相关辨识谱激电法及野外实验

与常规互相关法辨识系统脉冲响应的方法不同,本文提出了一种直接由循环互相关法辨识系统频率特性的方法,用于地球物理谱激电法勘探.具体方法是:采用编码源信号为激励波形,运用循环互相关法可恢复出系统的频率响应.仿真计算结果表明:本方法在强干扰条件下可高精度辨识出待辨识系统的频率响应,较高的采样率和叠加次数可有效提高测量精度.野外谱激电法实验中,采用编码源激发,中间梯度装置,最大供电极距5200 m,接收电极距20 m,阵列式同步采集,供电电流8 A条件下,在强干扰工作区获得了可靠的视电阻率、相对相位和金属因素剖面异常.通过实测数据分析:该方法有助于提高系统频率响应的辨识精度,且有很高的频率分辨率;增加采样周期数是在强干扰区获得高质量数据的有效途径.     

编码源地电观测对干扰信号的抑制试验——以通渭台观测为例

随着城镇化进程加快使中国的部分地面电阻率观测台站遭受到严重的电磁干扰,导致地电阻率测量产生了较大的误差,淹没了地震引起的地电阻率变化。本文选取通渭地震台,通过运用编码源地电阻率观测技术和循环互相关计算方法,改变发射序列信号周期（观测时间长度）和测量叠加次数使激发极化效应更加充分,有效地抑制环境随机噪声,在高铁、基建等干扰运行或活动时段获得离散度较小的地电阻率数据。这种新的地电阻率观测体系,对现有地面地电阻率台站持续发展提供了技术保障,能为地震预报与科学研究提供可靠的数据。     

水平两层均匀介质中井下电阻率观测信噪比的理论计算

在点电源水平两层均匀介质模型下计算了在不同地电断面中观测时地表干扰电流源对观测的影响。得到:地表干扰电流源对地电阻率观测电势差的影响取决于地电断面类型和参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离。本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构选择、电极埋深、干扰源避让有参考意义。     

偶极接地线对地电阻率影响的数值模拟

针对我国地震监测预报中地电阻率定点连续观测中存在的偶极接地线的干扰问题, 本文将台站区域地层简化为3层均匀介质模型, 将接地线等效为偶极接地的电阻体, 建立了接地线干扰地电阻率观测的耦合物理模型. 通过有限元分析软件ANSYS模拟分析不同电性断面情况下接地线对地电阻率观测的影响, 同时分析这种干扰的产生机理, 并结合实际观测中存在的干扰问题作了对比验证分析. 结果表明: ① 接地线使得供电电极产生的地下对称性电场分布发生局部调整, 从而影响地电阻率观测; ② 接地线对地电阻率观测的影响主要取决于线缆的位置及方位角的大小; ③ 适当增大电极埋深可以减小其对地电阻率观测的影响; ④ 电性结构的差异性决定干扰变化幅度的大小. 本文结果对相关台站地电阻率观测异常分析落实及干扰源避让和观测系统改造具有参考意义.      

编码电磁测深

利用逆重复M序列伪随机信号良好的自相关特性,提出相关检测地电传输特性的编码电磁勘探法.分析了编码电磁测深原理及参数提取方法.同时记录发送电流信号和多收发距电磁场响应,对源信号和场信号进行相关运算,解卷积分离接收系统响应后可得到大地的频率特性或时间特性,以此实现地电断面的精细探测.在时间域,大地冲激响应和阶跃响应含有丰富的地电信息.通过冲激响应的峰值时间或阶跃响应的晚期渐近值可估计地电阻率分布.基于层状模型的大地冲激响应和阶跃响应正演计算结果表明,编码电磁测深法对大埋深薄层目标体有精细的分辨能力.可应用于能源、矿产资源、水资源、环境地质及工程地质勘察,有良好的应用前景.     

地电阻率交流观测中信号检测方法研究

目前我国地电阻率观测台站受地铁、 轻轨等干扰的情况越来越多, 严重影响地电阻率观测数据质量. 地电阻率交流观测方法被认为是一种可以解决此类干扰问题的有效方法. 本文首先介绍该观测方法的理论基础; 然后采用数值模拟方法对实际观测过程进行模拟, 给出在不同参数条件下, 分别采用数字滤波器法、 频谱分析法和相关检测法进行信号检测所得到的相对误差和相对均方差结果; 最后, 通过对3种信号检测方法进行比较和分析, 给出频谱分析法在地电阻率交流观测中可以作为最佳信号检测方法的建议, 为地电阻率交流观测系统的研制提供理论参考.      

