CSAMT数据静态校正方法技术

本发明专利技术涉及一种CSAMT数据静态校正方法，该方法包括以下步骤：根据可控源音频大地电磁离散点视电阻率数据拟合出可控源音频大地电磁原始信号，对其进行经验模态分解各IMF分量；根据观测点与参考点的全部频点的视电阻率值之间的互相关系数识别静态效应,如果存在静态效应，则根据各IMF分量对原始信号进行重构，得到静态校正后的可控源音频大地电磁重构信号s'(t)。本发明专利技术能够在压制静态效应的同时，保留原始数据中异常体的信息，使其不失真。

Static Correction Method for CSAMT Data

The present invention relates to a method for static correction of CSAMT data. The method includes the following steps: Fitting the original signal of controlled source audio magnetotelluric based on the discrete point apparent resistivity data of controlled source audio magnetotelluric, empirical mode decomposition of each IMF component, and identifying the static effect according to the correlation coefficient between the apparent resistivity values of all frequency points of the observation point and the reference point, if In the presence of static effect, the original signal is reconstructed according to each IMF component, and the static corrected controlled source audio magnetotelluric reconstructed signal s'(t) is obtained. The invention can suppress the static effect while retaining the information of the abnormal body in the original data, so that it is not distorted.

【技术实现步骤摘要】
CSAMT数据静态校正方法
本专利技术涉及一种针对CSAMT数据的静态校正方法。
技术介绍
可控源音频大地电磁法(ControlledSourceAudio-frequencyMagnetotellurics,简称CSAMT卡尼亚电阻率测深曲线，因此又称可控源音频大地电磁测深法，具有工作效率高、勘探深度范围大、空间分辨率高、地形影响小、高阻电屏蔽作用小等优点。CSAMT在信号采集过程中，地表或近地表往往存在局部导电不均匀体，当电流流过不均匀体的表面时，就会形成电荷累积效应，导致电场发生畸变，产生静态效应。在“视电阻率-频率”双对数坐标系中相邻各测点的视电阻率曲线沿着视电阻率轴上下移动，反映在视电阻率拟断面图上，会出现横向范围不大的陡立状密集带，掩盖地下由矿体或目标物引起的异常，对实际地质情况的判断造成误导。对静态效应的校正方法可以分为:(1)曲线平移法做静校正；(2)数值分析法做静校正；(3)联合反演法做静校正；(4)利用相位换算资料做静校正；(5)利用磁场数据做静校正；(6)直接的二维以及多维反演方法；(7)小波滤波方法等。曲线平移法效果的好坏很大程度上取决于处理人员对数据的认知水平,对静态效应的判断和处理经验起着很关键的作用，容易误将那些并非静态效应引起的异常当作静态效应给“校正”了；对于某些地形背景简单的静态效应,尤其是地形影响产生的静态效应,可以采用数值模拟的方法来进行识别并作出校正，而在实际野外条件下这些往往是未知的，所以只能是作为参考研究用；联合反演法相当于重复做了两种地球物理方法，成本高，实用性不强；小波变换是一种变窗口变换，将地表不均匀性引起的静态效应与大构造异常在数学上进行直观的区分，有较高的分辨率和校正精度，然而小波方法存在的问题就是小波基函数的选择，小波基选择的不同以及分解层数的不同都会导致分解结果出现较大差异，进而会影响后面的静态校正效果。Hilbert-Huang变换(Hilbert-huangTransform，简称HHT)方法是美国国家宇航局的N.E.Huang等人提出的一种新的信号处理方法,对于非平稳、非线性信号有清晰的物理意义，能够得到信号的振幅一时间一频率分布特征，并且具有自适应性。针对传统方法在压制静态效应时所存在的问题，本专利技术提出了基于HHT的CSAMT数据的静态校正。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种CSAMT数据静态校正方法，该方法不存在基函数选择的问题，在实现静态校正的同时能够在压制静态效应的同时保留大构造异常信息。