V8瞬变电磁数据处理与反演流程_Beta_1.0.0
瞬变电磁法数据处理流程研究
瞬变电磁法数据处理流程研究利用瞬变电磁法对目标体进行探测，采集数据后，需将采集的数理进行一系列的处理之后才能进行相关的分析与应用，因此研究数据处理的流程是十分有必要的。
标签：瞬变电磁法；数据处理；流程引言利用瞬变电磁装置对目标进行勘探采集数据后，便要进行数据处理的工作了。
在现阶段，由于处理解释的理论不成熟，仅仅停留在半定量半定性阶段，尽管现在有很多专家学者将地震的处理解释理论引进了瞬变电磁之中，但是总的来说还是有局限性的。
（张国峰等，2008）因此对瞬变电磁数据处理的研究是很有必要的。
此次采用的瞬变电磁装置为大定源回线装置，发射回线：600m×600m，工作频率：6.25Hz，发射电流：16A。
在此，以工程中取得数据为基础就处理的方法进行讨论。
1 数据处理流程2 干扰校正处理测区靠近高压线的数据受到电磁干扰影响，出现突变的极大或极小值，甚至会使局部数据整体变形、抬升或降低。
在数据采集的时候采取多种措施减小干扰，如在接收线圈正上方2m处安放铁丝网防护，多次数据采集优选数据质量相对较好的数据，但少数测点仍然受到影响。
对于受到干扰的数据要进行校正，使其回归应有的变化规律。
根据已知地质条件，采用多点圆滑及距离加权滤波的方法对受干扰数据进行处理，处理前后的效果对比如图2所示。
其中图a）为受干扰原始数据断面图，从图中可以看出，数据发生了严重跳变，蓝色虚线为采集数据位于高压线边缘，其发射线框位于高压线底下，采集数据由于受到高压线电磁干扰，导致富水层位深度出现异常，即富水层位向上提升，红色虚线框内数据采集位于高压线底下，由于受到电磁干扰比较严重，引起数据突变，导致下部视电阻率比正常情况下要低。
但是，总体来看，其电性在纵向上的变化趋势还是遵循“高——低——高”的变化趋势。
对于以上特征的数据，首先进行了预处理，其目的是将干扰排除，避免存在因为干扰造成的假异常。
处理方法为：剔除极大、极小值，进行多点圆滑——滤波。
V8多功能电法仪的使用
V8多功能电法仪简介由我院引进的世界上技术先进、功能最齐全、最轻便快捷的V8多功能电法工作站，主要应用于地下水探测、金属矿详查和普查、基岩地 深调查、煤田地深调查岩土电导率分层，其勘探深度5000米以上.自2006年我院购进该仪器以来，已先后在多个矿山外围引进了深部找矿工作,并取得了明显的地质效果.为了更好的了解V8仪的性质、方法技术及实际应用效果等一并介绍于此.欢迎各矿山、企业洽谈联系业务.世界上技术先进、功能最齐全、最轻便快速的V8多功能电法仪简介V8电法工作站（多功能电法仪），是目前世界上技术先进、功能齐全的电法类勘探仪器。
该设备总体由四大系统组成：发射系统；采集（接收）系统；定位系统；数据记录处理系统。
V8电法工作站具备时间域的常规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功能；具备频率域的MT（大地电磁法）、AMT（音频大地电磁法）、CSAMT（可控源音频大地电磁法）、SIP（频谱激电）电法勘探测量功能。
数据处理方面具备功能齐全的正反演解释软件。
一、V8多功能电法仪的特点V8电法工作站（多功能电法仪），是加拿大phoenix公司在V5、V6系列的基础上开发推出的最新产品。
新颖先进的V8多功能电法仪除了其灵活综合多功能和小巧坚固的野外装置以外，跟以往电法仪相比有五个突出的优越性能：1每道采用两套A/D转换器，高频强信号采用16位，低频MT 弱信号采用24位，保持了最高的动态范围和分辨率。
2发射和接收为无线连接，始终采用GPS同步，避免了不断需要校对时钟同步的麻烦和出错的可能性。
3局域网无线和有线通讯并举，利于开展山区工作。
4采用400周的T-30发电机组，功率大频率高，在提高观测信号的同时可有效的避免我国50周的工业干扰信号。
有利于在矿区和城市附近开展工作。
5在使用CSAMT和SIP方法进行测量时，可根据不同的地质地电条件任意添加改变测量频点，最多可接收40个频点的信号，大大提高了测量垂向分辨率和勘探精度。
CUGTEM-8瞬变电磁仪说明书
目录一、瞬变电磁仪的介绍................................................................................................................... - 4 -1.1瞬变电磁法的概念 (4)1.2瞬变电磁仪的特点 (4)1.3瞬变电磁仪的主要应用 (5)1.4CUGTEM-8瞬变电磁仪的主要性能指标 (6)二、瞬变电磁仪CUGTEM-8的组成................................................................................................. - 7 -2.1发送机 (8)2.1.1 发送机的工作原理......................................................................................................... - 8 -2.1.2 发送机电路组成............................................................................................................. - 8 -2.1.3 发送机面键控制功能..................................................................................................... - 