分形和ITD在大地电磁信噪辨识及分离中的应用

摘要

由于天然大地电磁场频带范围宽,且信号本身非常微弱,导致大地电磁测深数据极易受到各种强电磁噪声的干扰,大地电磁数据质量不断下降,并呈现典型的近源效应.尤其是随着国民经济的高速发展,巨型工业设备基地、通讯电力设备、矿山开采等因素造成人文电磁干扰日益严重,大地电磁时、频域数据均不同程度地出现失真,在矿集区开展大地电磁测深面临严峻挑战.为此,如何运用现代信号处理技术辨识、消除大地电磁信号中的强干扰,成为广大电磁勘探学者长期瞩目并为之奋斗的研究课题.固有时间尺度分解（ITD）是2007年由Frei and Osotio提出的一种非线性、非平稳信号分析方法，该方法将信号自适应地分解为频率由高到低的一系列旋转分量（PR）和一个单调趋势的残余量。大地电磁数据的盒维数和多重分形维数能较好地定量辨识大地电磁信号和噪声的边界，重构的大地电磁数据中保留了更多几乎未受到电磁干扰或含干扰程度较少时间段的缓变化信息；视电阻率-相位曲线更为光滑、连续，低频段的数据质量得到了明显改善。所提方法为今后在矿集区开展高精细的大地电磁信噪辨识及分离提供了一种新的尝试手段，后续课题组将重点针对各种分形维和ITD分解得到的PR分量在大地电磁数据中的物理含义，以及获取更为鲁棒、稳健的大地电磁信噪特征开展相关研究。