大地电磁测深中减少地质噪声的方法

作者认为,通过解二维的和三维正反演问题来减少大地电磁测深中的地质噪声几乎是不可能的。因此提出了两种新途径。第一种途径是计算频率ω和ω_0上的主轴张量比的频谱,ω_0要相对很高以便用上部剖面的地电参数确定场。第二种途径是对主轴阻抗张量进行空间谱分析。     

Hilbert-Huang 变换与大地电磁噪声压制

大地电磁信号具有非线性、非平稳、非最小相位特征,不符合以Fourier变换为基础的传统功率谱估计的基本要求. Hilbert-Huang变换是近年发展起来的处理非线性、非平稳信号的完全局部时频分析方法. 本文在简要介绍Hilbert-Huang变换基本原理与算法基础上,以实际数据分析为例,探讨了它在大地电磁信号处理及噪声压制中的应用. 提出利用Hilbert时-频能量谱对大地电磁信号进行时段筛选,以提高信号品质,增强数据处理的质量和资料的可解释性. 利用经验模态分解方法及其多尺度滤波特征,可以有效地分析MT信号中的噪声分布特征,并进行干扰压制.     

数学形态滤波与大地电磁噪声压制

数学形态滤波是一种新型的非线性滤波方法.介绍了形态学滤波的基本原理,针对大地电磁信号表现出的非线性、非平稳性和非最小相位特性,综合结构元素特征我们提出一种基于数学形态滤波的大地电磁噪声压制方法.为了有效抑制目标信号中的噪声干扰及修正统计偏倚现象,通过选用合理的结构元素及形态开-闭、闭-开组合,将正、负结构元素级联构造组合广义形态滤波器对实测大地电磁信号进行噪声压制.实验结果表明,该方法是切实可行的,有效地剔除了大尺度干扰及基线漂移,较好地还原了大地电磁信号的原始特征,修正了标准形态算子所产生的统计偏倚现象,去噪精度高.该方法计算速度快,具有潜在优势,为矿集区海量大地电磁信号与强干扰的分离提供了一条新的途径,应用前景广阔.     

大地电磁测深和电偶源频率电磁测深资料反演

在研究大地电磁响应函数频散关系的基础上,构制了一套滤波系数算法,以用于由一套视电阻率资料估算相应的阻抗相位.理论模型和实际大地电磁观测资料的数字试验表明,该法是行之有效的.由频散关系估算的相位值与观测的相位资料的比较,可用于检验观测资料是否满足频散关系.利用经频散关系校正的阻抗相位值,进行大地电磁阻抗的联合反演则可望获得更为可靠的结果.研究了观测频带相互衔接的电偶源频率电磁测深和大地电磁测深视电阻率的一维联合反演问题.对两个实测点两种电磁法的观测资料进行了联合反演试验,与钻井资料对比表明,所获得的电性分层参数是较为可信的.在补充了由频散关系获取的电偶源频率电磁相位资料后,对于两种电磁法的视电阻率————阻抗相位、阻抗实部视电阻率-阻抗虚部视电阻率进行了拟大地电磁反演,获得了相近的反演结果.     

误差对大地电磁测深反演的影响

本文讨论了几种不同分布的误差对大地电磁测深反演的影响.首先基于给定的正演模型计算得到相应的理论合成数据,然后在合成数据中分别加入满足不同均值和方差的高斯分布、均匀分布和Gamma分布的误差,最后使用非线性共轭梯度法进行反演.反演结果表明, 较简单的模型在考虑的几种误差分布下可以较好地给出模型的基本信息;但复杂的模型随着误差方差的增大,与已知模型的偏差越明显; 在均值和方差相同时,上述三种不同分布的误差的反演结果相差很小.     

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.     

基于循环神经网络的大地电磁信号噪声压制研究

由于天然电磁场源信号微弱,观测数据极易受到噪声干扰,严重影响反演和解释结果.传统去噪方法依赖于人工对时间序列和功率谱的筛选,去噪效率低,主观性强.本文提出利用循环神经网络对大地电磁时域信号进行特征噪声的识别和提取,进而重构出去噪后的大地电磁信号.在对大地电磁时域信号进行大量分析的基础上,对噪声进行分类并搭建含噪信号数据库,利用该数据库训练了两个循环神经网络,并选取长短时记忆单元优化循环神经网络结构,分别实现含噪数据段筛选和噪声形态提取.对仿真和实测数据分别进行了测试,循环神经网络均能准确筛选出大地电磁信号中的噪声段,本方法在避免人为操作主观性的同时提高了工作效率,视电阻率和相位曲线质量得到明显改善.

