基于同步大地電磁時(shí)間序列依賴關(guān)系的噪聲處理

費(fèi)海巖

[摘要]本文首先探討了大地電磁的基本原理，進(jìn)而探討了同步大地時(shí)間序列依賴關(guān)系之中的噪聲處理方式。

[關(guān)鍵詞]大地電磁 時(shí)間序列 依賴關(guān)系 噪聲處理

[中圖分類號(hào)] O441 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-149-1

0引言

地球物理勘探會(huì)受到政治以及經(jīng)濟(jì)因素影響比較大，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，2002年3月同一年前相比較而言，全球減少了31%地震勘探人員。但是點(diǎn)磁（EM）勘探的應(yīng)用情況可以簡(jiǎn)略概括是：使用石油勘探的EM方法同之前相比保持穩(wěn)定具有持續(xù)穩(wěn)定態(tài)勢(shì)；地?zé)峥碧降膽?yīng)用已經(jīng)有了一定程度的降低，而其趨勢(shì)則就可以延續(xù)到經(jīng)濟(jì)形勢(shì)好轉(zhuǎn)之后；地下水勘探則就有上升的趨勢(shì)，如此則就表明全球用水問題的急需，并且也就使得地球物理勘探方法較廣的應(yīng)用。當(dāng)前，石油、地?zé)峥碧降碾姶欧椒ㄍǔＪ褂么蟮仉姶牛∕T），淺部瞬變電磁（TEM）等等用于MT的靜位移校正；當(dāng)前全球有價(jià)值的是地下水資源勘探，主要用Geometric'sStratagemTM系統(tǒng)（具M(jìn)T原理的可控源系統(tǒng)）、ATM或者是FEM、TEM等等淺部勘探技術(shù)。

1基本原理

可以把MT工作的基本原理看成一個(gè)線性系統(tǒng)，磁場(chǎng)為輸入信號(hào)，可通過(guò)地球該特殊的系統(tǒng)，將其輸出電場(chǎng)，也可以通過(guò)測(cè)量電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)估算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，則就是我們通常說(shuō)的阻抗，該阻抗是穩(wěn)定的，一般情況之下同時(shí)間沒有關(guān)系，則促使我們使用MT方法探測(cè)地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)的物理基礎(chǔ)。因此，雖然電磁場(chǎng)信號(hào)的隨機(jī)性比較強(qiáng)，但是同一測(cè)點(diǎn)磁場(chǎng)同電場(chǎng)之間是互相依賴的，不同測(cè)點(diǎn)同步的磁場(chǎng)信號(hào)有著比較強(qiáng)的相關(guān)性，電場(chǎng)信號(hào)之間的差異主要?jiǎng)t主要測(cè)點(diǎn)間地下介質(zhì)的電性結(jié)構(gòu)差異引起的，但這種差異是穩(wěn)定的，就像是兩個(gè)有著比較強(qiáng)相關(guān)的輸入信號(hào)，分別通過(guò)穩(wěn)定的系統(tǒng)之后，可以得到的輸出信號(hào)應(yīng)該具備某種相關(guān)性，所以不同測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)信號(hào)之間也應(yīng)該具有彼此相對(duì)穩(wěn)定的關(guān)系，總的來(lái)說(shuō)，同步多道電磁場(chǎng)信號(hào)之間應(yīng)該具有較為穩(wěn)定的依賴關(guān)系.當(dāng)本地點(diǎn)電場(chǎng)或者是磁場(chǎng)信號(hào)在某些時(shí)刻受到噪聲干擾之時(shí)，使用此種依賴關(guān)系以及參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)，合成本地道受干擾時(shí)段的數(shù)據(jù)，并且使用合成數(shù)可以代替噪聲段數(shù)據(jù)，那么就可以構(gòu)成新數(shù)據(jù)，如此就可以是吸納去除噪聲的目的。實(shí)現(xiàn)此種方法要求解決兩個(gè)基本問題，首先是依賴關(guān)系的求取方法，第二是依賴關(guān)系之中的穩(wěn)定性。我們可以選擇四個(gè)同步測(cè)點(diǎn)的高信噪比數(shù)據(jù)作為較為理想的信號(hào)，那么就可以討論當(dāng)前的基本問題。測(cè)點(diǎn)位于某地的無(wú)人區(qū)，其曲線連續(xù)較為光滑，誤差棒比較小，并且儀器噪聲較低，可以把獲得的數(shù)據(jù)當(dāng)做理想信號(hào)。

