基于蒙古东戈壁AMT数据的“死频带”分析

音频大地电磁测深是利用1 Hz～10 kHz频率范围内天然电磁场进行勘探的一种被动源电磁法.天然电磁场本身信号微弱,尤其是1 k～5 kHz有时甚至会低于仪器噪声水平,被称为"死频带"."死频带"电磁场信号微弱,且具有昼夜变化的特点,晚上信号强度强于白天."死频带"范围内正交的电场和磁场的相关度较低."死频带"的影响在视电阻率曲线上表现为在1 k～5 kHz范围内的频点出现严重脱节现象,但不同频点受到的影响程度不同,其中1500 Hz受影响最严重.文章利用在蒙古国东戈壁省安静电磁环境中取得的AMT数据充分分析了"死频带"的频谱和相关性等数据特征,及其对视电阻率和相位曲线的影响,并使用时间域去噪法处理"死频带"数据收到了一定的效果,即,选择满足约束条件的时间序列,删除不满足约束条件的时间序列,这里的约束条件可以是电磁场强度或者电场与磁场的相关度.具体做法为在时频变换的基础上,通过设置一定的临界值检索信号强度较大的特定频率的高频脉冲,然后重新组合成新的时间序列.最后对仪器的采集方案提出了改善意见.     

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.     

音频大地电磁法在黄土区填图中的应用

通过在工作区内布设音频大地电磁测线,并结合当地已有的地质与测井资料对测深数据进行约束反演,结果表明:①音频大地电磁测深法对工作区的地层岩性分层具有较好的效果,并对深部的基岩面与上部土层的分界具有较好的反映;②工作区内的地层产状比较稳定;③测点点距对结果精准度有一定的影响。进一步总结了音频大地电磁法在黄土区填图中的适用性,对指导音频大地电磁法在黄土区填图中应用具有重要意义。     

音频大地电磁法强干扰压制试验研究

压制非相关噪声已经有多种比较成熟的技术方法,如多次叠加、远参考、Robust阻抗估计等,但这些方法对压制矿集区存在的强电磁噪声(通常属于相关噪声)基本没有效果.本文在前期提出的针对矿集区大地电磁强噪声压制的数学形态滤波基础上,开展了音频大地电磁法强干扰压制的试验研究.在四川西昌某AMT测点附近,布置了大功率电磁发送站,通过接地导线向地下供20A的方波电流,同时在供电期和间歇期用凤凰公司MTU-5A仪器观测4个水平分量的电磁场.在室内采用数学形态滤波和阈值法相结合的手段在时间域对含有人工源强干扰的电磁场数据进行处理,以视电阻率对比、频谱和极化方向等参数对处理效果进行评价.结果表明:结构元素恰当的数学形态滤波可以对人工源强干扰进行识别、去除,阈值法则可以消除形态滤波后的脉冲干扰,二者结合可以有效地压制AMT中的强干扰噪声,提高数据可靠性.本文结果对AMT实际资料处理具有重要的实用和参考价值.     

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.     

基于字典学习的音频大地电磁数据处理

音频大地电磁（Audio Magnetotelluric,AMT）信号常常受到持续性人文噪声影响,这类噪声使用远参考法和Robust阻抗估计等常规方法往往效果不佳.为此,本文从噪声的规律与特征出发,提出一种新的AMT数据处理方法.首先通过字典学习方法从观测数据中自主学习到人文噪声的特征结构,构建冗余字典,然后利用学习到的冗余字典,分离出AMT数据中的人文噪声.为验证方法的有效性,首先进行了合成数据的仿真试验,然后在四川凉山进行了针对性的野外试验研究,最后将本文方法应用于庐枞矿集区实测数据的处理.结果表明,本文方法能够快速、准确地分离出AMT信号中的人文干扰,保留有用信号,显著改善AMT数据质量.

     

可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究

可控源音频大地电磁法在资源勘探等领域中发挥着重要的作用.我们把有限差分数值模拟方法用于可控源音频大地电磁三维正演,结合正则化反演方案和共轭梯度反演的思路,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次"拟正演"问题,得到模型参数的更新步长,形成反演迭代,实现了可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法.该反演算法可用于对有限长度电偶源激发下采集到的可控源音频大地电磁全区(近区、过渡区和远区)视电阻率和相位资料进行三维反演定量解释,获得地下三维模型的电阻率结构.理论模型合成数据的反演算例验证了所实现的可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.     

2.5维可控源音频大地电磁法Occam反演理论及应用

Occam反演是一种正则化的光滑模型反演方法,它在寻找最小拟合差的同时追求最光滑模型.因地下介质的电性通常是连续变化的,Occam反演考虑了地下介质横向和纵向的光滑情况,应用Occam反演避免了模型电性参数被随意间断.通过建立层状和存在两个异常体的模型,利用2.5维可控源音频大地电磁有限元法作正演响应计算,对响应数据基...     