基于逆重复m序列的岩矿石标本电性参数测量方法研究

岩矿石标本电性参数实验中,常使用一个或者多个频率激励的变频法测量电阻率,存在观测效率低、可用信息少、抗干扰能力弱等实际问题.本文将变频法改进为伪随机电流信号法进行观测,提出激励场源使用逆重复m序列伪随机电流信号的观测方法,推导出抑制工频干扰的参数选取条件,进而针对岩矿石标本电性参数实验中激励场源的特殊要求,详细分析了观测系统中信号产生与接收面临的问题,并给出了解决方法:采用高驱动能力设计及阻抗匹配技术解决岩矿石标本电阻率分布跨度大(n×10ⁿ×10⁶Ωm)导致的发送端驱动能力不足以及接收端阻抗不匹配等问题;采用系统频率响应校正技术修正系统存在的观测误差;采用高频微弱信号产生与拾取的相关技术,保证电流密度处于岩矿石标本的线性响应区间,避免非线性效应,实现宽频率分布范围观测(10-3~10⁴kHz).采用所研发的可编码、高精度、小电流(10^-6A)、连续可调输出的精密电流源,使用阻容模型进行实验测试,结果表明:(1)该方法可在10^-3~10⁴Hz频带内产生90个有效测量频点,可满足频带宽、频点密、压制工频干扰的观测要求;(2)实验中恒流源输出稳定,不同负载下直流输出稳定性误差小于0.5%,精度满足实验中对输出电流的要求;(3)标定后测量误差小于0.5%,系统具有较高的观测精度与抗干扰能力;(4)与变频法相比观测效率提高2.3倍.通过该方法开发的观测装置可有效提高工作效率和抗干扰能力,提高观测数据的准确性,适用于各种类型岩矿石标本电性参数观测工作.     

井下地电阻率观测中地表电流干扰影响计算

本文把地电阻率台站地下介质简化为水平三层均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流,针对对称四极观测装置,计算了在不同电性结构中的不同深度观测时,地表电流干扰源对对称四极装置地电阻率观测的影响,计算得到:地表干扰源对电阻率观测的影响取决于电性结构的类型和层参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离.本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构的选择、电极埋深、干扰源避让距离等有参考意义.     

地表点电流对地电阻率观测的影响

<正>将地电阻率台站地下介质简化为水平层状均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流源,针对对称四极观测装置,利用转换函数滤波器法计算电流大小、方位角、距离对地电阻率观测的影响。(1)计算方法。地电阻率采用对称四极观测装置,AB为供电电极,MN为测量电极,电极均位于地表,测区采用EW和NS两个相互垂直测向布极,中心点为O。选择理论对称四极装置的奥尼尔滤波器(O’Neill20),依据姚文斌(1989)利用转换函数滤波器法计算地电阻率表达式计算对称四极装置地电阻     

地电台站受城市轨道交通干扰的 测试分析与抗干扰措施研究

地电阻率观测是地震前兆观测的重要手段之一. 从唐山地震、 松潘地震、 澜沧-耿马地震到2008年的汶川大地震, 震前地电阻率都观测到明显的异常. 但随着国民经济的快速发展, 地电阻率的观测环境受到各种干扰, 其中采用直流牵引技术的城市轨道交通干扰尤为严重, 致使一些地电阻率观测台站的观测数据无法满足规范要求, 部分台站因此被迫搬迁. 本文通过对部分受城市轨道交通干扰比较严重的台站进行测试分析, 对现有观测系统的抗干扰能力进行了分析, 提出了一些抗干扰措施, 为进一步提升地电阻率观测质量做了技术铺垫.      

多通道瞬变电磁法频率域比值算法及视电阻率计算研究

视电阻率在电磁法勘探中起重要作用,可以作为初步解释结果,多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应,本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征,提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻,进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱,从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时,可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明,在一维介质中,频率域比值法可以得到合理的视电阻率.     

