參考道技術在大地電磁測深數(shù)據(jù)處理中的應用效果分析

劉少光 徐正玉 謝石文

（東華理工大學放射性地質(zhì)與勘探技術國防重點學科實驗室，江西 南昌 330013）

0 引言

大地電磁測深法由于利用的是天然的電磁場，其場源相對較弱，容易受到各種噪聲的干擾[2]。常見的干擾類型主要有場源噪聲、地質(zhì)噪聲、人文噪聲三大類。這些干擾使MT資料表現(xiàn)為頻點數(shù)據(jù)離差大、跳點不連續(xù)、曲線形態(tài)突變等，特別是中、低頻段噪聲較大，可信度差，給資料的處理解釋帶來了一定的困難。針對這個問題，學者提出了各種處理的方法，其中最重要的是兩類方法為：第一類是基于當前測點觀測電磁場的局部參考技術，即本地參考技術。該類方法實際是傳統(tǒng)的最小二乘估計方法[3]。由于該方法受到相關干擾的影響較大，為了提高相關阻抗的質(zhì)量要消除這些相關的干擾。通過野外觀測發(fā)現(xiàn)，大地的天然變化的磁場在很大范圍內(nèi)具有可比性的，而對地電構造起主要作用的是電場信號，由此發(fā)展出了第二類大地電磁電磁測深去噪技術，遠參考點大地電磁測深法（互參考點大地電磁測深法）[5]。該方法在大地電磁勘探中具有較強的抗干擾能力，是一種能夠有效的壓制各種干擾，改善MT觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。近年來隨著測量儀器性能的改善，在采取了GPS同步技術以后，使得多臺儀器能夠同時同步的對數(shù)據(jù)進行采集，保證了參考道技術能夠得到有效的利用，并且越來越成熟。國內(nèi)也在如何更好的利用互參考道技術進行了大量的試驗，得到了很好的應用效果，積累了大量的經(jīng)驗。本文在此基礎上，通過在相山地區(qū)得到數(shù)據(jù)，采用不同的參考系，對數(shù)據(jù)較差的點進行處理，通過本地電參考，本地磁參考，互參考電場，互參考磁場對數(shù)據(jù)進行處理得到卡尼亞視電阻率曲線和相位曲線。通過對比發(fā)現(xiàn)互參考磁場處理的效果優(yōu)于其他三種方法，所以在數(shù)據(jù)處理過程中我們一般才用互參考磁道的方式對質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)進行處理，可以很大的改善數(shù)據(jù)的質(zhì)量。提高數(shù)據(jù)解釋的正確性、精確性和可靠性。為實測資料的反演解釋提供幫助。

1 基本原理

在大地電磁觀測系統(tǒng)中如果不存在噪聲的干擾，任一頻率大地電磁場水平分量滿足如下的關系：

式中，Ex、Ey為水平電場的 x和 y的分量，Hx、Hy為水平磁場的 x和y分量，Zxx、Zxy等為阻抗張量元素。根據(jù)（1）式，只要有兩組非線性相關的觀測值，就可以求得張量阻抗的值。但是在實際的野外數(shù)據(jù)的測量中的觀測值是真實信號和噪聲信號之和：

上式中，腳表s和n分別表示真實信號和干擾噪聲。在這種情況下，只有真實信號滿足阻抗張量關系（1），而含噪聲的觀測值不能滿足阻抗張量的關系。因此，利用實測資料將不能精確地求得阻抗張量的值，只能利用多組數(shù)據(jù)計算其平均近似值。

所以，在實際計算時用功率譜求解張量阻抗公式為：

當兩個觀測點相距較遠時,則兩觀測點間的電磁分量中的噪聲一般可以滿足相互獨立這一條件。但是這還不夠，因為噪聲的功率譜是不能被忽略的。由于大地電磁中的磁信號在相當一段距離范圍變化是緩慢的。人們提出了將一互參考處的磁信號作為測點處的磁分量來估算張量阻抗[4]。則這時候有

一般情況下，對于二維介質(zhì)的以磁道為參考的張量阻抗表達式可以寫成：

從（5）式可知，每一對互功率譜均包含參考道的磁分量,只要在遠參考點與測量點間的噪聲特性是非相關的,實際上只要兩點間的距離大到一定的程度,這個條件是比較容易滿足的,互參考處理便能提高張量阻抗的計算精度[5]。

