小波分析在CSAMT静态校正中的应用研究

摘要

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是针对大地电磁法随机性强和信号微弱，提出的一种采用人工场源通过改变频率来进行测深的地球物理方法。该方法抗干扰能力强、分辨率高、勘探深度大，己被广泛运用于矿山、地热、水资源、油气等勘探，并取得显著的效果。但是，由于该方法属于电磁频率测深，不可避免会遇到静态效应问题，它严重影响着资料处理解释的结果，因此，必须要对CSAMT法中存在的静态效应加以校正来提高解释质量。本文主要研究如何利用小波变换来消除CSAMT法中由于浅地表存在小规模电性不均匀体而引起的静态效应问题。
　　 要进行静校正，首先需要能够识别出数据中是否含有静态效应，正确区分异常数据和静态效应。本论文从电磁场基本理论出发，分析静态效应产生的机制，即在近地表存在小规模的电性不均匀体时，地下介质的电流分布会发生畸变，从而干扰地面接收到的电场观测值，表现为在双对数坐标系中视电阻率曲线沿着电阻率轴出现一个保持曲线形态不变的平行移动，而相位曲线的形态和位置均保持不变。国内外文献资料表明，静校正的基本方法有理论计算、滤波和相位积分以及使用独立无静态效应的测量方法。对比各种消静方法，最终选择采取小波变换来对CSAMT数据中存在的静态效应进行校正。
　　 小波变换继承发展了窗口Fourier变换的局部化思想，它同时具有空间域-频率域双重局部性的特点，而静态效应恰恰是近地表局部电性不均匀体产生的局部特征，这对于利用小波变换来识别静态效应是有利的；另外，根据Mallat多尺度分解理论，可以将信号分解到不同频率层面上进行更进一步分析处理，从而可以更准确的压制静态效应。
　　 本论文从小波变换做静校正原理出发，首先，结合实际情况，建立地下均匀介质中不同类型的静态模型，采用二维正演计算出视电阻率和相位数据，分析静态效应对视电阻率和相位的影响规律；其次，选用高斯小波，结合静态效应的Lipschitz指数为负值来识别静态效应；然后，根据Mallat多分辨分析理论，选择不同的小波对静态模型进行静校正，初步掌握小波变换在消静方面的规律；最后，使用五点滤波、七点滤波和中值滤波静校正方法对模型进行静校正，与小波变换静校正效果进行比较。在实际资料的处理中，选择内蒙古某金属矿区的某条剖面数据进行校正，该地区地表地质条件复杂，静态效应比较严重，小波变换较好地压制了浅地表静态不均匀体产生的静态效应。理论研究和实际资料处理均表明：小波变换可以准确识别和有效压制CSAMT中存在的静态效应，实际应用效果比较好。