长周期大地电磁测深数据采集及处理技术

研究岩石圈底部的上地幔盖层甚至软流圈的电性结构,需要采集周期长达几万秒的长周期大地电磁场信号,这对仪器设备、采集以及处理技术都提出了更高的要求.本文论述了用于采集长周期信号的仪器设备及其特殊性,讨论了长周期大地电磁测深测站的布置要求,并采用长周期大地电磁测深仪器试采了长周期大地电磁场信号.对试采信号的处理结果表明,采用长周期仪器设备和稳定性好的不极化电极,合理布置测站,能够采集到最长周期达几万秒的长周期大地电磁场信号.

长周期大地电磁测深研究——青藏高原东部LMT响应函数及应用

长周期大地电磁(LMT)是基于常规MT理论发展起来的电磁测深技术,青藏高原东部岩石圈较厚、视电阻率较低,应用LMT方法能够弥补常规MT仪器对低频信号响应的不足,获得有用的深部信息。文中概述了LMT的数据采集、处理及反演解释,并介绍了将LMT应用于东喜马拉雅构造结及其周围地区完成的长周期观测剖面——下察隅—玉树LMT剖面的岩石圈结构探测实例。实际观测表明,在重叠频段内LMT结果与常规MT具有良好的一致性;LMT数据处理实现的阻抗和倾子估计,在深部信息上具有更高的分辨率。LMT剖面结果揭示了青藏高原东部普遍存在地下低阻体,为局部地区部分熔融和地下流体存在的可能性提供了依据。LMT测深较好地弥补了常规MT方法在巨厚岩石圈和遇到低阻体时探测深度的局限性。

EMD方法在长周期大地电磁测深资料去噪中的应用

在电磁干扰大的地区进行长周期大地电磁测量,如何有效地抑制各种电磁噪声,提高信噪比,从而保证数据质量,是长周期大地电磁资料采集与处理的核心问题。针对长周期大地电磁信号具有非线性、非平稳和非最小相位的特点,提出了利用经验模态分解(EMD)方法对长周期大地电磁信号进行噪声压制。讨论了EMD算法的具体实现流程,并将该算法应用于长周期大地电磁信号的噪声压制。实际应用结果表明,该方法可以有效地压制长周期大地电磁中的噪声。

PCF8563在大地电磁探深测深仪中的应用

为了解决MT测深仪在GPS配件损坏或GPS信号较差情况下不能工作或采集时间记录出现紊乱的问题,给出了利用GPS(global positioning system)和RTC(real-time clock)解决的方案,并在自主研发的长周期MT测深仪CLP中进行了实施。介绍了系统设计思路与电路的设计原理、主要程序设计算法,给出了野外测量结果,对结果进行了分析,分析结果说明该仪器的基于GPS和RTC的时钟功能可胜任大地电磁测深工作要求。

大地电磁测深法在深埋长隧洞勘察中的应用

深埋长隧洞的前期勘察工作中,一般根据区域地质资料、野外地质测绘资料及经验布置勘探钻孔。虽然做了大量的勘察工作,但要完全查明隧洞轴线围岩的状态和特性,准确地预测隧洞施工中可能发生的地质灾害的位置、性质和规模是十分困难的。本文针对香格里拉市纳帕海防洪整治隧洞工程具有高海拔、长、深埋,且其地表起伏大的特点,采用大地电磁测深法对隧洞轴线岩体的构造破碎带、岩溶发育区位置及展布范围进行探测。根据探测成果再结合地质资料布置勘探钻孔验证。该成果与后期钻探结果吻合,表明大地电磁测深法可以有效地探测出深埋长隧洞轴线岩体的构造破碎带、岩溶发育的位置与规模,为隧洞工程的勘察设计和施工中的地质灾害防治提供了重要的参考依据。

