基于相关辨识的逆重复m序列伪随机电磁法

分析了变频法和2n系列伪随机电磁法的场源信号特点,提出了基于相关辨识的逆重复m序列伪随机电磁法.逆重复m序列伪随机信号具有与白噪声类似的自相关函数,在频带内,频谱等间距均匀分布.由Wiener-Hopf方程,分析了逆重复m序列伪随机相关辨识大地系统冲激响应的原理.理论证明,合理地选择产生逆重复m序列的几个参数可以很好地压制各种干扰,高精度地辨识大地系统.讨论了影响测量精度与勘探分辨率的信号参数设计原则,为进一步研制具有自主产权的高分辨精细电磁勘探仪器和方法奠定了基础.     

伪随机编码源电磁响应的精细辨识

与传统阶跃源激励方式相比, 采用m序列伪随机编码对发射源波形进行编码, 提高了电磁探测的深度和分辨能力.然而受这种编码源发射波形自相关旁瓣效应的影响, 使得对大地冲激响应的精细辨识效果受到一定限制.为了解决这一问题, 在以往相关辨识方法研究的基础上, 进一步考虑发射自相关旁瓣的影响, 首先提出一种由收发互相关中高精度提取大地冲激响应的数学方法; 然后通过数值模拟给出了m序列编码源大地冲激响应的精细辨识结果; 同时对以m序列为发射波形的勘探系统相关参数选择进行了分析; 最后利用本文提出的方法对野外实测数据进行辨识处理, 通过与其他EM方法结果进行对比, 证明了本文提出方法的可靠性.     

瞬变电磁测深中数据处理偏差及修正方法研究

瞬变电磁测深方法中通常采用阶跃波激励方式的模型进行处理,但在实际应用中,为了便于重复观测,一般采用方波形式进行激励,而依然采用阶跃波模型进行数据处理和解释.这种处理方式理论上是存在比较大的偏差.为了修正这种偏差,本文通过理论计算,建议采用单脉冲电磁测深方法来处理方波激励源的电磁测深结果.通过实例分析,得知该方法可行.     

基于m伪随机序列的电磁法抗噪能力分析

电磁法在金属矿、油气资源等矿产的勘探中发挥重要作用,同时电磁干扰也越来越强,在强干扰区利用传统的抗噪方法很难再获取高信噪比信号.鉴于伪随机序列的抗噪能力,近年来国内正在掀起伪随机编码仪研制的高潮.伪随机序列的抗干扰能力与从伪随机响应中提取方法息息相关,本文介绍了两种最常用的提取大地脉冲信号的方法:第一种通过将时间域信号转到频率域,对电流归一化处理后,再转回时间域求取大地脉冲响应;第二种直接在时间域解Wiener-Hopf方程求取.研究表明,在无干扰情况下两种提取方法都可获得高精度大地脉冲信号.随后在具有噪声干扰的情况下,对两种方法提取结果的精度进行了对比分析,表明方法2的抗噪声能力明显优于方法1的,对造成这种状况的原因进行了解析.最后研究了提高伪随机序列抗噪能力的方法,主要包括提高伪随机序列阶数、针对不同噪音使用不同的编码方式、改变循环次数的方法等,以达到抑制噪声的目的.     

基于逆重复m序列信号的岩矿石电性参数采集方法研究

归纳总结了岩矿石电性参数实验过程中激励场源性质与实验装置类型,提出基于伪随机逆重复m序列信号为激励场源的实验方案,进而设计了新的观测装置.发送机产生的伪随机信号序列采用恒流源形式输出,频带宽度为1.0×10-3～1.0×104 Hz;接收机采用FGPA+ARM架构进行数据记录,在对比变频法、2n 伪随机序列与逆重复m序...     

阻尼系数对瞬变电磁观测信号的影响特征

通过对瞬变电磁接收线圈等效电路的深入分析,研究了接收系统分布参数与阻尼系数之间的关系,研究了不同阻尼系数瞬变电磁接收系统的性能特征：幅频特性、截止频率、冲激响应及阶跃响应,探讨了接收系统对地下地质体瞬变响应信号的影响特征,最后给出了实时计算临界阻尼电阻的方法.     

