基于EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)的時(shí)頻分析

殷康金

（云南富盛鋅鑫投資股份有限公司，云南 昆明 650000）

在實(shí)際的金屬礦勘探活動(dòng)當(dāng)中，測(cè)深工作所獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)常會(huì)受到電磁場(chǎng)、物理環(huán)境、氣候等多種因素的影響，進(jìn)而出現(xiàn)頻點(diǎn)離散、形態(tài)異常、誤差棒過(guò)大等負(fù)面問(wèn)題，對(duì)相關(guān)人員的資料解析工作帶來(lái)了困擾。據(jù)此，我們有必要對(duì)基于EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)聚的時(shí)頻分析方法進(jìn)行分析研究，致力于尋找出能有效改善資料信息質(zhì)量、強(qiáng)化測(cè)深準(zhǔn)確性的信息處理手段。

1 EH4高頻大地電磁測(cè)深的基本原理

1.1 EH4高頻大地電磁測(cè)深的探測(cè)機(jī)制

大地電磁測(cè)深，指通過(guò)對(duì)天然變化的電磁場(chǎng)水平分量的觀察，掌握地層電阻情況，以及地層厚度指標(biāo)的探測(cè)方法。經(jīng)測(cè)量所得到的電磁信號(hào)，可以以曲線的形式呈現(xiàn)，提示被測(cè)量地層電阻率的大小。將其應(yīng)用到巖石層電性結(jié)構(gòu)的分析過(guò)程中，對(duì)人類了解地球動(dòng)力學(xué)，可起到較大的參考價(jià)值。

1.2 Maxwell方程組及線性偏振波

EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)時(shí)頻的分析，應(yīng)借助“Maxwell方程組”而實(shí)現(xiàn)。探測(cè)過(guò)程中，假設(shè)探測(cè)區(qū)域?yàn)槠矫?，且電磁波能夠以垂直形式，射入大地中。如排除位移電流的影響，則可建立Maxwell方程組如下：αEy/αz=wμHx；αEx/αz=wμHy；Hz=0；αHy/αz=ζEx；αHx/αz=ζEy；Ez=0。

上述方程組中，E代表電磁場(chǎng)分量，H代表偏振波，x、y、z代表坐標(biāo)系的軸，其余數(shù)值則為常數(shù)。在“αEy/αz=wμHx”中，假設(shè)z軸中，Ey與Hx有關(guān)，且僅與其有關(guān)。此時(shí)，Ey與Hx的傳播方向，則均為z軸。上述現(xiàn)象，既“線性偏振波”現(xiàn)象。

1.3 視電阻率

假設(shè)大地均勻，由電磁波在介質(zhì)中擴(kuò)散的趨膚深度定義以及Maxwell方程組可知，平面電磁波的深度公式應(yīng)為：Z=Ex/Hy=Ey/Hx=（-wμφ）1/2。結(jié)合上述公式計(jì)算，既可得到大地的視電阻率數(shù)值。

2 EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)序列的讀取方式

2.1 分段存儲(chǔ)與讀取

EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)讀取結(jié)構(gòu)，完全繼承了傳統(tǒng)電子設(shè)備大數(shù)據(jù)記錄與傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，將不同形態(tài)的EH4高頻大地電磁測(cè)深波，均整合為階段性存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，確保其數(shù)據(jù)記錄，與前期數(shù)據(jù)信息收集，后期數(shù)據(jù)信息運(yùn)用形成完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系。

當(dāng)EH4高頻大地電磁測(cè)深探測(cè)程序，將地面檢測(cè)的信息傳輸?shù)降孛嫔虾?，系統(tǒng)將自主進(jìn)行頻率段的階段性分布處理，最后再將評(píng)定的信息進(jìn)行存儲(chǔ)[1]。

2.2 數(shù)據(jù)模型化識(shí)別與存儲(chǔ)

