瞬变电磁测深波场变换中波形展宽原因探讨

波场变换技术使瞬变电磁测深反演应用层析成像技术成为可能,但变换后得到的电磁场量波形随偏移距和地层电导率的增大而展宽,严重影响着反演的空间分辨率。本文通过导出的大回线圈在均匀无耗媒质中的阶跃响应之解析表达式,分析了大回线圈的辐射场波形宽度与场点坐标的关系。应用这一关系和大地感应电流空间分布的特点,讨论了波形展宽的原因,并指出,波场变换中波形展宽是由于大地中感应涡旋电流在空间上呈体分布的特性所造成的。      

斜阶跃波层状介质航空瞬变电磁响应数值计算

目前,航空瞬变电磁方法数据解释主要采用阶跃波均匀半空间模型计算视电导率值,而实际航空电磁系统发射波形的下降沿多为斜阶跃,导致解释时计算的视电导率值存在较大偏差。为此,笔者研究了航空瞬变电磁系统发射电流为斜阶跃时的电磁响应数值计算,将发射波形进行拉氏变换,利用G-S逆拉氏变换与241点汉克尔变换相结合的方法,实现斜阶跃波关断后的层状大地模型航空瞬变电磁响应计算;并对均匀半空间和层状大地模型下,不同关断时间和不同飞行高度对电磁响应的影响进行分析。得出结论:不同关断时间,关断后取样延时2 ms时,均匀半空间电磁响应的平均偏差为27.78%,三层模型的平均偏差为32.16%;当飞行高度从20 m增加到60 m时,均匀半空间和三层模型的感应电动势分别减小了43.6%和83.2%。     

时间域航空电磁法2.5维有限元模拟

采用三角网格剖分的有限元法,研究了2.5维航空瞬变电磁法正演模拟问题。利用时频变换数值方法将时间域电磁场转换到拉氏域,再利用傅里叶变换将三维问题降维变为2.5维问题,然后由有限元法求解得到拉氏域二维电磁场,逆拉氏变换后得到时间域航空瞬变响应。为了回避正演模拟中总感应磁场在场源处的奇异性问题,采用异常场算法,场源响应通过在微分方程中施加背景电磁场实现。由于瞬变电磁信号具有较大的动态范围,而且需要经过两次正、逆拉氏变换和傅里叶变换,每个环节的计算精度和速度要严格控制在较高的水平上,否则积累误差会非常大。模型计算表明均匀大地和层状大地模型解析解与数值解吻合很好。这证明该算法是正确可行的,可作为研究二维复杂地质体的方法手段。     

瞬态信号高分辨力谱分析——富里叶变换插值法

在介绍提高谱线分辨力的2种数字处理方法(BSFA和移频低通滤波)的基础上,根据谱线间隔Δf=1/(NΔ),要提高谱线分辨力,不仅增大Δ,增大N同样也可以降低Δf,提出了富里叶交换(FFT)插值法。但N值的增大不是由原始采样数据补充零来实现,而是根据在频谱图上选取感兴趣的频域范围作为富氏变换的输入,将谱线的谱添加若干零后再作反富氏变换,得到放大2倍的谱线。该方法在多组信号相关谱分析中尤其适用。      

探地雷达谱白化法

采用振幅滤波技术的谱白化的方法,提高探地雷达垂向分辨能力.该方法首先将时间域信号进行傅立叶变换,再采用不同频带的带通滤波器进行分频处理,形成分频信号;分频信号通过傅立叶反变换成为分频后的时间域信号;采用自动增益方法对分频后的时间域号进行增益处理,进行振幅均衡:均衡后的分频信号进行加权叠加生成谱白化信号.该方法有效加强了有效频带信号,提高了探地雷达垂向分辨能力.     