为了解决上述技术问题，本专利技术的CSAMT数据静态校正方法包括以下步骤：步骤一、采集可控源音频大地电磁离散点视电阻率数据，拟合出可控源音频大地电磁原始信号s(t)，对其进行经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，简称EMD)得到n个本征模态函数c1(t)、c2(t)、...ci(t)、...cn(t)，并将各本征模态函数作为IMF分量；步骤二、根据观测点与参考点的全部频点的视电阻率值之间的互相关系数rxy识别静态效应,如果存在静态效应，则按照步骤三对原始信号s(t)进行重构；步骤三、根据步骤一得到的各IMF分量对原始信号s(t)进行重构，得到静态校正后的可控源音频大地电磁重构信号s'(t)；对原始信号s(t)进行重构的方法如下：(1)采用基于高斯白噪声的自适应阈值作为重构阈值，设第i个IMF分量ci(t)的重构阈值为Ti：其中，c表示阈值系数，取值范围为0.5-0.7；M表示选取的信号长度，即各IMF分量的离散点个数，Ei表示第i个IMF分量ci(t)的能量强度，其计算公式为：其中，是第一个IMF分量c1(t)的方差；(2)用h(ik)(t)表示第i个IMF分量ci(t)在时间tk处的离散值，k＝1,2,...M,则第i个IMF分量ci(t)对应的重构分信号为则可控源音频大地电磁重构信号为s'(t)：所述的阈值系数优选c＝0.7。所述的步骤一中，对CSAMT的视电阻率数据进行经验模态分解得到多个本征模态函数分量的方法如下：(一)、找出可控源音频大地电磁原始信号s(t)所有的极大值点和极小值点；(二)、采用三次样条插值法分别将所有的极大值点和极小值点连接起来形成上包络线S1、下包络线S2：用原始信号s(t)各离散点视电阻率值ρ减去上包络线S1与下包络线S2的对应点均值,得到多个离散差值点并对其进行拟合得到第一个差值拟合曲线h11(t)；将第一个差值拟合曲线h11(t)所有的极大值点和极小值点连接起来形成差值信号上包络线H11、下包络线H12；考察第一个差值拟合曲线h11(t)是否满足IMF的两个条件,即：极值点数目(包括极大值和极小值)和过零点数目相等或最多相差1个；任意点对应的差值信号上包络线H11上的离散点值与差值信号下包络线H12上的离散点值的平均值为0；如果满足则将第一个差值拟合曲线h11(t)作为第1个本征模态函数c1(t)，转到步骤三；否则用第一个差值拟合曲线h11(t)替代原始信号s(t)重复上述筛选过程，直至从原始信号s(t)中筛选出满足IMF的两个条件的差值拟合曲线并将其作为第1个本征模态函数c1(t)；(三)将剩下的信号r1(t)＝s(t)-c1(t)作为新的信号，按照步骤(一)、(二)，得到第二个本征模态函数c2(t)；依次类推，最后得到n个本征模态函数c1(t)、c2(t)、...ci(t)、...cn(t)和一个不可分解的残余分量rn(t)：n个本征模态函数c1(t)、c2(t)、...ci(t)、...cn(t)作为IMF分量。所述步骤二中，识别静态效应方法如下:将观测点的全部频点的视电阻率值看成是一组数据系列xi，同样参考点的全部频点所对应的视电阻率值也是一组数据系列yi，将这两组数据进行相关匹配，求取两者之间的互相关系数rxy，其中N为频点数量，为观测点的全部频点视电阻率值的平均值，参考点的全部频点视电阻率值的平均值；若rxy≥0.85则认为存在静态效应。本专利技术还可以包括下述步骤：步骤四、对步骤一得到的各IMF分量c1(t)、c2(t)、...ci(t)、...cn(t)作Hilbert变换得到其瞬时频率和Hilbert谱以及边际谱；针对任一IMF分量ci(t)，其瞬时频率为ωi(τ)，原始信号s(t)的Hilbert谱H(ω，τ)以及原始信号s(t)的边际谱h(ω)如下：式中，yi(τ)是IMF分量ci(t)经过希尔伯特变换后的信号，τ是希尔伯特变换后信号的时间变量，θi(τ)为相位，H(ωi,τ)＝H(ωi(τ),τ)≡ai(τ)其中H(ωi，τ)为IMF分量ci(t)对应的Hilbert谱中的一条谱线，ai(τ)为时变幅值；本专利技术的有益效果是：(1)传统静态校正方法(例如：小波方法)都存在基函数选择困难的问题，而本专利技术提出的方法不存在这一问题，避免了这一限制条件。(2)本专利技术提出的CSAMT静态校正能够在压制静态效应的同时，保留原始数据中异常体的信息，使其不失真。(3)根据步骤四得到的Hilbert谱和边际谱h(ω)与原始数据的HHT谱和HHT边际谱进行比对，可以直观地反映出静态效应的校正情况。时频谱中能够清楚显现信号各时段的不同频率，从边际谱中可以看出信号中存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CSAMT数据静态校正方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采集可控源音频大地电磁离散点视电阻率数据，拟合出可控源音频大地电磁原始信号s(t)，对其进行经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，简称EMD)得到n个本征模态函数c1(t)、c2(t)、...ci(t)、...cn(t)，并将各本征模态函数作为IMF分量；步骤二、根据观测点与参考点的全部频点的视电阻率值之间的互相关系数rxy识别静态效应,如果存在静态效应，则按照步骤三对原始信号s(t)进行重构；步骤三、根据步骤一得到的各IMF分量对原始信号s(t)进行重构，得到静态校正后的可控源音频大地电磁重构信号s'(t)；对原始信号s(t)进行重构的方法如下：(1)采用基于高斯白噪声的自适应阈值作为重构阈值，设第i个IMF分量ci(t)的重构阈值为Ti：

