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基于深度学习与联合降噪的可控源音频大地电磁抗干扰数据处理方法研究

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地球物理学进展 2024年第4期39卷 1457-1473页

作者：刘卫强林品荣陈儒军张昆陈昌昕刘旭自然资源部深地科学与探测技术实验室中国地质科学院北京100037 自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所廊坊065000 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在天然源大地电磁法(MT)基础上发展起来的一种近地表地球物理探测方法.随着社会经济的发展,CSAMT数据质量受到噪声干扰的严重影响.在实际勘探中,电磁场的时间序列通常与大尺度趋势项漂移、短时突发强干扰... 详细信息

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在天然源大地电磁法(MT)基础上发展起来的一种近地表地球物理探测方法.随着社会经济的发展,CSAMT数据质量受到噪声干扰的严重影响.在实际勘探中,电磁场的时间序列通常与大尺度趋势项漂移、短时突发强干扰和尖峰脉冲干扰相叠加,导致计算的电阻率谱失真.本文提出一种基于深度学习与联合降噪的可控源音频大地电磁抗干扰数据处理方法.首先,提出了一种层状大地可控源音频大地电磁时间序列正演算法,用于生成不含噪声干扰的标准电磁信号.然后,训练了长短时记忆神经网络(LSTM)来识别噪声类型.最后,采用改进经验模态分解、相关分析数据挑选和稳健统计来对CSAMT时间序列进行联合降噪.仿真数据测试结果表明,LSTM对多源混合噪声干扰的识别准确率可以达到95%以上,联合降噪算法可以将数据误差从20%左右降低到3%以下.最后,将该方法应用于内蒙古某矿区实测数据集,有效提高了低频段视电阻率和视相位的精度.

关键词：可控源音频大地电磁信噪识别信噪分离长短时记忆神经网络联合降噪算法

基于自适应多分辨率奇异值分解的大地电磁数据处理

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地球物理学报 2022年第12期65卷 4944-4962页

作者：李晋马翻红汤井田李勇湖南师范大学信息科学与工程学院长沙410081 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室河北廊坊065000

针对强电磁干扰极易掩盖微弱的大地电磁有用信号,本文结合奇异值分解在去噪方面的优越性,提出基于自适应多分辨率奇异值分解(Adaptive Multi-Resolution Singular Value Decomposition,AMRSVD)的大地电磁数据处理方法.首先对大地电磁数... 详细信息

针对强电磁干扰极易掩盖微弱的大地电磁有用信号,本文结合奇异值分解在去噪方面的优越性,提出基于自适应多分辨率奇异值分解(Adaptive Multi-Resolution Singular Value Decomposition,AMRSVD)的大地电磁数据处理方法.首先对大地电磁数据构建Hankel矩阵,利用MRSVD得到不同分辨率的近似信号和细节信号;然后选用近似信号和细节信号的标准差差值,对大地电磁数据进行信噪辨识;接着结合MRSVD和相邻细节信号的标准差差值,提出先验信息未知情况下的AMRSVD法;最后对辨识出的强干扰运用AMRSVD去除噪声,重构有用信号.实验结果表明,该方法的处理效率高,能有效分离出相关性较强的噪声,时间序列和视电阻率-相位曲线均得到有效改善.

关键词：大地电磁数据处理多分辨率奇异值分解自适应

三维重力、重力梯度和大地电磁数据的平滑聚焦结构约束联合反演

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地球物理学报 2022年第5期65卷 1822-1838页

作者：何浩源李桐林张镕哲朱威吉林大学地球探测科学与技术学院长春130012 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室廊坊065000

多种地球物理数据联合反演解释能够显著提高勘探分辨率,近年来,基于交叉梯度结构约束的联合反演得到了广泛研究.该方法有效克服了单一方法反演易受多解性影响和不同方法反演结果结构不一致等问题,已成为目前最流行的联合反演技术之一.... 详细信息

多种地球物理数据联合反演解释能够显著提高勘探分辨率,近年来,基于交叉梯度结构约束的联合反演得到了广泛研究.该方法有效克服了单一方法反演易受多解性影响和不同方法反演结果结构不一致等问题,已成为目前最流行的联合反演技术之一.传统的重力和大地电磁联合反演常因重力纵向分辨能力弱,导致密度模型可靠性较低,进而使联合反演结果有失准确.因此,本文在重力数据的基础上加入了包含更多高频信息的重力梯度数据,以更好地恢复出地下密度结构,进而提高联合反演的分辨率.同时,本文又提出了一种平滑聚焦的正则化方法,并将其应用于重力、重力梯度和大地电磁数据的三维联合反演中.平滑聚焦正则化法是平滑和聚焦正则化方法的结合,它既能保证异常体轮廓在大尺度上的光滑性,减少局部假异常,又能捕捉反演解的小尺度细节,增强反演结果的稀疏性,得到尖锐的异常体边界.通过设置聚焦强度阈值避免了聚焦和平滑聚焦反演中存在的过度聚焦问题.此外,为了减弱交叉梯度结构约束对反演模型向真实模型迭代的限制,本文还提出了一种间断式联合的交叉梯度联合反演新策略,令单独反演和联合反演交替进行.模型试算结果表明:重力梯度信息的加入有效提高了密度模型的可靠性,从而改善了联合反演的效果;平滑聚焦正则化法使大地电磁的反演结果更加准确,提高了电阻率模型的可靠性;间断式联合的反演策略既保证了交叉梯度法的结构相似约束,又能让迭代模型响应向观测数据充分拟合,使联合反演结果更还原真实模型.

