广域电磁勘探数据可视化预处理软件开发

针对广域电磁法勘探数据预处理过程操作繁复、集成化与可视化程度低、处理效率低等问题,重新设计了原始数据采集的存储格式,开发数据可视化的预处理软件以解决上述问题.软件采用C++语言编写,以MVC模式设计和构建,广泛采用STL标准模板库技术,集成和实现了广域勘探数据预处理过程的所有功能.软件以广域电磁勘探采集的原始数据文件为输入,通过使用数据可视化技术,使得操作人员能够在数据坐标系中直观而便捷地对勘探数据进行交互式分析、粗大误差剔除等处理,最终可输出计算视电阻率的数据文件.软件以数据可视化和交互操作为基础,具有数据形态直观、分析指标丰富、操作处理简便、处理效率高等特点.目前本软件已应用于实际勘探生产中,对大量生产数据进行了预处理,极大地提高了数据预处理的工作效率,同时预处理后的数据质量也得到了较大的提高,取得良好的应用效果.     

海洋电磁低时钟漂移及自动增益采集技术研究

作为地震探测的有效补充,电磁法在海洋油气资源勘探中发挥着越来越重要的作用.本文针对海洋电磁法中极低时钟误差、大动态范围采集等要求,提出使用GPS和高精度原子钟解决低时钟漂移问题;采集电路中设计增益可调的放大电路,MCU通过对采集到的信号进行实时分析,实现增益动态调整,解决海洋电磁信号大动态范围采集问题;研制的海洋电磁信号数据记录单元每天时间误差小于0.3 ms、电场通道动态范围可以达到160 dB、磁场通道动态范围可以达到134 dB.通过在室内指标测试、室外试验,表明设计的数据记录单元能够稳定可靠工作.为证明数据纪录单元的有效性,将数据记录单元和国外商用MT仪器进行野外一致性对比实验,数据记录单元与商用仪器结果基本一致;在水深100 m海域进行了海底MT信号采集,得到了有效的结果.该研究为海洋电磁信号低时钟漂移、大动态范围采集提供了一种有效解决方案.     

半航空瞬变电磁数据小波降噪方法研究

半航空瞬变电磁法野外勘探时,实测信号易受外界电磁噪声影响,导致后续反演效果不佳.常规降噪方法在处理非平稳性和相关性问题有一定局限性,因此,本文研究优化了Birge-Massart中经验系数α,提出一种基于Birge-Massart阈值策略的小波降噪法.通过正演生成理论含噪数据加入不同噪声,经本文方法降噪后信噪比(SNR)与均方根误差(RMSE)分别提升38％和降低75％,与其他阈值降噪方法相比,SNR与RMSE分别提升51％和降低59％.野外数据经本方法降噪后,反演效果准确解释了实地情况.说明此方法能灵活地分离噪声,提升后期反演和解释的精确性,是一种有效实用的半航空瞬变电磁数据降噪方法.     

基于灰色系统理论和稳健估计的人工源电磁数据处理（英文）

针对强干扰导致人工源频率域电磁法测量结果出现偏倚的问题,研究将灰色系统理论和稳健M-估计综合用于数据处理的新方法。由于灰色系统理论对数据分布类型及数量依赖程度低,本文通过灰色建模求解测量数据的标准差,结合阈值法识别、剔除异常值。采用稳健M-估计估算测量结果,以压制异常值影响,提高处理结果的精度。最后将保留数据的M-估计值视为真实值。为验证所述方法处理效果,仿真生成含噪信号,剔除其有效频率频谱数据中的异常值,处理结果可高度逼近理论值,其最大相对误差为3.6676%,最小仅为0.0251%。然后对野外实测数据进行处理,并通过均方根误差、电位差频谱数据和视电阻率曲线形态对处理效果进行评价。研究结果表明:本文方法可以在保留可信数据的同时有效剔除异常值,均方根误差大幅下降,为人工源电磁法资料后续处理解释提供可靠的数据。     

