地球物理学报  2021, Vol. 64 Issue (9): 2995-3004   PDF    
半航空电磁探测方法技术创新思考
林君1,2, 薛国强3,4,5, 李貅6,7     
1. 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 长春 130026;
2. 地球探测信息仪器教育部重点实验室, 长春 130026;
3. 中国科学院矿产资源研究重点实验室, 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
4. 中国科学院地球科学研究院, 北京 100029;
5. 中国科学院大学地球与行星科学学院, 北京 100049;
6. 长安大学地质工程与测绘学院, 西安 710054;
7. 中国地球物理学会地球物理场多参数综合模拟重点实验室, 西安 710054
摘要:最新的成矿理论研究和深部定位预测结果均表明我国大陆2000 m深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源,为在辽阔的国土面积上实现大深度、高精度、广覆盖地球物理探测,开展半航空电磁探测方法与技术研究显得十分必要.本文总结了国内外半航空电磁法的发展现状,重点围绕方法与装备技术等问题进行讨论,并对近年来的最新成果,如:时频协同探测、半航空短偏移距探测、无人机编队观测等新模式,深度学习去噪、多发射源视电阻率定义、拟地震成像等进行了系统分析.最后,对半航空电磁法的发展方向进行了展望,指出任意码形大功率发射和三维高分辨成像等方法技术是下一步的关键突破方向,有望在深部地质找矿、灾害预警和城市地下深部勘查等方面发挥重要作用.
关键词: 半航空电磁法      深部探测      创新技术      分析与讨论     
Technological innovation of semi-airborne electromagnetic detection method
LIN Jun1,2, XUE GuoQiang3,4,5, LI Xiu6,7     
1. College of Instrumentation and Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130026, China;
2. Key Lab of Geo-Exploration Instrumentation, Ministry of Education of China, Changchun 130026, China;
3. Key Laboratory of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
5. Institutions of Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
6. School of Geology Engineering and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710054, China;
7. Integrated Geophysical Simulation Lab(Key Laboratory of Chinese Geophysics Society), Chang'an University, Xi'an 710054, China
Abstract: The latest metallogenic theory research and deep positioning prediction results show that there are huge potential mineral resources in the depth of 2000 meters in the mainland of China. In order to achieve a large depth and efficient geophysical exploration coverage in the vast land area, it is necessary to carry semi-airborne electromagnetic exploration methods and technology research. In this paper, we first sort out the development of semi-airborne electromagnetic method at home and abroad, focus on the discussion of methods and equipment technology, and systematically sum up the latest achievements in recent years, such as: time-frequency cooperative detection, semi-airborne short offset detection, UAV formation observation, deep learning denoising, multi-source apparent resistivity definition, pseudo seismic imaging, etc. Finally, the development direction of semi-airborne electromagnetic method is prospected, and the key breakthrough directions of arbitrary code shape high-power emission and three-dimensional high-resolution imaging method are summarized, which is expected to provide more powerful technical support for solving the hot development problems in deep geological prospecting, disaster early warning and urban deep underground exploration in China.
Keywords: Semi-airborne electromagnetic method    Deep exploration    Innovative technology    Analysis and discussion    
0 引言

我国矿产资源对外依存度已高达50%~80%,开发偏远地区、地形条件复杂地区的矿产资源十分必要.最新的成矿理论研究和深部定位预测验证结果均表明我国大陆2000 m深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源.此外,城市地下空间是战略性国土空间资源,越来越受到国家重视,与一些发达国家相比,我国城市地下空间开发不足,利用水平差距很大,其主要制约因素是我国目前常规采用的传统地面探测方法受地形环境影响较大,采集速度慢、要素少、精度低.为解决上述问题,研究高质和高效探测新方法、新手段成为重要的难题(何继善和薛国强,2018底青云等, 2019; Di et al., 2020a, b).

电磁法是地球物理探测的一个重要分支,其通过观测天然场源或人工场源激发的电磁响应,实现对地电结构信息的提取(Guo et al., 2020; Zhang et al., 2020).然而,传统电磁法的发射和接收装备均位于地表,工作效率低,特别是在沙漠、戈壁、山地和湿地等复杂区域难以开展工作(Xue et al., 2020).全航空电磁法采用空中发射空中接收,观测效率高,但通常受到平台搭载能力的限制,使得发射装置功率有限(Wu et al, 2019a, b, c, d).半航空电磁法(Semi-airborne EM, SAEM)通常采用高功率发射装置在地面发射,而将接收端搭载于飞行平台上(Liu et al., 2019; Wu et al., 2019e; 李貅等,2021),实现探测深度和工作效率之间的平衡,成为近些年来深部探测研究的热点方向.

