一种地下径流动态信息的频谱识别方法
【专利摘要】本发明公开一种地下径流动态信息的频谱识别方法，通过探测仪器接收天然电场信号并细化得到分析带宽f1～f2的分辨率为?f的256条谱线，经最大谱线离散判据、频谱能量集中判据、极点谱线搜索判据、动态信息识别判据后得出有无地下径流动态信息的结论并相应给出主频信息、动态信息的幅值、频率。本发明从研究地下径流动态信息的形成机理出发，运用信号调制原理与边频特性相结合的原则在细化频谱内自动识别地下径流动态信息，并充分考虑了干扰因素的影响，可使地下径流动态信息识别准确率达到90%以上，解决了现有物探方法中难以识别地下径流动态信息的问题。
【专利说明】
一种地下径流动态信息的频谱识别方法
技术领域
[0001] 本发明属于物探成果分析技术，具体地说是一种用于地下径流动态信息分析的频 谱识别方法。
【背景技术】
[0002] 地下径流又称地下水径流、地下径流水，是重力作用下地下水在自然界陆地水循 环过程中的流动。地下径流是岩石介质中由水头高处向水头低处流动的地下水流，它主要 通过断裂带等连通的空隙流动。流动带走空隙中的物质，淘空断裂带，影响断裂带上建筑物 的稳定、矿山的安全。掌握地下径流通道的类型、特征和快速、有效探测其位置是矿山防治 水和地下水勘探过程中的关键问题之一。
[0003] 地下水资源探测作为一个世界性的科技难题，就目前来说，仍未能得到很好的解 决。目前国内外地面物探方法找水首推电法，其次有放射性探测法及测量地层磁分量的甚 低频法。采用甚低频仪测地下磁场随空间变化的方法，由于受现代工业发展所带来的强电 波干扰，很难在城市及郊区开展探测工作。放射性找水是利用天然放射性元素氟在岩石裂 隙中富集造成放射性异常，仪器可测到异常带，但这个异常带可以是充填的、张开的，是否 有水流动仍然不知，所以与地质目测断层找水差不多。自二十世纪30年代以来，我国开始用 电法找矿，同时也用电法来找水;到目前为止，单就找水方面就有许多方法，如电法就有直 流电法、音频电法等，其中直流电法又可分为电测深与电剖面法，分别用于测量纵深方向的 地质变化和某一深度沿剖面方向的地质变化。上述方法的共同点是在人工场作用下进行测 量，把寻找固体矿产的物探方法应用在找地下径流水上。地面仪器测量值反映的是地质体 物性综合值，属于静态信息;这个物理量所显示的是地下的那种固体矿产或地下径流水全 凭解释者的主观经验。所以上述方法的找水成功率只有40~50%，其根源在物探曲线的多 解性。为解决了以往勘探中主要依据静态信息探测断裂带等地质问题精度较低的不足，发 展了天然电场选频、地下磁流体探测等方法，从分析天然电场信号的时域、频域特征的角度 出发来解决地下各种地质体探测的问题，特别是地下径流动态信息的发现，为地下径流水 探测找到了一种准确、经济、快速的方法。
[0004] 地下径流是一个动态系统，是指在有关因素影响下，地下水的水位、水量、水化学 成分、水温等随时间的变化状况。地下水动态提供含水层或含水系统的系列信息。在验证所 作出的水文地质结论或所采取的水文地质措施是否正确时，地下水动态是十分重要的。地 下水动态受气候、水文、地质和人类活动等因素的影响，受气候、水文、地质等因素影响的， 称"天然因素影响的地下水动态"，受人类活动影响的称"人类活动影响下的地下水动态"。 研究地下水动态有助于解决一系列理论和实际问题。分析地下水动态可以帮助查明补给来 源，查明含水层之间或含水层与地表水体之间的联系情况。确定供水井的深度时，需要了解 最低水位，以保证干旱季节和干旱年份的水量供应。计算地下水资源，必须具备一定年限的 地下水动态观测资料。监测人为活动影响下的地下水动态，可以及早发现不利变化(如咸水 入侵淡含水层，地下水污染），不失时机地采取措施。地震前地应力的变化会引起地下水位 乃至水质异常变化。因此，观测地下水动态可作为预报地震的一种辅助手段。现有物探方法 中，虽然发现了地下径流动态信息的存在，但对其识别和判断的方法研究较少，目前主要依 靠人工看图识别，存在效率低、受人为因素影响大等不足。能否发明一种将地下径流与地下 固体矿产资源区分开来的分析方法，目前国内外科技界一直没有解决，尚无相关的研究成 果和产品报道。
