我国海底大地电磁探测技术研究的进展

几年以前 ,我国尚未独立开展过海洋电磁探测 ,没有获取海洋岩石层电性资料的技术手段。然而 ,地下岩层的电性参数较之其他物性参数能更好地反映岩石的性质以及岩石所处的物理状态 ,因此迫切需要发展海底大地电磁探测技术。海底大地电磁探测是把仪器布置在海底 ,采集海底大地电磁场数据 ,从而研究海底以下不同深度上介质导电性的分布规律 ,达到了解地下不同深度地质情况的目的。经过两年的努力 ,我们已基本实现了海底大地电磁探测技术的研究目标     

海底大地电磁数据采集器

进行海底大地电磁数据采集，需借助于专用的水下探测设备 . 虽然大地电磁测深法无论是仪器或是测量手段在陆地上的应用已较为成熟，但把该方法移 植到海洋中，还需解决一些与海洋探测有关的工程技术问题. 主要包括：水下电场信号的提 取，海底环境的监测，仪器在非实时监控运行中的纠错对策以及测量部件的密封承压等等 . 在研制海底大地电磁数据采集器的过程中，采用先进的材料工艺，高精度的电子线路，可 靠的软件编程以及牢固的器件安装结构，有效地解决了上述技术问题. 用所研制的仪器首次 在我国海域进行了探测试验.     

ARM嵌入式系统在海底大地电磁信号采集中的应用研究初探

按照现代地电探测仪器的特点和技术要求,首次将ARM嵌入式系统引入地电信号探测领域．建立了基于ARM的海底大地电磁数据采集系统．面向系统开发过程。提出ARM嵌入式系统实现的硬件和软件设计方案。初步尝试实现了地电信号数据采集仪器的低功耗、小型化和智能化。     

海底可控源电磁测量电路的Linux驱动程序

国外的水合物探测试验证明,可控源电磁法是探测天然气水合物的有效方法之一.开展海底可控源电磁法工作的重点之一在于研制高精度、高可靠、低功耗观测海底可控源电磁信号的设备.为可靠地观测海底可控源电磁场宽频带、大动态范围信号,设计了以Linux与ARM9相结合的测量电路,并开发了Linux2.4内核下的设备驱动程序.本文分别论述了采集硬件原理,Linux字符设备驱动模型,SSC和GPS对钟驱动实例.     

南黄海海底大地电磁测深试验研究

针对南黄海盆地深层地震地质条件差,地震波受屏蔽,能量严重衰减,在海洋反射地震资料中很难识别反映中-古生界的反射地震波组,不能满足南黄海盆地前第三系油气资源前景评价的需要等问题,于2006年5月,开展了南黄海海域海底大地电磁测深试验,在盆地内五莲斜坡和胶州凹陷区布设了3个海底大地电磁测深点,取得了可靠的海底观测数据.本文详细阐述了海底大地电磁测深与常规大地电磁测深在数据处理方法上的差别,论述了海洋电磁噪声对海底大地电磁场观测的影响,提出了海底大地电磁场实测资料“水平姿态”校正、“方位”校正和“海洋电磁噪声”校正的方法.通过对试验观测资料的处理和反演,并结合地质、物性资料进行综合分析,结果表明在南黄海盆地海底以下深部还存留有古生代地层,这对于南黄海前第三系含油气前景的评价具有重要意义.试验结果也证明了海底大地电磁测深技术在研究古生代残留盆地方面的问题可以发挥相当好的作用.     

基于相关系数的海底大地电磁阻抗Robust估算方法

对于海洋的特殊环境，常规的阻抗估算方法往往不能很好地估算海底大地电磁的阻 抗张量，本文提出了基于相关归一Robust方法. 以相关系数为参数对阻抗张量元素进行归一，据相关系数值的变化修正Robust的权系数. 模拟和实测数据的计算表明，相关归一Robust法比其他常规方法更能有效地抑制干扰. 噪声强度小于30%时常规方法和新方法都能有效 地估算阻抗张量；噪声强度大于50%时，常规方法估算误差明显偏大，新方法误差要小得多，反映出该方法有较强抗干扰的能力.     

