在中国几个地区进行的大地电流法勘探工作

在中国,自从1957年起,与各种地球物理方法（解决石油地貭任务）广泛发展的同时,比較年輕的大地电流法也得到了很大的发展。大地中存在大地电流,这在一百多年前就知道了。以往的观測表明,大地电流具有脉动性貭,它的大小和方向随时間而变化,并在地球表面很多地区同时出現。大地电流的产生、它的变化以及与地磁場的关系,还沒有搞得相当清楚,这是一个需要进一步研究的問題。     

大地电流場中傾斜断层的正演問題

在前文中已討論过大地电流場中垂直断层的正演問題。本文是討論傾斜断层的大地电流場正演問題。     

大地电磁测深资料的联合反演研究

本文从大地电磁扬的色散关系出发,阐述了进行大地电磁资料一维联合反演的物理意义。论证了对于以色散关系相联系的一对大地电磁响应函数,特别是阻抗实部和虚部视电阻率进行联合反演的必要性和可能的应用前景。对比研究了大地电磁阻抗各单参量及其联合反演的效果。结果表明,在加快反演迭代速度,限定反演解的非唯一性、保证反演迭代的稳定进行等方面,联合反演比单参量反演具有明显的优越性;在大多数情况下,阻抗实部视电阻率和阻抗虚部视电阻率联合反演的效果要比通常所采用的常规视电阻率和阻抗相位的联合反演效果好。实际大地电磁资料的试验表明,各种不同平均阻抗的利用和综合反演解释将有助于获得更为可靠的结果。     

井地电磁法勘探深度研究

结合国家深部资源勘探的迫切需求,应用电磁场理论,从麦克斯韦方程出发推导出井地电磁场公式.通过两层大地模型与均匀半空间井地电磁场响应比较,研究了井地电磁法勘探深度,并给出了不同发射电流、发射频率、线源长度及两层大地电导率差异对勘探深度的影响,为井地电磁探测的野外勘探参数的选择奠定了理论基础.计算结果表明,加大发射电流、线源长度、两层大地电导率差异和降低发射频率可以增大接收信号的强度,提高有效勘探深度,从而,有利于进行深部资源勘探.     

大地电磁相位张量和倾子的三维主轴各向异性反演

地壳和上地幔普遍存在的电性各向异性是大地电磁测深方法在实践应用中的关键和难点问题,而由近地表局部地电异常引起的电流型畸变可进一步加剧各向异性反演的多解性和不确定性.为压制电流型畸变影响,本文实现了一种利用大地电磁相位张量和倾子数据获取地下介质主轴电性各向异性结构的三维反演算法.该算法正演问题的求解采用交错采样有限差分法,反演问题的求解采用非线性共轭梯度法.理论模型测试表明,相位张量和倾子的三维各向异性反演不仅恢复了真实的各向异性异常分布特征,且压制了为拟合电流型畸变出现的假异常.由于相位张量和倾子数据不含幅值信息,先验模型选取对反演模型电阻率值的恢复效果影响较大,但初始模型的改变基本不影响反演结果.为进一步验证该算法的有效性,将其应用于USArray项目在美国西北部采集的109个长周期大地电磁实测数据.反演结果表明,相对于阻抗数据,相位张量和倾子数据的各向异性反演结果对浅层结构的刻画更为准确,与地表地质特征更为吻合.     

边界元算法在电法勘探正演中的应用综述

边界元算法是一种计算量小,方便有效的处理开域电、磁场的数值模拟方法,被广泛应用于电法勘探正演领域.本文详述了用边界元算法对电法勘探中电、磁场进行的正演数值模拟,包括稳定电流场的直流电剖面法、直流电测深法和充电法,大地电磁场和人工源谐变电磁场.其中涉及了2D、3D地电体的正演计算和地形校正.对于目前应用广泛的人工源电磁法的3D边界元数值模拟,提出了六点具体的研究发展方向,希望对今后研究有一定帮助.     