2 野外數(shù)據(jù)的采集和處理流程

2.1 野外數(shù)據(jù)的采集

互參考的技術是利用兩臺或多臺儀器同時進行觀測,在進行互參考處理時，要求作為參考點的數(shù)據(jù)質(zhì)量必須足夠高，因此在野外采集時參考點的選擇須盡量避開有明顯的電磁干擾地方，噪聲水平相對較低，地勢平坦的低阻覆蓋區(qū)比較適宜。野外數(shù)據(jù)采集的具體要求如下：

1）采用張量觀測方式，Ex、Hx要求沿正南北方向，Ey、Hy要求沿正東西方向布設，布極采用森林羅盤儀測量角度，布極方位誤差不應超過 1°。

2）電極一般采用標準的“+”字形布設，在特殊情況下可以采用“T”和“L”進行布設。

3）水平磁棒方位經(jīng)森林羅盤實測，方位誤差小于1°，磁棒埋入地下的深度不小于30cm，埋設前用水平尺校準，保持水平傾斜角度小于1.5°；如果有垂直磁棒，要求垂直磁棒的向下誤差不大于1°。

4）接地的電阻要求盡量的小，通常要求小于5000Ω，電極的電位差小于1Mv。

5）做好野外板報，對每一個測點的周圍的主要地形、地物、可能存在的干擾情況進行說明。

2.2 數(shù)據(jù)的主要處理流程

MT互參考數(shù)據(jù)處理的基本流程大致可以分為以下幾個主要過程：

1）觀察測點和參考點的時間序列，判斷被信號被干擾的情況；

2）判斷要處理測點的內(nèi)容，挑選有用的信號，截取時間序列；

3）將測點和參考站時間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成*.TSR和*.TSD文件；

4）對*.TSR和*.TSD文件時間信號文件分別做Robust和互參考處理，形成MT功率譜文件。

5）用TBS編輯器對處理得到的MT功率譜文件進行綜合編輯。

6）對MT功率譜文件進行轉(zhuǎn)換成視電阻率和相位。用于反演。

3 實測數(shù)據(jù)處理效果分析

下圖為對某一測點的實測MT數(shù)據(jù)經(jīng)過本地電參考，本地磁參考，互參考電場和互參考處理以后的大地電磁測深視電阻率和相位對比曲線圖（兩點相距20km）

圖1 經(jīng)過本地參考和互參考處理后的TE模式的視電阻率曲線

圖2 經(jīng)過本地參考和互參考處理后的TM模式的視電阻率曲線

圖3 經(jīng)過本地參考和互參考處理后的TE模式的相位曲線

圖4 經(jīng)過本地參考和互參考處理后的TM模式的相位曲線

實測數(shù)據(jù)通過本地參考處理和互參考處理以后會發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過磁參考處理的數(shù)據(jù)明顯要好于經(jīng)過電參考處理的數(shù)據(jù)，而經(jīng)過互參考磁場處理的數(shù)據(jù)的質(zhì)量又優(yōu)于經(jīng)過本地磁參考處理的數(shù)據(jù)質(zhì)量，所得到的數(shù)據(jù)的曲線更加光滑。在實際的生產(chǎn)應用中利用互參考磁場的方法對質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)進行處理，可以明顯的提過數(shù)據(jù)的質(zhì)量，消除由于干擾引起的數(shù)據(jù)跳躍現(xiàn)象，使曲線的連續(xù)性明顯的優(yōu)于常規(guī)的處理方法。說明互參考技術能夠很好的消除噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量，實踐表明互參考方法在實際的生產(chǎn)中是有效的、可行的。

4 結論

互參考技術的運用要求兩臺或多臺儀器同時進行工作，作為參考點的數(shù)據(jù)必須質(zhì)量較高，參考點的布置要求選擇盡量避開有明顯的電磁干擾地方，應選擇放置在噪聲水平較低、地勢平坦的地方。野外實踐和實驗證明互參考技術處理MT資料在方法上和技術上是可行的，它不僅改善了數(shù)據(jù)質(zhì)量，對大地電磁場的性質(zhì)不會改變。即，它不僅對視電阻率曲線和相位曲線均有不同程度的改善，還可以消除50Hz的工頻干擾。消除了某一頻段的曲線畸變，使曲線更加趨于規(guī)則，使處理的數(shù)據(jù)結果更加可靠真實。

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