8 -2.2接收机 (9)2.2.1 接收机工作原理............................................................................................................. - 9 -2.2.2 接收机的电路组成......................................................................................................... - 9 -2.2.3 接收机面键功能............................................................................................................. - 9 -2.2.4 电池箱........................................................................................................................... - 10 -2.3相关配件 (10)2.3.1 航插转USB数据线、U盘............................................................................................ - 10 -2.3.2 电缆................................................................................................................................ - 11 -三、仪器软件的介绍及野外施工的操作步骤 ............................................................................. - 13 -3.1仪器软件的介绍 (13)四、仪器的数据采集..................................................................................................................... - 15 -4.1仪器的连接 (15)4.1.1 仪器的准备................................................................................................................... - 15 -4.1.2 工区基本资料的准备................................................................................................... - 15 -4.1.3仪器的摆放.................................................................................................................... - 15 -4.2参数设置 (15)4.2.1 工作信息设置............................................................................................................... - 15 -4.2.3通讯检查........................................................................................................................ - 17 -4.2.4匹配电阻的选择............................................................................................................ - 17 -4.2.5 野外数据采集............................................................................................................... - 18 -4.3数据采集过程中注意事项 (18)五、数据的处理及判别................................................................................................................. - 20 -5.1野外施工数据质量简单判别及数据处理准备工作 (20)5.2输入采集的数据 (21)5.3进行数据预处理 (21)5.3.1 数据预处理向导........................................................................................................... - 21 -5.3.2 