基于站间天然电磁场单位脉冲响应的大地电磁时间序列去噪方法

针对天然大地电磁场信号在人文活动密集地区易受噪声干扰的问题,本文提出利用两个同步测点天然电磁场时间序列之间的单位脉冲响应,合成本地点受干扰时段的数据,从而去除大地电磁噪声.首先,选择高信噪比时段的数据,采用最小二乘法,估算本地点与参考点之间的单位脉冲响应,再根据卷积定律,结合参考磁场合成本地点的磁场和电场.最后用合成数据替换含噪声时段数据,实现时间域去噪.实测高信噪比数据和含噪数据的处理结果表明,该方法可以高精度合成本地点磁场与电场信号,有效去除本地点电场和磁场噪声,包括相关噪声,提高大地电磁数据质量.     

利用地磁台站数据和站间传递函数估算长周期大地电磁测深的本地阻抗

大地电磁测深的有效信号为天然电磁场,容易受到人文电磁噪声干扰,如何提高大地电磁资料的信噪比,已经成为制约大地电磁应用和发展的一个重要因素.本文利用地磁台站数据,首先将地磁台站数据转化为长周期大地电磁测深所采集的磁场数据格式,利用远参考方法估算长周期大地电磁测点与地磁台站之间的站间传递函数,包括长周期大地电磁测点电场与地磁台站水平磁场之间的拟阻抗,以及长周期大地电磁测点水平磁场与地磁台站水平磁场之间的水平磁场传递函数,将拟阻抗与水平磁场传递函数相乘便可以得到长周期大地电磁测点本地阻抗的无偏估计.实测数据处理结果表明,该方法可以提高本地阻抗估算的数据质量,减小阻抗估算误差.     

矿区近场源噪声对大地电磁测深数据的影响及其压制方法

大地电磁测深采集的是天然电磁场,具有振幅微弱、频带宽的特点.在人文活动密集地区,电磁噪声干扰日趋严重,导致大地电磁测深曲线具有明显的近场源效应.本文利用电偶极子理论模型分析了电磁相关噪声对大地电磁测深数据的影响特征,并对湖南衡阳某矿区噪声实验数据进行了讨论,分析了矿区噪声的特点.分别利用远参考方法和基于大地电磁时间序列依赖关系的去噪方法对实验数据进行了处理.研究结果表明:矿区近场源噪声的频率一般大于0.1 Hz,远参考方法可以压制高频部分近场源噪声,但在0.1 Hz附近仍存在跳点;基于大地电磁时间序列依赖关系的去噪方法也可以压制矿区强相关噪声,抑制近场源效应,其效果要好于远参考的处理;两种方法结合可以更好的压制强噪声,基本消除了近场源效应,有效提高了大地电磁测深数据的信噪比.     

不同参数条件下远参考大地电磁处理效果对比分析

研究了在不同噪声强度、不同参考道、噪声仅存在基站或参考站时,远参考处理对测深曲线的影响.通过对标准时间序列进行仿真模拟,发现基站含不同信噪比的非相关噪声,远参考大地电磁对测深曲线提升效果不一:高信噪比(SNR=10.58 d B)条件下,远参考大地电磁能够较完美的恢复测深曲线,低信噪比(SNR=0.2 d B)条件下,远参考大地电磁对测深曲线质量提升效果有限;相同噪声仅存在于基站或者参考站对资料处理效果有区别:噪声仅存在于参考站的处理效果比仅存在于基站的效果要好;参考站无噪声情况下,电道或者磁道作为参考道对处理结果影响不大;基站与参考站之间的磁场相关性、基站磁场噪声与参考站磁场的非相关性与远参考处理效果关系密切.通过对实际资料的计算也有上述结论.     

庐枞矿集区大地电磁法的远参考效果研究

庐枞矿集区大地电磁测深(MT)数据受强烈的工业、通讯、矿山、民用等电磁干扰,致使资料数据离差大、曲线形态畸变、可信度差,本文从大地电磁测深张量阻抗计算表达式出发,分析了噪声对张量阻抗估计产生的影响.选用本区质量较好的MT数据作为"远参考点",应用远参考方法处理庐枞MT数据,研究其对卡尼亚电阻率-相位曲线的改善效果,以及对数据相干度和信噪比的改善效果,并提出磁场信号的相关性是远参考处理的关键因素.     

