关键词:
大地电磁测深
噪声压制
压缩感知重构
极化分析
时间序列依赖关系
摘要:
大地电磁测深法(Magnetotelluric,MT)是通过研究天然电磁场传播特性来获取地下深部地电结构的一种地球物理勘探方法,在工程地质勘探、矿产资源勘探、地球深部结构探测中发挥重要的作用。由于天然大地电磁信号极容易受到人文噪声干扰,导致信噪比下降,视电阻率和相位曲线常常出现畸变,使研究人员对后续反演解释造成错误的认知判断。另外,大地电磁测深观测时间长,获得的时间序列数据量大,一些常用的时间域去噪方法计算量大,快速处理能力较弱。本文针对有效提高大地电磁信号噪声压制的效率问题展开研究,提出了一种联合压缩感知重构和极化分析的去噪方法。
利用压缩感知理论能够突破奈奎斯特-香农采样定理限制,将信号在满足稀疏性的条件下可以从很少的观测值中精确的重构原始信号作为依据,实现了基于压缩感知重构方法的大地电磁去噪方法。研究结果表明,在处理大地电磁信号时,coif3小波域可以使得信号投影为少数的几个非零值,并通过实验测试不同重构方法的去噪性能,将信噪比、均方误差等作为去噪效果的衡量标准。结果表明快速迭代阈值方法可以使得重构效果最佳,能够得到大地电磁信号的最优稀疏表示。
大地电磁有效信号与噪声干扰极化性质的差异是区分高噪与低噪时段的可靠依据,天然大地电磁信号一般为非线性极化的,而人文噪声一般为线性极化,对大地电磁信号进行极化分析可以对强噪声时段定位,基于这一特点,论文提出了一种联合压缩感知重构和极化分析的大地电磁去噪方法。在获得压缩感知的稀疏系数后,极化分析的结果表明,极化性质更加明显,在识别出强噪声时段和弱噪声时段后,本文将基于同步大地电磁时间序列依赖关系的噪声压制方法引入大地电磁去噪中。多道大地电磁信号之间依赖关系相对稳定,通过计算本地点数据与远参考道数据的依赖关系,合成本地道信号,代替了传统方法中信噪声分离的思想。将该方法应用于合成数据实验验证了本文方法的有效性和可靠性。
将本文方法应用于中国松原地区实测大地电磁数据处理中,结果表明利用该方法进行噪声压制,使视电阻率-相位曲线的质量得到了很大改善,有效压制了近源特征与频点离散现象,基于去噪后数据的二维反演,揭示了松原地区与地震活动有关的浅部高导异常,可能与扶余北断裂的活动密切相关。