1956年1月9日至14日在中国的北京和匈牙利的索坡倫两处同时观测大地电流的结果

在不久以前關於大地電流場的研究曾受到了一番鼓舞。C.和M.斯郎波澤曾指出大地電流是一個新的地球物理勘探法的基礎,因此人們已經注意研究這些電流的本質和它們與地磁及天電的關係。闕於這一方面的基本文獻是M.斯郎波澤和G.孔湼茲的論文,在此論文里也包含着關於大地電流的振盪的研究。這篇論文是根據在     

基于机器学习的大地电磁时域数据处理的研究现状

大地电磁测深法基于天然电磁场,其存在信号弱频带宽的特点,因此很难获得无噪声的数据,而传统的大地电磁数据处理方法面临着噪声环境日益复杂、对于海量数据的处理效率不高和难以剔除持续性噪声等诸多挑战.机器学习方法是一种基于统计分析的数据驱动方法,能够发现数据内部的结构和规律,从而对未来时刻和未知状态进行预测和判断.本文从大地电磁噪声分析入手,基于目前在大地电磁数据处理中研究和应用较为广泛的神经网络、字典学习等机器学习方法,分析了其方法原理、应用领域及优缺点,并与传统方法做了对比.发现机器学习方法在海量数据处理、大地电磁噪声模式识别和特征提取、数据预测等方面具有巨大的优势.同时,提高泛化能力和将机器学习方法与大地电磁理论相结合等仍是目前需要进一步探索的问题.随着计算机技术的发展和三维探测的实用化,机器学习方法在大地电磁数据处理中的应用将更加广泛.     

大地电磁测深中大地电场的高精度采集技术

大地电磁测深需要采集正交的天然电磁场信号,其中大地电场信号微弱且易受环境噪声影响.为了提高大地电场的测量精度,本文通过试制新型Pb-PbCl2不极化电极和改变电极的掩埋方式,室内和野外对比实验结果表明:试制电极具有级差小、稳定时间长的优点;采用加桶加水的方式掩埋电极,不仅可以提高电极极差的稳定性,还有利于减小电极极差突变的机率;电极掩埋深度对电极的稳定性影响很大,深埋电极可以有效抑制电极极差的漂移.另外,野外大地电磁数据采集时难免会遇到了一些沙漠、河流等特殊地形,采用传统的测量方式无法采集到精确的大地电场信号,本文通过对比实验,总结了在特殊地形条件下大地电磁信号采集的技术要点,如在沙漠地区,电极坑中应加入大量泥浆以减小电极的接地电阻,当测点在河流附近时,电极对不应跨过河面,减小自然电位对大地电场的影响.     

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.      

Correction of frequency characteristics of seismic sensors and noise of corresponding measuring channels

The paper has assessed the noise of the measuring channel, which includes a seismic receiver, preliminary amplifier, and correction filter (this filter broadens the frequency characteristics of the seismic receiver into the low frequencies range). The correction, mainly from the preliminary amplifier, contributes an additional noise into the measuring channel, therefore application of corrected seismometers and geophones is restricted by the class of signals that provide a signal-to-noise ratio of no less than 3–5. Such signals are seismic waves from regional earthquakes and industrial blasting.     

缝长,尺度对水压致裂应力测量结果的影响规律

本文从弹性力学、断裂力学的基本理论出发,结合室内实验和野外观测结果研究了尺度、缝长对水压致裂应力测量结果的影响规律。研究结果表明,室内实验样品的孔径比不应大于四分之一,最好小于十分之一,较大的绝对尺度可以使实验结果变得稳定。野外实际测量除了满足上述要求外,裂缝单翼长度不应小于十倍的钻孔半径,否则测不到可靠的封闭压力。据此,进行大尺度水压致裂室内模拟实验对于提高压裂技术,完善水压致裂应力测量理论是非常必要的。     

WSQ-1型电涡流自记水管倾斜仪的研制

为了连续记录地壳长期倾斜运动和进行固体潮的观测研究,我们设计制造了 WSQ-1型电涡流自记水管倾斜仪.该仪器缸体采用浮子--横臂结构,并在设计中考虑了温度补偿.为本仪器专门研制的 WQB-B-1000型电涡流位移变换器是一种非接触式传感器,它具有灵敏度高、动态范围宽、稳定性好、对浮子导向要求低等优点.这种传感器的采用,简化了仪器结构,并保证了整机的良好性能.仪器输出两缸体的水位差与水位和信号,前者即测得的倾斜信号,而后者不仅作为整机稳定性指示,而且在利用位于水管中央的标定器进行标定时作为标定信号.测试和试记录证明,仪器格值优于5.10-9rad/mm(水管长度30m),测量水位差范围1mm(不需调整),平均漂移优于310-9rad/日,记录固体潮因子精度达0.003(M2波,88天).      