DEEP TECTONIC STRESS CHANGE BASED ON LONG-TERM APPARENT RESISTIVITY TIME SERIES: A CASE STUDY FROM NORTH SECTION OF YISHU FAULT ZONE

Almost all the destructive earthquakes, so called tectonic earthquake, are produced by tectonic movement. The tectonic movement will cause resistivity changes in the earth. It's valuable for strong earthquake forecast to study the relationship between the resistivity change and tectonic movement. According to magnetotelluric sounding method, we establish a robust estimate method to calculate the long-term apparent resistivity from seismic station monitoring data. We first use 1D layered earth models to test the sensitivity of this method. Then we process the continually observed long term electromagnetic data in 4 years (from 2011 to 2014) from Anqiu seismic station which is very close to the north section of Yishu fault zone. The apparent resistivity curves and the apparent resistivity time series for different frequencies are obtained. The time series show the resistivity increase in the selected 4 years, which is in good agreement with the GPS baseline data. This also satisfies the results from rock mechanics experiments on deep rocks (upper mantle) that the resistivity will increase with improved stress in a high temperature and pressure environment. The method is valuable for studying electromagnetic precursor of strong earthquakes and strong earthquake prediction.     

电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像

电性源地空瞬变电磁法具有工作效率高、勘探深度大、采集信号信噪比高、适用于地形地质条件复杂地区等优点.但是,到目前为止,由于尚未建立起该方法的解释系统,大大制约了该方法的发展.本文旨在建立起完整的地空电磁探测系统,丰富整个探测系统的理论.本文围绕地空瞬变电磁法全域视电阻率定义、瞬变电磁虚拟波场的克希霍夫偏移成像、逆合成孔径成像方法三个科学问题进行了系统研究.提出了用磁场强度定义全域视电阻率的迭代算法,理论模型试验结果表明计算出的视电阻率曲线首支趋于第一层电阻率,尾支趋于最后一层电阻率,实现了全空域、全时域视电阻率的计算;在先前研究的基础上,实现了适合电性源地空装置的瞬变电磁虚拟波场的克希霍夫偏移成像;采用相关迭加技术,实现孔径内多测点数据合成,将传统的单点处理方式发展成为逐点推移多次覆盖的逆合成孔径处理方法.层状模型试验表明:(1)全域视电阻率能够光滑、完整、渐变地反映出模型的电性信息变化;(2)当改变三层模型中间层电阻率时,全域视电阻率曲线随着参数的改变分异明显,对电性层的识别容易且直观;(3)由于在电阻率计算中同时考虑了接收机高度、偏移距、时间等各参数的影响,全域视电阻率可实现全空域、全时域的视电阻率计算.含水采空区的复杂模型算例表明:(1)根据不同测线的全域视电阻率结果可以看出,在靠近采空区的位置,全域视电阻率断面可以清晰地反映出采空区的空间位置,随着测线离采空区越来越远,采空区异常越来越弱直至消失;(2)波场变换和偏移成像的结果显示存在两个电性差异较大的界面,上界面指示地表,由于空气和大地之间的电性差异较大,故该界面波场信号反映强烈,遍布整个区域,下界面异常信号则主要集中在中部,向外逐渐减弱,指示采空区;(3)逆合成孔径成像结果表明地表界面在合成前后没有变化,而采空区异常合成后范围明显变小,且异常边界清晰,指示的采空区位置与模型吻合很好.本文借助于逆合成孔径雷达成像的基本思想,建立了一套电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像方法.基于反函数思想结合迭代算法提出的电性源地空瞬变电磁法的全域视电阻率定义方法,实现了全空域、全时域的视电阻率计算;借鉴瞬变电磁拟地震偏移成像算法,实现了瞬变场的三维成像;借鉴逆合成孔径雷达的思想,提出电性源瞬变电磁地空逆合成孔径算法,进一步提高了成像的分辨率.采空区模型算例表明相关叠加合成确实具有增强有用信号、提高信噪比、提高分辨率的诸多优点,证实了瞬变电磁地空逆合成孔径成像方法的有效性.     

