线圈在地磁场中的运动产生感应电动势,形成线圈运动噪声,因其幅度较大而成为航空电磁探测中的主要噪声源之一。线圈运动噪声具有低频特性,虽然幅度随频率增大而迅速衰减,但仍然含有高于发射基频的频率成分;因此,传统的高通滤波器在处理线圈运动噪声中存在一定的局限性。根据航空电磁数据的特点,采用多项式拟合全波半周期运动噪声,运用拉格朗日优化算法求解运动噪声多项式系数,并将其从半周期电磁数据中去掉以达到去除噪声的目的。通过仿真实测数据的运动噪声压制实验,对比分析了多项式拟合法与传统高通滤波器法的线圈运动噪声去除能力。仿真结果表明,多项式拟合法能够有效去除航空电磁数据中的线圈运动噪声,提高信噪比超过40 dB。     

基于同步提取变换的地空频率域电磁信号幅度提取方法

地空频率域电磁法探测信号为多频非平稳信号,为了解决应用传统傅里叶变换方法提取其幅度时分辨率较差的问题,本文提出了基于同步提取变换(SET)的地空频域电磁信号幅度提取方法。该方法对电磁数据进行SET,得到高分辨率时频图,并利用能量算子使电磁数据时频谱能量更为集中;采用贪心算法提取脊线,得到时频图的高能量带;通过自回归模型自适应地补充了脊线中的0值,解决了由窗函数引起的端点效应问题。根据脊线位置的时频图复数值,得到各频率分量幅度随时间的变化,研究了不同信噪比情况下基于SET的地空频率域电磁信号幅度提取结果的准确性。结果表明:当信噪比≥10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差均小于5%;当信噪比<10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差在10%以内。提取效果良好。将此方法应用于新疆霍拉山隧道工程地空频率域电磁法探测中,成功提取了多频电磁信号各频率分量的幅度,与采用傅里叶变换提取非平稳信号幅度的方法相比,该方法有效地提高了幅度提取结果的分辨率。     

层状介质高频电磁场响应及位移电流影响

所讨论的电磁场频率介于传统的低频电磁法和雷达频率之间。在这个频率范围内,传导电流和位移电流都是不可忽略的。采用高密度采样算法计算水平层状磁偶线圈模型的电磁响应,通过对归一化的电磁响应在不同地电情况的模拟,比较分析了高频电磁场响应特征以及位移电流对高频电磁响应的贡献。     

阵列式探地雷达信号极化场特征

阵列式观测是探地雷达系统研制和新型探测方法的一个重要发展趋势,而同形多源并发地下目标响应特征分析成为系统研制和数据处理研究的基础和前提。阵列式天线的多源并发信号及目标反射信号存在复杂的极化特性,但同时也包含更多目标特征的响应信息。本文针对基于似平面波探地雷达系统,分析了目标体在极化平面波照射下的响应特征,从多极化信号角度分析典型地下目标体形态特征;并采用时域有限差分正演分析方法,通过对阵列天线接收到的数据沿时间轴进行积分来获得目标在地表投影的分布情况,分析了一维及二维分布的收发天线阵列对目标的检测。研究成果表明,多极化综合特征分析能够有效改善目标检测的稳定性,提高目标响应信号的信噪比,减弱天线方向图和目标散射截面闪烁对数据剖面的影响,降低数据处理和解释的难度。