【发明内容】
[0005] 针对现有物探方法在地下径流动态信息识别方面存在的不足，本发明为解决该问 题提供了一种地下径流动态信息的频谱识别方法。
[0006] 本发明的术方案是:一种地下径流动态信息的频谱识别方法，通过探测仪器接收 天然电场信号并细化得到分析带宽/i~/2的分辨率为A扣勺256条谱线，经最大谱线离散判 据、频谱能量集中判据、极点谱线搜索判据、动态信息识别判据后得出有无地下径流动态信 息的结论并相应给出主频信息、动态信息的幅值、频率。
[0007] 在本发明中，最大谱线离散判据是在256条谱线中找到最大幅值谱线Fmmo并计算 其及前后各3条谱线一起的平均幅值Fjo，若Fmaxo多3Fjo则离散，反之不离散。
[0008] 在本发明中，频谱能量集中判据是计算256条谱线的平均幅值Fj，若10FJ则频 谱能量集中，否则频谱能量发散。
[0009] 在本发明中，极点谱线搜索判据是缓存256条谱线到一指定存储区，在其中按从前 往后两两比较幅值低者置0、从后往前两两比较幅值低者置0的原则找出频谱中的所有极值 点，结合原频谱计算次大极值点谱线Fmah、Fmax 2及其前后各3条谱线一起的平均幅值印、FJ2， 若Fmaxi>3Fji贝iJFmaxi离散、Fmax2>3Fj2贝>JFmax2离散，然后再将幅值小于Fmaxq/30的极值点置0。
[0010] 在本发明中，动态信息识别判据是若频谱能量集中且极值点个数<30,则通过 边频识别规则一、规则二、规则三判断是否存在关于Fmaxq、Fmaxi及FMAX2的对称极值谱线来确 定地下径流动态信息的存在;否则主频信息为Fmaxo、动态信息为0且退出识别。
[0011] 所述的对称极值谱线是指两条极值谱线中间存在另一条极值谱线使两条极值谱 线与其点距之差在±2条谱线范围内，称该对称极值谱线为边频，其频率为一阶边频频率 A、幅值为两条谱线的幅值均值。
[0012] 所述的边频识别规则一是Fmmq离散且极值点分布于其左、右两边，若存在关于Fmaxo 对称的边频极值谱线，则主频信息为Fmaxq，动态信息为一阶边频的信息;若不存在关于Fmaxo 对称的边频极值谱线、但存在关于Fmaxi或FMAX2对称的边频极值谱线且相应的Fmaxi或FMAX2离 散，则主频信息为Fmaxi或FMAX2，动态信息为一阶边频的信息;否则主频信息为Fmaxq、动态信息 为0且退出识别。
[0013] 所述的边频识别规则二是Fmaxq离散但主要极值点分布在其一边，若Fmaxi或Fmax2离 散且存在关于Fmaxi或Fmax2对称的边频极值谱线，则主频信息为Fmaxi或Fmax2，动态信息为一阶 边频的信息;否则主频信息为Fmaxo、动态信息为0且退出识别。
[0014] 所述的边频识别规则三是Fmaxq不尚散，若Fmaxi或Fmax2尚散且存在关于Fmaxi或Fmax2对 称的边频极值谱线，则主频信息为FmaX1SFmax2，动态信息为一阶边频的信息;若Fmax4PFmax 2 均不离散但存在包括Fmaxq、Fmaxi、Fmax2中至少2个在内的4个以上的点距误差在±2条谱线内 的极值谱线，则主频信息的频率为Fmaxo谱线频率、幅值为Fmaxo与Fmaxx的均值，动态信息的频 率为一阶边频频率、幅值为Fmaxi与FMAX2的均值;否则主频信息为Fmaxq、动态信息为0且退出识 别。
