基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离

为了剖析大地电磁信号和强干扰的本质特征,进一步精细分离出微弱的大地电磁有用信号,提出基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离方法.首先,运用递归分析法扩展大地电磁一维时间序列的维数,分析了嵌入维数、延迟时间和判别阈值对递归图的性能,并研究了不同长度的序列对递归定量分析参数的影响情况,然后,构建典型的大地电磁强干扰类型和微弱的大地电磁有用信号样本库,针对样本库讨论了强干扰和微弱大地电磁信号之间的递归定量分析参数,分析了K均值聚类和模糊C均值聚类的信噪辨识效果.最后,对实测大地电磁数据进行信噪辨识处理,并仅对辨识为强干扰的时间段采用数学形态滤波进行噪声压制.实验结果表明,递归分析能定性及定量地描述大地电磁信号时间序列的非线性特征和原动力系统的本质规律,与聚类算法相结合能对矿集区实测大地电磁信号进行信噪辨识;处理后的卡尼亚电阻率-相位曲线更为光滑、连续,其结果更为精细地保留了大地电磁信号低频段的缓变化信息,整个低频段的大地电磁数据质量得到了明显改善.     

基于自适应多分辨率奇异值分解的大地电磁数据处理

针对强电磁干扰极易掩盖微弱的大地电磁有用信号,本文结合奇异值分解在去噪方面的优越性,提出基于自适应多分辨率奇异值分解(Adaptive Multi-Resolution Singular Value Decomposition, AMRSVD)的大地电磁数据处理方法.首先对大地电磁数据构建Hankel矩阵,利用MRSVD得到不同分辨率的近似信号和细节信号;然后选用近似信号和细节信号的标准差差值,对大地电磁数据进行信噪辨识;接着结合MRSVD和相邻细节信号的标准差差值,提出先验信息未知情况下的AMRSVD法;最后对辨识出的强干扰运用AMRSVD去除噪声,重构有用信号.实验结果表明,该方法的处理效率高,能有效分离出相关性较强的噪声,时间序列和视电阻率-相位曲线均得到有效改善.     

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.     

基于压缩感知重构算法和形态滤波的AMT近源干扰压制（英文）

进行音频大地电磁法勘探时不可避免的受到近源干扰的影响,限制了该方法的勘探深度。形态滤波法已被证明对于不同形态的大尺度强干扰(通常为低频噪声)有明显的压制作用,但是对于窄脉冲噪声无能为力,为此本文提出一种基于压缩感知重构算法和形态滤波法的近源干扰压制方法(简称MMF-IOMP法),即首先使用形态滤波法滤除大尺度的强干扰,然后采用改进的正交匹配追踪算法进一步滤除形态滤波法残留的类脉冲噪声。为滤除残留的类脉冲噪声并保留AMT有效信号,我们构造了只对类脉冲噪声敏感而对有效部分不敏感的冗余字典。仿真实验以及庐枞矿集区实测数据处理结果表明,所述方法能够克服形态滤波法对于脉冲干扰处理效果不佳以及单一的信号重构算法耗时过长的缺点,在较好的保留有用信号的前提下有效压制音频大地电磁信号中的近源效应。     

基于压缩感知重构算法的大地电磁强干扰分离

为压制大地电磁信号中的强人文干扰,提出一种基于压缩感知重构算法的大地电磁信号去噪方法.通过构建与常见典型强干扰相匹配而对有用信号不敏感的冗余字典原子,利用改进的正交匹配追踪算法,分离出大地电磁信号中的强干扰成分.为了验证所述方法的强干扰分离效果,首先通过在实测大地电磁信号中加入理想的强干扰信号进行了仿真分离实验,然后从大量实测数据中选取三种含有不同类型强干扰的时间域片段,用所述方法对实测数据中的强干扰进行分离,最后将所述方法应用于青海试验点以及庐枞矿集区某测点实测数据的综合处理.仿真实验结果表明,该方法在分离出强干扰的同时,能够较好地保留有用信号.实测数据处理结果表明,该方法能够有效压制强干扰,改善强干扰区大地电磁数据的质量.     

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.     

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.     

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.     

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.     