关键词：重力和重力梯度法大地电磁法交叉梯度联合反演平滑聚焦正则化聚焦强度阈值间断式联合策略

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带约束的一维时频电磁联合反演研究

石油地球物理勘探 2023年第2期58卷 477-483页

作者：齐治澎汤文武何展翔张力东华理工大学地球物理与测控技术学院江西南昌330013 南方科技大学地球与空间科学系广东深圳518055 广东省地球物理高精度成像技术重点实验室(南方科技大学) 广东深圳518055 自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室河北廊坊065000

利用时频电磁资料可同时获取时间域及频率域电磁信息。相比单一时间域或频率域电磁信号,综合利用时频电磁信息可明显提高电性反演精度。为获得精细地电模型,基于正则化反演方法,融合数据约束、模型约束及步长约束,提出一种一维自适应时... 详细信息

利用时频电磁资料可同时获取时间域及频率域电磁信息。相比单一时间域或频率域电磁信号,综合利用时频电磁信息可明显提高电性反演精度。为获得精细地电模型,基于正则化反演方法,融合数据约束、模型约束及步长约束,提出一种一维自适应时频电磁联合反演算法。该算法对时间域和频率域数据平衡因子及正则化因子采用自适应调整方案,同时将模型参数搜索范围约束与WOLFE准则相结合,在限制参数搜索范围的同时约束迭代步长,确保反演的稳定性和精度。使用经典层状模型、含噪声的页岩气地电模型及实测数据对该反演方法进行测试与分析,结果表明带约束的时频电磁联合反演方法可有效提高复杂模型电阻率反演的分辨率,对提高时频电磁方法油气藏识别精度具有实际意义。

关键词：时频电磁联合反演约束正则化

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大地电磁多参考站阵列数据处理方法

石油地球物理勘探 2020年第6期55卷 1373-1382,1167-1168页

作者：周聪汤井田原源邓居智石福升李勇核资源与环境国家重点实验室(东华理工大学) 江西南昌330013 自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室河北廊坊065000 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410083 自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心安徽合肥230001

合理利用多远参考站数据是提高大地电磁(MT)数据处理质量的重要途径之一。从阵列电磁数据处理模型出发,提出一种多参考站阵列数据处理技术。首先,从测区内、外优选多远参考站数据,构建天然场占优的参考数据阵列;然后,利用稳健的主成分... 详细信息

合理利用多远参考站数据是提高大地电磁(MT)数据处理质量的重要途径之一。从阵列电磁数据处理模型出发,提出一种多参考站阵列数据处理技术。首先,从测区内、外优选多远参考站数据,构建天然场占优的参考数据阵列;然后,利用稳健的主成分分析方法,从参考数据阵列中提取天然场源极化参数;最后,将该参数应用于目标测站阵列数据,以稳健估计方法计算目标张量阻抗。通过"死频带"畸变的实测MT数据计算实例,对比了所提方法与常规方法的处理效果,验证了该方法的有效性。结果表明,所提出的多参考站阵列数据处理方法可有效提高多参考站数据的利用率,可提高强噪环境下MT数据的处理质量,获得优于常规方法的处理结果,为MT"死频带"畸变数据的校正提供可行的解决方案。

关键词：电磁勘探大地电磁远参考多参考站阵列 MT数据处理

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磁化效应对三维时间域航空电磁数据的影响

中国有色金属学报 2021年第6期31卷 1639-1648页

作者：刘慧岳明鑫杨晓冬李勇中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室廊坊065000 中国科学技术大学蒙城地球物理国家野外科学观测研究站蒙城233500

磁性异常对时间域航空电磁观测数据有明显影响,但关于同时存在电导率和磁导率异常的时域航空电磁三维正演模拟的工作还未见报道。本文发展了考虑磁化效应的频率域电磁三维矢量有限元数值模拟技术,在此基础上,利用时-频转换实现同时考虑... 详细信息

磁性异常对时间域航空电磁观测数据有明显影响,但关于同时存在电导率和磁导率异常的时域航空电磁三维正演模拟的工作还未见报道。本文发展了考虑磁化效应的频率域电磁三维矢量有限元数值模拟技术,在此基础上,利用时-频转换实现同时考虑地下电导率和磁导率异常的三维时间域航空电磁正演计算,理论模型验证了该算法的准确性和稳定性。结果表明:磁化异常显著增强了时间域航空电磁响应强度,特别是在强磁性环境背景下,时间域航空电磁的响应值在良导体中反而比在高阻体中更小,这个新现象对具有潜在异常磁导率地区的时间域航空电磁数据解释及其应用有重要影响。