地电场观测中城市轨道交通干扰剔除

应用基于EMD的小波阈值去噪方法,去除地电场观测资料中轨道交通干扰,并将小波阈值去噪法和EMD去噪法的效果相比较,结果表明:该方法能够滤除地电场信号中的地铁干扰,同时保留原始信号中微小的突变,突出有用信息,提高地电场台站观测数据的使用率,有较好的去噪效果。基于EMD的小波阈值去噪方法可推广到其他地球物理观测资料的去噪分析,甚至地电场与地电阻率同场地观测中人工供电干扰信号的剔除。     

任意形状水平接地导线源瞬变电磁法一维正反演研究

本文发展了一种适应于任意形状水平接地导线源瞬变电磁法的一维正反演方法,可用于长偏移距、短偏移距、多通道测量接地导线源瞬变电磁数据.正演误差通常在1%以内.弧形导线源与直导线源的正演对比表明:导线源赤道方向电磁场容易受到导线源形态的影响,而轴向方向电场所受影响较小.采用修改的矩阵传播法求取水平电场和垂直磁感应场的敏感度.结果表明:相比扰动法,在层数越多时,矩阵传播法优势越明显,当层数达到64层时,效率提高近30倍.反演方法采用正则化Gauss-Newton迭代法实现.反演结果表明:单纯使用磁感应场时间导数进行反演对高导异常层恢复良好,而对低导异常层重构并不理想,且用反演模型生成的电场预测数据与原始电场数据差距较大.使用单一接收点电场进行反演结果也并不理想,而当使用多个接收点处电场值进行共同反演时,高导异常层与低导异常层均能得到较好的体现,相应电场及磁感应场的预测数据与原始数据均吻合的比较好.对有磁导率异常的模型进行反演表明,电场与磁感应场共同反演能够较好地体现地层电导率与磁导率的变化规律.     

海洋可控源电磁三维非结构矢量有限元数值模拟

本文实现了海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.由于采用非结构四面体单元进行三维网格剖分,该方法可以模拟复杂电性异常体和海底地形.一维模型的数值模拟结果表明,电场实、虚部均与解析解吻合得相当好,计算误差基本小于1%.二维模型的计算结果与已有的二维自适应非结构有限元模拟结果吻合很好.带地形模型的数值模拟结果显示,海底地形对电场影响很大,有可能掩盖海底油气藏产生的异常.     

元谋地电场观测数据小波阈值去噪

为了解决元谋地电场观测数据的噪声干扰问题,采用小波阈值去噪的方法,根据元谋地电场观测数据特征,选取适当的阈值及不同的小波函数、分解层数进行研究。综合各小波函数去噪效果,通过对相对误差、均方根误差、信噪比等指标进行评价,确定适合元谋地电场观测数据去噪的阈值为软阈值函数、分层阈值;最优小波函数分别为Sym4、Sym5、db6和db8;分解层数分别为5、7、9。最后应用研究结果处理实际地电场观测数据,取得了较好的去噪效果。     

地空瞬变电磁法研究进展

随着瞬变电磁法的研究逐渐转向高海拔山区等地形地质条件复杂地区进行深部勘探,地空瞬变电磁法得到了更多的关注.地空瞬变电磁法结合了地面瞬变电磁法和航空瞬变电磁法各自的特点,相比地面瞬变电磁法,能有效提高野外工作效率;相比航空瞬变电磁法,勘探深度更大、采集信号信噪比更高.近几年来,地空瞬变电磁法得到了较快的发展.本文回顾了地空瞬变电磁法的历史发展与现状,总结了地空瞬变电磁法研究的最新进展,并对地空瞬变电磁法的各种装置类型进行了相关评述和总结,指出目前地空瞬变电磁法的问题主要在于解释水平跟不上,大都仍采用基于地面瞬变电磁的数据解释方法.为了进一步丰富地空瞬变电磁勘查体系,从仪器装备、数据预处理和处理技术、正反演及数据解释等方面对地空瞬变电磁法的发展方向进行了总结.     

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.     