[0015] 本发明的有益效果是:从研究地下径流动态信息的形成机理出发，运用信号调制 原理与边频特性相结合的原则在细化频谱内自动识别地下径流动态信息，并充分考虑了干 扰因素的影响，可使地下径流动态信息识别准确率达到90%以上，解决了现有物探方法中难 以识别地下径流动态信息的问题。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的动态信息识别流程图； 图2是本发明的动态信息形成原理示意图； 图3是本发明的实施例一细化谱图； 图4是本发明的实施例二细化谱图； 图5是本发明的实施例三细化谱图； 图6是本发明的实施例四细化谱图； 图7是本发明的实施例五细化谱图； 图8是本发明的实施例六细化谱图； 图9是本发明的实施例七细化谱图； 图10是本发明的实施例八细化谱图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明的方案作进一步详细说明。
[0018]参见附图1、附图2,一种地下径流动态信息的频谱识别方法，探测仪器接收天然电 场信号并细化得到分析带宽/i~/2的分辨率为A扣勺256条谱线，经最大谱线离散判据、频谱 能量集中判据、极点谱线搜索判据、动态信息识别判据后得出有无地下径流动态信息的结 论并相应给出主频信息、动态信息的幅值、频率。由附图2可知:岩溶、裂隙中脉状流的地下 水，按水文学规律流动在地底下会切割地磁场磁力线产生感应电动势A，但该感应电动势 较微弱，无法穿透地层传送到地面;但它会对经过该处的天然电磁波产生持续不断的干 扰，最终附加在该电磁波信号上传输到地表，把这种附加有地下水流动信息的信号定义为 地下径流动态信息。探测仪器通过在地表接收该天然电磁波的分布电场信号，并据此分析 地下径流的赋存及状态。天然电磁波在穿透地层的过程中与不同结构的地质体发生折射、 反射等耦合，以及与流动的地下径流的相互作用，都会产生天然的电磁耦合效应;其穿透到 地面的电磁信号，是包含上述不同作用的信号，且不同的地质构造表现出的特征都不完全 相同。目前物探找水方法主要是电法，它是通过探测地下低阻区域来区分地下水与矿物质； 该方法从逻辑上看较合理，实际上这种方法由于其结果的多解性，成功率不高；因为低值异 常可以由各种原因造成，所有金属矿物、煤、页岩、断层泥、软硬岩互层等都会反映低值异 常；怎样才能使物探结果由多解上升到单一解、确定解，这是本发明方法要解决的问题。只 要细心观察一下上述地质体与地下径流的共性和差异就可以找到解决问题的途径。以上金 属矿等地质体都是固体，在地下处于静态;而地下径流与它们的共同点是低阻，但地下水是 流动的，它不仅传递静态信息，而且还能传递天然动态信息；地下水具有低阻、良导体、流 动、流量随时间变化等特性。地下水、天然气、石油，都是地下存在的流体，其中只有地下水 是良导体，在地磁场中地下水在岩石裂缝、溶洞中运动就要切割磁力线，按法拉第定律，水 流产生电流、环绕水流产生磁场，地下水与地磁场进行反复复杂的电磁感应，结果在地下形 成不断发出瞬变电磁波的场源;这样在地磁场中，地下有地下水流动系统(流场)地面就可 以测到一个相匹配的瞬变电磁平面波，二者是正投影关系。探测仪器的任务就是探测出瞬 变电磁波场在地表的分布形状，在这个场内确定地下水源的位置及深度。地磁北极为S，南 极为N，它与地理南北极有一个夹角，在我国大概偏西5度左右，我国的断裂方向以北东向为 主导方向，使断裂带中的地下水流与磁力线成较大的交角，地下水是良导体，它在裂隙溶洞 中按水文学方式运动就会切割磁力线，按法拉第原理，水流中产生电流，而电流周围又产生 感应磁场，这个作用连续不断地进行地磁场干扰，结果就从地下水所处的深度向地面发射 出瞬变电磁波，按照麦克斯韦定律，这种波的振动方向与前进方向垂直，属平面波，可直达 地面。因此，在地面探测出瞬变电磁波的分布场，就知道地下是否存在地下水流动系统，通 过改变测试频率可知瞬变电磁波场源的深度，这样就可以确定地下水流动系统实际分布情 况。