时间道的设置............................................................................................................... - 23 -5.3.3 数据滤波处理............................................................................................................... - 24 -5.4完成解释图 (27)5.5输出多测道数据文件 (28)六、 SURFER软件的应用................................................................................................................ - 29 -6.1数据网格化 (29)6.2新建等值线图 (29)6.3填充等值线图 (30)七、仪器装备的维护及常见问题的处理 ..................................................................................... - 33 -7.1仪器维护的基本要求 (33)7.2仪器常见故障检查及处理方法 (33)附录锂离子电池专用充电器使用说明书（电池生产厂家提供） ........................................... - 34 -一、瞬变电磁仪的介绍1.1 瞬变电磁法的概念瞬变电磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域电磁法。
瞬变电磁正则化反演法和烟圈反演法的探讨
瞬变电磁正则化反演法和烟圈反演法的探讨引言瞬变电磁法又称时间域电磁法，简称TEM，属于电磁感应类探测方法。
它遵循电磁感应原理，当探测地下良导电地质体时，往地面敷设的发送回线中通以一定的脉冲电流，在回线中间及周围一定区域内便产生稳定磁场（称一次场或激励场），如果一次电流突然中断，则一次磁场随之消失，使处于该激励场中的良导电地质体内部由于磁通量Φ的变化而产生感应电动势ε= -dΦ/dt（据法拉第电磁感应定律），感应电动势在良导电地质体中产生二次涡流，二次涡流又由于焦耳热消耗而不断衰减，其二次磁场也随之衰减，图1为探测原理示意图。
图1 TEM法工作原理示意图瞬变电磁法因其分辨率高、信噪比高等优点[1-2]广泛应用于许多工程领域，尤其在煤矿采空区探测中效果比较明显[3]。
瞬变电磁法野外观测到的是感应电动势，目前几乎所有的数据处理方式都是将感应电动势转换成早期、晚期或全期视电阻率[4-5]，再在视电阻率基础上进行反演或变换，比如常用的“烟圈”变换[6]。
本文采用陈小斌[7]在大地电磁测深法中使用的自适应正则化反演法（ARIA）直接对感应电动势进行反演拟合。
一、基本原理1.1 烟圈反演法烟圈反演是目前瞬变电磁较常用、计算速度最快的一种快算成像方法。
当发送回线中电流突然断开时时，该电流环紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。
随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。
等效电流环很像从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，将涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”。
烟圈反演的计算公式如下：似电阻率：，式中、为相邻时间道的取样时间，、为视电阻率。
不是经典定义的视电阻率，也非某地层的真电阻率，又有别于反演拟合得出的电阻率，故称之为“似”电阻率。
视深度：，式中0.441为经验系数。
烟圈理论之快速反演是一种近似反演，它不需要初始地电模型，最终也不提供解释的层状模型，即无法用和直接划分地层，需从连续变化的值间接划分。
三套瞬变电磁软件正反演结果对比分析
Resistivity(ohm)
200 300 400 500
-100
-100
-100
Depth(m)
Depth(m)
-200
-200
Depth(m)
Em vision Raw Inversion
-200
-300
-300
-300
Maxwell Raw Inversion -400 -400
Em igma Raw Inversion -400
0 0 40 80 120 160 200 240 0 0 0 40
Resistivity(ohm)
80 120 160 200 0 100
Resistivity(ohm)
200 300 400 500
-100
-100 -100
Depth(m)
Depth(m)
-200
-200
Depth(m)
-200
Decay Forward_Decay Inversion_Decay
均匀半空间:200Ω﹒m 1000 初始模型：三层 Layer1：200Ω· m、100m
dB/dt(nT/s)
100
Layer2：100Ω· m、300m 10 Layer3：50Ω· m
1
0.1
0.01 0.01 0.1 1 10 100
二、三套软件功能开发与比较分析
均匀半空间(100Ω﹒m )加载板状体(1S)(地-井)
三、三套软件１D反演对比分析
原始模型
正演衰减数据
比较衰减曲线和地电模型
1D正反演比较
二次导入
分析基本流程
设定初始模型
反演计算
三、三套软件１D反演对比分析
航空瞬变电磁勘探数据的三维反演问题
汇报人： 日期:
目录