基于连续不波变换的大地电磁信号谱估计方法

在基于连续小波变换的大地电磁信号谱估计方法中,通过引入整体平均、小波系数收缩和显著性检验等统计技术,以提高谱估计的精度。文中同时计论了连续小波换中各种参数的选 取问题,给出了Ｍｏｒｌｅｔ小波函数中尺度与傅里叶频率之间转换的经验公式,并给出了谱估计的具体算法。结果表明,本文方法可有效压制较强的白噪声和局产中相关噪声。与ＦＦＴ谱估计方法相比,该方法大大降低了对信号记录长度的要求,因而对大地电磁信号的处     

大地电磁测深中大地电场的高精度采集技术

大地电磁测深需要采集正交的天然电磁场信号,其中大地电场信号微弱且易受环境噪声影响.为了提高大地电场的测量精度,本文通过试制新型Pb-PbCl2不极化电极和改变电极的掩埋方式,室内和野外对比实验结果表明:试制电极具有级差小、稳定时间长的优点;采用加桶加水的方式掩埋电极,不仅可以提高电极极差的稳定性,还有利于减小电极极差突变的机率;电极掩埋深度对电极的稳定性影响很大,深埋电极可以有效抑制电极极差的漂移.另外,野外大地电磁数据采集时难免会遇到了一些沙漠、河流等特殊地形,采用传统的测量方式无法采集到精确的大地电场信号,本文通过对比实验,总结了在特殊地形条件下大地电磁信号采集的技术要点,如在沙漠地区,电极坑中应加入大量泥浆以减小电极的接地电阻,当测点在河流附近时,电极对不应跨过河面,减小自然电位对大地电场的影响.     

希尔伯特-黄变换在海底大地电磁测深数据处理中的应用

海水运动产生的电磁场,是海底大地电磁探测数据中的主要噪声之一,影响了数据处理与解释的精度.为提高海底MT探测的应用效果,本文在海底MT信号处理中引入HHT时频分析方法.结合海底MT噪声的特点与海底MT信号的特性,对南海实测数据进行分析,通过对比去噪前后信号的Hilbert时-频谱和边际谱,表明利用经验模态分解及其多尺度滤波特性,能够有效压制海水运动产生的电磁噪声.经HHT去噪后的测深曲线在一定程度上有所改善,仍存在"飞点"现象;再结合Robust估计,明显改善海底大地电磁探测数据质量,得到满意的观测结果.     

深水大地电磁数据采集的若干理论要点与仪器技术

深水环境下进行大地电磁数据采集,信号幅值微弱,高频分量被严重衰减;仪器承载的环境压力巨大,且伴随底流推曳、淤泥吸附等不利因素;海上作业情况复杂多变,带给设备投放与回收诸多困难.针对这些特殊问题,从理论上分析了大地电磁场在海水及其以下层状介质中的传播规律,计算了电场与磁场随不同水深的衰变比值,研讨了与仪器上浮速度相关的物理因素;从技术上阐述海底大地电磁仪的工作原理,包括信号传感器、数据采集器、声控释放单元以及机械组装部件等等.整套仪器信号分辨率达到nV级,频带宽度为10~0.3×10-3 Hz,最大工作水深4000 m.该仪器搭载“海洋六号”科学考察船,在我国南海中沙群岛海域进行了国内首次深水环境下的大地电磁数据采集试验.结果显示,所研发的仪器性能指标吻合先前的理论推算值,达到设计要求.我国的海底大地电磁探测技术已完全享有自主的知识产权.     

基于VC++大地电磁数据处理软件开发

研究了GDP大地电磁系统AVG的数据格式,根据实际需要、结合先进的计算机技术和当今比较流行的Visual C++6.0开发工具开发了相应的软件—GDP大地电磁数据处理软件,其中主要功能有：(1)多类型参数数据的曲线显示、参数值的实时显示以及读取存储功能;(2)可视化数据编辑功能;(3)电阻率深度提取功能.笔者在软件系统的设计中,嵌入了模块化思想,为今后完善和移植GDP大地电磁系统数据处理软件奠定了基础.最后通过GDP大地电磁系统数据处理软件对青海某矿区的实测CSAMT资料进行校正处理,效果明显,说明GDP大地电磁系统数据处理软件有较强的实用性.     