     

基于匹配追踪和遗传算法的大地电磁噪声压制

针对匹配追踪计算量大、大地电磁数据处理效率低的问题,提出基于匹配追踪和遗传算法的大地电磁噪声压制方法.首先,利用Gabor原子构建过完备原子库,并对过完备原子库集合进行划分.然后,借助遗传算法的自适应性,快速搜寻最优匹配原子及所在位置.最后,运用最优匹配原子对待处理信号进行稀疏分解,重构有用信号.通过对计算机模拟的典型强干扰和矿集区实测大地电磁数据进行分析处理,实验结果表明,相对于匹配追踪和正交匹配追踪,文中所提方法能从过完备原子库中快速、自适应地选取最优匹配原子与不同噪声干扰类型高精度的匹配,极大地提升了计算效率;大地电磁时间域序列中的大尺度强干扰被有效剔除,视电阻率曲线更为光滑、连续,低频段的数据质量得到明显改善.

     

可控源音频大地电磁数据的反演方法

从反演方程、构造目标函数和求解三方面对用于可控源音频大地电磁法(CSAMT)的实用反演方法中的四种进行了描述．水平层状地层CSAMT法资料的直接反演法首次尝试了一维空间的全资料CSAMT反演，效果较好，但该方法尚难应用于2D、3D复杂介质中；奥克姆反演方法既考虑了横向的光滑函数，又考虑了纵向的光滑函数，得到比较光滑的横向、纵向变化的背景电性结果，但有可能把一些小构造光滑掉．快速松驰反演算法和共轭梯度算法由于计算速度快，占内存少而被用于三维反演中，二者相比，快速松驰算法在求解雅可比矩阵时只做一次正演计算，在更新模型时解小型方程组，所以在速度上更胜一筹．在后三种算法中，由于复杂电性结构无解析解，正演计算都采用数值计算．数值计算的可靠性、速度影响着反演算法的有效性，这方面的研究也将是2D、3D复杂电性结构反演的研究方向之一.     

利用K-SVD字典学习算法压制海洋大地电磁噪声

海洋大地电磁数据处理的结果会影响数据反演和解释的准确性.在浅水中, 由海浪引起的强电磁干扰和大地电磁场叠加在一起, 使得噪声所在频段内的视电阻率和相位曲线出现畸变.针对这种强干扰, 本文将K-SVD字典学习算法应用于海洋大地电磁信号处理中, 通过稀疏表示海浪感应磁噪声实现大地电磁磁场信号的重构, 并结合视电阻率信息进行相位校正.仿真数据和南黄海实测数据的处理结果表明, 该方法能够有效压制海浪感应磁噪声, 恢复后的视电阻率和相位曲线更加连续、光滑.

     

地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响

基于电磁理论,导出了层状球体大地条件下长周期大地电磁响应的计算公式,编制了计算机程序,并对相应理论模型进行正演计算。根据计算结果,分析了地球曲率对长周期大地电磁测深法视电阻率和阻抗相位的影响。理论模型的计算结果显示,随着探测周期的增大,地球曲率对长周期大地电磁响应的影响逐渐增大,视电阻率曲线会明显下降,阻抗相位曲线逐渐趋于90°;在一维情况下,对于目前的仪器测量范围可以忽略地球曲率带来的影响,但随着仪器技术的进一步发展,地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响不可忽视。     

大地电磁测深反演方法现状与评述

如何通过改进大地电磁测深(MT)反演方法来提高数据解释的精确度一直都是大地电磁测深研究领域的重要课题.本文以作者所在研究组从事的科研项目为依托,介绍了国内外主要的大地电磁反演方法.通过总结将反演方法分为定性近似反演方法、基于目标函数的线性或非线性选代反演方法和全局搜索最优反演方法三大类,并从目标函数构建、灵敏度矩阵计算...     

可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究

可控源音频大地电磁测深法的勘查深度问题在理论研究和实际工作中都得到了广泛的关注,本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理,说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面具有可靠性.通过建立两个三层地电模型,并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像,与已知钻井资料对比分析表明,可控源音频大地电磁测深法对地下1000~2000 m深度的反演较为准确,能够反映地下电性的垂向变化.     