微地震监测数据时频域去噪方法

原始微地震监测数据的信噪比相对较低,监测数据品质决定了微地震有效信号的定位精度,提高监测数据信噪比是微地震处理的关键环节。改进S变换对窗函数进行能量归一化处理,解决了常规S变换时频谱中频率定位不准的问题,具有更高的时频分辨率精度。利用改进S变换的良好二维时频域聚焦特性,设计时变的二维时频域滤波器,将时频域去噪方法引入到微地震监测数据的去噪处理中。利用改进S变换对微地震监测数据进行时频分析,能够更加准确地分析不同信号分量的振幅能量以及频率随时间的变化情况,实现微地震有效信号分量与噪声干扰分量的有效分离。通过合成模拟信号和实际井中微地震监测数据的试处理和对比分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

瞬变电磁场探测中低阻屏蔽层影响的时-频分析

瞬变电磁法在低阻覆盖层地区施工时会受到低阻层的屏蔽影响。虽然观测数据如感应电动势有较大的数值,但实际上探测深度却大大减小了。当有上覆低阻层存在时,要探测同样的深度,需要较长的观测时间。采用平滑伪Wigner-Ville分布和Gabor展开,分别将典型的二层地电模型(D、G型)与三层地电模型(H、A、K、Q型)的感应电动势衰减曲线映射成为时间-频率平面上的二维信号,通过对时-频能量谱的分析及模型之间的对比研究表明,瞬变电磁场能量在低阻层中聚集和损耗,尤其是对于描述我国华北型煤田的A型地电模型(地表为低阻层),瞬变电磁场的能量在由地面向下扩散的过程中,能量通过基底以上各低阻层的聚集和损耗,到达最有观测意义的底层界面(奥灰与煤系的界面)时,已经消耗殆尽。因此,当在A型模型地层地区进行瞬变电磁勘探时,应充分考虑低阻屏蔽层的影响,在施工设计时应选择较长的观测时窗以保证探测深度,并采用大功率仪器来提高信噪比。      

用小波变换进行IP异常分离

小波变换可以将原始信号分解到不同的尺度上,从而得到信号在不同尺度上的分量值。用小波变换的ＭＡＬＬＡＴ算法通过尺度滤波器和镜像滤波器可方便地完成这种分解。实际上,一个在空间分布的物探数据包含着各种频率成分,由于大地滤波作用,使得低频主要反映深部地质信息,高频主要反映浅部地质信息,因此可以应用小波变换进行异常的分离。对川西北Ｓ工区激发极化（ＩＰ）实测资料的处理结果表明,应用小波变换可以方便地将局部异常和区域异常进行分离,是进行数据分析和资料解释的一种有效方法     

基于经验模态分解法与小波变换的长周期大地电磁信号去噪方法

针对大地电磁信号具有非线性、非平稳和非最小相位的特点,提出了一种基于经验模态分解法结合小波变换的联合信号去噪方式,将时间序列信号通过经验模态分解,利用连续均方误差准则确定原始信号能量转折点,进而再使用小波阈值去噪法对剩余固有模态函数分量进行去噪,最后重构出消噪信号。通过对实测信号处理前后结果的对比,表明了本方法能够有效地应用于信号时域去噪。     

自适应核时频分析方法的改进及应用

提高地震信号的时频分辨率是时频分析研究的重点,传统的线性时频分析方法(短时傅里叶变换、小波变换、S变换)时频分辨率不高,而双线性时频分析方法(如魏格纳分布)时频分辨率高,但存在严重的交叉项干扰。自适应核时频分析方法,属于双线性时频分布,计算过程中采用随时间变化的最优核函数,在保证高分辨率的前提下,压制信号模糊域的交叉项干扰,提高了时频谱的可读性。对比了四种时频分析方法对于线性调频信号的分析效果,并将聚焦性更好的自适应核方法应用于实际资料,并利用改进的自适应核时频分析方法在瞬时属性提取和谱分解识别断层的应用中进行了初步试验,计算效率明显提高且取得良好的效果。     

