基于小波包的三维大地电磁测深静态效应压制研究

论文摘要

大地电磁测深(Magnetotelluric,MT)野外施工方便,成本低廉,探测深度大,不受高阻层屏蔽影响,对低阻层分辨能力强,广泛的应用在能源和资源勘探中。然而,静态效应使得频率域电磁测深数据的解释复杂化、引起深度推测的误差。本文在研究分析国内外各种静态效应校正方法的基础上,在863计划项目(2007AA06Z134)资助下,利用二维小波理论对三维大地电磁测深数据中静态效应的压制进行了研究。本文先对论文的研究背景与现状进行了探讨,总结了静态效应压制研究方法,阐述了小波变换的发展和起源。小波变换良好的时频分析特性,为信号消噪,构建滤波器提供了非常有效的工具。在此基础上本文做了以下土作：首先描述了大地电磁测深数据的静态效应的物理原因以及其特征,研究了二维静态效应与三维静态效应之间的区别,给出了三维大地电磁静态效应的压制方法。其次,从小波变换的基本原理出发,基于小波分析的去噪原理研究了二维小波分析在三维大地电磁测深数据中的静态效应压制的应用。利用二维小波变换的分解与重构算法,良好的时频特性,引入去噪因子合理的选择阈值函数以及阈值准则,通过对含有三维静态效应的地电模型仿真以及实测数据进行处理,表明了二维小波分析能够有效的从三维大地电磁测深数据中分离出静态效应,再利用二维小波分析的重构算法可以很好的重构压制了静态效应的卡尼亚视电阻率。实验表明,该方法能够遵循静态效应消除的原则,很好的体现原始模型的层状特征,由小三维体产生的静态效应能够得到很好的压制。然后,对小波包分析进行了研究,小波包分析比小波变换具有更好的时频特性,它可以对小波变换没有加以分析的高频部分继续进行细分,呈现更好的细节分析能力。基于小波包这个优良的特性,提出了基于二维小波包分析在三维大地电磁测深数据中静态效应压制的方法。利用这种方法对三维大地电磁测深数据中的静态效应进行压制,首先应用最小熵标准进行最佳小波包基的选择,确定小波包基函数对三维的卡尼亚视电阻率进行处理,分离出其中的高频部分,即静态效应；然后重构。通过低频重构能够很好的体现地电模型的层状结构,同时,因为小波包的提取信号细节的能力很强,在需要利用静态效应时,可以用小波包来精确的提取二维、三维静态效应,重构引起静态效应的不均匀体细节。通过以上的研究,表明了二维小波分析和二维小波包分析具有良好的时频局部分析特性,通过合理的选择小波(包)基以及分解的层数能够有效地分析处理大地电磁测深数据中的静态效应,将这两种方法用在了实测数据的静态效应消除中,从结果分析,利用二维小波(包)可以很好的抑制地表不均匀体的垂向拉长。最后讨论了三维大地电磁测深数据的静态效应压制中算法的不足之处,并对下一步的研究工作的展开提出了一些建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 静态效应的研究现状及存在问题
• 1.2.1 二维静态效应的消除方法
• 1.2.2 三维静态效应的消除方法
• 1.3 小波理论综述
• 1.4 本文的主要研究内容和结构安排
• 第二章 三维大地电磁测深静态效应特征
• 2.1 大地电磁测深数据静态效应
• 2.1.1 大地电磁测深数据静态效应的物理原因
• 2.1.2 大地电磁测深数据静态效应的特征
• 2.2 大地电磁测深数据静态效应的影响
• 2.2.1 静态效应对相位曲线的影响
• 2.2.2 静态效应对反演的影响
• 2.2.3 静态效应对电性结构的影响
• 2.3 三维大地电磁测深的静态效应压制方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于小波分析的三维静态效应压制
• 3.1 小波变换理论
• 3.1.1 连续小波变换定义
• 3.1.2 离散小波变换
• 3.1.3 多分辨分析
• 3.1.4 二维小波理论
• 3.1.5 二维小波分析的应用
• 3.2 二维小波分析在三维静态效应消除中的应用
• 3.2.1 小波基函数的选择
• 3.2.2 小波基函数选择实验比较
• 3.2.3 边界问题处理
• 3.2.4 大地电磁测深数据静态效应处理
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于小波包分析的三维大地电磁静态效应校正
• 4.1 小波包理论
• 4.1.1 小波包定义、性质
• 4.1.2 小波包的构造
• 4.1.3 小波包变换
• 4.1.4 小波包的应用
• 4.2 二维小波包的分解与重构
• 4.3 二维小波包与三维大地电磁测深静态效应的校正
• 4.3.1 最优小波包基的选择
• 4.3.2 地电模型的小波包分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 实测大地电磁数据分析
• 5.1 测区情况简介
• 5.2 实测MT数据分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文的主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的主要研究成果