相关辨识抗干扰性的再认识

近年来,基于伪随机信号系统辨识的电法勘查仪器受到广泛关注.教科书和许多文献都指出,伪随机信号系统辨识的突出优点是通过对伪随机信号观测数据的相关处理(即所谓"相关辨识"),具有很强的抗干扰能力.笔者在研制伪随机信号激电仪的过程中发现,相关辨识的抗干扰性并不理想.本文基于仿真模拟和野外试验结果,讨论了相关辨识的抗干扰性.结论是利用全周期相关函数值计算大地(系统)频率响应的伪随机相关辨识,不具有明显增强的抗干扰性.文章分析了其原因.     

电磁勘探中工频噪声采集技术研究

电磁法是对地探测的支柱技术,随着经济和社会发展,电磁干扰日益严重,极大地的影响了对地探测效果,亟需研发工频电磁干扰快速测试分析技术和仪器,为电磁探测测点选择提供依据;本文开发了一套环境电磁噪声测量装置,可实时记录电磁场总场强度与工频基波及其二次、三次谐波振幅强度,实验表明6套实验样机一致性数据Pearson相关系数达0...     

海底油气藏及天然气水合物的时频电磁辨识

提出了伪随机多频海洋电磁法观测方案.采用伪随机多频信号作为激励场源,多偏移距同线偶极-偶极同时观测,相关辨识海底地电系统的频率特性和冲激响应,可以在时间域和频率域同时辨识海底高阻薄层.在时间域,瞬变冲激时刻可以直接指示海底地层电导率的变化;在频率域,利用多个频率的电场响应计算的频散率及其道闻变化量,相对相位道间变化量对高阻薄层有很好的反映.从而实现对海底油气及天然气水合物的多参数辨识.     

地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响

基于电磁理论,导出了层状球体大地条件下长周期大地电磁响应的计算公式,编制了计算机程序,并对相应理论模型进行正演计算。根据计算结果,分析了地球曲率对长周期大地电磁测深法视电阻率和阻抗相位的影响。理论模型的计算结果显示,随着探测周期的增大,地球曲率对长周期大地电磁响应的影响逐渐增大,视电阻率曲线会明显下降,阻抗相位曲线逐渐趋于90°;在一维情况下,对于目前的仪器测量范围可以忽略地球曲率带来的影响,但随着仪器技术的进一步发展,地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响不可忽视。     

时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟

近年来很多专家学者致力于时间域航空系统正反演的研究.本文针对一维均匀层状介质和三维模型进行正演.不仅计算垂直方向上的电磁响应,还计算了同线方向上的电磁响应,为航空电磁多分量观测提供理论依据.通过比较航空电磁系统的脉冲响应和阶跃响应特征,发现脉冲响应在早期时间存在奇异性,造成计算不稳定.然而,阶跃响应在早期时间没有奇异性,因而利用系统的阶跃响应可得到一种计算时间域航空电磁系统全时响应的稳定算法.该算法具有较高的精度,并很好地保持了磁场强度B和磁感应dB/dt关系的一致性.该算法推广到三维地质体的时间域正演模拟亦取得很好的效果.     

井中磁源瞬变电磁响应特征研究

井中瞬变电磁波勘探是一个全空间地球物理场问题.采用Gaver-Stehfest逆拉氏变换方法,正演计算了瞬变信号激励下接收线圈上的电磁场响应.分析了包含井眼泥浆、套管、水泥环和地层的轴对称多层介质模型的电磁场响应特征,考察了各层介质参数对井中瞬变电磁响应的影响.不同电导率井眼泥浆的电磁场响应衰减曲线表明,井眼泥浆电导率的变化对井中瞬变电磁响应的影响极小.不同套管几何参数的电磁响应数值模拟结果显示,套管内径变化对电磁响应有较大影响;在套管厚度变化的端点处,电磁响应存在明显异常.通过对不同套管磁导率电磁响应特征的讨论,认为套管磁导率参数对电磁响应有重要影响,套管相对磁导率越高,电磁波信号越难穿过套管,响应信号幅度越低.最后,对不同水泥环参数的电磁场响应进行了数值模拟,发现对于低导地层,低阻水泥环会产生较大的测量误差;而对高导地层,水泥环厚度参数对响应信号影响可忽略不计.     

