CN111239839B - 一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法及装置，对地球物理勘探过程中采集的发射信号或接收信号，进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；将有效频率的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，然后并把一个长度单位等分成n个小频段,每个频段的长度1/n，同时将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则分布逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，则一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；根据得到的频谱密度，评价不同频段对应的不同勘探深度的勘探能力。

Description

一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法及装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，具体的涉及一种地球物理电磁勘探信号的勘探能力评价方法，尤其涉及一种在频率域电磁勘探信号的频谱密度计算新方法及装置。

背景技术

目前，有很多种电磁勘探类方法，大多采用不同伪随机编码方式进行信号编码，尤其是在频率域电磁勘探领域，在伪随机信号中存在着很多有效勘探频率，尤其随着很多有效谐波被应用于勘探，勘探频率数目大大增加，一般来说勘探频率越多，其勘探效果越好，但是发明人发现谐波的分布并不是对数均匀的，很多谐波的频率在频率轴分布过于集中，虽然个数很多，但是其有效性并不是线性增加的，在这样的情况下就需要一种新的计算频谱密度方法，以评价某个频率区间段内勘探能力的大小，并回答勘探能力是否足够满足勘探要求。

发明内容

为了解决本发明提出的技术问题，本发明提供了一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法及装置。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明的实施例中公开的一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法，如下：

对地球物理勘探过程中采集的发射信号或接收信号，进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；

将信号频谱图的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，然后并把一个长度单位等分成n个小频段,每个频段的长度1/n，同时将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则分布逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，即为一个长度单位的频谱密度。一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；(其中n为自然数，大于2，小于16)

根据得到的频谱密度，评价不同频段区间内的勘探分辨率或者勘探精度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，发射信号根据其电流阈值判断有效性。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，接收信号根据频率系数之间的均方差判断其有效性。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，基于频率域电磁勘探中的趋肤深度计算公式，能够根据大地平均电阻率平均值计算不同大地深度的频谱密度值，以评价不同勘探深度的勘探能力。

第二方面，本发明的实施例中公开的一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法，如下：

获取模块，其配置为获取地球物理勘探过程中采集的发射信号或接收信号；

预处理模块，其配置为对获取信号进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；

数据处理模块，将有效频率的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，然后并把一个长度单位等分成n个小频段,每个频段的长度1/n，同时将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则分布逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，则一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；其中n为自然数，2＜n＜16；

密度比较模块，其配置为根据得到的频谱密度，评价不同频段内勘探分辨率或者勘探精度。

第三方面，本发明的实施例中公开的一种服务器，所述的服务器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的频谱密度计算程序，所述的频谱密度程序配置为实现前面所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法的步骤。

第四方面，本发明的实施例中公开了一种存储介质，所述存储介质上存储有频谱密度计算程序，所述的频谱密度程序配置为实现前面所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法的步骤。

本发明的有益效果如下：

通过本发明频谱密度计算方法所获得频谱密度，能够准确评价不同频段的勘探能力，为物探技术人员提供直观的认识。此计算方法能够避免某一频率区间内频率数目过高而导致频谱密度过高，进而造成频谱密度值对比度变差，不能反映信号的勘探能力的问题，如某一对数单位长度内，可能有几十个的有效勘探频率，但是频率之间间距过小，主要集中在某个小频段，不能很好的反映信号在对应频段内的勘探能力，因此本发明以某个长度单位作为一个逻辑单位，在该长度单位范围内存在有效勘探频率(并不关心具体数目)则为1，不存在有效频率则为0。

同时，基于频率域电磁勘探中的趋肤深度近似计算公式，能够根据大地平均电阻率平均值计算不同大地深度的频谱密度值，以评价不同勘探深度的勘探能力，为物探技术人员下一步工作提供技术参考。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1(a)是本发明公开的实施方式中的广域电磁法2n序列9频波发射仿真信号；

图1(b)是本发明公开的实施方式中的仿真信号对应频谱(电流>20A时为有效信号)；

图1(c)是本发明公开的实施方式中的频谱密度曲线；

图2(a)是本发明公开的实施方式中的广域电磁法2n序列9频波仿真信号；

图2(b)本发明公开的实施方式中的仿真信号对应频谱(假设电流>5A时为有效信号)；

图2(c)是本发明公开的实施方式中的频谱密度曲线；

图3本发明公开的实施方式中的以电流阈值5A筛选有效频率分布；

图4本发明公开的实施方式中的不同趋肤深度对应频谱密度情况。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本实施例中的提到的频率域电磁法勘探是地球物理勘探中一种非常重要的勘探方法，不同频率的电磁波信号能够反映不同深度的大地电性情况，而通过不断改变发射频率则能够由浅到深完成对大地的勘探，但是由于不同频段内频率个数分布并不均匀，尤其是很多信号中的谐波成分，因此不同频段的勘探能力也不同。基于此本发明充分考虑谐波成分，提出一种计算频谱密度的新方法及系统；对地球物理勘探过程中采集的发射信号或接收信号，进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；将有效频率的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，然后并把一个长度单位等分成n个小频段,每个频段的长度1/n，同时将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则分布逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，则一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；(其中n为自然数，大于2，小于16)；根据得到的频谱密度，评价不同频段内勘探分辨率或者勘探精度。下面结合具体的实施例进行说明；

