分析频率TEM频率特性

论文导读：
摘要：本文将分析瞬变电磁发射电流的频率特性及实测曲线的频率特性，将时间域数据从转化成频率域数据，画出频幅曲线，分析发射电流的频谱与实测曲线频谱的差别。
首先应用分段线性插值法对数据做了插值，然后对插值后得数据进行傅立叶变换，最后总结出地质体对实测曲线频谱的作用：TEM衰减曲线中主要以低频成分为主；利用衰减曲线的频谱特征，可以说明地下地质体的高、低阻属性。
发射电流的频谱图是对双极性脉冲发波电流在T/2内采样的数据进行FFT得到的。
关键词：瞬变电磁 实测曲线 频谱分析

一、频谱分析方法

由于实测的TEM数据为不等间隔数据，首先要对其进行插值使其变成等间隔的数据。我们采用分段线性插值，用折线近似曲线，相当于分段用线性插值，称为分段线性插值。
快速傅立叶变换（FFT）在数字信号处理中有着广泛的应用，可以用它来进行频谱分析。
为了了解信号的特点，频谱分析是一项十分重要的工作，所谓信号的频谱分析就是要计算信号的频谱，并由此计算出振幅谱，能谱（或功率谱），相位谱。
步骤如下：

1.数据准备；

2.用FFT计算频谱；

3.由频谱求振幅谱，相位谱，功率谱；

4.对振幅谱或功率谱进行平滑处理；

5.求振幅谱或功率谱的最大值频率点和中间值频率点。

在此基础上，可对信号的各种频率成分进行分析。

二、实测曲线的频谱分析

实测数据是为了勘探某煤矿指定区域内的地下水及地下水岩溶管道的分布情况做的瞬变电磁数据。
工作选用边长为100*100m正方形重叠回线装置，设置参数为供电回线1匝，接收回线2匝，仪器发射脉冲方波，其频率为8.3赫兹，采样叠加次数为256次。布置了5条侧线，我们选一条侧线作为研究的对象。这条线共20个点，每个点的采样道数为40道。
含地下水岩溶管道2号异常点，它的实测曲线及频谱图分别为图1所示。从实测曲线可以看出实测的V/I值在这个点比较高，振幅谱显示，能量主要集中在低频段，强度比较大。
（a）实测曲线（b）幅频曲线
图1 2号点实测V/I曲线图及其幅频图
用振幅可以反映能量的强弱，从前面的分析可以看出，能量主要集中在低阻带和低频带。就地质体而言，低阻体能量分布强，高祖体能量分布弱，因此，通过对频率域内能量的分布特点的研究，可以用来解释地质体的分布及其特点。

三、发射电流的频率特性

根据傅里叶频谱分析理论，任何一种脉冲都可分解成许多正弦波或余弦波成分；每个谐波成分将对导电体激励起按频率域电磁法中的规律的电磁响应。这种响应将有对应的振幅值和相位如果将时域中各谐波激起来的二次场提取出来，这便是瞬变电磁信号，以此作为研究地质结构的依据对瞬变电磁，多采用双极性脉冲为激发场源，这是为了有效地压制观测系统中直流偏移和超低频噪声干扰，为了将不同时域的相应二次场进行叠加，以消除随机干扰，提高信噪比，需采用周期性脉冲序列连续激发二次场。
由于地质体的滤波作用，吸收发射电流频谱中强度较弱的谱，所以在接收到实测的频谱时显示一条光滑的曲线。从前面可以知道高阻的能量强度显示的比较低，低阻的能量强度高，在发射能量相同的情况下，由地质体的作用而出现那样的结果，由此可见，低阻对能量的损耗慢，高阻体对能量的损耗快，在幅频曲线上的反映就摘自：毕业论文结论www.7ctime.com
是，在低阻点分布的能量强，在高阻点分布的能量弱。
四 结论
从前面的分析可以看出，把TEM时间域的信息转化成频率域的信息，是可以反映地下地质体的信息的，能够解决一定的地质问题，具体如下：
1、TEM衰减曲线中主要以低频成分为主，一般情况下低于500Hz，能量主要在200 Hz以下。

2、利用衰减曲线的频谱特征，可以说明地下地质体的高、低阻属性。

3、通过实例分析可见到振幅强对应于低阻，而振幅弱对应于高阻。

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