EH4高頻大地電磁測(cè)深的數(shù)據(jù)序列存儲(chǔ)方式，也將數(shù)列整合與排列作為其數(shù)據(jù)整合的一種方式。EH4高頻大地電磁測(cè)深的每一次數(shù)據(jù)信號(hào)的排列與調(diào)整，都會(huì)產(chǎn)生一串完整的信息傳輸信號(hào)。

與傳統(tǒng)的地理檢測(cè)信號(hào)裝置相比，EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)排列信號(hào)的分析，其傳輸過(guò)程更加自由、其存儲(chǔ)的空間也更大，EH4高頻大地電磁測(cè)深的數(shù)據(jù)保存時(shí)長(zhǎng)性也較長(zhǎng)。

2.3 連貫性讀取

EH4高頻大地電磁測(cè)深的時(shí)頻分析，采取連貫性讀取的方式，對(duì)地理檢測(cè)的信息進(jìn)行綜合性評(píng)定，隨時(shí)隨地的與外部檢測(cè)系統(tǒng)的需求相互吻合，保障信息傳輸、存儲(chǔ)、應(yīng)用三者協(xié)調(diào)運(yùn)用，也是EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)序列的讀取方式的體現(xiàn)。

3 EH4高頻大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)的時(shí)頻分析方法

人們主要應(yīng)用“希爾伯特—黃變換”（HHT）這一方法進(jìn)行EH4高頻打的電磁測(cè)深數(shù)據(jù)的時(shí)頻分析。從技術(shù)結(jié)構(gòu)上講，“HTT”方法主要由經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，簡(jiǎn)稱EMD）和譜分析（Hilbert Spectral Analysis，簡(jiǎn)稱HSA）兩個(gè)部分組成，并在現(xiàn)代地球物理工程、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了良好的應(yīng)用效果。

在“HHT”方法的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，任何一個(gè)復(fù)雜、繁瑣的數(shù)據(jù)信號(hào)，都可被“EMD”技術(shù)分解為多個(gè)固有的模態(tài)函數(shù)，其公式為為用于分解的固有模態(tài)函數(shù)，表示信號(hào)當(dāng)前的變化量均值。由此，通過(guò)該公式進(jìn)行分解運(yùn)算，即可得到最終的固有函數(shù)（MFs），并將其變換為具有物理分析價(jià)值的瞬時(shí)頻率（Instantaneous Frequencies，簡(jiǎn)稱IF）。

進(jìn)一步來(lái)講，應(yīng)用“HHT”方法中的“EMD”分解方式進(jìn)行視頻分析運(yùn)算，還可具體分為以下幾個(gè)步驟：首先，將測(cè)深識(shí)別信號(hào)設(shè)為x（t），并推算出其極大值、極小值；其后，再將兩個(gè)極值點(diǎn)進(jìn)行序列插值，進(jìn)而在信號(hào)圖像中形成兩條包絡(luò)線emax（t）與emin（t）；再后，結(jié)合包絡(luò)線與識(shí)別信號(hào)x（t），推導(dǎo)出均值m（t），并將其從信號(hào)x（t）中減去，獲得結(jié)果c（t）。其后，不斷重復(fù)上述運(yùn)算步驟，直至將時(shí)頻信息全部分析取出，留下最終的原始信號(hào)[2]。

4 總結(jié)

總而言之，將EH4高頻大地電磁測(cè)深技術(shù)應(yīng)用到測(cè)深工作當(dāng)中，是勘探行業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、高效化的必由之路。分析可知，EH4大地電磁觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)成為了金屬礦探測(cè)等地球物理勘探領(lǐng)域的重要方法，其依靠非線性、自適應(yīng)的時(shí)頻信息分析能力，能有效評(píng)估出大地的阻抗丈量，降低外界因素對(duì)信號(hào)質(zhì)量的干擾，進(jìn)而為相關(guān)人員提供出更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定的測(cè)深信息支持。