CSAMT发射信号采集及数据相关处理系统设计

发布时间：2020-10-21 00:34

　　 随着国家经济化进程的日益推进,对矿产资源开发需求不断增加,我国境内浅层矿山储量日益减少,致使我国矿产资源适应不了市场经济的需求,这就迫使地球物理勘探方法及相关技术向着更大深度探测和高效的野外工作效率方向发展。目前广泛应用的可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric Method,CSAMT)是频率域内探测深度范围较广的勘探电法。然而在实际勘探中,电磁干扰严重、响应信号微弱,接收数据有效信息提取过程中受到噪声污染严重,进而大大降低地下信息反馈的准确度。针对这一问题,现有的技术手段往往集中于地球物理方法中反演解释的资料处理,在CSAMT数据处理相关方法中,对其数据进行预处理的相关研究较少。然而采用受噪声干扰的数据直接进行资料解释时,将会导致电磁资料产生畸变,有时甚至是错误的。本文针对CSAMT数据预处理这一薄弱环节,从CSAMT接收信号响应机理出发,即接收数据是地下介质经发射系统(电性源)激励在远区产生的响应信息。因此发射数据是与接收数据直接相关的源头信息,是重要的辨识参数。基于接收与发射信号的强相关性,噪声分布的随机性这一特性差异,在已有的电法仪器及数据采集技术上作技术革新,自主研发了CSAMT发射信号采集及数据相关处理系统,研究并分析了信号采集关键技术和相关检测数据处理方法,结合了宽频带信号调理技术、高分辨率ADC采样技术、FPGA数字逻辑控制技术、基于USB2.0协议的数据传输技术、GPS同步扫频技术、弱信号相关检测技术展开设计。通过完整、精确采集发射数据作为参考数据,基于相关检测方法处理接收数据,以实现清晰地识别出目标信号,剔除噪声干扰,提高有效数据准确度的目的。本文在系统各部分的开发完成后进行了以下实验并对结果进行了分析,主要包括发射信号采集部分性能指标测试(模拟调理关键部件陷波器功能实测、本底噪声测试、GPS同步功能测试)、典型信号采集幅频特性测试、CSAMT发射电流实测采集、相关检测方法可行性测试及野外实测数据测试。测试结果如下:系统陷波器50Hz频率点处衰减33.8dB,系统本底噪声-155dB,GPS同步“锁定”功能实现;典型信号(方波、正弦波)测试中有用信号频点的幅值记录误差在±10%以内;CSAMT发射电流实测采集时域波形的PC机显示与A622探头直接经示波器输出图像一致,时域内10次采样的均方根峰值提取误差为6.7%;选取了64Hz、512Hz、3200Hz、4300Hz、9600Hz五组频点的确定性信号完成了相关检测方法和常规FFT方法的对比实验,验证了相关检测方法去噪的可行性;利用本文所述系统在长春市郊区进行了野外联合测试,对发射数据进行实测采集,调用同步触发采集的接收数据文件,进行接收数据相关处理,PC机MATLAB画出处理前后视电阻率曲线对比图。对比发现,本文系统处理后数据曲线拟合更为平滑,同时规避了因强度较高的噪声干扰信号耦合而产生的“飞点”现象。以上测试结果表明,CSAMT发射信号采集及数据相关处理系统性能指标达到了预期要求,系统处理后有效改善了CSAMT数据质量,抑制了矿产勘探中的噪声干扰,提高了CSAMT探测系统的接收数据质量。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.325
【部分图文】：

(a) 加拿大 V8 (b) 美国 GDP32II图1.1 国外电磁探测仪伴随电法仪器开发过程，目前国外很多学者就数据处理方法开展了较多研究。针对噪声干扰的问题，起初在上世纪七十年代，D.W Ka 和 D. Rankin 提出了可以利用循环运算求取平均值的方法消除在电磁数据中的非相关噪声[10]。1989 年，M.Hattingh 率先使用自适应滤波器进行噪声剔除，这种方法具有很强的适应性，适用于难以事先了解噪声分布的地区[11]。另外，外国相关技术人员提出了 Robust处理方法，Robust 对于处理含有少量噪声的电磁数据降噪方面是有一定效果，但此方法在下列两种条件下难以达到预期效果：输入端所受噪声过大情况

1 标量 CSAMT 测量原理图方向）电场分量 E x和垂直方向（磁波传播理论，导出水平电场和23(3cos 2)2xIlrρ π= ···············23(3cos 2)2Ilr i π ωρσ ··········电阻率，I 为发射电流强度，l 为单分量视电阻率xEρ 和yHρ 。343cos2 1xxEr EIlπ = ···············

图 2.2 CSAMT 发射波形特性 图 2.3 发射系统等效电路图 2.4 输出电压及电流波形2） 接收信号发射电性源在远区所激发的电场水平分量如式(2.1)所示。在野外实际勘探时，式(2.1)、(2.7)中参数经验值为：U=1000 V，R=50 ，L=3 mH，φ=90°，l=1 km，σ=0.01 S/m，|r|=10 km，μ=4π×10-7H/m。按以上参数进行测量，收发距离 r 分别取 10km 和 30km，观测接收电场信号强度随频率变化如图 2.5 所示。如图所示，接收电场信号小于 10-6V/m。野外测量中若采用接收极距 50m，接收信号的电压
【参考文献】

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本文编号：2849372