基于各向异性扩散的ROBUST阻抗估计方法

本文通过分析各向异性扩散(Anisotropic Diffusion AD)在信号的去噪与增强中对特征的保护特性,及各向异性扩散与Robust估计之间的关系,把各向异性扩散引入到阻抗估计中,提出了基于各向异性扩散的Robust阻抗估计方法(ADR).模拟结果表明该方法对噪声或"飞点"具有明显的压制作用,与最小二乘法(LS)及常规的Robust估计方法相比具有更好的稳定性和精度.当噪声方差从0增加到0.8,ADR估计的相对误差最小为4.0%,最大仅为4.9%,误差均值为4.5%;Robust估计相对误差最小4.1%,最大6.2%,平均为4.9%,LS方法平均相对误差则达到18.4%.Robust估计收敛过程受阈值的影响较大,ADR收敛速度虽然受到扩散步长与阈值的影响,但收敛值与阈值选择无关.这在实际应用中有着重要意义.     

基于拟准检定的实时单站GPS提取同震速度的改进算法研究

提出了一种基于拟准检定的实时单站GPS载波相位观测数据历元间差分提取同震速度的改进算法.改进算法将实时高频历元差分数据质量控制作为同震速度准确提取的重要保障,对原始高频数据中的小周跳和粗差十分敏感,且能够有效地估计小周跳和粗差,从而抵抗它们对同震速度估计的不良影响;另外,改进算法还简化了数据处理流程,也使得利用广播星历单站提取同震速度、监测地震形变的算法更为稳健.选取了2011年3月11日日本大地震距离震中140 km的MIZU站1 Hz高频GPS观测数据和广播星历来测试改进算法.结果表明：拟准检定法具有更好的小周跳与粗差自动定位和估计性能,改进算法利用广播星历求得的同震速度与事后动态精密单点定位结果表现出很好的一致性.     

地球物理抗差估计和广义逆方法

为进行观测数据误差较大的地球物理资料的反演,引人抗差估计,称作地球物理抗差估计;为使病态方程组的反演解更可靠,又结合广义逆方法进行了算法改进．首先介绍抗差最小二乘（ＲＬＳ）的基本原理,然后推寻出适于广义逆反演方法的改进算式,最后举例加以讨论．分析表明,抗差估计可以有效地抑制地球物理观测异常的影响,得出正常模式下的较好估计值;而用改进后的算式和广义逆反演可以使反演解更加改善,不仅如此,改进后的方法还能直接给出解估计的可靠性评价．     

地壳形变分析的抗差最小二乘配置迭代解法

利用最小二乘配置进行地壳形变分析,其结果的合理性关键在于经验协方差函数的拟合.考虑到观测数据存在粗差的情况,提出基于观测值中位数初值的抗差最小二乘配置方法和基于中位参数法的抗差最小二乘配置方法.两种方法首先分别利用观测值中位数给出观测值初始权阵以及利用中位参数法给出最小二乘配置初始解,然后均在给定协方差函数参数初始值的情况下,应用合适的等价权进行抗差估计并通过迭代计算,最终获得稳健的协方差函数参数估值及最小二乘配置解.利用本文提出的两种方法以及传统方法分别对庐山地震的GPS垂直位移数据和意大利L'Aquila地震的InSAR同震位移数据进行处理分析.结果表明:相对传统方法,基于观测值中位数初值的抗差最小二乘配置方法效果更好,更具稳健性.     

ELECTROMAGNETIC COUPLING*

Electromagnetic coupling in grounded electrical prospecting systems has been studied over four decades. Recently, advanced digital electronic systems have been developed which permit both magnitude and phase measurements over four frequency decades (10^?2— 10² Hz). This development has stimulated theoretical studies demonstrating behavior of EM coupling for the more commonly-used electrical prospecting arrays a wide frequency range. A comparison is made between field and theoretical results which demonstrates the validity of the fundamental assumptions involved. Additionally electromagnetic coupling is used successfully as a deep-sounding technique in a highly-conductive sedimentary basin environment.     