基于压缩感知重构算法的大地电磁强干扰分离

为压制大地电磁信号中的强人文干扰,提出一种基于压缩感知重构算法的大地电磁信号去噪方法.通过构建与常见典型强干扰相匹配而对有用信号不敏感的冗余字典原子,利用改进的正交匹配追踪算法,分离出大地电磁信号中的强干扰成分.为了验证所述方法的强干扰分离效果,首先通过在实测大地电磁信号中加入理想的强干扰信号进行了仿真分离实验,然后从大量实测数据中选取三种含有不同类型强干扰的时间域片段,用所述方法对实测数据中的强干扰进行分离,最后将所述方法应用于青海试验点以及庐枞矿集区某测点实测数据的综合处理.仿真实验结果表明,该方法在分离出强干扰的同时,能够较好地保留有用信号.实测数据处理结果表明,该方法能够有效压制强干扰,改善强干扰区大地电磁数据的质量.     

基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离

为了剖析大地电磁信号和强干扰的本质特征,进一步精细分离出微弱的大地电磁有用信号,提出基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离方法.首先,运用递归分析法扩展大地电磁一维时间序列的维数,分析了嵌入维数、延迟时间和判别阈值对递归图的性能,并研究了不同长度的序列对递归定量分析参数的影响情况,然后,构建典型的大地电磁强干扰类型和微弱的大地电磁有用信号样本库,针对样本库讨论了强干扰和微弱大地电磁信号之间的递归定量分析参数,分析了K均值聚类和模糊C均值聚类的信噪辨识效果.最后,对实测大地电磁数据进行信噪辨识处理,并仅对辨识为强干扰的时间段采用数学形态滤波进行噪声压制.实验结果表明,递归分析能定性及定量地描述大地电磁信号时间序列的非线性特征和原动力系统的本质规律,与聚类算法相结合能对矿集区实测大地电磁信号进行信噪辨识;处理后的卡尼亚电阻率-相位曲线更为光滑、连续,其结果更为精细地保留了大地电磁信号低频段的缓变化信息,整个低频段的大地电磁数据质量得到了明显改善.     

基于深度卷积神经网络的地震数据局部信噪比估计

估计地震数据的信噪比对于地震数据的处理和解释具有重要作用.以往估计地震数据信噪比的方法都需要分离数据中的有效信号和噪声,然后再估计相应的信噪比.这些估计方法的精度严重依赖信号估计方法或噪声压制方法的有效性,往往存在偏差.本文提出一种估计地震数据局部信噪比的深度卷积神经网络模型,通过迭代训练优化参数,构建从含噪地震数据到其信噪比的特征映射.然后使用该神经网络完成信噪比的推理预测,不需要分离地震数据中的有效信号和噪声.模拟数据和实际资料的处理结果都表明,本文的方法可以准确而高效地估计局部地震数据的信噪比,为地震数据质量的定量评价提供依据.     

基于灰色判别准则和有理函数滤波的伪随机电磁数据去噪

为压制伪随机多频电磁信号中的强干扰、提高数据质量,本文提出一种基于灰色判别准则和有理函数滤波的数据处理方法.首先通过灰色判别准则剔除各个频点频谱数据中的明显异常值,然后进行有理函数滤波得到充分接近真实值的圆滑数据曲线,进而约束数据的二次优化处理,剔除残余噪声的影响.为验证本文方法的处理效果,在实测无明显噪声数据中加入几种不同类型的强噪声,然后用本文方法进行处理.仿真处理结果表明,本文方法能高精度逼近原始数据,处理后数据误差低达8.09%.最后,将本文方法应用于重庆某工区实测伪随机多频电磁数据处理.结果表明,本文方法可以有效压制干扰,在频谱数据个数少、干扰幅值大（高达有效信号幅值的几个数量级）的情况下,仍可有效压制强干扰.处理后的数据相对误差显著下降,视电阻率曲线形态平滑,达到提高信噪比,改善实测数据质量的目的.     

航空电磁数据主成分滤波重构的噪声去除方法

主成分分析方法利用低阶主成分重构航空电磁数据,解决了航空电磁探测中噪声与数据在频谱重叠情况下的噪声压制问题,但是参与重构的低阶主成分仍包含高频空间噪声,影响数据成像精度.本文提出的主成分滤波重构去噪方法,根据自适应窗宽平滑算法,设计了主成分低通滤波器组,对参与重构的低阶主成分进行测线滤波,再将滤波后的低阶主成分重构为电磁信号,不仅可以去除低阶主成分中的高频空间噪声,而且去除了高阶主成分包含的不相关噪声.仿真数据的去噪结果表明,主成分滤波重构获得较高的信噪比,较常规测线滤波与主成分重构分别提高了10.96dB和2.52dB;电导率深度成像结果证明了主成分滤波重构方法能够提高地下深部异常体的识别能力.最后通过实测数据的成像结果进一步验证了本文研究的主成分滤波重构去噪方法的有效性.     