复杂介质有限元法2.5维可控源音频大地电磁法数值模拟

利用有限元2.5维可控源音频大地电磁法（简称CSAMT）数值模拟方法,对100Ωm均匀半空间介质中有限长度的电偶极源产生的电场、磁场及视电阻率、相位特征进行了数值模拟,研究了场的空间变化规律. 在一个象限中,场的特征存在双叶现象,当收发距大于4个趋肤深度时,电阻率较接近介质真实的电阻率,这些结果为观测系统和收发距的选择提供了依据. 波数域场的特征表明,低波数对源的贡献占较大的比例. 有限元法2.5维CSAMT数值模拟的优势在于能较准确地获得复杂介质结构的波场特征. 本文结合直立异常体、倾斜异常体及断陷模型对CSAMT电阻率、相位剖面特征及频率曲线特征的可靠性进行了研究. 数值模拟结果直观地给出了异常体的剖面异常形态. 通过对比研究异常体的剖面异常形态和半空间场的特征进一步说明本文方法和软件在模拟复杂介质结构场特征时是可靠的. 这为认识观测数据,指导反演解释提供了较好的依据.     

音频大地电磁法在探测地下水中的应用——以湛江南木水为例

本文通过在广东省湛江市省级生态农业示范区——南木水地区进行地下水探测拟解决当地的生活用水问题.该区域主要为燕山期花岗岩,本文采用了音频大地电磁法(AMT)勘探方法,从构造分析出发,选择三个有利区域(分别为A、B、C、区),布设了10条AMT勘探线,共166个测点,进行野外数据.对野外数据进行了一系列预处理、反演和电阻率成像得到各线的剖面图.分析研究剖面图和切片图,确定了三个可能含水的低阻带以及三口钻井的位置.其中C区已经打井取水,出水50 m~3/h,很好地验证了AMT方法在硬岩地区进行地下水探测的实用性和有效性.     

综合勘探方法在解决地质问题中的应用

三维地震勘探在解决诸如小断层、小构造、煤矿采区陷落柱等方面的应用日益广泛。然而,由于地质条件的复杂性以及各种物探方法的特点不同,有时三维地震勘探方法需要与其它物探方法相结合才能更好地发挥其作用。本文以济三煤矿十四采区为例,介绍了利用三维地震和瞬变电磁法勘探相结合,探测采区的断层及煤层顶板上100m内的岩层富水体的方法、特点及经验。     

时频方向谱分析在海洋电磁数据处理中的应用

海底采集到的电磁数据按照其主要包含的信息及研究目的大致可分为海洋可控源电磁场(CSEM)信号、天然场源大地电磁场(MT)信号、海洋环境电磁场信号以及其他随机干扰信号.常常通过计算功率谱密度、时频分析和极化分析的方法研究海洋电磁场特征.本文介绍一种新方法——时频方向谱分析法及其在实测海洋电磁数据处理中的应用,该方法能够在一定的时间-频率尺度上有效分辨场源信号的运动方向.对于海洋CSEM数据,利用该方法可以估算发射源的运动方向,进而在发射源或采集站方位信息缺失情况下,实现海洋CSEM数据的旋转电性轴处理.对于海洋电磁数据,利用该方法可以详细分析海水运动感应电磁场的信号特征.     

基于优化聚类的人工源电磁法数据信噪分离方法

为了降低强电磁干扰对人工源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method, CSEM)有效信号的影响, 改善CSEM实测数据处理结果因人而异且效率低的不足, 本文针对CSEM有效信号周期性特征提出了一种加权自适应带宽均值漂移聚类(Weighted Adaptive Bandwidth Mean-Shift Clustering, WAB-MSC)信噪分离方法.首先在传统均值漂移聚类(Mean-Shift Clustering, MSC)算法的基础上增加核函数, 降低处理结果对带宽选择的敏感度, 提高算法的稳健性; 其次结合实测CSEM数据的分布特征提出了一种基于局部密度梯度的带宽估计方法, 实现了自适应带宽选择; 最后通过仿真数据与实测数据对本文方法进行了验证, 结果表明: 本文方法能有效消除强电磁干扰对CSEM数据的影响, 最大程度保留受噪声影响较小或未受噪声影响的数据, 提高数据信噪比, 降低强干扰噪声对CSEM初始资料的影响程度, 获得更为真实的地电响应模型, 为后续数据处理提供保障.

     

Application of space analysis of electromagnetic fields to investigation of the geoelectrical structure of the Earth

Lateral composition inhomogeneities of the Earth's deep geoelectric structure require special consideration for any conductivity evaluation of a region. This paper presents a review of some theoretical techniques for determining both the vertical and horizontal conductivity profiles of a region using a spatial distribution of observed electromagnetic fields at the Earth's surface. Effects of shallow positioned anomalies upon a deep conductivity determination are also considered. An application of the procedure is illustrated by a conductivity study in the Soviet Carpathians.     

