长周期大地电磁数据处理方法研究

发布时间：2018-03-03 06:54

本文选题：长周期大地电磁　切入点：张量阻抗估算　出处：《成都理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：长周期大地电磁测深法是研究地球壳幔电性结构的重要方法。国内利用长周期大地电磁测深法进行大范围探测始于2008年,目前专门针对长周期大地电磁的研究相对较少。概括起来,长周期大地电磁的研究在两方面还有待深入:首先是长周期大地电磁数据处理问题,长周期大地电磁的信号特点、仪器设备、测站布设、数据采集和资料处理等方面与常规宽频大地电磁测深相比都有其特殊性[1]:其频率更低、信号更微弱、采集时间更长、受干扰更大,研究上述条件下的长周期大地电磁数据处理问题有利于提高长周期大地电磁的处理精度;其次是长周期大地电磁正反演问题,例如对于长剖面、大深度的长周期大地电磁探测,传统的一维水平层状介质模型、二维矩形边界模型、三维长方体边界模型都不再适用,有必要研究地球曲率带来的影响。本文主要聚焦于第一个问题即长周期大地电磁数据处理问题进行研究,采取的对策主要包括三个方面:第一是对信号特征及噪声分离技术进行研究,二是对长周期大地电磁张量阻抗估算进行研究,第三是提出基于磁场相关的远参考大地电磁方法。在研究以上方法的基础上,开发出了具有自主知识产权的长周期大地电磁数据处理模块。利用上述模块对攀西地区的实际长周期大地电磁资料进行数据处理,得到了攀西地区的壳幔电性结构特征,为该区强震发生机理、动力学问题研究等提供科学依据。长周期大地电磁信号特征及噪声分离。分析了天然长周期大地电磁场的极化方向随频率变化具有任意性,相干度较高接近于1,时频特征显示同一频率的能量谱在时间曲线上分布均匀、变化缓慢,低频(~10000s)电磁场强度比“死频带”(~4s-~20s)要高出约2个数量级,且低频部分的电场强度明显高于磁场强度;利用7种小波基函数对常见的仿真方波、阶跃和脉冲噪声这三种人文噪声压制效果进行了对比,发现db小波对上述人文噪声的压制效果最好,而中值滤波对脉冲噪声的压制效果优于db小波。开发出了具有自主知识产权的长周期大地电磁数据处理模块。系统分析了全信息矢量相干度和常相干度对资料的筛选过程,认为这两种方法对测深资料处理效果都有不同程度的提升,实际资料处理时,建议将上述两种方法结合使用;实现了最小二乘法、M估计Robust算法和基于重复中位数的Robust算法,将三种估算方法应用于实测长周期大地电磁资料处理并进行了对比,结果认为重复中位数估计Robust算法处理结果较优,而M估计Robust算法处理效果介于重复中位数估计Robust算法和最小二乘法之间;将所编写程序模块应用于标准时间序列和实际长周期资料处理当中,并将处理结果与开源软件EMTF以及商业软件PRC_MTMV进行对比,说明自主编写的程序模块计算正确。提出了基于磁场相关的远参考大地电磁处理方法,优化了长周期大地电磁测深曲线,从而提高长周期大地电磁勘探效果。通过对仿真数据进行分析,模拟了在不同参考道、不同信噪比、仅参考道或仅基站含噪声条件下,常规远参考大地电磁对测深曲线的影响。由于常规远参考大地电磁法大都关注噪声与信号之间,或者基站噪声与参考站噪声之间的非相关性,却较少考虑基站与参考站磁场信号之间的相关性,由此提出基于磁场相关的远参考大地电磁方法。通过在基站原始资料段中添加仿真三角波、方波、正弦波噪声,分析阻抗张量估算过程的中间数据并对比处理结果,认为基于磁场相关的远参考大地电磁法能够比常规远参考大地电磁法得到更好的测深曲线,对实测资料的处理结果也说明基于磁场相关的远参考大地电磁法优于常规远参考大地电磁法。攀西构造带壳幔电性结构特征。将上述长周期大地电磁数据处理模块应用于盐源-永善长周期大地电磁剖面实际资料处理,并通过相关反演软件反演得到沿剖面的电性结构特征。电性结构特征发现攀西构造带岩石圈存在高电阻率异常,参考其他地球物理和地表地质资料,认为攀西岩石圈高阻柱可能存在巨厚的基性、超基性岩的堆积,并推断现今的攀西岩石圈高阻柱可能是二叠纪峨眉山玄武岩的喷发通道以及巨厚的基性超基性岩的堆积通道。并探讨了电性结构特征和强震震源之间的关系。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.325

【参考文献】