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。

仿示波器显示在长周期MT测深仪中的应用

MTU-5、V8、LEMI-417等大地电磁测深仪器的人机交互方式均基于文字,用户仅凭文字难以发现采集中的问题。由于示波器能把人眼无法直接捕捉到的电信号的时变规律以可见的图像形式显示出来,故将该技术应用于长周期大地电磁测深仪CLP中,使仪器的人机交互方式基于图形用户界面(GUI)。本系统的GUI选用Visual C++6.0作为开发工具,在规划了显示区域,建立了设备环境类CDC以及CPen、CBitmap等绘图工具类的对象后,设计了仿示波器界面,在示波器界面中,用MoveTo与LineTo函数实现了对采集数据的实时动态显示。此外,使显示窗口自适应显示器分辨率属性、信号最大化显示、显示背景设置为灰白色,以方便操作。经野外试验,该显示技术有助于用户对采集的数据进行分析,为下一步工作提供依据。

中亚造山带东段软流圈分布特征——基于长周期大地电磁探测的结果

中亚造山带东段经历了古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古太平洋构造体制的多重作用,多期次的构造活动不仅改造了地形地貌、岩石圈结构,同时也改造了软流圈分布,因此对软流圈结构研究具有重要的科学意义.为了揭示复杂多重构造体系下软流圈的分布特征,完成了中亚造山带东段约1800km长大地电磁测深剖面,并对数据进行非线性共轭梯度反演,获得二维电性结构模型.研究发现:中亚造山带东段岩石圈内部存在多处低阻异常,地表多对应第四纪火山群或古缝合带,表明这些低阻异常与软流圈上侵有关.软流圈呈现高导特征,南部略薄,电阻率值为10～30Ωm,北部厚度较大,电阻率值为10～0.1Ωm,这种电性结构特征体现了中亚造山带东段软流圈南北两侧厚度、部分熔融程度的不均一性.而已有的层析成像结果显示中亚造山带软流圈东西向则呈现东厚西薄的特征.结合区域地质,提出软流圈与岩石圈一样在碰撞造山过程中厚度、部分熔融程度也会随之变化的动力学认识.中亚造山带东段软流圈主要经历了古亚洲洋构造体系、蒙古—鄂霍茨克构造体系和太平洋构造体系三阶段的构造事件影响,因此中亚造山带东段软流圈的南北向差异,推断为古亚洲洋闭合早于鄂霍茨克洋闭合的时限差异所致,东西向差异则主要受太平洋构造体系的影响.

基于经验模态分解法与小波变换的长周期大地电磁信号去噪方法

针对大地电磁信号具有非线性、非平稳和非最小相位的特点,提出了一种基于经验模态分解法结合小波变换的联合信号去噪方式,将时间序列信号通过经验模态分解,利用连续均方误差准则确定原始信号能量转折点,进而再使用小波阈值去噪法对剩余固有模态函数分量进行去噪,最后重构出消噪信号。通过对实测信号处理前后结果的对比,表明了本方法能够有效地应用于信号时域去噪。

重复中位数估计Robust算法在长周期大地电磁中的应用

将基于重复中位数估计的Robust算法应用于长周期大地电磁阻抗张量估算中。与传统Robust估计(M估计)相比,重复中位数估计求解过程不需要重设参量,并且提高了算法对时间域原始资料中噪声干扰的容限,使算法的理论崩溃值从30%提高到50%,也能得到准确的估算结果。龙门山地区实测资料的处理结果表明,基于重复中位数估计的Robust算法应用于阻抗张量的求解具有较强的优越性。

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.