在图2中，假设地下径流动态信息为单一频率A的正弦波、天然电场信号为单一频率A的 正弦波，地面探测仪器接收到的是A与的耦合信号，即是经过A调制后的信号；根据信 号调制原理:在该信号的频域波形中，中间最高的谱线称为主频谱线A，分布于主频谱线两 边并关于主频对称的谱线称为边频谱线A。主频谱线表征地下某深度岩层的电性值，边频 谱线A表征地下水的活动情况，边频谱线幅值表示地下水瞬时流量的大小，边频谱线距离 主频谱线的远近称边频频率，边频频率表示地下水瞬时流动速度的快慢。地下径流动态信 息即为附图2中所示的边频，边频具有以下特性：（1)边频关于主频对称，（2)边频幅值较主 频幅值小，（3)边频、主频均是一定频谱范围的相对极值点，（4)边频存在1、2、…、阶。
[0019] 附图2所示为地下径流动态信息的理想状态，附图3所示是较为规则的地下径流动 态信息。通常，地下径流在岩溶裂隙中流动的流速、流量都是随时间变化的，其产生的地下 径流动态信息也是不规则的;作为地下径流动态信息载体的天然电磁波受场源、传输途径、 天气等诸多因素的影响，也是变化的、不规则的；另探测仪器在现场采集数据的过程中，会 受周边电力、通讯设施和厂矿大型设备运行产生的电磁干扰影响，导致探测数据的不稳定； 这就给地下径流动态信息的准确识别带来很大的难度。本发明为克服以上问题，通过对大 量的设施例分析，总结了以下的识别方法。
[0020] 附图3~附图10均是本发明实施例的细化谱图，图中上半部分为天然瞬变电磁波 的时域波形，下半部分为天然瞬变电磁波中指定分析带宽/i~/ 2的细化频谱图。频谱图中间 的/a普线称为主频谱线，分布于主频谱线两边并关于主频对称的谱线A称为边频谱线。根据 电磁场理论，天然瞬变电磁波在地层中的传导电流远远大于位移电流，则其穿透深度为 h=l/( Jfc l! /)0'5 (单位:m) 式中，成/探测点的地表电阻率，一般地表大都是松散的土层，取其平均电阻率Pl〇 (假设天然瞬变电磁波穿透的地层为无磁性介质，则磁导率取/^43tX1(T7矽奶据此 得到地下水径流的埋藏深度与主频频率的关系如下 h=l/( Jfc///)0'5 = 1591.58(1//〇)0-5 (单位:m) 流动的地下水会切割地磁场的磁力线而产生感应电动势e，根据电磁流量原理，感应电 动势e(单位:《V)与流量的方程式为 e=(4BK/L)Q 式中，B为探测地点的大地电磁场感应强度(单位:?V///)、K为常数，对于一个已知的探 测区域来说它们都是常数，但需要在探测区域附近找已知的水量的参考测试点进行整定;L 为地下水流通道截面的周长(单位:?)。实际探测工作表明，地下水在岩溶裂隙中流动的流 速、流量都是随时间变化的，其产生的感应电动势e是时间t的函数，计为e (t) = 0.5〔 ei (t) + e2(t)he (t)与地下水储量Sw之间的关系为 Sw=/oT[L.e (t)/4BK]c/t=( L/4BK)/oTe (t) dt (单位:ff3/A) 式中，T为地下水径流的变化周期，探测仪器能探测出地下水径流的变化周期T(边频频 率A的倒数)和周期T内感应电动势e (t)的综合值，由上式可简单地估算出地下水储量Sw。 但由于地下水径流的变化周期T受地质构造、补给情况、开采量等因素的影响而各不相同， 且该周期也是随时间变化的，这给准确评估地下水储量或开采量带来一定困难。通常采用 离散化方法来计算上式，具体做法是：由探测仪器对该固定深度连续重复探测1小时，得到M 组探测数据，而这其中只有N组探测数据具有地下水径流特征信息，即边频综合幅值e (to)、e (ti)、e (t2)......e (tN-1)，边频频率Aq、Ai、A2......An-i;因此，上式的离散化计算 公式为：
