基于电导率加权平均法的频率域航空电磁三维谱元正演模拟研究

三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来,谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中,其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而,常规谱元法在处理每个离散单元时,通常赋予其单一的物理属性,导致在模拟复杂模型时仍需采用精细网格以满足模型离散需求,对复杂模型的适用性存在不足。鉴于谱元法基函数的高阶性,提出了一种基于电导率体积加权平均的谱元法。该方法将物理模型离散化与数值网格离散化相分离,实现了对单元内物理属性变化的精细描述,同时避免了正演方程未知数数量的增加。以频率域航空电磁三维正演为例,对改进的谱元法的精度与效率进行了分析。数值算例结果表明,改进的谱元正演算法能够在保证不低于常规正演算法精度的前提下,减少所需的自由度,从而提高计算效率。

多源频率域地震勘探技术及应用

在城市地球物理勘探中,因受到城市中各种强电磁机械干扰和交通建筑阻隔,诸多地球物理勘探技术勘探效果不佳。本文基于瞬态面波、微动台阵和微动谱比,采用多点三分量低频传感器获取的多源频率域地震数据,综合提取两种特征曲线后进行联合反演,实现融合3种技术的多源频率域地震勘探。其中,提出了双源综合频散谱提取技术、双源特征曲线联合反演技术和基于非均匀介质的等效均匀介质正演技术,勘探成果的精度和效率均得到了提高,在工程实践中得到验证。

基于等值反磁通装置频率域电磁法研究

人工源近区频率域电磁法具有轻便、分辨率高及抗干扰能力强等优点,但提取地质体二次场响应难题困扰了该方法推广应用。基于等值反磁通原理提取二次场响应,首先,推导出了基于等值反磁通原理的频率域近场垂直磁场响应的表达式;然后,采用层状介质与均匀半空间介质的垂向磁场同相分量的比值定义视电阻率,并计算了典型层状介质垂直磁场的频率响应;最后,通过试验对比时间域与频率域方法对浅埋藏铝板的异常响应。研究结果表明:基于等值反磁通原理能够有效提取近场频率域二次场信号,近场垂向磁场的同相分量与大地电导率的二次方成正比;垂向磁场同相分量的比值定义视电阻率能够清晰反映A型、Q型、H型及K型地电断面的特征。

时频电磁法频率域视电阻率求取方法研究

时频电磁法(TFEM)是一种应用于油气勘探领域,可同时实现时间域和频率域电磁一体化勘探的可控源电磁方法。本文引入水平电流场源定义的广义视电阻率,结合TFEM的发射源特征,实现TFEM频率域视电阻率的求取;分析不同偏移距、发设距水平电场振幅和视电阻率特征,验证了方法的可行性。TFEM频率域视电阻率的求取和基于模型的研究,为TFEM勘探采集参数的设计和采集数据的处理提供科学的借鉴和参考。

基于同步提取变换的地空频率域电磁信号幅度提取方法

地空频率域电磁法探测信号为多频非平稳信号,为了解决应用传统傅里叶变换方法提取其幅度时分辨率较差的问题,本文提出了基于同步提取变换(SET)的地空频域电磁信号幅度提取方法。该方法对电磁数据进行SET,得到高分辨率时频图,并利用能量算子使电磁数据时频谱能量更为集中;采用贪心算法提取脊线,得到时频图的高能量带;通过自回归模型自适应地补充了脊线中的0值,解决了由窗函数引起的端点效应问题。根据脊线位置的时频图复数值,得到各频率分量幅度随时间的变化,研究了不同信噪比情况下基于SET的地空频率域电磁信号幅度提取结果的准确性。结果表明:当信噪比≥10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差均小于5%;当信噪比<10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差在10%以内。提取效果良好。将此方法应用于新疆霍拉山隧道工程地空频率域电磁法探测中,成功提取了多频电磁信号各频率分量的幅度,与采用傅里叶变换提取非平稳信号幅度的方法相比,该方法有效地提高了幅度提取结果的分辨率。