Cancelling directional EM noise in magnetoteilurics1

The prospecting of densely urbanized areas by the measurement of magnetic and electric natural fields is severely hampered by electromagnetic (EM) noise. Active man-made EM noise sources can generally be considered fixed in space, thus affecting the magnetotelluric (MT) signals of a measuring site mainly along their polarization directions. Taking advantage of the impulsive nature of polarized EM noise, a time-domain directional noise cancelling (DNC) technique is proposed. The comparison of noisy data with data predicted, using a low noise reference signal or with data interpolated whenever no reference is available, allows the detection of the most likely noise sources with prevailing directional patterns using a Bayes's criterion. The DNC approach is general and can be adapted, depending on the reference signal used (single-site or remote-reference). In field data, hodograms of the prediction residuals basically confirm the directional noise model assumed in DNC. An example is presented in which the DNC technique has been applied to a single-site MT survey carried out in northern Italy, where the signal was heavily corrupted by noise with prevailing directional properties due to the densely urbanized area. MT apparent resistivities and phases obtained at the site of the survey before and after DNC are presented and discussed.     

音频大地电磁法强干扰压制试验研究

压制非相关噪声已经有多种比较成熟的技术方法,如多次叠加、远参考、Robust阻抗估计等,但这些方法对压制矿集区存在的强电磁噪声(通常属于相关噪声)基本没有效果.本文在前期提出的针对矿集区大地电磁强噪声压制的数学形态滤波基础上,开展了音频大地电磁法强干扰压制的试验研究.在四川西昌某AMT测点附近,布置了大功率电磁发送站,通过接地导线向地下供20A的方波电流,同时在供电期和间歇期用凤凰公司MTU-5A仪器观测4个水平分量的电磁场.在室内采用数学形态滤波和阈值法相结合的手段在时间域对含有人工源强干扰的电磁场数据进行处理,以视电阻率对比、频谱和极化方向等参数对处理效果进行评价.结果表明:结构元素恰当的数学形态滤波可以对人工源强干扰进行识别、去除,阈值法则可以消除形态滤波后的脉冲干扰,二者结合可以有效地压制AMT中的强干扰噪声,提高数据可靠性.本文结果对AMT实际资料处理具有重要的实用和参考价值.     

基于参考台的盲源分离法在抑制地磁场近场噪音中的应用研究

随着城市建设的不断发展,地磁场观测受到的人文干扰越来越严重.汽车、地铁、高铁等产生的近场噪音造成了地磁脉动等空间场源信号难以被精确观测,严重影响了地磁观测资料的实际使用价值.因此抑制这些近场噪音、提取空间场源信号具有科学意义和应用价值.本研究将远场参考法和盲源信号分离法相结合,提出了一种能有效分离空间场源信号和近场噪音的方法.首先,基于仿真分析,我们准确分离了不同特征的源信号,阐明了此方法的有效性.然后,我们将该方法应用于日本千叶地区受电车干扰较为严重的实际磁场观测数据,并选用数据质量较高的KAK国际基准台作为远场参考,实现了地磁脉动和电车干扰信号的分离,并在此基础上对观测台站的近场噪音进行了抑制.这些结果表明基于参考台的盲源信号分离法在抑制近场噪音、提取地磁场信号中是有效的,可能在电磁法勘探中具有潜在的应用价值.     

基于牛顿迭代法和遗传算法的CSAMT近场校正

由于可控源音频大地电磁法（CSAMT）采用人工场源在大大增加信号强度的同时也带来了在近区产生非平面波效应的问题,其表现特征为在双对数坐标中卡尼亚电阻率曲线呈45°上升,即所谓的近场效应.本文首先提出了基于牛顿迭代法求解视电阻率方程的近场效应校正方法,通过对二层、三层理论模型试算验证了该方法的有效性;为进一步增强对噪声的压制能力,本文进一步引入了遗传反演的思想,将全频段误差最小作为目标函数,采用自适应正则化方法引入模型参数梯度最小作为稳定因子,由遗传算法求解得到校正后视电阻率,通过对理论模拟数据加随机噪声的校正结果,表明该方法在实现近场校正的同时能剔除噪声干扰,得到的结果与理论模拟曲线吻合度较高.通过对内蒙古曹四夭钼矿区实测CSAMT数据处理结果表明,牛顿法和遗传算法均能明显校正CSAMT因近场效应引起的假高阻异常,能更好地反映地电结构特征.     