(单位j/A) 因此，本发明的目的是有效识别主频A的频率与幅值、边频A的频率与幅值，其具体做 法及步骤参见附图1:探测仪器接收天然电场信号并细化得到分析带宽/i~/2的分辨率为A 湖256条谱线，经最大谱线离散判据、频谱能量集中判据、极点谱线搜索判据、动态信息识 别判据后得出有无地下径流动态信息的结论并相应给出主频信息、动态信息的幅值、频率。
[0021]最大谱线离散判据的理论依据是信号调制原理，在调制信号频谱中基频/。的幅值 是最大且离散的，据此判断探测信号中是否存在调制现象。本发明的具体做法是在探测仪 器接收天然电场信号并细化得到的256条谱线中，首先找到最大幅值谱线Fmmo并缓存其频 率及幅值，然后计算其及前后各3条谱线一起的7条谱线的平均幅值行〇,若幅值?_多3F J0则 最大幅值谱线Fmaxo离散，反之则最大幅值谱线Fmaxo不离散。
[0022]频谱能量集中判据的理论依据是电磁波传输特性，在电磁波的传输过程中，高频 率的电磁波信号可传输得更远且不易衰减，而低频率的电磁波信号则传输得不远且容易衰 减;这样，调制信号频谱中的主要能量是高频率电磁波信号(载波信号或基波)贡献的，据此 可评价调制信号频谱受干扰的程度。本发明判据是在最大谱线离散判据的基础上提出的， 其具体做法是首先探测并细化所得的256条谱线的平均幅值Fj，然后与最大谱线及其前后 各3条谱线的平均幅值Fjo比较，计算若Fjo多10Fj则所分析频谱的能量集中，否则分析频谱的 能量发散。
[0023]极点谱线搜索判据的理论依据是调制信号的频谱分配原则及边频特性，目的是去 除分析频谱中的不相关谱线。本发明的具体做法是：（1)将原频谱的256条谱线值复制到一 指定存储区缓存；（2)在缓存区中，按从前往后两两比较幅值低者置0(后向积分）、从后往前 两两比较幅值低者置〇(前向积分)的原则，使缓存区中只保留极值点的谱线值，其余无关的 谱线值均被置〇; (3)最大幅值谱线Fmaxo肯定是极值点，其离散性已在最大谱线离散判据中 判断，接着在(2 )得到的极值谱线中找到第二大极值点Fmaxi、第三大极值点Fmax2 (其中，F_ 幅值〉Fmax2幅值），并结合原频谱计算次大极值点谱线Fmax^Fmaxs及其前后各3条谱线一起的 平均幅值Fji、Fj2，若 Fmaxi^=3Fji则 Fmaxi 尚散、Fmax2>3Fj2则 Fmax2 尚散，缓存 Fmaxi、Fmax2的尚散性 判断结果及其频率、幅值；（4)将幅值小于最大幅值谱线Fmaxo幅值的三十分之一的极值谱线 置〇,进一步减少无关谱线以提高后续识别搜索的效率。
[0024]经过最大谱线离散判据、频谱能量集中判据、极点谱线搜索判据后，接下来由动态 信息识别判据根据以上三判据的结果做出分析频谱中有无地下径流动态信息的结论;若存 在动态信息，则相应给出主频信息、动态信息的幅值、频率;若不存在动态信息，只给出主频 信息的幅值、频率。地下径流动态信息即为分析频谱中关于主频的边频，同样具有边频的特 性:①边频关于主频对称，②边频幅值较主频幅值小，③边频、主频均是一定频谱范围的相 对极值点，④边频存在1、2、…、阶；因此，本发明的动态信息识别判据是根据边频特性提出 的，其具体做法是:若分析频谱的频谱能量集中，且极值点个数<30,则通过边频识别规 则一、规则二、规则三判断是否存在关于F MAXQ、FMAxjFMAX2的对称极值谱线来确定地下径流 动态信息的存在，否则主频信息为Fmaxo、动态信息为0且退出识别;所谓的对称极值谱线是 指两条极值谱线中间存在另一条极值谱线使两条极值谱线与其点距之差在±2条谱线范围 内，称该对称极值谱线为边频，其频率为一阶边频频率A、幅值为两条谱线的幅值均值。针 对边频在频谱中的分布情况不同，本发明分三种方式进行识别，即边频识别规则一、规则 二、规则三。