基于位移逆有理Krylov子空间算法的频率域可控源电磁快速正演

本文开发了一种双重复极点位移逆(SAI)有理Krylov子空间算法,实现了频率域可控源电磁法(CSEM)多频电磁场值的快速计算.在有理Krylov子空间算法中,极点选择是保障CSEM正演精度的关键,单重复极点有理Krylov子空间算法在频率域可控源电磁法应用最为广泛,但其缺点在于正演计算频段范围有限,增加极点个数能够获取更宽频段响应.为此,立足于有理Krylov子空间基本理论,推导了多重复极点位移逆算法Rayleigh商一阶秩修改公式,并利用该模型降阶算法开展了可控源电磁法正演模拟.另外,本文利用粒子群算法求解多极点收敛率函数,可以快速获取最优多极点,从而确保正演模拟精度.相比于单重复极点,多重复极点位移逆算法会增加极点计算时间,但能在更宽的频率范围内准确计算电磁场值.根据频率范围选定合适的极点后,该方法仅需要求解与极点数相同的多个线性方程组,通过场源项和系数矩阵求得有理Krylov子空间,再将正演算子投影到有理Krylov子空间中,显著降低正演算子的自由度,提高多频正演的计算效率.设计了均匀半空间和块状异常模型,并开展了算法测试,计算结果表明:在保证精度的情况下,相比于常规矢量有限元算法,单重复极点、双重复极点位移逆模型降阶算法的加速比超过10倍以上;双重复极点位移逆模型降阶算法总体计算精度要优于相应的单重复极点算法,且具有更宽的计算频带.

基于频率域可分离卷积的遥感图像道路分割方法

遥感图像中分割道路是一个具有挑战性的课题。以前大多数方法都依赖于卷积神经网络,但这些网络模型很难捕获长距离的特征信息。以全局视野著称的注意力机制却拥有着较高的计算负担。频域下的卷积提供了一种新颖的长范围特征捕捉机制,并且可以通过引入非对称卷积结构实现低代价的计算成本。基于此,该文提出了一种基于遥感图像的道路分割网络模型——轻量级可分离傅里叶滤波U形网络(LSFU-Net)。LSFU-Net整体采用了经典U-Net模型的结构,并由频域特征提取块作为基本模块组成。频域特征提取块中主要采用了可分离复数卷积,其实现了模型参数量压缩和模型特征提取能力增强。在马萨诸塞州道路数据集上和DeepGlobe道路数据集上的实验结果表明,LSFU-Net在较小的参数量下,表现出了优异的分割效果。

2.5维频率域可控源电磁法水力压裂监测正演模拟

水力压裂技术在非常规油气资源开采过程中发挥着重要作用,水力压裂监测对指导生产具有重要意义。目前广泛应用的微地震监测不能准确获得水力压裂的有效压裂体积参数,而电磁法对低阻体反应灵敏,可以用来监测裂缝的空间特征和扩展范围。采用频率域可控源电磁法(CSAMT)对水力压裂模型进行了正演数值模拟,详细推导了2.5维CSAMT有限元计算方程并实现了正演数值算法。通过数值解与解析解的对比,验证了算法的可靠性。分别对发射源靠近井口和发射源远离井口两个水力压裂模型进行了数值模拟。为了考察压裂前、后的相对变化,分别求取了各压裂段与仅含套管时的视电阻率相对差异和相邻两个压裂段的视电阻率相对差异。研究结果表明,随着压裂进程的持续,视电阻率的相对差异曲线的极值会朝着裂缝新生成的方向发生偏移,其移动的范围与裂缝的位置具有良好的对应关系,故可以根据视电阻率的相对差异曲线极值的位置对裂缝进行大致定位。根据对视电阻率残差拟断面图的分析可知,在裂缝所对应的位置处,视电阻率产生了足够大的残差数值,虽然由于场源的影响,异常区域的中心与裂缝的中心位置并不一一对应,而是稍微偏向裂缝远离场源一侧的方向,但是可以根据相邻两个压裂段的视电阻率残差结果对裂缝的位置进行初步定位。研究结果表明,频率域可控源电磁法对于水力压裂的裂缝定位是可行的,可以为水力压裂电磁法动态监测提供理论方法和技术支持。

频率域属性含气性检测技术研究及应用

地震波散射能量的研究表明:如果岩石中含有油气,将会导致地震波的速度频散或者传播能量的衰减,这些不规则的衰减或频散对烃类指示非常有用。除了孔隙介质速度频散和衰减,还伴生了两种现象:反射系数变化和低频伴影,利用这两种现象进行含气性检测为近年来的新方法。介绍了四种频率域含气性检测方法,并在不同地区及层系开展了方法应用,结果显示各方法的预测结果与已钻井或沉积相带吻合较好。

基于频率域电磁法的城市地下金属管线无损探测技术

研究设计了一种地下金属管线电磁探测系统,利用双向同步控制和数字图像处理技术实现对管线位置、深度、种类等信息的探测和分析。通过锁相放大技术提高灵敏度并抑制噪声干扰。实验证明该系统可靠可行,不同位置的金属管具有不同的振幅和相位差,二次场信号随水深增加而减弱。该方法为城市金属管道无损检测提供了新的思路和方法,有望在实际应用中发挥重要作用。

