基于广义S变换的大地电磁测深数据处理

S变换是一种优于短时傅里叶变换和小波变换的时频分析方法.采用广义S变换进行大地电磁场时间序列频谱分析,一方面能够提高对电磁噪声成分的时间定位能力,便于实现电磁噪声的滤波处理;另一方面可以增加频谱系数的个数,从而改善大地电磁阻抗张量元素的统计特性.本文从广义S变换和大地电磁测深数据处理方法的原理出发,给出了采用叠加窗函数的离散广义S变换形式,讨论了广义S变换窗口宽度比例因子、窗口宽度与可提取频谱系数个数之间的关系,定义了利用离散广义S变换时频谱计算大地电磁场分量功率谱公式;在此基础上,研究了基于S变换时谱频的大地电磁测深数据ROBUST处理方法.最后,通过实测资料进行方法检验,结果表明本文方法比短时傅里叶变换处理效果更好,并且有利于识别和压制电磁噪声.     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

平潭海峡大桥海上地震勘探

全长3478m的平潭海峡大桥是一大型桥梁工程, 桥位自然条件恶劣, 工程地质条件复杂.为了克服浅层水域常见的电火花震源激发频率高、能量衰减快、探测深度浅等不足, 采用工程地震仪和振动冲击震源在海上开展地震反射波勘探工作, 结合地质钻探工作, 查明了桥址区的地层岩性分布、地质构造等工程地质问题, 为桥梁建设提供了重要的地质依据.工程应用表明: 在地球物理条件不利的情况下, 获得了较清晰的地震反射波, 其有效波主频为200Hz左右, 是水域工程地震勘探经济环保、简单有效的工作方法之一.      

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.     

热脉冲式包气带微流速监测系统研究和室内试验

本文介绍了热脉冲式包气带微流速监测系统的原理研究、硬件设计及其标定和室内模拟试验.该监测系统理论上应用了线状热源热传导方程的两个阶段:计算微流速采用的是热传导方程的稳态阶段;计算热导率和土壤含水率用的是方程的非稳态阶段.监测系统前端机的研制着重介绍了硬件设计.室内模拟试验为饱和砂土的室内对比试验,流速值从18～485mm/h.实验结果显示系统的测量值和实际值能很好的吻合.     

基于有限差分正演的带地形三维大地电磁反演方法

本研究实现了一套基于有限差分（FD）方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵（参数二次导数矩阵）的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.     

大地电磁法三维快速松弛反演

实现大地电磁法快速三维反演的关键在于找到快速计算灵敏度矩阵的方案. 本文在对大地电磁三维张量阻抗表达式进行深入分析的基础上，获得了三维快速松弛反演算法的灵敏度函数表达式，解决了三维快速松弛反演的核心问题；为了减小反演解的多解性，针对三维问题定义了最小构造函数，实现了求最小构造的三维快速松弛反演算法. 对二维棱柱体、三维棱柱体理论模型的大地电磁合成数据进行了反演试算，反演结果与理论模型相吻合. 对日本Kayabe地区实测资料进行了XY模式反演，反演得到的地电模型较好地反映了地热资源的分布. 反演试算结果表明大地电磁三维快速松弛反演具有计算速度快、结果稳定可靠等特点；使三维快速松弛反演在普通微机上得以实现.     

藏北高原主要断裂带电性结构特征

对600线的部分测点及2100线的全部测点构成的五道梁—绿草山大地电磁深探测剖面进行了二维非线性共轭梯度反演,得到青藏高原中北部二维电性结构模型.根据该电性结构模型,结合研究区域重、磁及区域地质资料推断了青藏高原中北部主要断裂的位置、产状和切割深度等信息.研究结果表明,青藏高原中北部发育有F1—F16一系列深断裂.其中,F1(苟鲁山克错—囊谦断裂带)和F9(乌兰乌拉湖—玉树断裂带)共同构成金沙江缝合带的北界,是松潘—甘孜—可可西里地块与羌塘—唐古拉地块的分界线;F4、F10—F12共同构成昆仑断裂带,F4(阿尼玛卿断裂带)是南部松潘—甘孜—可可西里地体和北部北昆仑-柴达木地体的分界线;F6、F13—F16为柴北缘断裂带,由南倾的岩石圈深断裂F6和一系列产状相背、北倾的逆冲断裂F13—F16所构成;F7和F8可能反映岩石圈内产状平缓、隐伏的滑脱构造形迹.     

中亚造山带东段岩石圈电性结构特征及其构造涵义

中亚造山带东段内蒙古中部地区一直是地球内部动力学和全球变化研究的热点地区。鉴于该地区的构造在理解中亚造山带的形成过程中起着重要作用,因此对该地区构造的研究具有重要意义。本文收集了中亚造山带东段一条长364 km的大地电磁测深(MT)剖面数据,该剖面西北起于内蒙古东乌旗内的国境线附近,向东南延伸,穿过北部造山带、索伦缝合带、南部造山带,在内蒙古翁牛特旗以西约30 km附近终止。根据数据的分析结果,对该剖面进行了二维反演。结果表明,剖面区段内岩石圈电性结构沿南北方向上整体表现为横向分块的特征。其中,北部造山带整体上以低阻为主要特征;索伦缝合带是整个剖面电性特征从低阻到高阻的过渡区;南部造山带整体上以高阻为主要特征。北部造山带的低阻特征表明该区域是不稳定的,可能是由古亚洲洋闭合后残留洋壳或者软流圈上升流引起的。索伦缝合带的电性结构特征表明该区域可能在缝合之后还发生了新的构造事件。南部造山带的高阻特征表明该区域基底是稳定的、“冷”的,且流体含量很低,电性结构的几何特征反映了该区域增厚的岩石圈。剖面所经过区域的电性结构特征表明,在西伯利亚板块与华北板块碰撞缝合之后研究区内可能还发生了诸如软流圈流...     

利用慢衰减高频电磁波的逆散射进行电磁法测深的可行性理论研究

常规电磁法测深一般是利用低频电磁波来进行探测,分辨率很低,无法满足测深要求。慢衰减电磁波是一种利用特殊函数作为波源来实现的高频电磁波,它除了具有衰减慢的特点外,还具有波束窄、能量集中的特点,在军事和通信领域已经得到了广泛的应用。慢衰减电磁波的衰减比一般电磁波慢,可以实现较大的探测深度;由于它的频率高,可以实现较高的分辨率。因此,可以利用它来进行地球物理探测。着重论述了利用慢衰减电磁波的入射波和散射波的振幅关系,以及电磁波的走时关系反演地下介质参数的基本原理及方法,同时,针对火成岩、变质岩和沉积岩,通过正演理论计算,说明了慢衰减电磁波测深的可行性。