【技术特征摘要】
1.一种CSAMT数据静态校正方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采集可控源音频大地电磁离散点视电阻率数据，拟合出可控源音频大地电磁原始信号s(t)，对其进行经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，简称EMD)得到n个本征模态函数c1(t)、c2(t)、...ci(t)、...cn(t)，并将各本征模态函数作为IMF分量；步骤二、根据观测点与参考点的全部频点的视电阻率值之间的互相关系数rxy识别静态效应,如果存在静态效应，则按照步骤三对原始信号s(t)进行重构；步骤三、根据步骤一得到的各IMF分量对原始信号s(t)进行重构，得到静态校正后的可控源音频大地电磁重构信号s'(t)；对原始信号s(t)进行重构的方法如下：(1)采用基于高斯白噪声的自适应阈值作为重构阈值，设第i个IMF分量ci(t)的重构阈值为Ti：其中，c表示阈值系数，取值范围为0.5-0.7；M表示选取的信号长度，即各IMF分量的离散点个数，Ei表示第i个IMF分量ci(t)的能量强度，其计算公式为：其中，是第一个IMF分量c1(t)的方差；(2)用h(ik)(t)表示第i个IMF分量ci(t)在时间tk处的离散值，k＝1,2,...M,则第i个IMF分量ci(t)对应的重构分信号为则可控源音频大地电磁重构信号为s'(t)：2.根据权利要求1所述的CSAMT数据静态校正方法，其特征在于所述的阈值系数c＝0.7。3.根据权利要求1所述的CSAMT数据静态校正方法，其特征在于所述的步骤一中，对CSAMT的视电阻率数据进行经验模态分解得到多个本征模态函数分量的方法如下：(一)、找出可控源音频大地电磁原始信号s(t)所有的极大值点和极小值点；(二)、采用三次样条插值法分别将所有的极大值点和极小值点连接起来形成上包络线S1、下包络线S2：用原始信号s(t)各离散点视电阻率值ρ减去上包络线S1与下包络线S2的对应点均值,得到多个离散差值点并对其进行拟合得到第一个差值拟合曲线h11(t)；将第一个差值拟合曲线h11(t)所有的极大值点和极小值点连接起来形成差值信号上包络线H11、下包络线H12；考察第一个差值拟合曲线h11(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：于生宝，李齐，王金，刘伟宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22