半航空瞬变电磁法最初是由Nabighian(Nabighian,1987)提出. 1991至1993年期间,被率先应用于澳大利亚干旱地区导电覆盖层下的深部地质情况调查工作中,之后加拿大的Fugro公司于1997年研制了首套商用半航空时间域电磁系统,即TerraAir系统. 同期,Elliot(1998)研制了时间域半航空FLAIRTEM系统. 上述两个系统均使用回线作为激励源,由于要求发射回线铺设范围大,地形复杂区域施工效率仍然受限.

Mogi等(1998)研制了首套电性源半航空电磁系统GREATEM,并利用该系统在日本西南部别府地区的地热场开展了调查试验.调查试验结果表明,电性源长度为1500 m时,在收发距数公里处仍能采集到清晰的磁场垂直分量瞬变响应,验证了系统的有效性与可靠性的同时,也揭示了电性源相对于回线源在半航空电磁探测中的优势(Mogi et al., 1998).随后,该系统在日本东北部磐梯山的火山结构调查和海岸地区三维沙脊和盐水分布调查中也均取得了较好的效果,进一步验证了该系统在800 m深部探测中的实用性(Mogi et al., 2009).

国内多个机构先后开展了半航空电磁研究与系统研发工作(Wu et al., 2019e),主要包括吉林大学、长安大学、成都理工大学和中国科学院电子学研究所等.吉林大学林君院士团队从时间域及频率域半航空电磁探测系统入手,开展了关于理论研究、系统研制、数据处理、成像解释等方面的大量工作并积累了宝贵经验.中国科学院电子学研究所方广有研究员团队研发了一套SATEM半航空系统,即CAS-HTEM,实现了较高的技术参数.长安大学李貅教授团队对半航空瞬变电磁的理论和解释方法进行了系统研究,建立了拟地震成像的方法,为瞬变电磁数据解释提供了一种新的途径.中国科学院地质与地球物理研究所薛国强研究员团队对半航空瞬变电磁场地层波传播机理开展研究,为近源精细探测提供了支撑.

嵇艳鞠等(2011)开展了基于异常线圈的时间域AEM系统测试和标定方法研究;关珊珊等(2012)分析了激励信号对地-空瞬变电磁响应的影响;Zhou等(2016, 2018)研究了多激励场源的相互影响,提高了探测效率及探测信号强度;张铭等(2021)开展了2.5维起伏地表条件下的半航空频率域电磁正演模拟,为探测系统参数的优化设置提供了理论参考;此外,Liu等(2019)将倾子测量方法引入到半航空频率域探测中,利用组合源倾子测量,提升了半航空频率域电磁探测方法的横向异常位置识别能力.

在仪器系统设计与研发方面,符磊等(2013)针对磁通负反馈空心线圈传感器特性和噪声分布特性开展了研究,并进行了电性源半航空瞬变电磁探测传感器的研制;Xue等(2015a, b)开展了级联型电源变送器的损耗分析与风冷设计,并提出了多功能电磁发射机的恒流控制方法,为大功率、稳定发射技术提供了保障;Lin等(2019)实现了方波、双频波、2n序列伪随机波以及多组波形的融合发射方法,并自主研发了相应发射系统,获得了较高信噪比的数据、提升了发射效率、并间接提升了纵向探测分辨率.

在数据处理方面,李肃义等(2013)Wang等(2013)Ji等(2009, 2018)、Li等(2017)分别利用小波算法、组合小波去噪算法、指数自适应拟合卡尔曼滤波算法、小波阈值指数自适应窗宽拟合滤波算法以及平稳小波等去噪算法,实现了半航空瞬变电磁数据的降噪处理,通过噪声的有效压制,提高了电磁数据的质量,为后续电阻率成像效果的提升奠定了基础.中国科学院地质与地球物理研究所薛国强团队采用基于机器学习的全局-局部结构特征提取方法进行了多源噪声一站式滤除方法研究,利用大量多类型仿真及实测的噪声污染数据对该方法进行验证(Wu et al., 2020),并与传统方法的处理结果进行比较,取得了较好的处理效果,为后续反演解释等处理工作奠定了良好的数据基础(Wu et al., 2019a, 2019c).在应用方面,嵇艳鞠等(2013)利用吉林大学研制的无人飞艇长导线源时域半航空电磁勘探系统开展了实际探测应用,进行了咸水入侵调查;成都理工大学王仕兴等(2021)将半航空系统应用于古河道探测中,取得了较好的探测结果.