• 引言 • 瞬变电磁勘探基础 • 三维反演方法 • 反演算法的优化 • 应用实例及效果展示 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
航空瞬变电磁法（Airborne Transient Electromagnetic method，A-TEM）是一种高效的矿产资源勘探方法，具有 对地下目标异常体的高分辨率和无损探测等优势。
瞬变电磁信号在时域表现 为衰减特性，随着时间的 推移，信号幅度逐渐减小 。
数据采集与处理流程
数据采集系统
包括发射线圈、接收线圈、时间控制 器、数据采集器等组成。
数据处理流程
对采集到的数据进行预处理、滤波、 去噪、提取有效信号等步骤，得到可 用于反演的瞬变电磁数据。
03
三维反演方法
三维反演原理
基于电磁场理论
数据预处理
对原始数据进行清洗、滤波和 预处理，提高数据质量。
参数设置
根据问题特点，设置合适的正 则化参数、学习速率等超参数 。
模型评估
使用测试数据集对训练好的模 型进行评估，计算误差、精度 等指标。
优化效果评估
误差分析
01
通过计算反演结果与实际结果的误差，评估算法的准确性和可
靠性。
精度比较
02
将不同算法的反演结果进行精度比较，评估改进算法的性能优
结果分析
根据反演结果，可以分析不同地质结构、矿产资源的分布情况，研究其形成机制和分布规律。例如， 某项目中，通过反演结果分析发现，某地区的地质结构与成矿条件优越，存在高品位铁矿的可能性较 大。
结果解释
反演结果需要结合实际地质情况和勘探需求进行解释，同时需要考虑误差和不确定性等因素。例如， 某项目中，反演结果显示某地区存在一个大型金属矿床，但后续钻探结果表明该结论存在较大误差。
TEM
瞬变电磁法剖面测量一、工作仪器选择本次工作仪器选择加拿大凤凰公司的V8电发工作站。
该工作站图1：V8电法工作站设备二、工作装臵及工作参数选择a.本次瞬变电磁法工作装臵采用中心回线装臵。
b．工作参数的选择野外工作参数主要包含发射频率、发射电流、发射线框尺寸、接收线框面积、采样间隔、采样点数、发射关断时间、接收延时、叠加次数等。
发射线框尺寸选择：本次工作暂定框边长为100m×100m。
最终通过试验确定。
接收线框面积：磁探头等效面积10000 m2。
发射频率：合适的发射频率，可有效的激发感应电流。
频率与接收时间成反比，即频率越小，则测量时间越长，其勘探深度就越大。
也就是说，如果需要大勘探深度，则需考虑低频率发射为佳。
至于采用何种频率，通过现场试验确定。
发射电流：原则上是发射电流尽可能大为好，但由于受线框电阻影响受到一定限制，TEM的发射机为ZT30，在供电电源足够大的情况下，可达30A。
采样间隔： TEM等间距采样间隔范围在30.4us到1.946ms间可以选择，当频率低于4Hz时，最小采样间隔变化（以二进制增加）可以从60.8us到1.946ms。
采样点数：在采样间隔Δt确定的情况下，采样点数n取决于采样时间长度T，即n=T/Δt，采样间隔30.52微秒，一般采用道数500-1000个。
发射关断时间：主要在野外开工前做试验确定。
选择的原则主要是调节采样时间正好是发射电流关断到零时刻，使响应曲线不出现“平头”或“搭拉头”。
叠加次数：外界的电子干扰总是存在的，而且随机干扰较多，对瞬变电磁信号进行多次叠加就可以有效的压制随机的干扰信号，而且叠加次数越多，压制干扰信号越有效，但另一方面，叠加次数越多，会使得采集时间越长。
所以，叠加次数选择的原则是：既要有效的压制干扰信号，使响应衰减曲线完整、光滑，又不至于使采集时间过长，做到适而可止。
通过工区试验确定。
二、TEM测量数据采集质量保证措施TEM测量时场源及传感器的布设对获取高质量的TEM数据至关重要。
瞬变电磁勘探中的人工神经网络反演法
多层网络可以解决非线性可分问题 , 但有隐含 层后学习比较困难 , 而反向传播 (Back Propagation , B P) 算法的出现则解决了这一困难 . 图 2 所示为多 层前向网络中的一部分 ,其中有 2 种信号在流通 : 一 种是工作信号 ( 用实线表示 ) , 它是施加输出信号后 向前传播直到在输出端产生实际输出的信号 , 是输 入和权值的函数 ; 另一种是误差信号 ( 用虚线表示) , 即网络实际输出与应有输出间的差值 , 它由输出端 开始逐层向后传播 [ 4 ,5 ] .
场 ,该二次涡流场中包含了丰富的地质信息 . 瞬变电 磁反演法就是根据这些实测的二次涡流场曲线 ( 或 TEM 曲线) 来反演出地下地层的电阻率和厚度的变 化. 目前 ,人们多用电磁场拟合法来进行反演工作 , 而且实用反演程序局限于一维反演 . 拟合反演法虽
收稿日 期 : 2000 Ο11 Ο08. 作 者 简 介 : 李 创 社 ( 1960 ～ ) , 男 , 博士 , 讲师 . 基金项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目
11通过实测em曲线的特征不变量提取法em曲线从而实现了瞬变电磁勘探中的人工神经网络反演自适应的人工神经网络反演系统由于二次涡流场通常为指数衰减场通过探测线圈得到的em曲线也是指数衰减曲线em曲线对于em曲线的反演基于改进的算法构成自适应的人工神经网络反演系统结构的人工神经网络除了输入和输出层外增加了一个隐含层系统由初始化来构造输入端神经元隐含层神经元和输出端神经元以及动态多维数组特征不变量通过解非线性方程组得到自适应反演程序框图如图em曲线的特征不变量或电压和时间值输出为反演的结果深度和电阻率层地质结构的实测数据进行了反演其结果与实际值能很好地符合由此说明瞬变电磁勘探中的人工神经网络反演法是切实可行的的测线进行了反演经过30多万次训练后的反演结果如图虚线也给出了实际值