通信网络-可控音频大地电磁法的静态效应原理及其应用

可控音频大地电磁法的静态效应原理及其应用作者姓名：林道博班级专业：地球物理学指导教师:肖宏跃摘要可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在大地电磁法（MT）基础上，为克服静态效应问题，利用静态校正来提高处理解释质量一种地球物理方法。本论文从静校正方法原理出发，结合实际情况，建立地下均匀介质中的静态模型和地下层状介质中的静态模型，尝试使用相关系数和小波分析来区分静态效应现象和异常表象。通过对静校正方法的研究，选择使用EMAP滤波和法小波分析法进行静态校正。在实际资料的处理中，通过静态校正处理，有效地消除了低阻静态效应，避免了将某些静态效应解释为低阻异常，同时还压制了高阻静态效应的影响，提高了中间低阻层的分辨能力，本文静校正方法得到了很好的实用效果。关键字：CSAMT，静态效应，静态校正，EMAP滤波法，小波分析法2TheprincipleofTheStaticshiftofControlled-sourceAudio-frequencyMagnetotelluricAndApplicationAbstract:Controlled-sourceAudio-frequencyMagnetotelluric(CSAMT)aredevelopingfromtheMagnetotelluric(MT),forcorrectthestaticshift，whichisusedtostaticcorrectioninordertoachieveabetterqualityCSAMTdata.Startingfromtheprinciplesofthestaticcorrection,inthispaperweestablishthestaticshiftmodelintheundergroundlayeredstratumandinthehomogeneousstratum,attempttodistinguishthestaticshiftfromanomaliesbyusingthecorrelationcoefficientorwaveletanalysis.Afterdoingtheresearchstudiesofsomekindsofstaticcorrection,twostaticcorrectionmethodsarechoseninthispaper:EMAPandthewaveletanalysismethod.InpracticalCSAMTdataprocessing,wetakethetwometaldiggingsforexample,thereisaseriousstaticshiftinthecollecteddata.Afterstaticcorrection,agoodqualitydatawasachieved.Inconclusion,thesestaticcorrectionmethodsgainedagoodapplicableeffect.KeyWords:CSAMT,staticshift,staticcorrection,EMAP,waveletanalysismethod.3目录第1章前言.................................................................................41．1研究的目的及意义..........................................................41．2研究现状........................................................................51．3研究范围及方法..............................................................6第2章CSAMT的理论及静态效应原理..........................................72.1CSAMT方法的基本理论................................................72.2CSAMT方法的优缺点...................................................92.3静态效应的特征及小波识别静态效应..........................102.3.1静态效应的特征...................................................102.3.2小波变换识别静态效应.......................................11第3章静态效应校正的方法原理及特征分析.............................143.1EMAP滤波法做静校正................................................143.2小波分析压制静态效应.................................................163.2.1S.Mallat算法..........................................................163.2.2多尺度分离.............................................................173.2.3静态效应的多尺度压制..........................................203.3静态效应的响应特征分析.............................................22第4章静态效应压制实例............................................