实施例1

本实施例提供的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法及系统，首先，对地球物理勘探过程中采集的发送信号或者接收信号，进行傅里叶变换获得其准确频谱，发射电流信号一般根据其电流阈值判断有效性，接收信号一般根据频率系数之间的均方差判断其有效性。不管是发射信号还是接收信号，通过对应标准筛选后，能够得到有效频率分布位置，而本发明为了描述有效频率的分布情况所提出的，通过应用本发明将能够评价信号对在不同频段的勘探能力。

然后将频率横坐标换算为以2为底对数坐标，此处还可以采用其他对数方式，取决于应用时的不同要求，本实施例以2为底对数为例进行说明，然后以间隔1(如2⁰与2¹之间的长度)作为一个长度单位，然后并把一个长度单位等分成8个小频段,每个频段的长度位1/8，同时将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率(不管具体数目)，逻辑数设为1，没有有效频率分布逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，则一个单位长度内，频谱密度最高为8，最低为0。不难理解的，具体分成的小频段个数还可以是其他数值，不限于本实施例中8，具体的要求是小频段的个数大于2，小于16。

本实施例将以广域电磁法中的9频波发送信号为例说明本发明中频谱密度的计算方法。

具体为：首先根据对应阈值要求获取所有的有效频率，图2(a)为电流100A的广域电磁法9频波发射仿真信号，共有9个主频，主频分别为1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz及64Hz，同时存在大量谐波成分，图2(b)为频谱，如果假设电流大于20A为有效勘探频率，共计存在有9个有效频率，对9个频率去log2对数计算，并获得对数最小值log2_f_min与最大值log2_f_max，获得小于等于

的最大正整数N,构建从log2_f_min至log2_f_min+N*1/8的频率区间，并以间隔1/8均匀剖分此频段，共获得N个小频段，N+1个频率位置(包括端点位置)；计算第1个频率位置对应频谱密度，即log2_f_min位置频谱密度，根据频率的实际分布情况计算log2_f_min-1/2至log2_f_min-3/8的逻辑数，即是否存在有效频率≥log2_f_min-1/2，且＜log2_f_min-3/8，如果存在频率则将此区间段逻辑数设为1，不存在则设为0，然后计算log2_f_min-3/8至log2_f_min-2/8的逻辑数，即是否存在有效频率≥log2_f_min-3/8，且＜log2_f_min-2/8，依次类推计算从log2_f_min+3/8至log2_f_min+1/2区间段的逻辑数，并将8个小区间内的所有逻辑数汇总得到一个单位长度内的数目总和，即为此第1个频率位置所对应频谱密度值。

如图1(b)中1位置所示情况，即计算第1个频率位置(即log2_f_min位置)在

内的所有逻辑数，得到其频谱密度，依次类推获得第2个频率位置(即log2_f_min+1/8位置)的频谱位置，第3个频率位置(即log2_f_min+2/8位置)的频谱密度，一直到第n个频率位置(即log2_f_min+N*1/8位置)的频谱密度，其中n＝N+1。

同样针对此仿真发射信号，如果以电流幅值5A作为有效频率的阈值，则可以从信号中获得77个有效频率分别位于，不同位置，利用本发明频谱密度计算方法获得不同位置对应的频谱密度大小，以评估不同频段的勘探能力，具体如图2(a)图2(b)图2(c)所示。图2(a)为广域电磁法2n序列9频波仿真信号；图2(b)为仿真信号对应频谱(假设电流>5A时为有效信号)；图2(c)为频谱密度曲线。

根据本发明频谱密度计算方法所获得频谱密度，能够准确评价不同频段勘探能力，为物探技术人员提供直观的认识。此计算方法能够避免某一频率区间内频率数目过高而导致的频谱密度过高，进而造成频谱密度值对比度变差，不能好的反映信号的勘探能力，如某一对数单位长度内，可能有几十个的有效勘探频率，但是频率之间间距过小，主要集中在某个小频段，不能很好的反映信号在对应频段内的勘探能力，因此本发明以1/8个长度单位作为一个逻辑单位，在1/8个长度单位范围内存在有效勘探频率(并不关心具体数目)则为1，不存在有效频率则为0。

同时，基于频率域电磁勘探中的趋肤深度计算公式，如式1所示，能够根据大地平均电阻率值计算不同大地深度的频谱密度值，以评价不同勘探深度的勘探能力，为物探技术人员下一步工作提供技术参考。

