地电场观测典型干扰数据的修正方法

研究由于线路故障、直流供电等干扰因素引起的地电场数据变化,尝试使用带阻滤波、经验模态分解等方法排除干扰。处理结果表明,上述方法可以减少干扰因素的影响,有利于提取地震前兆信号。     

基于全波形采样的激电多信息提取方法研究与应用

激电法是地质勘查中的一种重要方法,时、频域测量各具优势,但传统的时、频域测量实现方法相对独立.根据频域和时域可相互转换的理论,本文提出一种基于全波形采样的时频激电多参数提取的地球物理数据处理方法.采取时间域激电法的观测模式,接收机高精度同步记录整周期电压-电流全部采样点的波形数据,通过该文提出的处理方法,仅一次供电和测量即可提取多种时、频域激电参数:时域激电的视电阻率、视极化率和频域激电的多频视电阻率、视相位、视频散率、去耦后的视相位等参数.在云南保山某典型矿区开展方法的试验应用,提取了地质体大量的相关激电信息,总结了目标体的激电参数响应规律.应用结果表明,该方法便捷高效,抗干扰能力强,相较于传统的时域激电测量,多种参数组合可提升对目标地质体的认识,增强激电法的应用效果.     

基于交叉梯度约束的时间域激发极化法二维同步反演

时间域激发极化法(Time-domain induced polarization method,简称为TDIP)已有的反演算法采用的是分步反演的思路,即先由视电阻率资料反演电阻率,固定电阻率再由视极化率资料反演极化率,这样就存在极化率结果严重依赖于电阻率反演结果的问题.为了有效解决这一问题,本文实现了TDIP二维数据空间分步反演算法,提出了基于交叉梯度约束的TDIP二维同步反演策略,实现了交叉梯度约束的电阻率和极化率二维同步反演算法.分别用电阻率和极化率结构一致和不一致的二维模型合成数据进行了分步和同步反演试算,对不同模型试算结果进行了对比分析.结果表明:对于电阻率和极化率结构一致和不一致模型,同步反演结果比分步反演结果能更好地确定异常体的空间分布范围,反演得到的电阻率和极化率值更接近真值.理论模型算例表明本文提出的同步反演算法有效解决了分步反演的问题,优于分步反演算法,具有更好的实用性.     

利用变分模态分解(VMD)和匹配追踪(MP)联合压制音频大地电磁(AMT)强干扰

为了有效分离矿集区音频大地电磁（AMT）信号中的大尺度强干扰、抑制近源效应,本文提出利用变分模态分解（VMD）和匹配追踪（MP）联合压制AMT强干扰的方法.首先,对比了VMD与经验模态分解（EMD）、固有时间尺度分解（ITD）的处理效果,验证了VMD在避免模态混叠和端点效应方面的优势;讨论了VMD中模态个数对典型大尺度强干扰的去噪性能,并选择合适的模态初步获取待处理信号的重构信息.然后,运用MP对VMD重构信号做二次信噪分离处理,进一步滤除残余的尖脉冲干扰.通过对模拟和实测数据的分析处理,以及与远参考法结果对比,本研究能有效剔除时间域序列中的大尺度强干扰,且重构信号中保留了更多的低频缓变化信息和细节成分,近源干扰得到有效压制;视电阻率-相位曲线更为光滑、连续,低频段的数据质量得到明显改善,其结果能更为真实、可靠地反映地下电性结构信息.     

位场向下延拓的改进迭代维纳滤波法

根据维纳滤波理论导出的位场向下延拓滤波器为最佳下延滤波器,但因其实现需要已知待求位场和噪声的功率谱而在实际应用中受到限制.针对该问题,本文首先提出一种基于位场径向平均功率谱的位场噪声水平估计方法,进而利用偏差准则求取正则化参数,实现位场正则化向下延拓;然后将位场正则化下延结果的功率谱作为待求位场功率谱的估计初值,采用带修正项的迭代维纳滤波方法来更新对待求位场功率谱的估计,最后提出本文的位场向下延拓改进迭代维纳滤波方法.基于理论重力模型数据及航磁实测数据进行了向下延拓对比试验,结果表明,改进迭代法具有较好的收敛性,且下延精度优于Tikhonov正则化法和递增型维纳滤波法.     

