时域电性源地—空电磁探测数据预处理研究

论文摘要

时域电性源地-空电磁探测系统由地面铺设长达一至两公里的接地导线源，采用无人机系统在空中接收电磁响应。因其具有勘探深度大，纵向分辨率高，野外工作布线简单易行的特点而备受地质勘探工作者的青睐。随着时域电性源地-空电磁探测系统的广泛应用，地-空电磁数据处理解释已成为亟待解决的问题。时域地-空电磁法是近年来提出的一种新型地球物理探测方法，其理论基础是麦克斯韦方程组和法拉第电磁感应定律，它是基于时域电磁法（Time-domain electromagnetic methods简称TEM）的基本原理，根据不同探测目标的电学和磁学性质的差异，对所得到的二次场进行分析处理，从而识别地下介质电性结构的一种探测方法。发射源置于地面，可以提供大电矩发射，且不需要一次场补偿。野外布线简单易行，采用无人机不仅可以低空飞行探测，且易于控制飞行航线，成本低廉，可以快速实现较大面积深部异常体的探测，比较适用于我国地形复杂的山区资源探测，随着矿产资源需求的日益增长，电性源地-空电磁探测方法的应用将越来越广泛。在实际野外工作中，因观测点距发射源导线较近而不能将长导线源视为电偶极源，本文将激励响应看作多个偶极源响应的叠加来求解长导线源时域电磁响应，并分析了接收高度对电磁响应的影响，经过模型计算得出结论：在接收高度为30m以内时，地面接收的电磁响应与空中接收的电磁响应等效。根据响应等效及长导线源剖分思想，设计了求解全区视电阻率算法，并进行模型计算，验证算法的正确性和可行性。针对野外实测地-空电磁信号的降噪问题，本文分析了地-空电磁信号的特点及主要噪声源，并给出了不同的消噪策略。基于数据消噪和解释的基本算法，为便于地-空信号的实时处理，本文采用MATLAB里的图形用户界面工具设计了简单、易操作的电性源地-空电磁数据预处理软件，并发布为可脱离MATLAB执行的exe文件，与采集系统进行配套使用。最后，总结了所研究的课题，并对下一步工作进行分析和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外发展现状及趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 层状大地地-空电磁场的基本理论
• 2.1 电磁学基本理论
• 2.1.1 时域和频率域麦克斯韦方程组
• 2.1.2 波动方程和边界条件
• 2.1.3 亥姆霍兹方程和洛伦兹条件
• 2.2 电性源地-空电磁探测原理
• 2.2.1 时域电磁法探测原理
• 2.2.2 地-空电磁探测系统结构
• 2.3 层状大地长导线源电磁响应计算
• 2.3.1 层状大地电偶极源的电磁场
• 2.3.2 长导线源电磁响应计算
• 2.3.3 典型大地模型的响应计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 地-空电磁数据预处理算法研究
• 3.1 地-空电磁实测数据的特点
• 3.2 地-空电磁数据消噪技术
• 3.2.1 线圈运动噪声消噪方法
• 3.2.2 工频干扰与白噪声消噪方法
• 3.2.3 数据取样算法
• 3.2.4 衰减曲线圆滑方法
• 3.3 视电阻率-深度成像方法研究
• 3.3.1 视电阻率计算
• 3.3.2 视深度计算
• 3.4 典型模型视电阻率-深度计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 时域电性源地-空野外实验研究
• 4.1 地-空电磁系统地面异常环实验
• 4.2 地-空电磁系统地面 LOTEM 实验
• 4.3 江苏如东飞艇实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 地-空电磁数据预处理软件设计
• 5.1 建模及用户图形界面设计
• 5.2 回调程序编写
• 5.3 可独立执行的 EXE 文件
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结及对后续研究的建议
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作的建议
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