庐枞矿集区大地电磁测深强噪声的影响规律

天然大地电磁场信号微弱,极化方向随机,极易受电磁噪声污染.张量阻抗分析、远参考技术、Robust估计等对随机噪声和不相关噪声有比较好的压制效果,但对强的相关噪声目前还没有有效的压制方法.庐枞矿集区人烟稠密、工业发达,是我国著名的铁、铜、硫等矿产基地之一,区内强烈的工业、通讯、矿山、民用等电磁干扰严重污染了大地电磁测深数据.本文首先根据实测的电磁场时间域波形和卡尼亚电阻率测深曲线形态,挑选出基本未受噪声污染的测点(Y1650).然后利用数学形态学从受严重污染的电磁场时间序列中提取出类方波、三角波、阶跃、脉冲和充放电5种典型噪声的波形,并以不同的方式将这些噪声波形与Y1650的电磁场波形叠加,对比分析加噪后Y1650点电阻率和相位测深曲线的变化,进而归纳出典型强噪声对庐枞大地电磁测深资料的影响规律,为进一步压制强噪声和资料处理提供依据.     

大地电磁全张量响应的一维各向异性反演

目前大地电磁(MT)测深资料反演主要基于各向同性介质,但随着MT实际应用的需要,各向异性研究已逐渐引起关注.我们采用广泛应用的广义逆法对一维MT水平层状各向异性介质模型反演进行了探索性研究,并实现了MT全张量响应(即所有的阻抗张量的视电阻率和相位)的一维各向异性反演.理论模型试验表明,无论理论观测值中是否含有噪声,这种方法都能够较好地恢复真实模型,验证了其正确性和有效性.将此方法用于MT实测资料时,能够同时拟合4对视电阻率和阻抗相位曲线,说明本方法可以用于实测资料的处理解释,具有一定的实用价值.     

Study of the Structure of the Shenzhen Fault Zone with the Magnetotelluric Method

The magnetotelluric sounding method was used to study the active fault in Shenzhen city.Four magnetotelluric profiles with a dense station interval were laid out across the Shenzhen fault zone.The remote reference technique was used in both data observation and processing to eliminate the electromagnetic noise near the survey sites,and relatively smooth apparent resistivity curves were obtained.TM mode data and two-dimensional inversion method as NLCG were used to obtain the electrical structures underground.According to the surficial geology survey results on regional strata and distribution of magmatic bodies and faults,the electrical structures at depths less than 2000m of each profile were interpreted.Two regional faults,the Henggang-Luohu fault and the Liantang fault,and seven local faults consistent with the electrical boundaries were verified or discovered.The strata in the survey area were then related with the change of resistivity.Electrical horizontal slices of depths less than 5000m indicate that the Henggang-Luohu fault and the Liantang fault bifurcate at the shallow part but tend to merge in the deep part.     

基于字典学习的音频大地电磁数据处理

音频大地电磁（Audio Magnetotelluric,AMT）信号常常受到持续性人文噪声影响,这类噪声使用远参考法和Robust阻抗估计等常规方法往往效果不佳.为此,本文从噪声的规律与特征出发,提出一种新的AMT数据处理方法.首先通过字典学习方法从观测数据中自主学习到人文噪声的特征结构,构建冗余字典,然后利用学习到的冗余字典,分离出AMT数据中的人文噪声.为验证方法的有效性,首先进行了合成数据的仿真试验,然后在四川凉山进行了针对性的野外试验研究,最后将本文方法应用于庐枞矿集区实测数据的处理.结果表明,本文方法能够快速、准确地分离出AMT信号中的人文干扰,保留有用信号,显著改善AMT数据质量.     

基于广义S变换的大地电磁测深数据处理

S变换是一种优于短时傅里叶变换和小波变换的时频分析方法.采用广义S变换进行大地电磁场时间序列频谱分析,一方面能够提高对电磁噪声成分的时间定位能力,便于实现电磁噪声的滤波处理;另一方面可以增加频谱系数的个数,从而改善大地电磁阻抗张量元素的统计特性.本文从广义S变换和大地电磁测深数据处理方法的原理出发,给出了采用叠加窗函数的离散广义S变换形式,讨论了广义S变换窗口宽度比例因子、窗口宽度与可提取频谱系数个数之间的关系,定义了利用离散广义S变换时频谱计算大地电磁场分量功率谱公式;在此基础上,研究了基于S变换时谱频的大地电磁测深数据ROBUST处理方法.最后,通过实测资料进行方法检验,结果表明本文方法比短时傅里叶变换处理效果更好,并且有利于识别和压制电磁噪声.