Three‐dimensional controlled‐source electromagnetic modelling with a well casing as a grounded source: a hybrid method of moments and finite element scheme

Steel well casings in or near a hydrocarbon reservoir can be used as source electrodes in time‐lapse monitoring using grounded line electromagnetic methods. A requisite component of carrying out such monitoring is the capability to numerically model the electromagnetic response of a set of source electrodes of finite length. We present a modelling algorithm using the finite‐element method for calculating the electromagnetic response of a three‐dimensional conductivity model excited using a vertical steel‐cased borehole as a source. The method is based on a combination of the method of moments and the Coulomb‐gauged primary–secondary potential formulation. Using the method of moments, we obtain the primary field in a half‐space due to an energized vertical steel casing by dividing the casing into a set of segments, each assumed to carry a piecewise constant alternating current density. The primary field is then substituted into the primary–secondary potential finite‐element formulation of the three‐dimensional problem to obtain the secondary field. To validate the algorithm, we compare our numerical results with: (i) the analytical solution for an infinite length casing in a whole space, excited by a line source, and (ii) a three‐layered Earth model without a casing. The agreement between the numerical and analytical solutions demonstrates the effectiveness of our algorithm. As an illustration, we also present the time‐lapse electromagnetic response of a synthetic model representing a gas reservoir undergoing water flooding.     

基于稀疏反演三维表面多次波压制方法

三维表面多次波压制是海洋地震资料预处理中的重要研究课题,基于波动理论的三维表面多次波压制方法(3DSRME)是数据驱动的方法,理论上来说,可有效压制复杂构造地震数据表面多次波.但该方法因对原始地震数据采集要求高而很难在实际资料处理中广泛应用.本文基于贡献道集的概念,将稀疏反演方法引入到表面多次波压制中,应用稀疏反演代替横测线积分求和,无需对横测线进行大规模重建,进而完成三维表面多次波预测,这样可有效解决实际三维地震数据横测线方向稀疏的问题.基于纵测线多次波积分道集为抛物线的假设,为保证预测后三维表面多次波和全三维数据预测的多次波在运动学和动力学特征上基本一致,文中对预测数据实施基于稳相原理的相位校正.理论模型和实际数据的测试结果表明,本文基于稀疏反演三维表面多次波压制方法可在横测线稀疏的情况下,有效压制三维复杂介质地震资料中的表面多次波,从而更好地提高海洋地震资料的信噪比,为高分辨率地震成像提供可靠的预处理数据保障.     

基于地震成像数据稀疏反演的不连续及非均质地质体检测方法

本文针对油气藏储层预测中的不连续及非均质地质信息识别问题,研究基于地震成像数据的稀疏反演方法.由于该类地质体的地震响应特征为弱信号,因此利用平面波破坏滤波器由地震成像数据中去除强反射同相轴.在此基础上,对剩余的地震数据进行非线性加强滤波,并构建L1稀疏反演模型.为有效求解L1模型,采用非光滑泛函L1范数逼近和拟牛顿求解算法.该方法考虑稀疏先验信息,能够提高反演结果信噪比.缝洞模型测试验证该方法在检测断点、微断裂、散射点等小尺度地质体上的有效性,塔北缝洞型碳酸盐岩储层预测的应用效果进一步证实该方法的实用性.     

Parameter estimation of subsurface flow models using iterative regularized ensemble Kalman filter

A new parameter estimation algorithm based on ensemble Kalman filter (EnKF) is developed. The developed algorithm combined with the proposed problem parametrization offers an efficient parameter estimation method that converges using very small ensembles. The inverse problem is formulated as a sequential data integration problem. Gaussian process regression is used to integrate the prior knowledge (static data). The search space is further parameterized using Karhunen–Loève expansion to build a set of basis functions that spans the search space. Optimal weights of the reduced basis functions are estimated by an iterative regularized EnKF algorithm. The filter is converted to an optimization algorithm by using a pseudo time-stepping technique such that the model output matches the time dependent data. The EnKF Kalman gain matrix is regularized using truncated SVD to filter out noisy correlations. Numerical results show that the proposed algorithm is a promising approach for parameter estimation of subsurface flow models.     

地磁匹配用于水下载体导航的初步分析

随着地磁场模型的日趋完善和滤波技术的不断成熟,地磁匹配方法在近几年得到迅速发展,它一般用于近地卫星,还未用于海洋环境.针对这一问题,本文结合地磁场特点和海洋地磁测量的现状,分析了水下地磁匹配的可行性.分别从匹配的地磁模型和测量值中存在干扰磁场两方面,指出了制约该技术发展的几个因素.在此基础上,提出了地磁用于水下载体定位的两条技术途径,一是用小波变换滤去地磁异常,与大尺度地磁模型匹配定位;另外,也提出了利用地磁异常,结合同时定位与构图(SLAM)算法实现自主导航.     