半航空频率域电磁法针对铁路勘察的研究进展

随着我国铁路网的不断扩展,在高原及艰险山区构建铁路网已成必然。然而,因地势陡峭,部分线位人员无法抵达,常导致关键勘察数据缺失。为解决这一问题,从传统地面勘察转向空中,采用地球物理技术与无人机技术相结合的半航空频率域电磁法。针对高原艰险山区长大深埋隧道的勘察需求,团队自主设计研发了半航空电磁硬件系统,通过与地面方法的同精度对比验证,其结果一致性达到90%以上。该技术成功应用于某隧道测区的勘察任务,弥补了因地势陡峭导致的勘察数据空白,有效降低了勘察成本,显著提高了工作效率,为我国铁路勘察工作提供了新的技术路径与方法。

基于广义坐标变换的起伏地表频率域波动方程正演模拟与逆时偏移

高效精确的波动方程正演模拟是地震偏移成像和参数反演的核心,频率域的有限差分方法在正演模拟具备一定优势,包括能够在多震源模拟中计算效率更高,在选择网格间距时更具有灵活性等.然而,这种方法在处理起伏地表问题上较为困难.为了解决起伏地表情况下的频率域波动方程正演模拟与逆时偏移问题,我们提出通过建立广义坐标系,利用传统笛卡尔坐标系到起伏地表坐标系的映射关系,在起伏地表条件下高精度地模拟地震波传播波场.在此基础上,进一步讨论了实现频率域逆时偏移的可行性.并使用均匀模型和Foothills模型的数值测试来验证本文方法基本流程的有效性和计算效率.结果表明,在进行复杂地表场景的频率域地震成像和反演时,本文方法具有作为正演建模求解器的潜力.

基于近似解析离散化算子的频率域弹性波全波形反演方法

全波形反演是一种利用地震波传播的动力学特征来获取地下介质物性参数的反演方法,可为揭示地下精细结构提供重要依据。本文以弹性波方程作为数学模型来模拟地震波传播规律并进行相应的反演方法研究。为提高计算效率与反演结果的准确性,可将近似解析离散化(NAD)算子用于频率域弹性波方程的正演模拟。本文在频率域NAD离散的基础上推导阻抗矩阵的稀疏分块结构与反演目标函数对模型参数的梯度计算公式,由此建立基于NAD算子的频率域弹性波全波形反演方法。为验证该方法的有效性,文中通过数值实验对多种典型介质模型进行反演计算,均得到了理想的反演结果。

四叉树网格线源频率域电磁法二维正演研究

可控源电磁法正演面临的问题,主要表现在源的奇异性和边界条件的处理困难.本文首先利用面积分将源的模拟精度转化为网格的离散精度,然后利用四叉树网格局部任意加密的特性,有效解决了奇异源模拟精度不高的问题.由于大地中的电磁场迅速衰减,在距源很远的侧边界,地下的电磁场主要是由空气中的电磁场感应产生的,而非从源经由大地传播而来,因此在地中使用一维平面波侧边界条件比一阶吸收侧边界条件更为合理,精度更高.通过算例分析,我们还发现空气侧边界的场强叠加了大地介质感应的二次场而显著改变,因此空气侧边界使用基于一次场的一阶吸收边界条件,是导致线源正演边界处计算精度不高的主因.本文中,我们使用四叉树网格将边界发散式向外扩展,以较少的网格覆盖更大的边界区域,来确保核心区的计算精度.研究还发现,线源全区视电阻率能较好地反映地下电性结构的变化,且趋势形态与大地电磁卡尼亚视电阻率相似,使用成熟的大地电磁反演技术对线源全区视电阻率进行反演,可以得到地下电性结构较好的近似模型.特别是倾子计算的全区视电阻率也能反映地下结构的变化,这为无电场观测的地下结构探测提供了可能.但二者之间仍存在差别,线源全区视电阻率还具有一定的几何测深能力,需开发基于线源全区视电阻率正演的二维/三维反演技术.

融合空间域和频率域信息的图像去模糊

现有的图像去模糊方法通常直接采用图像的空间域或频率域信息恢复清晰图像,忽略了空间域信息和频率域信息的互补性.利用图像的空间域信息可以有效地恢复物体结构,而利用图像的频率域信息可以有效地恢复纹理细节.本文提出了一种简单、有效的图像去模糊框架,可以充分利用图像的空间域和频率域信息,产生高质量的清晰图像.首先采用两个结构相同但独立的网络分别从图像的空间域和频率域中学习模糊图像到清晰图像的映射关系;然后使用一个单独的融合网络,充分融合空间域和频率域的图像信息,进一步提升清晰图像的质量.3个网络链接形成一个端到端的、可学习的大网络,不同网络之间相互影响,通过联合优化最终得到高质量的清晰图像.在公共图像去模糊数据集GoPro、Kohler以及RWBI上,本文方法的峰值信噪比、结构相似度、平均绝对误差3个指标都优于9个先进的图像去模糊方法.大量的实验结果验证了本文提出的融合空间域和频率域信息的图像去模糊方法的有效性.