2同步時(shí)間序列依賴關(guān)系的大地電磁噪聲處理基本方法

2.1格值轉(zhuǎn)化。按照大地電磁探測(cè)深度的不同，根據(jù)工作頻率的高低，可以將大地電磁方法分為音頻大地電磁法、寬頻大地電磁法和長(zhǎng)周期大地電磁法。三者的工作頻率分別為：n×104Hz～nHz、n×102Hz～n×10-3Hz 和nHz～n×10-5Hz。由于工作頻率不同，相應(yīng)的儀器設(shè)備也存在差異鞏秀鋼，等，葉高峰，等，，用感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器采集變化的磁場(chǎng)，即通常說(shuō)的磁棒，用金屬棒電極采集電場(chǎng)，代表性的儀器有。也采用感應(yīng)式傳感器，只是探頭更長(zhǎng)一些，可以采集到低頻的信號(hào)，用不極化電極釆集電場(chǎng)，不極化電極具有較小的極差和較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，，有利于提高電場(chǎng)信號(hào)的信噪比。采用磁通門式傳感器和高穩(wěn)定性的不極化電極。感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將變化的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)信號(hào)后再測(cè)量，因此在處理數(shù)據(jù)前，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格值轉(zhuǎn)化謝成良，，轉(zhuǎn)化為國(guó)際單位的大地電磁場(chǎng)磁場(chǎng)為納特，電場(chǎng)為毫伏每米。磁通門式傳感器直接釆集磁場(chǎng)，存儲(chǔ)電磁場(chǎng)值，無(wú)需轉(zhuǎn)化，只需對(duì)電場(chǎng)除以極距即可。針對(duì)加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的v5和v8大地電磁儀，下面給出相應(yīng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)格值轉(zhuǎn)化公式如下：

對(duì)應(yīng)單位的變化為：

對(duì)應(yīng)單位的變化為：

其中，dat為儀器記錄的數(shù)字格值，F(xiàn)SCV為模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊（AD）的總參考電壓，即AD轉(zhuǎn)化器達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的電位值，Bit為AD轉(zhuǎn)化器的位數(shù)，EGN為用戶設(shè)置的電場(chǎng)放大器增益，ELN為電極距，HGN為磁場(chǎng)放大器的增益，HATT為磁探頭與儀器連接處控制板的放大倍數(shù)，HNUM為磁探頭放大倍數(shù)。這些參數(shù)可以在儀器使用手冊(cè)中查到，利用式（1）和（2）可以將儀器記錄的格值轉(zhuǎn)化為國(guó)際單位大地電磁的場(chǎng)值。由于不同儀器設(shè)備的差異和各測(cè)點(diǎn)采集參數(shù)設(shè)置的差異，需要將格致轉(zhuǎn)化為場(chǎng)值，這是我們討論大地電磁時(shí)間序列信號(hào)的基礎(chǔ)。

2.2仿真試算。天然大地電磁信號(hào)比較微弱，頻帶寬，同復(fù)雜的人文噪聲之間耦合，比較難分別。時(shí)域之中處理噪聲的難點(diǎn)在于，去除強(qiáng)干擾噪聲的同時(shí)要保留微弱的有效信號(hào)成分，過(guò)分追求連續(xù)光滑的測(cè)深曲線，而忽略微弱的信號(hào)，可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí).為了試驗(yàn)本文方法的有效性和正確性，進(jìn)行如下仿真試算。

2.2.1仿真噪聲。對(duì)測(cè)點(diǎn)四個(gè)水平分量之中加入仿真噪聲，將測(cè)點(diǎn)當(dāng)做為參考點(diǎn)，兩點(diǎn)之間距離10.1km.仿真噪聲通過(guò)方波、三角波以及脈沖此三種較為常見的強(qiáng)干擾噪聲（隨機(jī)組合而成，其形態(tài)以及幅值之間也是隨機(jī)的，而對(duì)于每一個(gè)信號(hào)道，隨機(jī)則就選擇20%的窗口可以加入噪聲之中；

2.2.2噪聲識(shí)別。使用本地道同參考道時(shí)間序列方差比來(lái)對(duì)噪聲進(jìn)行識(shí)別，第一應(yīng)該同步后數(shù)據(jù)加窗，使用wk，n表示第k道第n個(gè)窗口的數(shù)據(jù)，var（wk，n）和rrvar（wk，n）分別表示給本地道數(shù)據(jù)以及參考道數(shù)據(jù)方差的，如果，var（wk，n）/rrvar（wk，n）>th時(shí)，th表示閥值，則就可以認(rèn)為本地點(diǎn)第k道第n個(gè)窗口的數(shù)據(jù)之中包含有噪聲。

3結(jié)語(yǔ)

大地電磁的人文噪聲干擾非常復(fù)雜，各參考點(diǎn)噪聲類型和水平各不相同，宄其噪聲本質(zhì)特征，只是能量強(qiáng)于信號(hào)，將大地電磁噪聲按波形分為三角波、方波或脈沖并不合理，對(duì)大地電磁噪聲處理問題的研究，除了討論噪聲與信號(hào)的特征外，更重要的是要深入研究天然場(chǎng)信號(hào)間的內(nèi)在聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)

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