基于混合阶矢量基函数的海洋可控源电磁三维谱元法数值模拟

在前人工作的基础上,本文推导了电导率任意各向异性介质的海洋可控源电磁三维谱元法正演方程.采用一次场/二次场分离算法结合混合阶矢量基函数,可以有效避免源点的奇异性的影响,从而提高数值解的精度.采用任意六面体单元离散研究区域,有利于模拟复杂地形和地电结构.利用不完全LU分解的Induced Dimension Reduction(IDR(s))迭代算法求解线性方程组,有效地提高了求解的效率.设计典型的地电模型进行正演计算,并将计算结果与有限元解进行对比,对比结果表明本文提出的基于混合阶矢量基函数的海洋可控源电磁三维谱元数值模拟算法是正确的、有效的.本文算法具有良好的通用性,可推广用于电导率呈任意各向异性的陆地电磁、井中电磁等数值模拟研究.     

高压直流输电对陕西地电场观测的影响

总结陕西地电场观测多次受高压直流输电干扰事件,对干扰影响的变化特征及原因进行分析,认为陕西5个台的地电场观测均受到高压直流输电干扰,干扰源主要来自4条高压直流输电系统;各台地电场观测受到高压直流输电系统干扰的程度不同,干扰方式有入地电流干扰和线路合成电场干扰2种;讨论了利用高压直流输电对地电场干扰特征来检测地电场观测系统的稳定性和接线正确性的可行性,提出了判定观测系统故障和地下介质电性参数异常的方法;最后,提出了识别高压直流输电干扰和应对干扰的建议。     

基于相关迭代的非因果匹配滤波器多次波压制方法

针对常规多次波压制(SRME)方法存在的缺陷进行了改进.首先在多次波模型道预测阶段,采用数据相关和迭代更新的策略预测多次波模型道,该方法降低了SRME方法采用数据空间褶积对输入数据要求严格的限制,提高了对近偏移距缺失和空间假频数据的适应性.在匹配相减阶段,本文设计了一种非因果非平稳的匹配滤波器,该滤波器可以对整道多次波模型进行处理,而且当预测多次波模型道滞后于实际多次波时,也能够对多次波模型道进行很好的匹配.模型数据和实际数据试算证明该方法在多次波模型道预测和匹配相减阶段的优越性.     

多源频率域地空系统三维电磁响应分析

地空电磁法已经成为深部资源勘探的重要地球物理方法,但对频率域地空系统的三维多源电磁响应特征研究较少.本文设计了多种激励源组合方式,采用非结构化有限元数值模拟方法,对三维地电模型的空中垂直磁场的响应特征进行了研究.首先推导了基于电场的双旋度公式及其变分形式,加入罚项以减少伪解的影响.接着把有限元稀疏矩阵方程转换为频率的函数,采用Krylov子空间投影方法,通过模型降阶算法降低稀疏矩阵的阶数,实现多频点的快速计算.建立了三维低阻体模型、高阻体模型以及两个相邻低阻体模型,分别采用单源、双源、三源和四源激励模式,从垂直磁场的总场、二次场响应和全域视电阻率等方面进行分析比较.结果表明:多源地空电磁法不仅可以增加总场的强度,而且可以改变异常体的二次电磁响应分布规律.各电偶源延长线呈正三角形分布的三源和矩形分布的四源激励模式在增强信号强度以及削弱异常体的边界效应方面具有一定的优势,是一种优化的多源激励方式.     

TWO METHODS FOR CONTINUOUS MONITORING OF HARMONIC DISTORTION IN VIBROSEIS SIGNALS1

The quality of Vibroseis survey data can be improved by continuously monitoring the vibrator's baseplate and reaction mass accelerations. Equipment failures can be detected as they occur, rather than relying on similarity trials at the beginning and end of the day's production. Equipment faults can then be corrected as they happen and thus would not have a detrimental effect on the quality of the survey data. Source efficiency can be optimized by monitoring the amount of harmonic distortion generated by the vibrator at different drive levels on the different surfaces which may be encountered during a survey. Phase problems introduced by poor coupling of the baseplate to the ground can also be identified and addressed in the field. Rapid analysis of vibrator signals is required if continuous monitoring is to be useful. Frequency-time (f-t) analyses of vibrator signals are often used in processing centres, but are slow and require a large storage capacity which makes the technique unsuitable for a field analysis system. The two methods proposed to analyse vibrator signals entail the use of hodograms and time-varying notch filters. Hodograms provide a qualitative analysis of harmonic distortion and vibrator performance. A fast, time-varying notch filter gives quantitative and qualitative information about the harmonic distortion present in the signal and can be used to identify problems with vibrator behaviour. Both the hodogram and fast, time-varying notch filter methods can analyse the vibrator's reaction mass and baseplate accelerations as it progresses through its sweep and can present automatically interpreted results to the operator before moving to the next vibrator point.     