相较于地面电磁法,半航空电磁法能够实现数据快速采集,在复杂地区具有更强的可操作性和灵活性.因此,半航空电磁法有望为我国在深部地质找矿、地质灾害成灾机理探测、城市地下深部探测等研究领域的发展提供助力.

1 半航空电磁探测方法观测方式

传统电磁法有利于大深度探测,全航空电磁法有利于快速度探测.作为上述方法的重要补充,半航空电磁法方法可实现高工效与大探深的兼顾.

1.1 远偏移距探测模式

半航空远偏移探测模式是基于传统长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)(Hördt et al., 1992)发展而来,其通常使用一个长度约为1~2 km的接地长导线作为发射源,将接收装置搭载于飞行平台上,于距源几公里外的区域开展移动测量.采用高精度光纤陀螺仪来监测磁传感器的飞行姿态,并将其观测数据用于消除运动噪声干扰,提升信噪比(图 1).采用时频变换,将采集的时间序列变换为频率域电磁响应,再利用成熟的MT三维反演软件进行频域数据反演.上述方法已成功应用于火山内部结构调查、海滩地下结构调查和地热调查等.

图 1 半航空瞬变电磁法长偏移观测模式示意图 Fig. 1 Schematic diagram of long offset observation mode of semi-airborne TEM method
1.2 时频协同探测模式

半航空时频协同探测模式的工作区域可以覆盖远源区和中近源区(图 2).在中近源区,采用时域电磁法观测模式,采集发射电流关断后大地响应,在地下中浅部结构探测中具有独特优势;在远源区,采用频率域电磁法观测模式,通过发射波形选择方波、双频波及伪随机波等,提高信号强度与探测效率,并间接提升探测纵向分辨率,有利于中深部地下结构的探测.在系统实际应用中,探测系统通过实时监测收发距,利用预先设置的收发距阈值判断时频切换区域,实现时频协同探测模式的转换.在成像方法上,针对近源区和远源区,分别采用时间域和频率域电磁场值与大地电阻率间的全期、全区、非简化关系式,通过正演数据与实测数据的迭代拟合,计算推测不同时间道及不同频率下的地下结构电阻率分布情况,实现全区测量.时频协同探测方式能够有效利用时间域与频率域在探测区域(横向)及探测深度(纵向)上的互补性,实现全空间的三维、高效探测.

图 2 半航空电磁法时频协同探测模式示意图 Fig. 2 Schematic diagram of time-frequency cooperative detection mode of semi-airborne electromagnetic method
1.3 短偏移距探测模式

电磁探测方法随着收发距增大,激发的能量下降较快,导致大收发距下接收信号强度较弱、信噪比较低,不利于精细化反演解释.半航空短偏移距探测模式下,观测点到激励源距离与拟探测深度大致相当甚至略小于拟探测深度(图 3).也可采用伪随机编码作为发射波形,利用编码相关特性,在近源区采用时域处理方法提取大地脉冲响应,宽频带信号能够保证探测效果.在数据采集方面,采用低成本无人机分别搭载包含自稳定平台的轻小型传感器,为精细提取大地电性分布信息提供质量更高的数据.在反演成像中,从正演理论公式出发,恢复电磁波扩散过程中地层波项,大幅增加反演计算中对于目标体的分辨能力.

图 3 半航空瞬变电磁法短偏移观测模式示意图 Fig. 3 Schematic diagram of short offset observation mode of semi-airborne TEM method
2 半航空电磁探测装备研发

SAEM自提出以来,国际上先后出现Turair(加拿大产)、FlairTEM(南非产)、TerraAir(加拿大产)、Greatem(日本产)等系统.自2010年以来,吉林大学、中国科学院电子学研究所、长安大学、成都理工大学等单位均就SAEM方法技术与装备系统开展了深入研究,并取得了快速的研究进展、获得了良好的应用效果.

2.1 国际装备

世界上首套SAEM探测系统Turair诞生于20世70代初,90年代后又先后出现了FlairTEM、TerraAIR、GREATEM.Turair为SAEM频率域系统(Semi-Airborne Frequency-domain Electromagnetic system, SAFEM),其采用磁性源发射,典型发射回线尺寸为2 km×4 km,采用15 kW发电机供电,发射基频200或400 Hz,电流幅度为4~10 A,Bird位于飞机下方30 m.