浅水区海浪电磁噪声对大地电磁阻抗估计的影响

在浅水区海洋大地电磁(MT)勘探中, 海浪运动频带范围内(约0.05~0.8 Hz)阻抗估计结果欠佳, 这一直是困扰地球物理工作者的难题.本文基于三层海洋地电模型推导了二维和三维海浪运动感应电磁场(简称海浪感应电磁场)表达式, 分析了海浪感应电磁场的平面波传播特性.借鉴MT场趋肤深度和阻抗的概念, 推导出海浪感应电磁场的趋肤深度和阻抗表达式, 分析了浅水区海浪感应电磁场和MT场趋肤深度和阻抗的差异.在海底介质中, 海浪感应电磁场的衰减速度要比MT场衰减速度大约快2个量级, 因而它无法用于探测海底深部电性结构.海浪感应电磁场阻抗幅值比MT阻抗幅值小2~3个量级.海浪感应电噪声强度约为大地电场强度的10%, 而海浪感应磁噪声比地球变化磁场大1~2个量级, 故海浪感应电噪声对大地电场的影响较小, 但海浪感应磁噪声对地球变化磁场的影响较大.海浪感应电磁阻抗相位在-90°(TE模式)和90°(TM模式)附近, 偏差小于0.06°, 而均匀半空间介质MT阻抗相位为-45°(TE模式)和135°(TM模式).通过引入"复合阻抗"概念, 探讨了海浪感应电磁场对海洋MT阻抗估计结果的影响.     

地形对大地电磁测深(MTS)资料的影响

地形影响是山区ＭＴＳ工作的主要问题之一，对此做了理论分析并用均匀半空间表面二维地形模型进行了数值模拟。结果表明，地形影响不仅与ＭＴＳ资料的种类、极化模式、场源电磁波周期及测点位置有关，而且还依赖于不同的地形形态和尺度。此外，还根据悬崖模型计算，给出了关于地形影响范围的估     

基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制

为了避免形态滤波方法在大地电磁强干扰分离中的“过处理”、进一步保留大地电磁低频段的有用信息,提出基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制方法.首先,从信号处理的角度剖析矿集区典型强干扰与天然大地电磁微弱信号之间的定量辨识关系,利用形态分形维数和形态膨胀谱熵对大地电磁信号与强干扰进行信噪辨识.然后,结合形态滤波技术和阈值法,仅对辨识出明显不是天然大地电磁信号的异常波形进行噪声压制.最后,重构大地电磁有用信号,并对算法进行性能评价.仿真结果表明,形态分形维数和形态膨胀谱熵能较好地定量辨识大地电磁信号与强干扰,大地电磁信号中一些缓变化的低频信息得到了更为精细的保留;与形态滤波整体处理相比,本文所提方法获得的卡尼亚电阻率曲线更为光滑、连续,视电阻率值相对稳定,其结果更为真实地反映了测点本身所固有的大地电磁深部构造信息.

     

大地电磁测深法中静态效应及其反演

大地电磁测深法的观测结果常受静态效应的影响而畸变,易将静态效应推断为陡立的深大断裂或垂向大延深的异常体,因此,静态效应校正是大地电磁资料处理必不可少的环节.在全面了解国内外静校正研究现状的基础上,用有限元二维正演程序计算了均匀半空间、均匀层状介质及较复杂的地电模型的TE,TM模式响应,得出静态效应在不同地电模型中的响应特征.并将静位移作为一个反演参数直接参与反演,在反演过程中同时对表层局部不均匀体引起的静态位移作校正.结果表明静态效应直接反演法对静态效应的压制具有较好的效果.     

海岸效应对近海地区大地电磁测深数据畸变作用研究

在近海地区采集的大地电磁测深数据通常受到海岸效应的影响,使得大地电磁测深数据发生畸变,因而很难利用大地电磁测深资料较为可靠地获得地下深部的电性结构.本文通过正演模拟方法,分析和总结海水深度变化和海底地形变化对近海地区大地电磁测深数据的畸变影响.当测区与海岸线的距离小于目标频率的大地电磁场趋肤深度时,高导海洋的存在会严重影响测区内电磁场的分布.由于海岸效应的影响,大地电磁测深视电阻率曲线和相位曲线均会发生不同程度的畸变,在低频部分,这种畸变作用尤为明显.大地电磁测深一维Occam反演方法和二维非线性共轭梯度反演方法,对近海地区浅部地层具有较好的反演效果.随着海水深度的增加和海底地形的复杂变化,两种反演方法均会出现不同程度的假异常,为地质解释工作造成了影响.近渤海地区的实测大地电磁测深数据在低频部分可能受到海岸效应的影响而导致视电阻率曲线的严重畸变.