渤海海域典型场地土的动力学特征

文中通过收集已完成的近40个海洋平台的工作报告中的钻孔资料,通过室内振动三轴试验,整理出372渤海原状土样动力学测试的原始数据,进行归纳分析,利用数理统计学的方法给出渤海海域内不同类型土体、不同埋深的动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化的平均曲线及推荐值。并以三种典型土类为例,将统计值与规范值、推荐值进行比较分析,得到了非常有价值的结论。本文的结果可供渤海海上工作无试验资料和今后修订渤海海上土动力学参数规范值时参考使用,对工程抗震和地震安全性评价也具有一定的借鉴意义。     

大地电磁法三维共轭梯度反演研究

Based on the analysis of the conjugate gradient algorithm, we implement a threedimensional （3D） conjugate gradient inversion algorithm with magnetotelluric impedance data. During the inversion process, the 3D conjugate gradient inversion algorithm doesn＇ t need to compute and store the Jacobian matrix but directly updates the model from the computation of the Jacobian matrix. Requiring only one forward and four pseudo-forward modeling applications per frequency to produce the model update at each iteration, this algorithm efficiently reduces the computation of the inversion. From a trial inversion with synthetic magnetotelluric data, the validity and stability of the 3D conjugate gradient inversion algorithm is verified.     

海底MT探测仪器的结构可靠性设计

海底大地电磁探测仪器在严酷的海洋环境下工作．为保证海上作业的效率和海底探测的成功率,一方面应注意尽量小仪器的重量和体积,同时也应保证其结构的可靠．在高可靠度前提下求得最省的材料用量是本仪器系统的设计目标．根据可靠性设计理论,通过对仪器的主要结构部件进行力学验算,从抗压、抗拉、抗剪以及抗变形等技术角度确定出各结构部件的材料配置．海洋试验的结果表明,本仪器系统的结构可靠性设计方案基本合理。     

大地电磁场成像方法综述与新进展

对电磁场成像技术进行了系统总结，分析阐述了大地电磁场成像技术的研究现状与存在问题，并对各种方法的特点进行了比较和归纳，进而在Zhdanov等对偏移电磁场的研究和成像技术基础上提出了改进的有限差分法大地电磁场偏移成像技术，该方法提高了差分方程的精度和成像分辨率，并对客观选取背景电导率、两种极化模式联合成像、多参数和再次成像以及全频段成像和成像结合反演技术进行了研究。     

白云深水崎岖海底区时深转换方法探讨

深水已经成为世界范围内油气勘探开发的热点领域.南海北部深水区石油地质条件优越,勘探潜力巨大.但由于陆坡区水深急剧变深,峡谷纵横,水道复杂,形成了海底非常崎岖的地形地貌,这种崎岖海底严重影响了其下覆地层的地震成像,并造成了构造形态的严重崎变,时间构造图无法反映构造的真实形态.本文提出了两种消除崎岖海底影响的方法.叠前深度偏移技术是解决复杂地质问题,实现复杂构造准确偏移成像的有效途径;移动平均时深转换方法直接对时间构造图进行转换,方法简单实用.实际应用表明,两种方法相互验证,是目前最佳方案,可以达到目前勘探精度的要求.     

Analysis on statistic characteristics of magnetotelluric signal

For magnetotelluric sounding (MT), many processing methods based on power spectrum have put forward lots of hypotheses, such as MT signals are Gaussian, linear and minimum-phase. If practical signals do not satisfy these requirements, the results will have a few problems as follows. Firstly, when signals are non-linear and non-Gaussian, the information of the earth contained in the MT signals cannot be sufficiently extracted; Secondly, when signals are non-Gaussian and non-minimum phase, the processed results cannot reflect the minimum phase characteristics of the signals. Hence, it is necessary for us to do further research on characteristics of MT signals (YAO, SUN, 1999; LI, CHENG, 2002; Nikias, Petropulu, 1993; ZHANG, 1996). Otherwise, we cannot judge the reliability of the processed results based on power spectrum.     

PRC_MTMV和EMTF在长周期大地电磁数据处理中的应用

长周期大地电磁信号强度弱,频带宽,容易受到多种噪声的干扰,观测数据不满足加性、平稳和最小相位特性.因而,其数据处理仍有较多难点.常规的大地电磁数据处理方法是相似的,其主要差别是在时域或频域压制噪声、提高信噪比的数学方程和算法不同.为了提高数据处理的可靠性,拓宽方法的选择范围,本文介绍了广泛使用的PRC_MTMV和较少使用的EMTF两套软件系统的处理原理、参数配置以及用于处理长周期大地电磁资料的基本流程.利用两套系统对实测数据进行处理,对比发现,PRC_MTMV处理得到的视电阻率和相位曲线总是比EMTF的曲线平滑;EMTF的远参考处理对视电阻率曲线高频部分有较大的改善,说明EMTF能够有效克服磁场干扰;将同一测点长周期和宽频测深曲线拼接,二者的效果是相当的,表明EMTF能够满足需要并用于处理长周期大地电磁数据.