[0025] 边频识别规则一:Fmaxq离散且极值点分布于其左、右两边，若存在关于Fmaxq对称的 边频极值谱线，则主频信息为Fmaxq，动态信息为一阶边频的信息;若不存在关于Fmaxq对称的 边频极值谱线、但存在关于Fmaxi或Fmax2对称的边频极值谱线且相应的Fmaxi或Fmax2离散，贝1J主 频信息为Fmaxi或Fmax2，动态信息为一阶边频的信息;否则主频信息为Fmaxq、动态信息为0且退 出识别。在附图3中，最大幅值谱线Fmaxq的左边和右边各存在一个关于Fmaxq对称的极值点，该 极值点对应的谱线即为一阶边频谱线，与附图2中所示的理想情况非常相似;因此，主频(即 载波信号）信息为Fmaxq谱线所对应的频率/U = /i + /i与/的点距X A f)、幅值(可从频谱中 直接读取），动态信息为一阶边频的频率A( = 0.5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（= 0.5 X左边频幅值+ 0.5 X右边频幅值）。在附图4中，明显可见最大幅值谱线Fmaxq的左边存 在二阶边频极值点、右边存在三阶边频极值点，且它们都关于Fmaxq谱线对称；因此，主频信 息为Fmaxq谱线所对应的频率( = /i + /i与A的点距X A f)、幅值(可从频谱中直接读取），动 态信息为一阶边频的频率A( =0.5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（=0.5 X左一阶边 频幅值+ 〇. 5 X右一阶边频幅值）。在附图5中，虽然在最大幅值谱线Fmaxq的左、右两边都存 在极值点，但却不关于Fmaxq谱线对称，图中明显可见次大幅值谱线Fwm的左边存在一阶边频 极值点、右边存在二阶边频极值点，且关于?_1 1谱线对称，左边的二阶边频极值点重合在最 大幅值谱线Fmaxq的频带内；因此，最大幅值谱线Fmmo应是干扰或其他频率成分的谐波所致， 取主频信息为Fmaxi谱线所对应的频率/=/i + /i与/的点距X A f)、幅值(可从频谱中直接 读取），动态信息为一阶边频的频率A( =〇. 5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（=0.5 X 左一阶边频幅值+ 〇. 5 X右一阶边频幅值）。
[0026] 边频识别规则二:Fmaxq离散但主要极值点分布在其一边，若Fmaxi或Fmax2离散且存在 关于Fmaxi或F_对称的边频极值谱线，则主频信息为Fmaxi或F_，动态信息为一阶边频的信 息;否则主频信息为Fmaxo、动态信息为0且退出识别。在附图6中，次大幅值谱线Fmah的左边是 最大幅值谱线Fmaxq、右边存在一个边频极值点，且它们关于Fmaxi对称；因此，最大幅值谱线 Fmmo应是干扰或其他频率成分的谐波所致且频带内包含左一阶边频，取主频信息为FMAX1谱 线所对应的频率/c( = /i + A与/c的点距X A /)、幅值(可从频谱中直接读取），动态信息为 一阶边频的频率A( =0.5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（=0.25 X左一阶边频幅值 + 0.75 X右一阶边频幅值）。在附图7中，次大幅值谱线Fmaxi的左、右两边都存在二阶边频极 值点，且它们关于Fmah谱线对称，而最大幅值谱线Fmaxo与它们均不相关;因此，最大幅值谱线 Fmaxo应是干扰或其他频率成分的谐波所致，取主频信息为Fmaxx谱线所对应的频率/'c(=/i + /i与的点距X A f)、幅值(可从频谱中直接读取），动态信息为一阶边频的频率A( =0.5 X 两个一阶边频的点距X A f)、幅值（==0.5 X左一阶边频幅值+ 0.5 X右一阶边频幅值）。 