基于SW统计量的自适应时频峰值滤波压制地震勘探随机噪声研究

由于金属矿区地震记录中随机噪声性质复杂且信噪比低,常规降噪方法难以达到预期的滤波效果.时频峰值滤波(TFPF)方法是实现低信噪比地震勘探记录中随机噪声压制的有效方法,但其在复杂地震勘探随机噪声下时窗参数优化问题仍难以解决.本文充分利用地震勘探噪声的统计特性,结合Shapiro-Wilk(SW)统计量辨识地震勘探记录中的微弱有效信号,提出基于SW统计量的自适应时频峰值滤波降噪方法(S-TFPF).在S-TFPF方案中,对于有效信号集中区,S-TFPF方法根据信号频率特征,选择有利于信号保持的较短时窗长度;对于噪声集中区,按噪声方差自适应增加时窗长度,增强随机噪声压制能力.S-TFPF应用于合成记录和共炮点记录的滤波结果表明,与传统时频峰值滤波方法相比,S-TFPF方法可以有效抑制低信噪比地震勘探记录中的随机噪声,更好地恢复出同相轴.     

海洋拖曳式水平电偶源数值模拟与电场接收机研制

海洋天然气水合物资源调查中,电磁法已成为地震勘探最有效的补充手段之一,而我国海洋水合物电磁探测中的拖曳式电场接收机此前是空白.本文从方法原理、仪器设备和海洋试验等方面,对海洋拖曳式水平电偶极-偶极方法进行研讨.建立三维电阻率模型,进行数值模拟,讨论收发距、发射频率、拖曳装置离海底高度等参数与电场异常响应的关系,针对特定模型给出了最佳观测参数以指导仪器硬件设计与海洋测试.在此基础上,采用高级嵌入式计算机的智能化控制、前端低噪声斩波放大、高精度同步采集等技术,研制了由拖体、承压舱、采集电路、低噪声电场传感器等组成的海洋拖曳式水平轴向电场接收机,其系统噪声达到2 nV/√HZ @(1~100Hz).将自主研制的电场接收机用于国内首次拖曳式电偶极-偶极方法的海洋试验与评估,并对海试资料进行了处理与分析.研究结果表明,所研发的仪器达到了设计指标,能够用于海洋天然气水合物调查.     

Field and Laboratory Analyses of Water from the Columbia Aquifer in Eastern Maryland

Field and laboratory analyses of pH, alkalinity, and specific conductance from water samples collected from the Columbia aquifer on the Delmarva Peninsula in eastern Maryland were compared to determine if laboratory analyses could be used for making regional water-quality interpretations. On the basis of 170 field pH and specific conductance measurements, 165 laboratory pH and specific conductance measurements, and 86 field and 135 laboratory alkalinity measurements, a significant difference at the 0.1-percent level was found between laboratory and field analyses of pH and specific conductance. No significant difference was found between laboratory and field analyses of alkalinity. In most samples, laboratory pH was greater than field pH, laboratory specific conductance was less than field specific conductance, and laboratory alkalinity was equally likely to be less than, the same as, or greater than field alkalinity. Kruskal-Wallis tests of field and laboratory data grouped by north-south and east-west coordinates and by land use indicate that the difference between field and laboratory values is usually not enough to affect the outcome of the statistical tests. Thus, laboratory measurements of these constituents may be adequate for making certain regional water-quality interpretations, although they may result in errors if used for geochemical interpretations.     

前兆性地声的衰减特性及生物效应的研究

本文对八个前兆性地声信号在沙层中的衰减特性,及其对鼠脑中5-羟色胺(5-HT)代谢的影响,进行了测量分析。主要结果如下: 1.八个地声信号在沙层中的衰减特性的图象基本相似,其基本特征相同的具有明显的一致性。50——100Hz和250——630Hz内的衰减与频率明显有关,100——250Hz的优势频段内的衰减比较平缓,该频段内20——30cm沙层的吸收系数为410-2——610-2dB/cm。 2.地声信号透入30cm沙层内的洞穴中,洞内声压级的相对衰减率与同深度沙层内相比较,呈现一定的下降现象,并与地声信号的基本特性有关。在优势频段内,单次性轰隆声、连续性炒豆声等和刮风声分别下降4.40.8％、3.50.3％和3.00.2％,连续性小鼓声的下降不明显。 3.静适应48小时的小白鼠,同时分别在105——85dB和76——66dB的地声信号的随机组合声中暴露30分钟,其脑内5-HT的代谢产物5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)的含量分别比对照组增高24.7％和26.2％. 这些结果表明,前兆性地声波透入地表的频谱特征与介质的吸收特性有关。此时透入洞穴内的地声波,其优势频段虽然明显低于鼠的听觉敏感区,但对鼠是一种极不适应的低频噪声刺激,可直接影响到脑内5-HT的代谢过程。同时,洞穴可增强动物对噪声背景上的声信号识别。可见,前兆性地声波有可能是引起鼠等穴居动物      