FlairTEM系统由Elliott Geophysics International Pty Ltd公司开发,以Zonge公司的地面电法装备为基础,开展航空适应性升级改进,使其能够满足SAEM探测需求.FlairTEM系统使用Zonge公司的发射机发射1~32 Hz的占空比为1 ∶ 1的方波,发射功率最大可达25 kW.接收机使用Zonge公司的GDP32,接收线圈有效面积为10000 m2.接收磁场ZX分量数据.Bird距地表约为50 m.

TerraAir系统由Fugro公司开发,为SATEM系统,其采用Geonics公司的EM-37系统作为发射装置,采用Fugro公司的GEOTEM系统接收系统实现基于直升机的航空观测.TerraAir系统典型地面发射回线为边长为1 km,发射电流为5.25 A,相应的关断时间为278 μs.接收机的采样频率大于20 kHz,接收时持续工作,且不与发射机同步.系统探测区域边长大约为发射回线边长的四倍左右.

GREATEM系统由日本北海道大学提出.发射机最大输出为(500 V,50 A)供电,发射电流为24A,发射波形为占空比1 ∶ 1的双极性方波,频率为0.625 Hz(1.6 s).GREATEM使用的Bird有两种型号:鲶型适用于大探深,被拖挂在有人驾驶直升机上;鳗型适用于浅部观测,可被悬吊在载重无人直升机下.鲶型Bird中除三轴感应式磁场传感器外,还包括:光纤陀螺,磁阻传感器,GPS以及电池.数据记录系统(12.5 kHz,16位ADC)搭载于飞行平台上,包括数据控制PC,高精同步时钟等,通过电缆与飞鱼内的仪器相连.此外,在地面上还使用一个三轴线圈用来观测环境及人文噪声.

2016年以来,德国多家科研机构及企业共同开展新型SAEM电磁法系统.同样继承了LOTEM的部分技术,但之所以选择频域处理,是因为这样可以相对容易地实现对工频噪声的去除,并可较为灵活地选择受系统运动噪声影响较小的信号频点,从而获得较高的信噪比.系统采用LOTEM发射源设置,常见发射电流幅度为20 A,发射基频为10.41 Hz、占空比50%的双极性方波.采用Metronix ADU-07采集单元记录数据,观测信号带宽为1 Hz至10 kHz.以直升机作为飞行平台,采用管状吊舱搭载传感器,可搭载两种不同的传感器:一种是磁通门-感应线圈组合传感器,另一种是基于SQUID的磁力计.系统采用高精度GPS同步,实现发射电流与磁场响应的同步观测与记录,并利用惯导系统记录吊舱的高程、姿态等信息.

2.2 国内装备

国内科研团队研发了多套半航空电磁装备.以吉林大学林君院士团队研究开发的半航空时频协同探测系统(图 4)为例,该系统利用地面大功率发射系统激发强电磁信号,采用无人飞艇或无人机作为载体搭载接收系统进行电磁数据的移动测量,可实现沙漠、沼泽、森林等人员难以进入的复杂地貌区域的无接触式快速测量,能够在拓展可探测区域的同时,提升探测效率.并且,该系统兼容性较好,分别可在近源区与远源区进行时间域和频率域测量,利用时间域近区测量实现中浅部物性结构探测、频率域远区测量实现中深部物性结构探测的特点,通过时间域与频率域在探测区域和探测深度上的互补性,实现全区域、大深度范围电磁探测(薛开昶,2015周海根,2017康利利,2019).该系统主要创新点如下:

图 4 吉林大学半航空电磁探测装备 Fig. 4 Semi-airborne electromagnetic detection equipment of Jilin University

(1) 频率域方波、双频波、2n序列伪随机波融合发射技术

采用方波,双频波,2n序列伪随机波相结合的方式进行半航空频率域发射控制,并根据野外实际测量过程中的实际需求灵活切换发射波形.利用双频波或2n序列伪随机波作为发射波形,提升测量效率,并间接提高在同等时间范围内的发射频率个数,以提高仪器测量的纵向分辨率.利用方波作为发射波形,可通过扫频发模式,随意设置频率,实现频率任意可控.