在附图8中，次大幅值谱线Fmaxi、Fmax2都分布在最大幅值谱线Fmaxq的左边，而次大幅值谱线 Fmaxi不离散、Fmax2离散，且Fmax2的右边存在一个极值点与左边的Fmaxi关于Fmax2谱线对称，如果 包含Fmaxq、Fmaxi在内，则在Fmax2的左、右两边都存在二阶边频极值点，且关于Fmax2谱线对称； 因此，最大幅值谱线Fmmo应是干扰或其他频率成分的谐波所致且将FMAX2的右二阶边频包含 在其频带内，次大幅值谱线FMAH也是干扰或其他频率成分的谐波所致且将FMAX2的左一阶边 频包含在其频带内，取主频信息为FMAX2谱线所对应的频率/'ch/i + Zi与A的点距x A /)、幅 值(可从频谱中直接读取），动态信息为一阶边频的频率A( =0.5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（=0.25 X左一阶边频幅值+ 0.75 X右一阶边频幅值）。
[0027] 边频识别规则三:Fmaxq不尚散，若Fmaxi或Fmax2尚散且存在关于Fmaxi或Fmax2对称的边 频极值谱线，则主频信息为FmaxxSFmaxs，动态信息为一阶边频的信息;若Fmax4PFmax2均不离 散但存在包括Fmaxq、Fmaxx、Fmax 2中至少2个在内的4个以上的点距误差在± 2条谱线内的极值 谱线，则主频信息的频率为Fmaxo谱线频率、幅值为Fmaxo与Fmaxx的均值，动态信息的频率为一 阶边频频率、幅值为Fmaxi与Fmax2的均值;否则主频信息为Fmaxq、动态信息为0且退出识别。在 附图9中，最大幅值谱线Fmaxq不离散、但次大幅值谱线Fmaxi离散，在Fmaxi的左边存在一阶边频 极值点、右边存在包含Fmaxq在内的二阶以上边频极值点，且关于Fmaxi谱线对称;因此，最大幅 值谱线Fmmo应是干扰或其他频率成分的谐波所致且将Fmah的右一阶边频包含在其频带内， 取主频信息为FMAX2谱线所对应的频率/=/i + /i与/的点距X A f)、幅值(可从频谱中直接 读取），动态信息为一阶边频的频率A( = 0.5 X两个一阶边频的点距X A f)、幅值（=0.75 X左一阶边频幅值+ 0.25 X右一阶边频幅值）。在附图10中，最大幅值谱线Fmaxq与次大幅值 谱线FMAX1、FMAX2均不尚散，但存在包括FMAX()、FMAX1、FMAX2在内的4个以上的点距误差在±2条谱 线内的极值谱线，且关于最大幅值谱线Fmaxq对称；因此，频谱应是受到较严重的干扰所致， 取主频信息的频率为Fmaxq谱线所对应的频率/= /i + /i与/的点距X A f)、幅值（=0.5 X Fmaxq幅值+ 0.5 XFmaxi幅值），动态信息为一阶边频的频率A( =0.5 X两个一阶边频的点距 X A /)、幅值（=0.5XFmaxi幅值+ 0.5XFmax2幅值）。
[0028]综上所述，本发明从研究地下径流动态信息的形成机理出发，运用信号调制原理 与边频特性相结合的原则在细化频谱内自动识别地下径流动态信息，并充分考虑了干扰因 素的影响，可使地下径流动态信息识别准确率达到90%以上，解决了现有物探方法中难以识 别地下径流动态信息的问题。但地下径流是一个完整的地下水流动系统，其变化会因时间、 地点的不同而不同；虽然其基本规律、识别原则是一致的，但还存在一定的差异；故还需更 多的经验总结来完善本发明的识别方法。
【主权项】
