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Robust-M估计的地空频率域电磁探测数据干扰抑制方法

地空频率域电磁探测(ground-airborne frequency-domain electromagnetic detection, GAFED),因通过无人机搭载接收系统进行空中数据采集,受到飞行因素以及环境因素的影响,引入随机噪声、尖峰噪声等环境噪声,影响数据质量。在数据预处理的基础上,提出了一种基于Robust-M估计的时窗叠加滤波方法,抑制随机噪声、尖峰噪声等,通过系数加权来消除或减弱异常点的影响。通过对该方法在模拟数据中的应用效果分析,发现相对于传统的平滑滤波方法,该方法可以有效压制随机噪声等环境噪声,在提高分辨率的基础上保证数据质量。最后通过对野外数据的应用效果,进一步验证了该方法可压制随机噪声与尖峰噪声,提高数据质量。

地空频率域电磁系统空心线圈传感器优化设计

针对地空频率域电磁法(GAFEM)的大范围、快速探测需求,研制了一种适用于GAFEM的高灵敏度、低噪声、低质量的空心线圈传感器(ACS)。首先,根据一维正演计算了收发距10 km处的等效面积归一化响应电压,进而确定传感器灵敏度和噪声水平的指标需求;然后,建立ACS的电路等效模型,并对电路噪声进行分析计算,引进拉格朗日乘子法来优化ACS的设计参数以达到灵敏度、噪声和质量指标要求;最后,根据优化参数设计空心线圈传感器,在电磁屏蔽室对其进行测试,结果显示在噪声参考频率(100 Hz)处,优化传感器噪声为0.09 pT/Hz^(1/2),灵敏度为14.7 mV/nT,总质量为1.25 kg。野外实验表明,地面同一测点处,本文优化ACS测量的磁场幅度与AMTC-30磁棒的测量值一致;且在空中飞行中,该ACS能获得有效磁场信号。

地空频率域电磁系统在小煤窑勘查中的应用

为实现金谷煤矿小煤窑采掘边界圈定,采用地空频率域电磁系统开展小煤窑采空积水区的勘查试验工作。实际勘探中设计124条南北方向测线,利用无人机搭载探测天线进行电磁数据的连续采集。通过数据处理与解释,获得了测区内地下50~300 m范围内的视电阻率剖面。根据相对低阻异常的分布情况,圈围出两个煤窑采空积水区疑似位置。经过与实际煤层采掘资料对比,圈定的1处低阻异常区域下方存在高度充水的采空区。研究结果证明了地空频率域电磁系统在小煤窑勘查工作中的可行性及有效性。

地空频率域电磁法探测范围与深度分析

从地空频率域电磁探测理论和系统出发,构建空中采集信号的响应模型,分析地空电磁探测范围和深度的影响因素.进一步结合实际环境噪声和系统参数,确定地空频率域电磁系统探测范围和有效探测频率.在此基础上,结合相对异常阈值,确定地空频率域电磁方法在不同偏移距下的有效探测深度.结果表明:实际中小功率地空频率域电磁系统在200~600 Hz中频段具有较大的探测范围,在3~6 km探测范围之间具有超过1 km的最大探测深度,比常规有效趋肤深度结果更加接近实际探测.因此,提出了一种更加符合实际应用的地空频率域电磁系统探测范围和深度的评价方法,可以为实际勘探提供重要参考依据,能够有效地推进地空联合电磁方法和系统的发展与应用.

半航空频率域电磁倾子散度探测能力分析

近年来,为满足经济快速发展对矿产资源的强劲需求,复杂地形区深部矿产勘查成为研究热点(滕吉文等,2022)。航空ZTEM系统是复杂地形区深部矿产资源快速探测的重要工具。与传统的航空电磁探测系统相比,ZTEM具有勘探效率高、深度大、覆盖区域规则等优势。倾子散度是ZTEM探测中用于地下结构成像的有效参数。它具有解释直观,异常目标识别能力强,多个异常体横向边界分辨率高等特点(Legault et al.,2012)。

地空频率倾子测深法及一维正演特征分析

为了充分利用地空频率域电磁法的三分量磁场信息,参照大地电磁法倾子测量技术,提出了一种地空频率倾子测深方法。首先,从水平电偶极子在一维层状介质中的全空间磁场公式出发,推导了地空频率倾子两个分量T_(x)、T_(y)的表达式,并通过快速汉克尔变换实现地空频率域倾子响应的一维正演;然后,对典型层状模型进行一维正演模拟,分析地空频率域倾子响应特征。通过分析均匀半空间模型和一维层状模型的正演结果,得到如下结论:(1)倾子响应整体沿场源方向及其垂直方向对称,同时存在场源畸变和过渡带畸变效应;(2)随收发距增大,倾子响应形态基本保持不变,幅值快速减小;(3)飞行高度变化时,倾子虚部幅值保持不变,实部幅值快速减小;(4)通过测量不同频率的倾子响应能够有效研究地下介质电阻率的垂向变化;(5)地空频率倾子测深法应在远区观测,可尽量避开畸变效应区,并合理选择T;和T;分量进行解释。文中模拟分析证明了该方法的理论可行性和有效性,为地空电磁法提出一种可能的发展方向。