(2) 频率域组合源发射技术提升信号强度及探测效率

a.多源同基频伪随机发射

利用多源同基频伪随机发射技术,提升探测效率的同时加强激励信号强度.当多个发射源发射相同波形时,空间电磁场遵循矢量叠加原理,对于多个接地导线源激励,在观测点处,其空中磁场可表示为

(1)

式中,K表示发射源的总个数,下标k表示第k个发射源,Ikθk为第k个发射源观测频点电流的幅值和相位,lk为第k个接地导线源的长度,GH(r, r')为由电偶极源产生空间磁场格林张量函数,其中r为观测点位置,r'为电偶极子位置.

b.多源多基频伪随机发射

利用多源多基频伪随机发射技术,进一步提升探测效率.在多源工作中,每个发射源发射的电流波形包含有效频点和无效频点,有效频点为探测时采用的探测频点,无效频点为发射电流中未利用的谐波频点.通过n个发射源进行多频发射时,在无频点重叠的情况下,探测效率可较单源相比,再次提升n倍.

(3) 三分量、姿态测量及地形影响压制技术

为了实现多分量测量,林君院士团队研制了半航空电磁场三分量接收系统,可在一次探测中,同时测量空中磁场三分量,进而获取更多有效电磁异常信息,有利于后续数据处理与反演解释.三分量接收系统的实现,可推进半航空电磁探测系统向多分量、高精度方向发展.同时,由于空中测量时,接收线圈通过软绳悬于无人机下方,无人机飞行速度及风力等影响会导致线圈偏离理想方向,线圈姿态测量可实时获取接收线圈的偏角数据,从而在后续数据处理时,对测得的电磁场值进行姿态矫正,避免姿态变化导致电磁数据幅度变化,进而提升数据质量与反演成像解释精度.并且,通过获取的地形高程数据,可对所测电磁场数据受地形影响的特性进行分析,有利于地形影响压制方法的研究,进而有助于提升半航空电磁法在复杂地形地貌区域应用中的探测能力.

3 半航空电磁探测技术 3.1 半航空瞬变电磁法多辐射源视电阻率定义

长安大学李貅教授团队研究了多辐射源半航空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义算法(李貅等,2015张莹莹等, 2015, 2016李贺,2016).研究磁场强度各分量随电阻率的变化规律,确认磁场强度各分量随电阻率变化的单调性,然后基于反函数定理,给出全域视电阻率定义方法.

将磁感应强度各个分量记为Bp(ρ, C, t), (p=x, y, z),其中C表示空中测点的坐标参数,ρ表示电阻率.按照实际电阻率覆盖范围,选择某一中间值作为初始值ρτ(0),在该初始值ρτ(0)的邻域内对Bp(ρ, C, t)进行泰勒展开,并略去高次项(二次以上视为高次项)可得:

(2)

对(2)式变换可得:

(3)

上式的迭代格式为

(4)

其中

(5)

迭代的终止条件为

(6)

其中,ε为事先给定的迭代误差限,Bp(ρ, C, t)为测量的场分量,Bp(ρτ(0), C, t)是电阻率为ρτ(i)时的半空间瞬变电磁正演模拟结果.所获得的地下介质视电阻率数据体为解释提供半定量的视电阻率三维图像和偏移成像中的速度分析提供基础数据.

3.2 半航空瞬变电磁法成像技术

由于同一地质体在空间相邻位置上所产生的电磁场响应具有较好的相关性,可根据不同位置信号的相关系数生成不同的权值函数,相邻各列信号再做相关叠加时以权函数进行加权,可使所重建的地质异常体信号加强,从而提高信噪比,达到突出弱异常的目的,进而提高分辨率.

为了实现三维逆合成孔径目标异常的信息提取,可选用不同尺度的孔径,如图 5所示,分批次对实测数据进行多次逆合成孔径异常提取,分别对不同深度的异常进行逆合成孔径成像,从而提高成像质量.

图 5 三维孔径大小与目标对应关系 Fig. 5 Corresponding relationship of 3D aperture size and target
4 半航空电磁探测发展的挑战 4.1 现有半航空电磁法的不足

现有半航空电磁探测方法是在地面电磁探测方法的基础上发展起来的,因此被认为是在长偏移瞬变电磁法(LOTEM)或者可控源音频大地电磁法(CSAMT)的半航空版,要求将观测偏移距设置为拟探测深度的4~5倍,这样做的好处主要有两方面:第一,在远离发射源的区域,激励电磁场波前矢量近于垂直地表向下,有利于对深度方向上电阻率不连续的分辨.然而,随着偏移距的增大,信号幅度与带宽均会有所下降,信号本身幅度的下降将导致信噪比下降,从而使系统最大可探测深度变小.第二,由于系统对浅部的分辨能力与信号带宽有关,当信号带宽变窄时,系统对浅部的分辨能力将有所下降.如果在近源区域开展探测,则情况将与之相反:信号幅度增大、信号带宽损失减小,有利于实现大深度、高分辨探测.然而近源区探测的困难在于,此条件下源场波前矢量方向不再垂直地表,求解过程更加复杂.