无人飞艇长导线源时域地空电磁勘探系统及其应用

以无人飞艇作为载体的时域地空电磁探测系统,具有高效、低成本、勘探深度大和空间分辨率高等优点.本文基于二维有限差分方法,分析了长导线源地空电磁响应的特征和变化规律、以及飞行高度的影响;在此基础上,采用32位Cortex-M3内核处理器,以全差分模拟前端压制电磁干扰,实现了24位低噪声多通道海量电磁数据的同步采样及存储,研制了一套可搭载于无人飞艇的时域电磁接收系统,并基于Wi-Fi Mesh无线多跳网络实现了地面远程监控.通过分析飞艇发动机的电磁噪声特点,采用独立分量分析法进行实测数据的噪声去除.研制的地空电磁接收系统使用无人飞艇搭载,在江苏省南通市如东县和内蒙古巴彦宝力格地区进行了电磁探测实验,地空电磁勘探结果与地面瞬变电磁和大地电磁方法进行了对比,证明了地空电磁探测方法的有效性.无人飞艇时域地空电磁探测系统的成功飞行实验,为在我国草原沙漠地区、海陆交互地带、沼泽地带、无人山区等特殊景观地区开展矿产资源、水资源、地质灾害等电磁探测提供了新方法和新思路.     

崇明与南京台震前地电场变化异常分析

2001年11月3日和12月25日江苏南通地区分别发生了ML3.8和ML4.1的地震群事件. 本文以上海崇明地电场台和南京地电场台ZD9A大地电场仪的观测资料为研究对象，在阐述了多极距地电场观测去噪音原理的基础上, 研究了这两个台站地电场多极距观测系统的资料在震前的异常变化特征. 结果表明: ① 多极距观测去噪音方法是一种很好的识别地电场噪音的方法；② 在震前20天、2天及42天离震中较近的崇明台NS和NE方向上分别接收到了地震电信号, 其持续时间最长的为9天，而较远的南京台出现的异常信号都是噪音信号而非地震电信号；③ 地电场多极距观测系统中公用电极的布极方式是不可取的.      

CS3301在长周期大地电磁测深仪中的应用研究

大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种重要的地球物理探测方法,当前国家正在实施深部探测专项SinoProbe等项目,故需要借助于长周期大地电磁测深仪器.我国没有自己生产的长周期大地电磁测深仪器,只能依靠从乌克兰进口的LEMI-417进行深部探测.在LEMI-417使用中,我们从该仪器提供的数据文件Final.asc中发现它的电场信号测量分辨率为0.01 mV/km,磁场信号测量分辨率为0.01 nT,相对较低,此外,该仪器在无GPS信号时会出现记录紊乱等现象,故需要设计适合课题组需要的长周期大地电磁测深仪器.由于大地电磁测深仪器需要采集的电场、磁场信号为微弱信号,容易淹没于噪声之中,故选用了低噪声、极小总谐波失真率的CS3301作为运算放大器.CS3301提供了4种可选择的信号输入模式和7种可选增益,经分析与测试,测量电场信号时,CS3301设置为输入模式1及×64增益,当极距100 M时,测量精度可达0.001 mV/km,高于LEMI-417的0.01 mV/km;测量磁场信号时,将反馈理论用于测量电路,CS3301设置为输入模式3及×64增益,只对信号的可变部分进行放大,精度可达0.006 nT,高于LEMI-417的0.01 nT.该系统在华南的9005、1005等多个测点以及东北的1600、5105等多个测点进行了测试,并与LEMI-417进行了对比试验,测量结果表明它们的时间序列曲线比较一致,数据处理后,在同一测点得到的大地电磁测深曲线也较一致,说明设计的仪器达到了预期目标.