伪随机激电多参数谱法研究

论文摘要

由何继善院士发明并命名的伪随机多频信号带宽可控，其能量集中在数个对数坐标上呈等间距分布的频率上，是电法勘探的理想场源。以此为激励信号的伪随机多频激电法勘探，不仅具有时间域激电法的激电异常形态明显、在单次测量中获取丰富信息等特点，而且具有频率域激电法的抗干扰能力强、仪器轻便等优点。笔者基于对各种激电法充分认识的基础上，分析研究了各种激电参数的作用与特性，并对前人在研究频率域激电法中特别是在研究影响岩矿石激电相位或时间常数的因素上存在的问题，提出了自己的见解。认为比较岩矿石中导电矿物的含量、成分、结构构造对时间常数或绝对相位的影响程度是不合理的，因这种影响因素的划分是重叠的，从而使测试结果不具备可比性。笔者借鉴时间域激电法对充电率的定义，提出了频率域激电法中的充电率的概念，并对其具体含义作了简单的分析。基于对双频激电法的认识，笔者借鉴幅频率的定义，提出了频率域激电法的另一个激电参数：相频率，并详细分析了时间常数、充电率、频率相关系数对相频率的影响情况，从而得出相频率在识别不同极化体的时间常数方面有其独特的优势，从而有助于激电异常源性质的区分。在对激电法的综合分析的基础上，在对幅频率、激电相位、激电相对相位等参数频谱特性的详细剖析上，特别是在频率域激电法充电率与相频率激电参数的研究上，笔者提出了伪随机激电多参数谱法的概念，并对其基本作用与意义作了有益的概括与分析。基于对双频激电法与相位激电法的综合分析基础上，提出了双频激电相位法，运用该方法既能测量激电异常体的激电效应强弱，还能反映异常源的时间常数大小，进而区分激电异常源性质，而工作量与双频激电法一样。首次详细研究了伪随机多频激电相对相位法在区分激电异常源性质上的基本原理，为伪随机多频激电相对相位法区分激电异常源提供理论上的支持。基于对伪随机激电多参数谱法的定义，笔者对均匀介质中的三维立方极化体进行了多参数谱（相位谱、相对相位谱、相频率谱、幅频率谱、电阻率谱）的数值模拟，并分析了各种参数谱对区分激电异常源性质的作用。针对伪随机激电法原始数据存在着数据格式不统一、电磁耦合、数据拼接、数据插值、人文干扰等问题或要求，为剔除各种人文干扰引起的数据畸变，作者研究了伪随机激电法数据处理。为提高解释系统开发的效率，还探讨了VB与FORTRAN混合语言编程在系统开发方面的应用。为使解释结果更直接、更形象地反映处理结果，笔者在分析各种绘图软件的基础上，对采用VB与OpenGL相结合的方法编写更方便解释系统应用的绘图功能模块作了尝试。上述对激电法多参数谱、数据处理、绘图功能的研究是为将来对电阻率法、激电法、电磁法等进行联合反演所作的前期研究与尝试，也是将来伪随机多功能电法系统的数据解释系统的一部分。最后笔者对在研究中未能解决的问题与下一步计划研究的问题作了总结。如COLE-COLE模型的修改问题、混合矿体的区分问题、激电法专家解释系统开发问题、激电法中电极效应校正问题、伪随机多参数谱数据解释研究问题等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 激电法研究历史
• 1.2 激电法的种类
• 1.2.1 时间域激电法
• 1.2.2 频率域激电法
• 1.2.2.1 变频法
• 1.2.2.2 相位激电法
• 1.2.2.3 频谱激电法
• 1.2.2.4 双频激电法及伪随机多功能激电法
• 1.3 激电法激电参数研究现状
• 1.4 激电法目前存在的问题
• 1.5 论文结构与内容
• 第二章 伪随机场源与伪随机激电多参数谱法
• 2.1 伪随机场源
• 2.2 伪随机激电相对相位谱法
• 2.2.1 激电相对相位法的优缺点
• 2.3 激电相位与相对相位的物理机理
• 2.4 激电法中电位振幅、极化率（幅频率）、相位、相对相位的关系
• 2.4.1 时间域和频率域的等效性
• 2.4.2 激电法中电位振幅与相位的等效性
• 2.4.3 激电相位与极化率、幅频率的关系
• 2.4.4 激电绝对相位与相对相位的关系
• 2.5 幅频率、激电相对相位、频率域充电率、相频率激电参数
• 2.5.1 幅频率与COLE-COLE模型参数的关系
• 2.5.2 激电相对相位与COLE-COLE模型参数的关系
• 2.5.3 频率域激电法中的充电率参数定义
• 2.5.4 相频率参数定义
• 2.6 伪随机激电多参数谱法
• 2.7 双频激电相位法
• 2.7.1 双频激电相位法基本定义
• 2.7.2 双频激电相位法的理论分析
• 2.7.3 双频激电相位法的数值模拟
• 2.7.4 双频激电相位法的物理模拟
• 2.7.5 双频激电相位法的特点
• 2.8 伪随机激电相对相位法的基本原理
• 第三章 伪随机激电参数数值模拟
• 3.1 基本理论
• 3.1.1 Fredholm积分方程
• 3.2 模型理论计算
• 3.2.1 中梯装置激电模拟
• 3.2.1.1 激电相位、相对相位、相频率随时间常数t的变化
• 3.2.1.2 激电相位、相对相位、相频率随频率相关系数c的变化
• 3.2.1.3 相对相位曲线随电阻率比值μ的变化
• 第四章 伪随机激电法数据处理
• 4.1 数据准备
• 4.1.1 数据格式转换
• 4.1.2 电磁耦合校正
• 4.1.3 数据拼接与插值
• 4.1.4 滤波处理
• 4.1.4.1 一元三次滤波
• 4.1.4.2 小波分析与压躁
• 4.1.4.3 FIR数字滤波
• 4.1.5 趋势项消除
• 4.2 混合语言编程在数据处理系统中的应用
• 4.3 数据成图子系统
• 第五章 结论与建议
• 5.1 本文主要研究成果
• 5.2 不足之处及后继工作
• 参考文献
• 论文附录
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 博士生期间发表的论文、参加科研和获奖情况
• 一、发表论文情况
• 二、参加科研情况
• 三、获奖情况