大地电磁测深时间域标定、阻抗估计及去噪技术研究

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大地电磁测深法观测的天然电磁场具有频带宽、振幅强度小、随机性强、能量随频率分布不均匀的特点,大地电磁测深仪将对原始信号进行压制或增益处理。同时仪器内置滤波器会对原始信号进行滤波处理,这些内置滤波器大多不是零相位滤波器,导致仪器记录到的信号与真实电磁场信号存在幅值与相位差异。为获得真实信号需对系统进行标定处理。传统的大地电磁测深标定在频率域中进行,这使得时间序列中的系统影响得不到校正,基于时间序列中噪声形态识别的大地电磁测深时间域滤波、变换域滤波难以达到预期效果,因此本文在传统频率域标定的基础上提出了大地电磁测深时间域标定方法。论文对大地电磁时间域标定方法及技术应用进行了系统研究。根据系统频率域标定文件反算标定在时间域对应的单位脉冲响应,利用单位脉冲响应与仪器记录的系统响应进行卷积计算实现大地电磁测深时间域标定。本文从滤波器理论出发,分析系统对有效信号与噪声形态的影响规律,获得系统对不同类型滤波方法与时间域阻抗估计的影响及时间域标定的校正作用,最后通过对内蒙古白音诺尔矿集区实测数据的处理进行验证。研究发现时间域与变换域去噪效果受采集系统不同程度的影响,具体表现为视电阻率-相位曲线频点误差棒和离散性增大,出现虚假异常,且去噪方法对噪声形态依赖越大、噪声类型越复杂,采集系统影响的越显著;此外,数据采集系统的增益与相移作用会引起电磁场时间序列的畸变,从而使时间域阻抗估计结果出现频点离散、误差棒增大的现象,且系统对电道与磁道影响的差异越大,其对时间域阻抗估计的影响程度越明显。矿集区噪声类型复杂,大地电磁测深去噪处理效果受系统影响明显,尤其是在有效信号微弱的“死频段”,传统方法难以取得理想的去噪效果,因此本文提出时间域标定方法对系统影响进行校正,并针对矿集区大地电磁“死频段”噪声的压制实现了基于CEEMD-HHT(Hilbert-Huang Transform based on Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition,基于完备总体经验模态分解的希尔伯特-黄变换)的大地电磁去噪方法,该算法的思路是将噪声突变部分与大尺度平缓部分分离,留下影响个别频点的大尺度平缓噪声,滤除突变噪声。由于该方法不受噪声形态的影响,因此对噪声复杂的矿集区“死频段”信号的去噪效果优于其他去噪方法,而时间域标定方法能够消除系统对信号的影响并在一定程度上改善其他方法的去噪效果。最后,为了验证本文方法对实测数据的处理效果,将CEEMD-HHT方法与时间域标定方法应用于内蒙古白音诺尔矿集区大地电磁实测数据的处理,去噪结果证明了CEEMD-HHT在“死频段”噪声压制中的优越性。同时标定前后的去噪效果及时间域阻抗估计结果表明:时间域标定处理能够消除大地电磁测深采集系统对时间序列带来的系统偏差,经过时间域标定处理,基于形态识别的时间域与变换域的去噪方法均能取得比频率域标定更好的去噪效果,且时间域阻抗估计结果收敛性增强,误差棒减小。因此本文提出大地电磁测深时间域标定应成为大地电磁数据处理中重要的一个环节。
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