The inversion of the data of magnetotelluric sounding and electromagnetic frequency sounding with horizontal electric dipole

On the basis of the dispersion relation of magnetotelluric response functions (MTRF), a filter coefficient algorithm has been made, with which the corresponding impedance phase data can be estimated using a set of apparent resistivity data. The tests of theoretical models and observed magnetotelluric (MT) data show that this algorithm is effective. Comparing the impedance phase estimated using dispersion relation with the observed phase, it can be checked whether the dispersion relation between the observed apparent resistivities and phase data was satisfied. The use of phase data corrected using the dispersion relation in the joint inversion for MT impedance is advantageous to obtain more reliable inversion results. The problems on the one-dimensional joint inversion for the (MT) apparent resistivity and the apparent resistivity of the frequency electromagnetic sounding (FEMS) with horizontal electric dipole, whose observed frequency bands are linked up each other, are studied. The observed data of two kinds of electromagnetic (EM) methods at two sites are used to inverse, the comparison with the drilling data show the results are more reliable. To supply the phase data of FEMS using the dispersion relation, for the apparent resistivity-phase data and impedance real part-imaginary part apparent resistivities of two kinds of EM methods the imitated MT joint inversions are made, and more similar results also are obtained. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 91–96, 1993. The projects sponsored by the Chinese Joint Seismological Science Foundation.     

网格剖分方式对大地电磁数据反演的影响

随着计算机技术的飞速发展,大地电磁测深数据的各种反演方法得到空前发展。对于反演过程中的网格剖分问题,前人研究有限。本文就此进行研究,确定影响网格剖分方式的因素,找到一种合适的网格剖分方法。为此,设计一个复杂模型,对正演模拟得到的数据加入随机噪声作为反演的输入数据,选择不同的网格剖分方式,使用DASOCC与NLCG反演方法,以相同参数分别进行反演,对所得结果进行对比分析。结果显示,在设定的模型及参数条件下,针对DASOCC反演方法,纵向及横向网格均不加密,反演效果比较理想,即横向采用一个测点对应一个网格的剖分方式,纵向采用表层加密,100 m以下后一网格为前一网格厚度1.1倍的剖分方式;针对NLCG反演方法,纵向与DASOCC反演方法相同,采用不加密网格的剖分方式得到的结果较好,而横向则建议采用一个测点对应一个网格,并在2个测点之间插入一个网格的剖分方式。     

大地电磁的人工鱼群最优化约束反演

大地电磁的反演问题是非线性,如果采用线性反演方法容易陷入局部极小,使得反演结果非唯一性严重.本文将人工鱼群算法引入到地球物理反演之中,提出了非线性的大地电磁人工鱼群最优化反演.该方法不需要进行偏导数的求取,可以对反演的范围进行约束,以减小反演结果的非唯一性.同时我们对搜索步长进行了改进,给出适用于大地电磁反演的人工鱼群参数.大量的理论数据试算表明,人工鱼群反演算法能够较好地寻找到全局最优解.实测数据的处理结果表明,该方法可以用来处理实际资料,并且能够取得很好的应用效果.     

高频大地电磁测深在断层构造探测中的应用研究

各种大型工程中测区范围内的断层及破碎带构造，都将对施工产生安全隐患，阐述采用EH-4电导率成像系统的高频大地电磁法能够准确快速的探测一定深度范围内的断层及破碎带等地质构造，对施工区的断层及破碎带等地质构造的赋存状态进行超前的宏观预测，并将野外的成功实例进行分析。     

Assimilation of fuzzy data by the BME method

Modern spatiotemporal geostatistics provides a powerful framework for generation of predictive maps over a spatiotemporal domain by accounting for general knowledge to define a space of plausible events and then restricting this space of plausible events to be consistent with available site-specific knowledge. The Bayesian maximum entropy (BME) method is one of the most widely used modern geostatistics methods. BME results from assigning probabilities of plausible events based on general knowledge through information maximization and then applying operational Bayesian conditionalization that can explicitly assimilate stochastic representations of various uncertain (soft) data bases. The paper demonstrates that fuzzy data sets can be indirectly assimilated by BME through a two-step process: (a) reinterpretation of the fuzzy data as probabilistic through a generalized defuzzification procedure, and (b) efficient assimilation of the probabilistic results of generalized defuzzification by the BME method. A numerical demonstration involves site-specific probabilistic results obtained from the generalized defuzzification of a simulated fuzzy data set and general knowledge that includes the spatial mean trend and correlation structure models. The parameters of these models can be inferred from the hard data equivalent values of the probabilistic results. Accordingly, details of inference based on probabilistic soft data are also considered.