TRANSFORMATION OF RESISTIVITY SOUNDING MEASUREMENTS OBTAINED IN ONE ELECTRODE CONFIGURATION TO ANOTHER CONFIGURATION BY MEANS OF DIGITAL LINEAR FILTERING*

The technique of digital linear filtering is used for transformation of apparent resistivity data from one electrode configuration into another. Usually filter spectra are determined via the discrete Fourier transforms of input and output functions: the filter characteristic is the quotient of the spectra of the output function and input function. In this paper, the transformation of the apparent resistivities is presented for four electrode configurations (Wenner, the two-electrode, Schlumberger, and dipole configurations). In our method, there is no need to use the discrete Fourier transform of the input and output functions in order to determine the filter spectrum for converting apparent resistivity in one electrode configuration to any other configuration. Sine responses for determination of the derivative of apparent resistivities are given in analytical form. If the filter spectrum for converting the apparent resistivity to the resistivity transform for one electrode configuration is known, the filter spectra for transforming the apparent resistivity to the resistivity transform for any electrode configurations can be calculated by using newly derived expressions.     

多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义

本文针对多辐射场源地空瞬变电磁法理论,建立了相应的多分量全域视电阻率定义方法.分析了利用磁场强度进行多辐射场源地空系统全域视电阻率定义的优点,针对磁场强度的各个分量,提出了各自的全域视电阻率算法,实现了多分量、全时域、全空域视电阻率计算,并分析了偏移距对全域视电阻率的影响.通过调整源的相对位置及电流方向等参数,多辐射源瞬变电磁地空系统不仅可以加强不同分量信号强度,削弱随机干扰,还可更好地分辨地下异常体的位置.通过对所设计模型的处理,证实了多辐射场源地空系统多分量全域视电阻率算法的有效性,也验证了多辐射场源地空系统的优势.     

伪随机编码源电磁响应的精细辨识

与传统阶跃源激励方式相比,采用m序列伪随机编码对发射源波形进行编码,提高了电磁探测的深度和分辨能力.然而受这种编码源发射波形自相关旁瓣效应的影响,使得对大地冲激响应的精细辨识效果受到一定限制.为了解决这一问题,在以往相关辨识方法研究的基础上,进一步考虑发射自相关旁瓣的影响,首先提出一种由收发互相关中高精度提取大地冲激响应的数学方法;然后通过数值模拟给出了m序列编码源大地冲激响应的精细辨识结果;同时对以m序列为发射波形的勘探系统相关参数选择进行了分析;最后利用本文提出的方法对野外实测数据进行辨识处理,通过与其他EM方法结果进行对比,证明了本文提出方法的可靠性.     

PS100型IP到端可控源高精度大地电测仪系统 ——CDMA技术首次在地电阻率测量中的应用

CDMA技术首次应用到地电阻率测量，在强电磁干扰环境下实现微弱电信号的检测和高精度测量.设计并实现了直接用标准电阻标定地电仪的方法并可对仪器的抗干扰能力进行测定.仪器已在地震前兆监测、石油开发中得到实际使用，实现在野外恶劣的测量环境下（信噪比20 dB）取得0.1%的测量精度.     

音频大地电磁法“死频带”畸变数据的Rhoplus校正

为研究AMT数据的"死频带"畸变特征及其校正方法,在长江中下游地区,利用凤凰MTU-5A仪器,系统观测了音频电磁场的"死频带"数据.对不同季节、不同时段的AMT"死频带"数据进行了分析.提出AMT"死频带"频率域畸变数据的Rhoplus校正方法,给出了该方法的适用条件、关键技术与评价方案,并提供了大量实测数据论证其应用效果.观测实验表明:在"死频带"内天然音频电磁场信号强度极低,正交电磁场分量相干度极低;造成了阻抗视电阻率、相位及相位张量等数据的畸变;畸变范围可达10k~100Hz,以5~1kHz频段最为明显;并且数据畸变程度与观测时段密切相关,在长江中下游地区为秋冬季畸变强夏季弱,日间畸变强夜间弱.处理实例表明:Rhoplus校正方法可以有效地处理AMT"死频带"内畸变的视电阻率、相位数据,相干度阈值与人机交互相结合的处理策略快速客观,所得结果曲线光滑连续,数据与实测未畸变数据基本一致.