关键词：时间域航空电磁法磁导率矢量有限元数值模拟

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频率域2.5维广域电磁法正反演研究

中南大学学报（自然科学版） 2021年第9期52卷 3273-3283页

作者：周峰张志勇汤井田李勇东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室江西南昌330013 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室河北廊坊065000

针对复杂起伏地形问题,从总场满足的方程出发,推导2.5维广域电磁法满足的微分方程,采用有限元技术实现2.5维广域电磁法有限单元法正演计算。设计层状地电模型,验证本文开发的2.5D广域电磁法算法的正确性,分析广域视电阻率与Cagniard电... 详细信息

针对复杂起伏地形问题,从总场满足的方程出发,推导2.5维广域电磁法满足的微分方程,采用有限元技术实现2.5维广域电磁法有限单元法正演计算。设计层状地电模型,验证本文开发的2.5D广域电磁法算法的正确性,分析广域视电阻率与Cagniard电阻率曲线特征。同时,构建广域视电阻率的正则化反演目标函数,采用非线性共轭梯度算法开展目标函数最优化求解,对直接带地形条件的2.5维广域电磁法反演非线性共轭梯度进行研究。研究结果表明:广域视电阻率在近区的利用率得到提高,从而提高了该方法的勘探深度。与Cagniard视电阻率相比,广域视电阻率受静态效应的影响较小,而Cagniard视电阻率在近区和过渡带出现严重畸变特征。开发的反演算法能够反映异常所在的位置,异常体的边界平滑过渡,反演结果准确。另外,无论是广域视电阻率的反演还是Cagniard电阻率的反演,异常体深部电阻率的收敛相对较慢。

关键词：广域电磁法 2.5维有限单元正则化反演

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起伏地形对三维可控源电磁响应的影响研究

石油地球物理勘探 2022年第1期57卷 222-236,I0010页

作者：尚晓荣岳明鑫杨晓冬吴小平李勇中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学技术大学安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站安徽蒙城233500 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室河北廊坊065000

可控源电磁法是油气和矿产资源勘探的重要手段之一。目前常规可控源电磁数据的资料解释多是假设平坦地形条件,这会导致反演异常体的位置和形态发生畸变,甚至产生虚假异常。为探究起伏地形对三维可控源电磁场传播的影响,提高资料处理解... 详细信息

可控源电磁法是油气和矿产资源勘探的重要手段之一。目前常规可控源电磁数据的资料解释多是假设平坦地形条件,这会导致反演异常体的位置和形态发生畸变,甚至产生虚假异常。为探究起伏地形对三维可控源电磁场传播的影响,提高资料处理解释质量,采用基于非结构化网格的矢量有限元算法,对起伏地形条件下的三维可控源电磁场进行数值模拟研究,讨论了地形对电磁场分量的影响。首先构建层状介质模型和简单异常体模型进行数值模拟,结果证明了该算法的正确性和时效性;然后,通过多个地形起伏三维模型,详细讨论起伏地形对可控源电磁法电磁场各分量的影响特征;最后,对实际复杂地形条件下金属矿模型的电磁响应特征进行分析,证明了该算法的实用性。

关键词：可控源电磁法地形影响电磁分量矢量有限元三维正演

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三维广域电磁法自适应有限元正演

石油地球物理勘探 2023年第4期58卷 1017-1029页

作者：周峰徐锦通张志勇蓝泽鸾陈辉汤洪志东华理工大学核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013 江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心江西南昌330013 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083

为了进一步提高广域电磁法正演求解精度,采用基于电流密度法向连续为依据的后验误差估计策略的自适应有限元技术,实现了三维广域电磁法正演模拟。首先,从麦克斯韦方程出发,推导了可控场源满足的电场方程,采用非结构四面体网格的矢量有... 详细信息

为了进一步提高广域电磁法正演求解精度,采用基于电流密度法向连续为依据的后验误差估计策略的自适应有限元技术,实现了三维广域电磁法正演模拟。首先,从麦克斯韦方程出发,推导了可控场源满足的电场方程,采用非结构四面体网格的矢量有限元技术对电场方程进行离散,从而形成大型稀疏复线性方程组;其次,设计电流密度法向连续的后验误差估计策略,并将其融入大型稀疏复线性有限元方程组,实现了高精度三维广域电磁法正演计算;最后,采用一种优化Brent‑Dekker求根算法,提高广域视电阻率计算的稳定性,并利用层状介质模型验证了自适应算法的正确性,同时设计了典型的地形和球状地电模型,分析广域电磁响应特征。研究结果表明,自适应有限元法能够避免人为设计网格带来的低效率问题,通过对重点区域进行局部网格加密提升正演模拟精度;同时,在同等收发距情况下,广域电磁法相比可控源音频大地电磁(CSAMT)具有更大勘探深度与勘探范围,受非平面波的影响更小。

关键词：广域电磁法自适应有限元非结构化网格正演模拟