GIS下长周期大地电磁资料可视化管理平台的研究与实现

针对传统资料管理方式的不足,提出了利用数据库并结合GIS技术对长周期大地电磁资料进行可视化管理的方法,将工区测点信息与行政区域信息、道路交通信息、地形高程模型和地质构造信息等多种空间数据源相融合,阐述了该平台的系统结构和实现过程。并针对数据反演前的测线投影与测点距计算问题,介绍了测点高斯平面投影与最小二乘下测线直线拟合的实现方法。应用表明,该平台以直观简洁、图形可视化的方式对资料进行了有效管理,同时也为野外生产工作和资料的定性处理与解释,提供了必要的信息支持。

MMSO2E大地电磁测深仪资料处理解释软件系统研制

研制了一套与MMSO2E大地电磁测深仪配套的资料处理解释软件系统,支持MMSO2E大地电磁测深仪在野外的条件下完成常规的现场资料处理解释。经对比表明,本软件系统的实际使用效果并不劣于国外同类软件,且由于研制过程中注意吸收了近年来大地电磁测深方法研究的成果,而使之具有自己一定的特色。

EH4电磁测深法在阿卡孜达坂隧道勘察中的应用

EH4大地电磁法在隧道勘察中具有操作简便、能适应复杂地形、探测深度大等优点。本文通过EH4大地电磁法在新疆阿卡孜大阪隧道勘探与研究为例,分析EH4大地电磁法的工作方法,结合已知地质资料,查明了隧道洞身段及进出口范围是否存在破碎带、裂隙等不良地质体,为隧道施工提供准确的工程地质基础资料。

音频大地电磁测深在地热资源勘查中的应用

电法一直是寻找地热资源的主要手段,使用音频大地电磁测深,能合理有效的探测地质信息,通过对工区地热地质条件分析,选择热储、导热和补给通道及盖层保存条件好的区域作为圈定地热有利目标区,以综合物探解释推断结果为基础,选择盖层厚度大,断裂发育,地热水补径排条件较好的地区,确定地热勘探有利目标区,为进一步地热井布设提供依据。

EH4大地电磁测深在马茨深埋长输水隧洞勘察中的应用

马茨输水隧洞全长7.56km,最大埋深569m,为典型的小断面深埋长输水隧洞,区内无类似工程经验可供参考,隧洞勘察存在很大挑战,为开展隧洞全断面贯通性勘探,最终选定EH4大地电磁测深完成探测。并结合地质钻探、填图等地质勘察成果资料,进行综合物探成果推断解译,预测隧洞施工可能存在的隧洞工程地质问题,为隧洞设计施工提供参考依据。通过隧洞施工验证,EH4探测推断成果解译与施工揭露耦合度较高,取得良好的应用效果。

CMOS微处理机1802在大地电磁测深仪器中的应用

在地球物理仪器的设计制造中,微处理机越来越广泛地被应用着。法国地球物理研究中心新近研制的微处理机控制音频大地电磁测深仪就应用了CMOS类1802型微处理机。此种仪器被命定安装在中美洲的尼加拉瓜境内的某火山地区,用于监测地下大地电磁场微变异常。

大地电磁测深仪的高速数据采集

本文介绍了实现大地电磁测深仪高速数据采集的一种方法。采用DMA技术和硬件自动增益控制,用16位微机控制数据来集,使采集速度达到20kHz。

大地电磁测深仪的滤波器设计

本文介绍的模拟开关自动换挡滤波器,已在生产中使用,性能良好。本文着重介绍控制电路的设计原理、特点及使用方法,并对滤波电路部分作一定的讨论。由于模拟开关在导通时,存在导通电阻R_s,本文推出了加入R_s后的电路传输函数,设计了程序,计算加入R_s后的滤波器的幅频特性、相频特性,并与R_s=0的电路比较,来讨论能否满足仪器对滤波器的要求,以及减少R_s影响的办法。

长周期大地电磁数据处理方法的相关分析

我国大范围开展长周期大地电磁测深法应用始于2008年,由于起步时间较晚,国内目前围绕该应用开展的研究也较少,基于此,本文就长周期大地电磁信号特点、常见的长周期大地电磁信号去噪方法进行了简单介绍,并详细论述了基于磁场相关的远参考大地电磁处理方法,希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。