天然电场选频法在充水岩溶勘查中的试验与分析

探讨了天然电场选频法在岩溶水灾害勘查中的地质效果和异常成因。在四川古叙煤田观文煤矿选定4处试验点,共敷设选频法测线11条,通过对各测线上采集结果的处理和分析,结合现场地形地质条件,推测各点地下充水溶洞的分布情况。根据选频法的解释结果与矿山前期地勘成果及后期运输巷道实际开挖情况的对比来看,该方法的解释结果是准确的,可在今后进一步将该方法应用于地下水灾害勘查,以便为矿山排水巷道、排水措施设计和地下水的安全防治提供科学依据。在实践应用的基础上,进一步从麦克斯韦方程组出发,对均匀谐变电磁场中低阻水平圆柱体的感应场进行理论推导和模拟计算,通过感应二次电场水平分量的模拟计算结果与实测曲线的对比,说明天然电场选频法的异常成因主要是由二次感应电场所致。      

基于测井数据小波变换的层序地层对比--以鲁西和济阳地区石炭、二叠系含煤地层为例

测井数据蕴藏着非常丰富的地质信息,是迄今为止能够获得的分辨率最高、连续性最好的地质数据之一。测井信号的时频分析将一维的测井信号变换到二维的时频域,进而使其内部的能量聚集与分布得以清晰展示,利用测井信号沿时间方向上的差异性可以获取地层的旋回性等地质信息。通过连续小波变换对测井信号进行高质量的时频分析,运用小波变换的多尺度、多分辨率的特性进行层序、准层序的划分。同时通过小波时频分析寻找不同类型的体系域与小波时频特征之间的对应关系,分析层序内部的沉积特征及内部精细结构,建立了海侵体系域、高水位体系域和海退体系域的小波变换能谱地质模型,方便、快捷的实现了体系域的划分。最后在测井信号小波变换的基础上对鲁西和济阳凹陷的含煤地层进行了层序对比和分析,基本建立了山东地区晚古生代主要含煤地层的层序地层格架。     

瞬变电磁法多匝小回线装置实验对比

采用实验方法对多匝同一小回线和重叠小回线两种瞬变电磁法工作装置进行了对比研究,探讨了两种装置参数随线圈匝数的变化关系,从而为野外实际勘探提供数据参考。首先在地下一定深度埋置一低阻体,在该低阻体正上方布置一条测线,然后先分析单点数据的发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈匝数的变化关系,在此基础上对比不同装置随线圈匝数变化的多测道剖面图,分析两种装置的异同点。实验表明两种装置的发射磁矩、关断时间、信号强度及对异常体的分辨能力都随发射线圈匝数的增加而增加;在相同匝数情况下,同一回线的发射磁矩和关断时间稍大,但有效信号部分能量衰减快,信号强度相对较弱,探测深度较浅,然而在有效探测深度下,同一小回线装置对低阻异常体的分辨能力更强。     

层状介质探地雷达信号Q值估计及反Q滤波

利用多层常Q模型描述层状介质探地雷达信号的衰减,并应用谱比法,通过求均方根Q值求得了层状介质每一层的Q值。将波场延拓理论应用到探地雷达信号的反Q滤波数据处理中,其步骤为：假定地下Q模型为多层常Q结构,对每个常Q层,将地表波场记录直接延拓到当前层顶部;在常Q层内对延拓后的波场在时频域采用广义S变换,对信号进行反Q滤波;对滤波结果求广义S反变换,得到反Q滤波后的时域信号。最后利用本方法对合成的3层探地雷达衰减记录和实验得到的2层探地雷达衰减记录进行了振幅和相位补偿,验证了该算法在探地雷达反Q滤波中的正确性和有效性。     

LC型微机电法勘探系统进行瞬变电磁法的探测能力

理论研究表明:(1)瞬变电磁(TEM)测深能探测在一个扩散深度复盖层下面的隐伏不均匀体;(2)测量感应电压的常规近区TEM测深,其探测深度与场源量(I·A)和大地电阻率ρ(1/σ)的1/5次幂成正比,与噪声水平(ηv)的1/5次幂成反比。根据上述结论表达式,计算了LC型微机电法勘探系统(以下简称为LCPS)的16个采样时间的探测深度(ρ_效变化),归纳了LCPS的最小探测深度随ρ_效的变化情况;计算了正方形回线大小不同,发射电流不同、ρ_效不同以及ηv不同的最大探测深度,具体分析了影响最大探测深度的因素,从而对LCPS的探测能力进行了探讨,并通过实例计算说明。     