高频电磁测深在地下热水勘探中的应用

高频电磁测深法是一种利用天然高频电磁场作为场源的电磁勘探方法,具有高分辨率和相对直流电法较深的勘探深度的特点,特别适合中浅层地热和地下水勘探。本文介绍了一个应用高频电磁测深评价地下热水资源的一个成功实例。野外数据采集采用了高频电磁测深系统MT-U5A,采用远参考技术,以保证数据采集质量。高频电磁测深资料二维反演成像处理结果较好地描述了地下热水的空间分布范围,为查明该区的地下热水的来源提供了较有利的证据。     

The application of the high-frequency electromagnetic sounding method in the exploration of underground thermal water

High-frequency electromagnetic sounding is an electromagnetic exploration method using the natural high-frequency electromagnetic field as a field source. It has higher resolution and greater depth penetration than the direct current method and is especially fit for geothermal energy exploration and low- and mid-level groundwater detection. We introduce a successful application of high-frequency electromagnetic sounding for evaluating geothermal water resources. The high frequency electromagnetic system （MT-USA with a frequency range from 10 KHz to 1 Hz） is first applied to sample field data from China. A remote reference station is used to assure sampled data quality. We then perform 2D inversion image processing with the electrical method data. The results basically indicate the spatial distribution of underground geothermal water and provide favorable clues to finding the sources of the subsurface geothermal water in this area.     

伪随机编码源激发下的时域电磁信号合成

将伪随机编码技术引入到人工源电磁法后,可以通过加大发射功率以及应用后续的相关处理技术来达到压制噪声、加大探测深度及提高分辨率的目的,因此引起了越来越多学者的关注及研究,但大多数研究集中在资料处理的相关技术上,对模拟电磁信号关注较少.然而,资料处理工作大多是从电磁信号出发的,模拟伪随机编码源激发下的电磁信号不但可以为资料处理环节提供理论数据,而且可以为检测资料处理的效果提供中间结果,因此,模拟电磁信号工作必不可少.本文根据获得接收信号的物理过程来实现伪随机编码源激发下的电磁信号合成.首先用解析公式获得特定地电结构的大地频率域响应,然后通过余弦变换得到时间域阶跃响应,接下来用阶跃响应的时间导数得到大地脉冲响应,通过将大地脉冲响应与伪随机编码源的褶积得到理想接收信号,最后,用低通滤波器来模拟发射设备和接收设备的频带限制,将之和噪声一起加到理想接收信号上,最终模拟出仿真的合成信号.通过和野外实际接收信号对比发现本文合成信号仿真度较高,可以服务于后续的数据处理环节.     