时频电磁法勘探数据时域去噪方法研究（英文）

时频电磁法勘探系统兼有频率测深与瞬变电磁测深系统双重特点,可同时在频率域和时间域求取视电阻率,从而获得更加准确可信的地电信息。实测时频电磁勘探数据中的主要噪声有50 Hz工频及其谐波干扰噪声、高频随机脉冲噪声以及低频干扰噪声三种类型,本文针对这些噪声类型以及时频电磁法的方波信号特点,提出分段拓展中值滤波方法和拟合固定极值点EMD方法分别去除高频随机脉冲噪声和低频干扰噪声,提出基于方差和偏度系数的中值滤波窗口大小试验选取方法,采用频域带阻滤波方法去除50 Hz工频及其谐波干扰噪声。并设计了一个相应的去噪流程,以充分发挥各自的去噪方法的优势。经理论分析以及实际观测数据的应用实验验证,本文提出的去噪方法和设计的去噪处理流程合理有效,准确保留了时域信号波形的相位和幅值信息,得到令人满意的高质量时域信号波形,为准确地提取时域瞬变电磁衰减信号打下良好的基础。     

中国西北部分地区大地电磁测点布设条件探讨

根据多年来在中国西北地区进行大地电磁测深工作的实践，从仪器、野外地形和干扰因素3个方面探讨了测点的布设条件。对仪器的布设方式进行了分析；分析了山区和盆地大地电磁测深资料的差异，提出了测点布设应注意的问题；给出了2个测点受电磁干扰的具体资料，和避开干扰源重新选择测点的观测效果。认为仪器抗干扰能力是有限度,如果干扰信号和大地电磁频谱相接近，则很难被仪器的抗干扰能力所抑制。     

Magnetotellurics and radio-wave interference sounding

The plane harmonic electromagnetic fields are considered in the theory of magnetotelluric methods in the range of frequencies from 0.0001 Hz to 20 kHz. These fields are natural by their origin and contain information on the depths from tens of meters up to 100 km and more. The magnetotelluric soundings, which use the fields of radio stations, expand the frequency band almost up to 1 MHz and make it possible to study the depths from the first few meters. The method of radio-wave interference sounding supplements geoelectric prospecting on plane waves into the range of even higher frequencies (up to 100 MHz). In this case, the conduction and displacement currents become comparable, which makes it possible to distinguish objects both by their electrical conductivity and by their dielectric permittivity. For the two-layered model of a medium, there exist simple kinematic methods of data interpretation of a radio-interferometry sounding. Within multilayer, and especially horizontally heterogeneous, media, methods for solving equations of electrodynamics and inverse problems of geophysics are required. In the present paper, the foundations of the theory of radio-interferometry sounding, the methodology, its role in geoelectric prospecting, and the opportunities for the solution of geological problems are discussed.     

Near-source noise suppression of AMT by compressive sensing and mathematical morphology filtering

In deep mineral exploration, the acquisition of audio magnetotelluric (AMT) data is severely affected by ambient noise near the observation sites; This near-field noise restricts investigation depths. Mathematical morphological filtering (MMF) proved effective in suppressing large-scale strong and variably shaped noise, typically low-frequency noise, but can not deal with pulse noise of AMT data. We combine compressive sensing and MMF. First, we use MMF to suppress the large-scale strong ambient noise; second, we use the improved orthogonal match pursuit (IOMP) algorithm to remove the residual pulse noise. To remove the noise and protect the useful AMT signal, a redundant dictionary that matches with spikes and is insensitive to the useful signal is designed. Synthetic and field data from the Luzong field suggest that the proposed method suppresses the near-source noise and preserves the signal well; thus, better results are obtained that improve the output of either MMF or IOMP.     

多尺度综合地球物理探测:揭示成矿系统、助力深部找矿——长江中下游深部探测(SinoProbe-03)进展

两个原因使我们必须开展深部探测.一是寻找深部资源,二是更好地理解形成和控制陆内成矿的深部动力学过程,预测新的矿集区.在深部探测专项、国家自然科学基金和地质调查项目资助下,作者在长江中下游成矿带及邻区开展了系统的多尺度、综合地球物理探测.包括:成矿带尺度的宽频地震探测及"廊带式"综合探测,矿集区尺度的骨干剖面探测和三维建模,矿田尺度的三维探测与反演模拟.探测结果在三个层次取得了一系列新认识和新发现,完善了相关探测方法技术.主要包括:揭示了成矿带岩石圈结构、深部过程及对成岩、成矿的控制,提出了成矿带形成的动力学模型,诠释了在狭窄的成矿带内形成大规模金属堆积的深部因素;揭示了典型矿集区地壳三维结构、组成和断裂分布,建立了矿集区三维结构模型和区域成矿模式,推断了主要控矿岩体、地层的空间展布,预测了新的找矿靶区;开展了"玢岩型"、斑岩型和热液型多金属矿床综合地球物理探测试验,总结了勘查模式,预测了深边部找矿靶区;提出了硬岩区反射地震数据采集设计、激发到接收的有效措施,探索了地震弱信号提取、噪声压制、静校正和偏移等处理新技术、新方法;提出了强电磁干扰区电磁去噪的数字形态滤波等技术,完善了二/三维带地形和考虑各向异性情况的电磁正反演技术.