水文时间系列周期分析方法探讨

以分析广东省降水周期变化规律为例，探讨了最大熵谱方法在提取水文时间系列的主次周期上以及小波变换方法在分析水文时间系列的多时间尺度演变规律上的应用。由计算结果分析得到广东省降水过程主要存在的周期特性和旱涝变化趋势，为广东省降水趋势预测提供了重要信息。     

瓦斯抽采过程中孔壁的动态响应分析

将含瓦斯煤岩体简化为气饱和的各向同性均质体,基于混合物理论建立了含瓦斯煤岩体的物理方程、几何方程、连续方程和动力控制方程。瓦斯抽采孔的长度远大于直径,将瓦斯抽采过程中抽采负压引起的孔壁的动态响应问题简化为二维平面应变问题,借助Laplace变换和Laplace逆变换分别建立了相关问题的频域和时域解答。以河南省某煤矿的煤岩体瓦斯参数为例,对孔边的动态响应进行了数值计算,分析了无量纲径向位移、径向应力和环向应力等的变化规律,结果表明：径向位移和径向应力等动态响应主要集中在孔边的一定区域内,且该区域随着抽采时间的增大而扩大;孔壁产生波动较大的环向应力,且该环向应力随着抽采负压的增大而增大。     

基于径向不变假定的现浇大直径管桩纵向振动响应频域解

假定各物理量沿径向不变化,建立了低应变瞬态集中荷载作用下现浇大直径管桩振动响应的计算模型和波动方程。采用Laplace变换法,求得了波动方程的频域解析解,采用Fourier逆变换求得了时域响应。将文中解计算结果与三维频域解析解进行了对比分析,文中解的入射峰-反射峰时间差与三维频域解差别很小,说明对于PCC桩这种大直径薄壁管桩,采用径向不变假定对计算结果几乎没有影响。因此,在PCC桩低应变检测波形分析时,采用基于径向不变假定的二维解是完全合理的。将文中二维频域解的计算结果与二维时域解的结果进行了对比分析,结果表明,2种解在入射波、第一个桩底反射波、第二个桩底反射波峰值大小和到达时间非常吻合,这说明考虑环向位移与否对计算结果没有太大的影响,研究PCC桩低应变动力响应的问题时忽略水平方向的位移是完全可以的。     

天然伽玛射线谱的全谱分析

介绍一种新的现场测量天然γ放射性的系统。该系统是由一个高效率的BGO闪烁体探测器与全谱数据处理方法（FSA）构成的，这项技术用（几乎）全部的谱形和所谓的标准谱来计算地质体中（沉积岩，其他岩石等）的^40K,^238U,232Th的比活度，同时也介绍了全谱分析方法及如何确定标准谱，构建了在不同几何体上的标准谱，并比较它们的强度与谱形，将该系统的性能与传统的探测系统，即由NaI探测器与窗口分析方法构成的系统进行了对比，野外实验中对具有代表性的计数率在获得相同的精度情况下，应用新的测量系统要快10-20倍。这就缩短了积分时间，即测量时间短或者说有更好的空间分辨率，通过一次航测试验给出了该系统的应用实例。其应用结果与传统的笨重测量系统进行了对比。本文将讨论该系统目前的状况及其未来研究的展望。     

随机介质模型中瑞雷波正演模拟及波场特性分析

为了研究介质的不均匀性对瑞雷波波场特性的影响,利用高精度交错网格法对不同自相关长度的随机介质模型在不同震源主频率时的波场进行了正演模拟,并应用相移法提取了频散曲线。通过对比波场快照、单道记录及分析频散曲线可以得出:随机介质中的不均匀体会导致瑞雷波传播能量的减弱,并使波的到达时间发生变化;大于或与波长相当的不均匀体随机介质以及由细密薄层构成的地层介质对频散曲线影响较大,这种情况下进行瑞雷波勘探时不能将其视为均匀介质。