直升机吊舱姿态变化对电磁场测量的影响规律及其校正方法研究

在直升机航空电磁法中,吊舱的姿态变化（如摆动、倾斜、偏航等）会使磁偶极子相对正常飞行时在方向和位置上发生变化,使得接收线圈处的电磁响应产生误差.传统的基于重叠偶极模型的姿态校正方法只考虑了磁偶极子方向上的变化,而忽略了磁偶极子位置上的变化,因此校正效果受到了一定的限制.本文分析了五种不同电性参数的均匀半空间模型中线圈系在姿态变化前后的电磁响应比,进而提出了一种新的姿态校正方法,该方法综合考虑了磁偶极子方向和位置变化对姿态变化前后的电磁响应比的影响,并推导出总姿态变化电磁响应比与方向和位置单独变化时电磁响应比的乘积近似成固定比例关系.为了验证本文提出的总姿态校正方法,本文分别使用本方案及基于重叠偶极模型的姿态校正方法对五组具有代表性的合成数据进行了校正.对比结果表明,本文的总姿态校正方法较之重叠偶极姿态校正方法能较大地提高校正精度.     

黄海地震前后的地磁日变化

本文采用多道滤波的方法,对江苏省内地磁台网记录到的地磁垂直分量日变化进行分析,结果表明,黄海地震发生前,特别是地震前三天,距震中最近的海安台原始数据和滤波器实际输出之间的日标准偏差,明显高于平常水平,发震后又恢复到正常水平.      

Spatial variations in throughfall in a Moso bamboo forest: sampling design for the estimates of stand‐scale throughfall

We investigated the spatial and seasonal variations in throughfall (Tf) in relation to spatial and seasonal variations in canopy structure and gross rainfall (Rf) and assessed the impacts of the variations in Tf on stand‐scale Tf estimates. We observed the canopy structure expressed as the leaf area index (LAI) once a month and Tf once a week in 25 grids placed in a Moso bamboo (Phyllostachys pubescens) forest for 1 year. The mean LAI and spatial variation in LAI did have some seasonal variations. The spatial variations in Tf reduced with increasing Rf, and the relationship between the spatial variation and the Rf held throughout the year. These results indicate that the seasonal change in LAI had little impact on spatial variations in Tf, and that Rf is a critical factor determining the spatial variations in Tf at the study site. We evaluated potential errors in stand‐scale Tf estimates on the basis of measured Tf data using Monte Carlo sampling. The results showed that the error decreases greatly with increasing sample size when the sample size was less than ～8, whereas it was near stable when the sample size was 8 or more, regardless of Rf. A sample size of eight results in less than 10% error for Tf estimates based on Student's t‐value analysis and would be satisfactory for interception loss estimates when considering errors included in Rf data. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Controlled-source electromagnetic data processing based on gray system theory and robust estimation

We propose a novel method that combines gray system theory and robust M-estimation method to suppress the interference in controlled-source electromagnetic data. We estimate the standard deviation of the data using a gray model because of the weak dependence of the gray system on data distribution and size. We combine the proposed and threshold method to identify and eliminate outliers. Robust M-estimation is applied to suppress the effect of the outliers and improve the accuracy. We treat the M-estimators of the preserved data as the true data. We use our method to reject the outliers in simulated signals containing noise to verify the feasibility of our proposed method. The processed values are observed to be approximate to the expected values with high accuracy. The maximum relative error is 3.6676%, whereas the minimum is 0.0251%. In processing field data, we observe that the proposed method eliminates outliers, minimizes the root-mean-square error, and improves the reliability of controlled-source electromagnetic data in follow-up processing and interpretation.     

频率域航空电磁法一维正演与探测深度

计算了偶极一偶极方式均匀半空间的频率域航空电磁响应及层状模型的相对异常响应,阐明了大地电导率、磁化系数,以及飞机飞行高度、探测装置、收发距对电磁响应的影响,计算结果说明了频率域航空电磁法的探测能力和探测条件．分析了三层模型的相对异常响应,给出了基于层状模型确定探测深度的方法．在水平共面方式下,收发距8m,飞行高度30m时,在3～4ppm噪声水平条件下,100Ωm大地探测深度为120m．