1. 通过探测仪器接收天然电场信号并细化得到分析带宽/i~/2的分辨率为Δ /?勺256条 谱线，经最大谱线离散判据、频谱能量集中判据、极点谱线搜索判据、动态信息识别判据后 得出有无地下径流动态信息的结论并相应给出主频信息、动态信息的幅值、频率。2. 根据权利要求1所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 最大谱线离散判据是在256条谱线中找到最大幅值谱线Fmmo并计算其及前后各3条谱线一 起的平均幅值Fjq，若Fmaxq多3Fjq则尚散，反之不呙散。3. 根据权利要求1所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 频谱能量集中判据是计算256条谱线的平均幅值Fj，若Fj t^lOFj则频谱能量集中，否则频谱 能量发散。4. 根据权利要求1所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 极点谱线搜索判据是缓存256条谱线到一指定存储区，在其中按从前往后两两比较幅值低 者置0、从后往前两两比较幅值低者置0的原则找出频谱中的所有极值点，结合原频谱计算 次大极值点谱线Fmmi、Fmax2及其前后各3条谱线一起的平均幅值Fji、Fj2,若Fmaxi>3Fji贝IJFmaxi 尚散、Fmax2多3Fj2贝>JFmax2尚散，然后再将幅值小于Fmaxq/30的极值点置0。5. 根据权利要求1所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 动态信息识别判据是若频谱能量集中且极值点个数<30,则通过边频识别规则一、规则 二、规则三判断是否存在关于Fmax^Fmah及Fmax 2的对称极值谱线来确定地下径流动态信息的 存在;否则主频信息为Fmaxq、动态信息为0且退出识别。6. 根据权利要求5所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 对称极值谱线是指两条极值谱线中间存在另一条极值谱线使两条极值谱线与其点距之差 在± 2条谱线范围内，称该对称极值谱线为边频，其频率为一阶边频频率Λ、幅值为两条谱 线的幅值均值。7. 根据权利要求5所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 边频识别规则一是Fmaxo离散且极值点分布于其左、右两边，若存在关于Fmaxo对称的边频极值 谱线，则主频信息为Fmaxq，动态信息为一阶边频的信息;若不存在关于Fmaxq对称的边频极值 谱线、但存在关于Fmaxi或Fmax2对称的边频极值谱线且相应的Fmaxi或Fmax2离散，则主频信息为 Fmaxi或Fmax2，动态信息为一阶边频的信息;否则主频信息为Fmaxq、动态信息为0且退出识别。8. 根据权利要求5所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 边频识别规则二是Fmaxq离散但主要极值点分布在其一边，若Fmaxi或Fmax2离散且存在关于 Fmaxi或Fmax2对称的边频极值谱线，则主频信息为Fmaxi或Fmax2，动态信息为一阶边频的信息； 否则主频信息为Fmaxo、动态信息为0且退出识别。9. 根据权利要求5所述的一种地下径流动态信息的频谱识别方法，其特征在于:所述的 边频识别规则三是Fmaxq不离散，若Fmaxi或Fmax2离散且存在关于Fmaxi或Fmax2对称的边频极值谱 线，贝 1J主频信息为Fmaxi或Fmax2，动态信息为一阶边频的信息；若Fmaxi和Fmax2均不尚散但存在 包括Fmaxq、Fmmi、Fmax 2中至少2个在内的4个以上的点距误差在± 2条谱线内的极值谱线，则主 频信息的频率为Fmmo谱线频率、幅值为Fmmo与Fm/^的均值，动态信息的频率为一阶边频频 率、幅值为Fmaxi与Fmax2的均值;否则主频信息为Fmaxq、动态信息为0且退出识别。
【文档编号】G01V3/38GK105929457SQ201610235250
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】黄采伦, 陈超洋, 王靖, 吴亮红, 赵延明, 何斌华
【申请人】湖南科技大学