Применение эмпирической модовой декомпозиции при обработке геофизических данных

Abstract

Актуальность исследований обусловлена целесообразностью использования передовых математических методов при обработке результатов полевых геофизических наблюдений. Цель работы: повышение эффективности методов прикладной геофизики за счет адаптивного выделения информативных составляющих физических полей с использованием эмпирической модовой декомпозиции (Empirical Mode Decomposition - EMD). Метод исследований: декомпозиция профильных геофизических данных, при которой в ходе итерационного вычислительного процесса адаптивно выделяются ортогональные разночастотные компоненты сигнала (EMD), которые называются эмпирическими модовыми функциями (IMF). Метод предназначен для частотного представления нестационарных сигналов, его отличительной особенностью является отсутствие априорно заданного функционального базиса разложения. Предлагается оригинальный алгоритм, в котором для построения функций, огибающих экстремумы анализируемого сигнала, используется истокообразная аппроксимация, а остаток при разложении может отождествляться с фоновой составляющей поля. Результаты. Алгоритм EMD программно реализован и апробирован на практических материалах при обработке данных гравиразведки, магниторазведки и электроразведки. Установлена возможность применения метода с целью выделения информативной компоненты в результатах электропрофилирования (Пермский край); независимой оценки качества высокоточной гравиметрической съемки (Западный Саян); определения составляющей магнитного поля, обусловленной влиянием резко расчлененного рельефа земной поверхности в условиях развития эффузивных траппов (Норильский район). В последнем случае используется построение серии регрессионных зависимостей между разночастотными составляющими магнитного поля и высот. Сделан вывод о целесообразности использования метода эмпирической модовой декомпозиции в области прикладной геофизики. Перспективы применения EMD авторы видят в возможности анализа материалов геофизического мониторинга разрабатывающихся месторождений полезных ископаемых.

The relevance of research is caused by the feasibility of using advanced mathematical methods in processing results of the geophysical surveys. The aim of the research is to improve the effectiveness of the methods of applied Geophysics through adaptive extraction of informative components of the physical fields using the Empirical Mode Decomposition method (EMD). The method of research: decomposition of the relevant geophysical data. The iterative computational process allows allocating different frequency orthogonal signal components, which are called empirical mode functions (IMFs). The method is designed to represent non-stationary signals in the form of a series of signals with different frequency. The authors propose the original algorithm in which the sourcewise approximation is used for constructing functions, enveloping the extrema of the analyzed signal, and the residual component of decomposition can identify the background component of the field. The results. The EMD algorithm was implemented and tested on practical materials for processing the data of gravity, magnetic and electrical prospecting. The authors defined the possibility of applying the method to separate the informative component of the results of electric methods of horizontal profiling (Perm Krai); to evaluate the quality of high-precision gravity survey (Western Sayan); to determine the component of the magnetic field caused by the impact of sharply dissected terrain of the earth surface in the development of the effusive traps (Norilsk region). The last case uses a series of regression dependencies between the various frequency components of the magnetic field and heights. The authors made the conclusion on appropriateness of using the EMD technique in applied Geophysics. The prospects of its application the authors see in analysis of geophysical monitoring material of mineral deposits development.