其中，h为趋肤深度，ρ为对应地区大地平均电阻率，f为电磁波频率。假设某地大地平均电阻率为100Ω·m，则可以计算不同频率f对应的勘探深度h，如图3、图4所示。图3以电流阈值5A筛选有效频率分布；图4不同趋肤深度对应频谱密度情况其中，图4为将均分频率区间的N+1个频率转换为趋肤深度后，不同趋肤深度(有效勘探深度)对应频谱密度曲线。通过趋肤深度计算公式，能够获得频段区间内N+1个均分频率位置频谱密度转换为不同勘探深度的频谱密度情况，以说明该信号对不同深度的勘探能力。

实施例2

本实施例提供了一种服务器，服务器获取地球物理勘探过程中采集的发射信号或接收信号，进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；将有效频率的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，然后并把一个长度单位等分成n个小频段,每个频段的长度1/n，同时将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则分布逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，则一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；(其中n为自然数，大于2，小于16)根据得到的频谱密度，评价不同频段的勘探能力。

本实施例中的所述的服务器可以包括：处理器，例如中央处理器、通信总线、用户接口、网络接口、存储器等，也可以仅仅包括中央处理器、存储器、通信总线和用户接口。在服务器可以包括通讯模块，直接通过用户接口将数据输入服务器即可；当如若服务器需要与上位机等进行通讯时，也需要增加通讯模块；用户接口可以包括显示屏、输入模块比如键盘，可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器可以是高速的随机存取存储器存储器，也可以是稳定的非易失性存储器，例如磁盘存储器。存储器可选的还可以是独立于前述处理器的存储装置。

本领域技术人员可以理解，上述结构并不构成对服务器的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

实施例3

本实施例提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有频谱密度计算程序，所述的频谱密度程序配置为实现权利要求实施例1中所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法的步骤。

本实施例中公开的存储装置中是指存储数据的载体。可以是软盘、光盘、硬盘、闪存、U盘等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对频率域电磁法的频谱密度计算方法，其特征在于，如下：

对地球物理勘探过程中采集的发送信号或接收信号，进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；

将有效频率的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，把一个长度单位等分成n个小频段,每个小频段长度为一个长度单位的1/n，将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，即为该长度单位对应频率位置的频谱密度值；一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；其中n为自然数，2＜n＜16；

根据得到的频谱密度，评价发送信号和接收信号在不同频段的勘探分辨率或者勘探精度。

2.如权利要求1所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法，其特征在于，发送信号根据其电流阈值判断发送信号不同频率的有效性。

3.如权利要求1所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法，其特征在于，接收信号根据频率系数之间的均方差判断接收信号不同频率的有效性。

4.如权利要求1所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法，其特征在于，基于频率域电磁勘探中的趋肤深度计算公式，根据大地电阻率平均值计算不同大地深度的频谱密度值，以评价发送信号和接收信号在不同勘探深度的勘探能力。

5.一种针对频率域电磁法的频谱密度计算系统，其特征在于，如下：

获取模块，其配置为获取地球物理勘探过程中采集的发送信号或接收信号；

预处理模块，其配置为对获取信号进行傅里叶变换，得到其准确的频谱；并对频谱进行筛选，得到有效频率分布位置；

数据处理模块，将有效频率的横坐标换算为对数坐标，以设定间隔作为一个长度单位，把一个长度单位等分成n个小频段,每个小频段长度为一个长度单位的1/n，将每个小频段的计数设为0，在每一个小频段内如存在有效频率，逻辑数设为1，没有有效频率则逻辑数继续为0不变，计算完成后对一个长度单位内的所有逻辑数进行求和，即为该长度单位对应频率位置的频谱密度值，一个单位长度内，频谱密度最高为n，最低为0；其中n为自然数，2＜n＜16；

密度比较模块，其配置为根据得到的频谱密度，评价不同频段内发送信号和接收信号的勘探分辨率或者勘探精度。

6.如权利要求5所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算系统，其特征在于，发送信号根据其电流阈值判断发送信号不同频率的有效性。

7.如权利要求5所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算系统，其特征在于，接收信号根据频率系数之间的均方差判断接收信号不同频率的有效性。

8.如权利要求5所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算系统，其特征在于，基于频率域电磁勘探中的趋肤深度计算公式，能够根据大地电阻率平均值计算不同大地深度的频谱密度值，以评价发送信号和接收信号在不同勘探深度的勘探能力。

9.一种服务器，其特征在于，所述的服务器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的频谱密度计算程序，所述的频谱密度计算程序配置为实现权利要求1-4任一所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有频谱密度计算程序，所述的频谱密度计算程序配置为实现权利要求1-4任一所述的针对频率域电磁法的频谱密度计算方法的步骤。

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