电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像

电性源地空瞬变电磁法具有工作效率高、勘探深度大、采集信号信噪比高、适用于地形地质条件复杂地区等优点.但是,到目前为止,由于尚未建立起该方法的解释系统,大大制约了该方法的发展.本文旨在建立起完整的地空电磁探测系统,丰富整个探测系统的理论.本文围绕地空瞬变电磁法全域视电阻率定义、瞬变电磁虚拟波场的克希霍夫偏移成像、逆合成孔径成像方法三个科学问题进行了系统研究.提出了用磁场强度定义全域视电阻率的迭代算法,理论模型试验结果表明计算出的视电阻率曲线首支趋于第一层电阻率,尾支趋于最后一层电阻率,实现了全空域、全时域视电阻率的计算;在先前研究的基础上,实现了适合电性源地空装置的瞬变电磁虚拟波场的克希霍夫偏移成像;采用相关迭加技术,实现孔径内多测点数据合成,将传统的单点处理方式发展成为逐点推移多次覆盖的逆合成孔径处理方法.层状模型试验表明:(1)全域视电阻率能够光滑、完整、渐变地反映出模型的电性信息变化;(2)当改变三层模型中间层电阻率时,全域视电阻率曲线随着参数的改变分异明显,对电性层的识别容易且直观;(3)由于在电阻率计算中同时考虑了接收机高度、偏移距、时间等各参数的影响,全域视电阻率可实现全空域、全时域的视电阻率计算.含水采空区的复杂模型算例表明:(1)根据不同测线的全域视电阻率结果可以看出,在靠近采空区的位置,全域视电阻率断面可以清晰地反映出采空区的空间位置,随着测线离采空区越来越远,采空区异常越来越弱直至消失;(2)波场变换和偏移成像的结果显示存在两个电性差异较大的界面,上界面指示地表,由于空气和大地之间的电性差异较大,故该界面波场信号反映强烈,遍布整个区域,下界面异常信号则主要集中在中部,向外逐渐减弱,指示采空区;(3)逆合成孔径成像结果表明地表界面在合成前后没有变化,而采空区异常合成后范围明显变小,且异常边界清晰,指示的采空区位置与模型吻合很好.本文借助于逆合成孔径雷达成像的基本思想,建立了一套电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像方法.基于反函数思想结合迭代算法提出的电性源地空瞬变电磁法的全域视电阻率定义方法,实现了全空域、全时域的视电阻率计算;借鉴瞬变电磁拟地震偏移成像算法,实现了瞬变场的三维成像;借鉴逆合成孔径雷达的思想,提出电性源瞬变电磁地空逆合成孔径算法,进一步提高了成像的分辨率.采空区模型算例表明相关叠加合成确实具有增强有用信号、提高信噪比、提高分辨率的诸多优点,证实了瞬变电磁地空逆合成孔径成像方法的有效性.     

时空阵列混场源电磁法理论及模拟研究

针对电磁勘探中的混场源输入条件,提出了一种时空阵列混场源电磁勘探方法.假设输入端同时包含天然电磁场源和可控人工场源,输出端进行多站同步观测;基于多输入-多输出系统的分析方法,推导了混场源条件下的时空阵列方程组.提出了系统响应的求解策略,一次性获得所有同步测道对各个场源独立激励时的响应,并分别求取了大地电磁法及可控源电磁法的各种解释参数.在此理论基础上,设计了针对性的施工方案;可控人工场源的选择形式多样,其类型、数量、激励方式及布设位置等不受限制,所有场源的激励可同时进行,无需分步;测区内各测站的布设方式灵活,可根据需要布设单分量测道或多分量测道;同时在测区外布设张量远参考站.利用数值模拟方法,论证了方法的有效性,并与常规方法进行了对比.结果表明,本方法不仅可提高人工场响应的处理精度,还具有一次野外数据采集,可同时获得天然场及人工场电磁响应结果的突出特点,进而提高采集效率,压制噪声影响;本方法集合了天然场源电磁法和人工场源电磁法的优点,为实现不同类型频率域电磁测深方法数据的统一处理提供了思路.

     

利用煤体破裂电磁信号进行局部震源定位方法研究

准确预测煤岩破裂震源方位,确定采掘工作面重点灾害区域,可以使煤岩动力灾害防治措施更为有效.根据煤岩变形破裂电磁效应规律和电磁波基础理论,提出了一种利用电磁信号能量来确定局部震源方位的方法,并通过实验室定向接收实验和平煤十矿现场测试验证该方法的有效性.结果表明,电磁信号强度随着煤岩体应力状态变化而变化;两个正交天线接收的电磁信号能量分别与各自接收夹角余弦值的平方成正比,利用此比例关系可以确定震源的方位;电磁信号定位方法与静态指标法预测局部区域危险性具有较好的检验一致性.研究成果为煤岩动力灾害重点灾害区域的判定提供依据.