基于V5-2000格式MT时间序列处理与功率谱估计及软件开发

发布时间：2018-05-19 23:34

本文选题：V5-200系统 + DFT　；参考：《长江大学》2015年硕士论文

【摘要】：大地电磁方法是主要的地球物理勘探方法之一,是进行石油勘探、地热调查、探测地球深部构造的有效手段。随着理论研究与野外实践的深入发展,MT被更多的应用于目标勘探,近年来,MT已经成为研究深部地质构造和寻找油气田的基本勘探方法之一。随着勘探深度的增大,这对MT资料的质量提出了更高的要求。然而,由于大地电磁测深所应用的是较低频率范围内的天然瞬变电磁场,信号十分微弱,频率范围较宽,动态范围也大和数据处理的局限性,其分辨率较低,这一直是实际工作中困扰MT广泛应用的问题,而且受限于仪器的性能,其低频信号是通过人工计算出来的,这也极大的约束了大地电磁数据后期的处理结果。大地电磁信号非常复杂,包含很多有用信息,但由于大地电磁信号场源来自天空,所以其信号非常弱,非常容易受到噪声干扰,这其中包括电磁干扰,人文干扰和地质干扰,所以前期的时域信号去噪也是一个非常重要的环节,在时域滤波方面前人已做了很多工作,包括二维中值滤波和远参考处理,二维中值滤波虽然可以滤除掉很多尖峰脉冲,使曲线变的平滑,但也滤除了不少有用信号,远参考技术对参考点和测点之间的电磁噪声和地质噪声有很好的压制作用,但对人文噪声的压制效果很小,并且远参考技术对远参考点的选择非常重要,这也加大了野外工作的难度,一般的傅里叶变换对平稳信号的处理有很好的效果,但大地电磁信号一般是不平稳的随机信号,在傅里叶变换的基础上发展起来的小波变换对非平稳信号的处理效果非常好,利用小波变换在时域对采集信号进行滤波处理,能很好的压制噪声。功率谱估计是大地电磁信号处理中的重要内容,是地球物理学研究与应用中不可缺少的一部分,功率谱包含了很多频谱信息,包括电磁波的频率,振幅,相位,功率谱是电磁波在地下传播时地下地质体的综合反映,能很好的估计功率谱对于数据后期的处理解释能起到很大的效果。目前功率谱估计方法分为经典法和现代法两种,经典法又分为直接法和间接法两种,这两种方法都是建立在傅里叶变换之上,但这种方法得到的功率谱并不准确,因为目前傅里叶变换都是处理的有限长信号,然后对有限长信号进行周期延拓,但根据傅里叶变换理论要获得全部的频谱信息,需要是对无限长信号进行处理,这是现在计算机技术所不能实现的,所以在信息处理中,要对无限长信号进行处理,一般采用截断处理,但截断过程中容易产生截断效应,造成频谱泄露,以至于功率谱估计不准确。现代法估计功率谱的估算方法又分为很多种,例如参数模型法和最大熵法等。大地电磁阻抗要素估算一般采用最小二乘估计和robust估计,大地电磁场非常复杂,包含的信号非常多,单个的功率谱并不能反映地下介质的真实信息,所以大地电磁的功率谱计算是一个统计过程,在处理过程中,利用傅里叶变换得到多组电场值和磁场值,利用多组功率谱做最小二乘估计,得到一个估算值,计算误差,最小二乘法应用必须要满足三个条件,一是信号与噪声要不相关,二是各分量之间的噪声不相关,三是噪声呈高斯分布,然而在实际的采集信号中,往往是不满足以上三个条件的,所以用最小二乘估算功率谱时往往会受到“飞点”的影响,影响数据处理的质量,Robust方法的提出正是为了解决消除“飞点”这个难题,Robust估计采用加权平均的方法,对质量好的点赋予比较重的权值,对于“飞点”赋予比较小的权值,这样就可以有效的去除“飞点”所造成的影响,为后期的视电阻率的计算和反演提供了一个比较好的数据质量。目前国内使用的大地电磁仪器和处理软件基本都是国外进口的,这一方面不便于某些特定需求下的数据处理,另一方面也制约了我国实现MT仪器和数据处理软件的发展。对于MT数据分析而言,虽然目前流行的方法、技术较多,但实际应用效果好的并不多；而且与数据处理相似,国内自主研发程度并不高。V5-2000系统是加拿大凤凰公司生产的高精度电法仪器,它所采集的是MT时间序列资料,由于软件的集成度高,我们无法得到其文件的格式信息和内部仪器构造信息,而且国外进口仪器昂贵,这也限制了我国大地电磁仪器的发展水平,国内仪器的采集标准还达不到世界上先进仪器的采集精度,但大地电磁数据的处理方法已经非常成熟,所以非常有必要从V5-2000系统的原始文件入手,一步步分析其原始文件格式和内容,以V5-2000系统采集的原始文件为基础,应用现在的处理方法对数据进行处理,一方面可以保证原始数据的采集质量高,二可以利用V5-2000系统采集的原始文件开发出一套国内大地电磁处理软件。由时间序列经傅立叶变换计算得到频率域的傅立叶系数,这个过程凤凰公司自带处理软件已经做的非常成熟,其时频转换方法采用的是级联分样方法,这种方法虽然加快了数据处理的速度,但同样造成了大量数据的浪费,随着现代计算机速度的飞速发展,已经可以处理大量数据。基于上述分析,本文以V5-200系统所采集的原始资料为基础,研究SSMT2000软件处理资料的流程,用程序读取仪器标定文件和采集的TBL文件,识别各参数所代表的物理意义,采用小波变换对时域信号进行滤波,对滤波后的信号采用DFT处理,再对电场和磁场值进行功率谱估计,编写大地电磁时间序列处理程序。文章最后结合实例,对本文的论述进行验证。
[Abstract]:Geomagnetic method is one of the main methods of geophysical exploration , it is an effective means to carry out petroleum exploration and geothermal investigation and to detect the deep structure of earth . The method of estimating power spectrum by means of Fourier transform is very complicated .
Based on the original documents collected by the V5 - 2000 system , it is very necessary to process the data by using the original documents collected by the V5 - 2000 system .
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.325

【参考文献】