................244.1理论模型..........................................................................244.2实例..................................................................................25结论.................................................................................................30致谢.................................................................................................31参考文献.........................................................................................324第1章前言1．1研究的目的及意义可控源音频大地电磁法（CSAMT）是在大地电磁法（MT）的基础上，针对解决大地电磁法场源的随机性强和信号微弱而发展成的一种人工源频率域电磁测深方法。CSAMT通过分析地面或井中观测到的由人工可控制电磁波信号在地球介质中激发的电磁波场数据达到勘探地球内部导电性结构的目的，其工作频率一般从零点几赫兹到上万赫兹，勘探深度可从地表至地下1500米左右。由于该方法使用功能强大的人工信号源，与大地电磁法（MT）相比，更能够压制干扰，采集到高品质的数据。因此自上个世纪70年代中叶，CSAMT法就成为地球物理勘探方法中有效勘探手段之一，在寻找深部隐伏金属矿，油气构造勘查，推覆体或火山岩下找煤，地热资源勘查和水文工程地质勘查等方面，都取得了成功的应用。然而，如果在地表或近地表存在局部电性不均匀二、三维地质体，当电磁波波长比不均匀体的几何尺寸大得很多时，不均匀体的表面会形成一种电荷积累效应，而使电场发生畸变，且畸变值与发射频率无关，其突出表现是在视电阻率-频率双对数坐标中视电阻率曲线沿着视电阻率轴平行移动，这就是常说的静态效应。静态效应有时可高达两个数量级，近似于电场正常场与异常场的比值平方，严重影响CSAMT方法的定性解释结果，出现虚假的陡立深大断裂或垂向大延深的异常体。5同时也会严重影响一维定量解释结果，无论电阻率值或层厚度都将产生不可忽略的误差。因此在实际数据资料中，认识CSAMT静态效应的影响规律，选择合适的静态校正方法对静态效应作校正，消除或减小其影响，对于CSAMT的数据处理及反演解释有着重大的意义。1．2研究现状如何正确区分静态效应和目标体异常，并有效地进行静校正，达到压制静态效应而不改变其他有效数据成为目前实际工作上的一大难题。针对这一问题，国内外学者对此作了一些研究并取得了一定的研究成果。李韦文(1993)[1]、苏鸿尧(2000)[2]等研究了浅层电性不均匀体对大地电磁测曲线的畸变影响及其校正等。黄潜生(2004)[3]等利用曲线平移法进行静校正取得了很好的效果。F.X.Bostick(1986)[4,5]发明的以Born近似为基础的电磁阵列剖面法(EMAP)，用于静态效应的校正，经模型计算和实际资料处理表明该方法能很好地压制静态效应的影响。杨生(1994)[6]、张少云(1999)[7]等对EMAP进行了详细的介绍和一些实际应用工作。罗延钟(1996)[8]等提出了相位校正法，根据希尔波特变换，利用相位特征消除静态影响。何展翔(1993)[9]提出了相权静校正法。Sternberg(1988)[10]、方文藻(1993)[11]利用瞬变电磁测深受横向影响较小，可看成不受静态影响的特点，提出了用瞬变电磁测深数据进行静态校正的方法。宋守根(1995)[12]、解海军(1998)[13]、张翔(2002)[14]等提出了基于小波分析理论对静态效应进行识别、分离、压制的方法。61．3研究范围及方法要进行静态效应校正，首先需要正确识别数据中是否含有静态效应，注意区分异常数据和静态效应，然后结合实际情况选择合适的方法对数据进行静校正。国内外文献资料表明，静校正方法主要有曲线平移法、空间滤波法、中值滤波法、EMAP滤波法、相位法、磁场实测数据法、小波分析法等。本论文主要研究的是可控源音频大地电磁法静态效应现象及其静校正技术方法，介绍了静态效应的特征及其静态体与目标体异常的识别,研究了小波变换在静态效应压制中的应用。在此基础上，利用S.Mallat多分辨的思想和算法，可以在不同尺度下对静态效应进行分离和最佳压制。根据电磁基本理论，分析了静态效应的产生机制，在近地表存在小规模的电性不均匀体时，地下介质的电流分布发生畸变，从而干扰地面接收到的电场观测值，使得在双对数坐标系中视电阻率曲线沿着电阻率轴出现一个保持曲线形态不变的平行移动，而相位曲线形态和位置保持不变。7第2章CSAMT的理论及静态效应原理2.1CSAMT方法的基本理论CSAMT方法属于电磁场方法中的一种，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组，麦克斯韦方程组实质上是反映了电荷、电流、电场、磁场随时间和空间变化的定律，它综合了电磁现象的相互作用。理想自由空间的麦克斯韦方程组为：·Dq∇＝(2-1)·B∇＝0(2-2)BEt∂∇×∂＝-(2-3)DHt∂∇×∂＝J+(2-4)并且DEe=(2-5)BHm=(2-6)JEs=(2-7)式中q为电流密度,E、D分别为电场强度矢量和电感应强度矢量，ε为介质的介电常数，H、B分别为磁场强度矢量和磁感应强度矢量，μ为介质的导磁率，J为电流密度矢量，σ为介质的电导率。在地球物理勘探中，常常采用σ的倒数ρ=1/σ，称为电阻率。电磁波在地下介质传播过程中，碰到不同介质的分界面时，要遵守电磁场的物理定律，这时就要考虑电磁波的边界条件关系。在两种介质