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《吉林大学》 2016年
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时域地空电性源的三维电磁数值模拟及噪声抑制方法研究

黎东升  
【摘要】:随着我国经济的快速发展,对矿产资源的需求也急速增加,资源的供求矛盾成为制约我国经济发展的重要因素,因此,发展一种高效的资源探测方法解决我国资源短缺的问题非常必要。时域电性源地空电磁探测系统融合了时域地面电磁系统和时域航空电磁系统的优势,具有探测深度大、分辨率高、范围广、速度快等优点,特别适用于我国山地、森林覆盖区、沼泽等特殊景观地区开展资源的快速探测工作。数值模拟是研究时域电磁响应变化规律的有效手段,常用的电磁数值模拟方法包括有限差分法、有限元法、体积分法等,其中有限差分法由于具有计算简便的特点,被广泛应用于时域电磁数值模拟中。目前,时域电性源地空电磁有限差分数值模拟主要围绕一维和二维模型展开,但我国矿产资源多呈透镜状、扁豆状、脉状等分布,仅采用一维和二维有限差分无法准确地模拟地下矿体的真实电磁响应,需要开展时域电性源地空电磁三维有限差分的相关研究。时域地空电磁系统的探测深度和分辨率与电磁数据的质量直接相关,时域地空电磁数据具有较大的动态范围,晚期数据仅有几十毫伏甚至几毫伏,而在飞行探测中电磁数据会受背景噪声、电磁噪声等多种噪声的干扰,由噪声引起的电磁数据信噪比降低成为限制系统探测深度和分辨率的一个重要因素。针对上述两个问题,本文在国家自然科学基金项目“基于全波形航空时域电磁探测的三维地质体识别技术研究”,吉林省双十工程重大科技攻关项目“时间域半航空电磁探测系统研究”及教育部新世纪人才支持计划项目“时域长导线多源电磁3D数值计算”的共同资助下,开展了时域电性源地空电磁三维数值模拟和电磁噪声抑制技术的研究,主要研究内容如下:1、本文以Wang和Hohmann开展的三维时域回线源有限差分数值模拟为基础,针对电性源地空电磁探测采用地面长导线作为发射,空中飞行平台搭载接收系统的特殊工作方式,推导了差分初始场的计算公式,以此作为计算激励源的条件。2、研究了三维电磁有限差分的快速数值模拟方法,通过CPU+GPU的方案优化了时域电性源地空电磁算法。根据电磁信号的衰减特性,研究了有限差分加速迭代方法,在保证计算精度的同时进一步降低计算时间。采用均匀和层状半空间模型对算法进行验证,并计算了三维复杂异常和电导率连续变化的模型,分析了不同模型下时域地空电磁响应的特点。3、分析了时域地空电磁信号和电磁噪声的特点,提出了基于小波阈值-指数变窗拟合的地空电磁去噪方法,分别采用小波阈值和指数拟合先后去除信号中的背景噪声和随机电磁尖峰,通过瞬时能量检测实现尖峰噪声的检测,并将去噪方法应用于内蒙古巴彦宝丽格盆地的飞行实测数据去噪中,显著提升了数据质量和成像质量。4、根据阈值-拟合方法的不足进行了去噪算法的改善,提出了基于对数衰减斜率的尖峰噪声检测方法和基于平稳小波变换的尖峰噪声抑制方法,将改善后的方法与小波阈值相结合,形成地空电磁综合小波去噪法,并将新方法应用于江苏连云港燕尾港和上海横沙岛的实测数据去噪中,取得较好的去噪效果。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P631.325

【参考文献】
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