地电观测中电磁干扰源定位方法研究

本文提出了一种地表偶极源干扰影响模型和动态枚举定位求解方法.该方法基于均匀电流场和点源电流场模型,由地表偶极源对不同测点的影响幅度和测点位置求解偶极源位置,并给出了仿真计算结果.利用该方法结合高邮地震台人工干扰源试验观测数据进行计算,计算结果将干扰源定位于30 m范围内的小区域, 较好地验证了本文模型和定位求解方法的正确性.该研究可为地电观测台站周边工农业漏电干扰源的定位和查找提供有效参考.      

位场异常分离的递减半径迭代法

本文提出了位场区域-剩余异常分离的空间域递减半径迭代法.由给定半径的圆周上八点位场值的算术平均导出一个新的八点圆周平均公式,它是一个由重磁数据计算区域异常的滤波器.该滤波器的传递函数有一主瓣和多个旁瓣,且半径越大,旁瓣越多,滤波器特性越差.由从大到小不同半径对应的传递函数的连乘积构造了递减半径迭代传递函数,它以大半径为参变量.递减半径迭代传递函数类似低通滤波器,其截止波数与大半径成反比.由递减半径迭代传递函数,给出空间域分离区域异常的递减半径线性迭代法,由重磁数据减去区域异常求得剩余异常.进一步,通过构造非线性修正系数,把空间域递减半径线性迭代法中线性迭代公式变成非线性迭代公式,得到空间域递减半径非线性迭代法.重磁理论模型及安徽泥河铁矿重磁资料的试验表明,空间域递减半径非线性迭代法可有效地压制假异常和高频干扰以及减少异常畸变,并能有效地分离出区域异常和剩余异常.     

分布式电磁法仪器系统设计及实现

本文介绍一种采用大功率稳流发射、低噪声测量、宽频带接收以及分布式同步等技术,自主研制的分布式多功能电磁法仪器系统.系统包括大功率电磁法发射机、分布式电磁法接收机、磁场传感器、整流源等设备.采用ARM芯片和FPGA芯片进行发射机的整机控制和信号整形发射,采用PC104工控机和FPGA芯片进行接收机的整机控制和信号处理.在人工场源模式下实现了可控源音频大地电磁法（CSAMT）、谱激电法（SIP）和时域激电法（TDIP）等测量功能;在天然场源模式下实现了大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）的测量功能.发射机在满功率发射的情况下连续可靠运行时间大于12 h,接收机的动态范围大于120 dB,接收机可接收信号频率范围是0.001 Hz~32 kHz.通过典型矿区的野外实验和应用,表明本系统的性能总体上达到了国际先进水平.     

Inversion of controlled‐source electromagnetic data using a model‐based approach

A two‐and‐half dimensional model‐based inversion algorithm for the reconstruction of geometry and conductivity of unknown regions using marine controlled‐source electromagnetic (CSEM) data is presented. In the model‐based inversion, the inversion domain is described by the so‐called regional conductivity model and both geometry and material parameters associated with this model are reconstructed in the inversion process. This method has the advantage of using a priori information such as the background conductivity distribution, structural information extracted from seismic and/or gravity measurements, and/or inversion results a priori derived from a pixel‐based inversion method. By incorporating this a priori information, the number of unknown parameters to be retrieved becomes significantly reduced. The inversion method is the regularized Gauss‐Newton minimization scheme. The robustness of the inversion is enhanced by adopting nonlinear constraints and applying a quadratic line search algorithm to the optimization process. We also introduce the adjoint formulation to calculate the Jacobian matrix with respect to the geometrical parameters. The model‐based inversion method is validated by using several numerical examples including the inversion of the Troll field data. These results show that the model‐based inversion method can quantitatively reconstruct the shapes and conductivities of reservoirs.     

位场数据网格化的反插值法

位场不规则分布数据的网格化是位场数据分析处理的首要问题.本文借鉴反插值法的原理，提出利用基于预条件共轭梯度的反插值法实现位场数据的网格化.其中，插值算子采用高斯权系数，滤波算子采用Laplacian算子，预条件算子采用滤波算子的逆.通过理论模型和实际航磁数据的网格化试验分析，验证了本文的反插值法适合地球物理位场特征，网格化速度快，精度高，效果好.