频率域航空电磁法地形影响和校正方法

为了研究地形对频率域航空电磁法的影响程度,以及如何有效提取由于地形产生的航空电磁场,笔者利用频率域有限差分法开展了复杂地形条件下的频率域航空电磁响应计算和分析研究。计算结果表明,坡度较陡的地形对频率域航空电磁响应影响较大(尤其在沟谷位置地形影响最大),以至于增加了电磁异常的复杂程度,影响了电磁异常的解释结果。在综合研究的基础上,采用二维和三维的地形校正方法对典型地形地电模型进行校正,有效去除和压制了地形引起的电磁干扰异常,突出了异常体引起的电磁异常,提高了频率域航空电磁的解释效果。

基于空间一频率域双重滤波的海上激光雷达去噪方法

本文提出了一种新型的海上激光雷达(LiDAR)去噪方法,旨在解决恶劣天气条件下激光雷达数据中的噪点问题。该方法结合了优化的空间域滤波和频率域滤波,实现了对海面噪点的有效去除。创新的多尺度栅格划分和自适应滤波算法能适应不同海况下的噪声特征。实验结果表明,该方法在极端恶劣海况下表现出色,同时保持了较低的计算复杂度。本方法为海上无人系统的环境感知、自主避障决策提供了可靠的数据预处理方法,具有重要的实际应用价值。

浅部频率域电磁勘探方法综述

适用于近地表(2000m以内)勘探的频率域电磁法主要有音频大地电磁法(audio-frequency magnetotellurics,AMT),无线电大地电磁法(radio-magnetotellurics,RMT),可控源音频大地电磁法(controlled source audiofrequency magnetotellurics,CSAMT),广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method,WFEM).本文拟从最新的数据采集技术、数据处理技术、正反演算法、实例等四个方面,论述适用于浅部勘探的AMT,RMT,CSAMT和WFEM方法的国内外最新进展,总结目前AMT,RMT,CSAMT和WFEM方法遇到的困难,对潜在的发展方向提出建议.综述表明:(1)张量测量、多站阵列、多站叠加可提高AMT、RMT和CSAMT数据的质量.利用近区数据WFEM法可获得良好的效果.国产与国外仪器在质量方面的差距正在逐步缩小.(2)数学形态滤波技术、Hilbert-Huang变换等可有效分离出有用的数据,局部畸变仍然是亟待解决的难题,需要更为深入的研究.(3)矢量有限元与非结构网格的出现大幅度提高了有限元处理复杂电磁问题模拟的精度与应用范围,成为目前电磁正演的首选工具.完全非线性反演算法仍然局限于1D、2D问题,共轭梯度法和高斯牛顿算法等为解决3D问题的发展趋势.地质约束的引入和多数据联合反演可以减小反演的非唯一性.各向异性的反演为目前反演研究的热点之一.(4)野外数据解释的正确性严重依赖于对地下结构先期的维性判别,在2D特性不明显、3D特性明显时,需要采用3D进行反演解释.

一种频率域AVO油气检测方法

频率域AVO分析指通过时频转换将地震数据转换到频率域,再对目的层段地震振幅(能量)随频率以及炮检距的变化情况进行研究。本文针对苏里格气田低渗透致密砂岩薄气层在时间域难以识别的问题,介绍了频率域AVO流体识别技术。首先从岩石物理分析入手,根据苏里格气田的实际地质情况,利用统计手段得到基于频散的频率域AVO流体识别理论算法;其次,利用S变换得到较为准确的频率域数据,利用实际地震叠后资料进行储层振幅(能量)随频率变化的分析;最后,针对地震叠前资料进行储层振幅(能量)随频率以及炮检距变化的研究。本文算法的实际应用结果表明:在地震频带内,薄层低孔致密砂体的调谐效应不可能产生明显的频率响应异常,高频段较强的频散效应才是造成频率响应异常的原因。

频率域波形反演中与频率相关的影响因素分析

波动方程深度偏移是解决复杂地质体成像的关键技术,基于波动方程的速度建模为其提供更为精确的速度模型.频率域波形反演是目前研究最为广泛的波动方程速度建模方法之一,它推动了波形反演在勘探尺度下的应用.本文通过对频率域波形反演的实现,分析对比了其有效执行过程中与频率相关的影响因素.介绍了时间域的多尺度反演方法在频率域的一种实现方式,对比分析了输入数据的频点带宽和应用的子波频带范围不同时对反演结果的影响.本文通过设计的山地地质模型对频率域波形反演进行了测试和对比,得到的结论为频率域波形反演的有效计算提供了依据和参考.