目前半航空电磁探测系统的主要观测分量大多局限于Z轴垂直磁场,观测形式较为单一.为提高系统探测精细度,需考虑对多场量、多分量及梯度测量等多样化的观测形式进行应用与推广.并且,飞行平台技术指标也需相应提升,因为如果采用直升机等搭载平台,方法丧失了经济性,难以推广应用,但如果采用低成本无人机,由于载重限制,又难以同时搭载多种传感器开展多场量、多分量观测,因此大载重、长航时飞行平台的研究至关重要.

另外,与地面电磁法相比,半航空电磁法由于飞行平台的移动性,会引入运动噪声等多方面干扰,信噪比将有所下降,因此,噪声滤除方法研究难度都有所增加.并且,由于在移动中采集数据,需额外关注飞行平台速度与采样率参数,保证测量效率与横向空间分辨率的平衡.

4.2 装备研发新思考

为了实现多分量及梯度观测功能,提升SAEM实际应用能力,中国科学院地质与地球物理研究所开展“基于无人机编队的半航空伪随机电磁探测系统”,主要创新思路如下:

采用可程控编队的低成本无人机分别搭载不同类型或观测轴向的传感器,以指定编队形式开展飞行探测,一次飞行获取多分量及梯度观测,为精细提取大地电性分布信息提供了更为有力的数据支撑.通过攻克“发射、接收、处理”等方面关键技术,研制出可兼容不同方法、具备多分量及梯度观测能力的半航空电磁探测系统,实现对地下1500 m以浅目标的探测,填补该领域技术与装备空白,提升我国在该领域的国际竞争力与影响力.

4.3 瞬变电磁数据多来源噪声一站式滤除新思考

电磁噪声主要分为仪器内部噪声和仪器外部噪声,外部噪声包含人文噪声、运动噪声、平台噪声、天电噪声、工频噪声及背景白噪声等多种类型的噪声.运动噪声按照来源可分为:传感器在非均匀地磁场中运动产生的磁通量变化而形成的噪声、传感器在空中的姿态失稳产生的噪声.目前,现有的去噪思路是针对不同来源的噪声单独设计处理方法,然后将不同噪声的处理方法组成一个处理流程,实现对多来源噪声的处理.这种流程式的处理方法环节较多,结构较松散,处理效率也较低.此外,很多关键参数仍然依赖人工设置,数据处理的客观性降低.

为快速处理海量数据,提升工作效率,并实现半航空电磁探测数据中存在的多源噪声的一次性消除,可采用基于机器学习的全局-局部结构特征提取方法,通过将核主成分分析方法与流行学习中的核局部保持投影方法相结合,构造一个全局-局部结构的目标函数,来实现对有用信号的快速、精确提取,从而实现去噪的目的.

在完成对观测信号的多来源噪声去除处理后,由于受到实际发射电流波形的观测装置以及用于观测大地响应信号的观测装置两者的系统响应影响,还无法对大地响应进行提取,还需要全面考察对观测信号产生影响的全部要素,开展基于全要素的系统响应效应去除方法研究.

5 结论

半航空电磁法是地面电磁法的发展,目前地面方法已突破远源区限制,可在中近源区开展探测工作,国外最新的半航空电磁法研究也已逐渐由远源区观测向中近源区观测发展.由此可见,将现有半航空电磁法探测区域推进至中近源区,将是半航空电磁法发展的趋势.在中近源区开展半航空瞬变电磁法探测,将能够充分利用发射源能量与源信号带宽,实现大深度高分辨探测,然而,场源效应也会对观测产生显著影响.本文梳理现有半航空电磁法的方法原理、发展历程、装备研发、关键技术等,并对半航空方法的未来发展方向进行了展望,为开展新一代半航空电磁法的方法技术研究理清了思路,将有助于推动我国半航空电磁法方法技术的研究,为我国深部资源探测提供更为有力的技术支撑.

致谢  感谢吉林大学张铭博士后和中国科学院地质与地球物理研究所武欣副研究员在本文撰写过程中提供的帮助.
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