基于CLEM—V大功率多功能陣列電磁法系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理研究

韓思旭　黃啟璋　成彪

[摘要]CSAMT是在音頻大地電磁法（AMT）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種人工場(chǎng)源頻率測(cè)深法，它用接地供電的電性源或線圈供電的磁性源作為人工信號(hào)源產(chǎn)生可控的電磁信號(hào)，通過(guò)接收不同頻率的電磁信號(hào)達(dá)到測(cè)深的目的方法。具有抗干擾能力強(qiáng)、工作效率高、探測(cè)深度大的優(yōu)點(diǎn)。本文基于CLEM-V大功率多功能陣列電磁法系統(tǒng)對(duì)CSAMT野外工作方法、數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了介紹；對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了分析，針對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)預(yù)處理提出了根據(jù)數(shù)據(jù)誤差及曲線的連續(xù)性自動(dòng)剔除跳點(diǎn)數(shù)據(jù)方法，在保證光滑連續(xù)的同時(shí)兼顧了原始數(shù)據(jù)信息，提高了效率的同時(shí)避免了人為因素；最后對(duì)金屬礦區(qū)CSAMT實(shí)測(cè)資料基于Cole-Cole使用二維AMT反演技術(shù)提取了地下的電阻率和極化率信息，經(jīng)鉆孔資料驗(yàn)證反演資料可靠，效果較為明顯。

[關(guān)鍵詞]CLEM-V CSAMT 大地電磁

[中圖分類號(hào)] P318 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-251-2

1工作方法原理

觀測(cè)裝置工作示意圖如圖1所示。觀測(cè)區(qū)域布置在與發(fā)射偶極成60°角的一個(gè)梯形面積內(nèi)，測(cè)線不得超過(guò)超過(guò)此區(qū)域，同時(shí)AB發(fā)射偶極與測(cè)線保持平行，收發(fā)距R大于三倍的趨膚深度。根據(jù)電磁波場(chǎng)的特點(diǎn)，把測(cè)線布置在垂直于AB中垂線的兩側(cè)，以提高場(chǎng)源強(qiáng)度，保證觀測(cè)的精度。

標(biāo)量觀測(cè)是CSAMT常用的方法之一，在野外觀測(cè)過(guò)程中，需要注意幾點(diǎn)：

1.1發(fā)射部分

（1）AB極距一般為1—3km，根據(jù)實(shí)際需求而定；

（2）AB極鋪設(shè)與設(shè)計(jì)偏差不得大于3°；

（3）埋設(shè)AB極時(shí)入地50—70cm，加用裸銅線、錫箔紙、鋁板、銅板、鐵絲網(wǎng)等，保證接地良好；

（4）發(fā)射機(jī)供電電流在高頻時(shí)不得小于2.5A，低頻段時(shí)不得小于15A，以保證足夠的場(chǎng)強(qiáng)，以便更好的壓制干擾。

1.2接收部分

（1）收發(fā)距在5—10km，根據(jù)實(shí)際需求而定；

（2）不極化電極在使用前用飽和鹽水浸泡5分鐘，檢查極差，選用極差小于2mv的電極；

（3）電極布置時(shí)保持與地接觸良好，接地電阻小于2K歐姆；

（4）磁傳感器埋設(shè)時(shí)應(yīng)與測(cè)線垂直，挖土20—30cm埋設(shè)；

（5）電極、磁傳感器連接線沿地表鋪設(shè)，觀測(cè)時(shí)磁傳感器附近禁止人員走動(dòng)，避免人文干擾；

（6）布設(shè)好之后擇時(shí)同步發(fā)收觀測(cè)。

在野外標(biāo)量所測(cè)得的視電阻率和相位可以由所觀測(cè)得到的場(chǎng)值根據(jù)卡尼亞視電阻率公式計(jì)算得到，圖2為所電磁場(chǎng)同步觀測(cè)得到的結(jié)果，從圖中可以看出多道觀測(cè)的同步性非常好，且信號(hào)質(zhì)量也較好。

2數(shù)據(jù)預(yù)處理及研究

在室內(nèi)CLEM-V數(shù)據(jù)預(yù)處理主要分為3大步：時(shí)頻轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)圓滑編輯、數(shù)據(jù)集成及格式轉(zhuǎn)換。

首先需要將時(shí)間域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率域的數(shù)據(jù)，使用ACSEM.exe（或者AMT.exe）程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率域的視電阻率、相位及計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)誤差。

將視電阻率相位進(jìn)行圓滑編輯處理，為了避免手工圓滑所帶來(lái)的人為誤差，在此提出一種根據(jù)數(shù)據(jù)誤差大小來(lái)判斷數(shù)據(jù)圓滑修正量的方法，經(jīng)過(guò)處理后對(duì)不合理的數(shù)據(jù)再進(jìn)行調(diào)整。筆者認(rèn)為一個(gè)測(cè)點(diǎn)每個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以由背景值、局部異常值，誤差值三者組成，即可以用一個(gè)公式來(lái)進(jìn)行圓滑：

其中：α+β+γ=1.0；α=0.88er/2.0；β=0.45ber/2.0；γ=1.0-α-β；er為觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差，ber為總體數(shù)據(jù)誤差，A為原始數(shù)據(jù)；G為圓滑背景值 ；E相鄰頻點(diǎn)對(duì)該頻點(diǎn)的構(gòu)建值，Rs為圓滑后的數(shù)據(jù)。

根據(jù)（1）式校正之后數(shù)據(jù)變得圓滑，并且較好的保持原始數(shù)據(jù)的信息。圖3為所做的一個(gè)實(shí)例，從圖中可以看出，觀測(cè)值誤差越大曲線波動(dòng)越大，圓滑懲罰就越大，誤差越小曲線越平滑，圓滑懲罰就越小。

CSAMT是基于天然場(chǎng)AMT而發(fā)展起來(lái)的人工源電磁測(cè)深方法，用以彌補(bǔ)AMT能量弱，抗干擾能力低的不足。然而CSAMT在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到收發(fā)距、地表地形及地質(zhì)條件的影響，很難使測(cè)區(qū)滿足平面波假設(shè)條件，所測(cè)得的信號(hào)常表現(xiàn)為過(guò)渡場(chǎng)及近場(chǎng)特征。直接利用CSAMT一維反演雖然可以克服過(guò)渡場(chǎng)及近場(chǎng)的影響，但沒(méi)法消除地形的影響；直接利用帶地形二維AMT反演又沒(méi)法去除過(guò)渡場(chǎng)及近場(chǎng)的影響，為了提高CSAMT數(shù)據(jù)的利用率，加大深度，本文使用嚴(yán)良俊[6]使用全域視電阻率定義對(duì)過(guò)渡區(qū)場(chǎng)及近場(chǎng)進(jìn)行了校正。其計(jì)算過(guò)程如下：

全域電阻率定義公式為：

當(dāng)CSAMT測(cè)量不滿足波區(qū)條件時(shí)， 和 還與收發(fā)距、方位角和電極距等因素有關(guān)，簡(jiǎn)單的當(dāng)為均勻半空間時(shí)其表達(dá)式為[2]：

此時(shí)電阻率公式變?yōu)椋?/p>

化簡(jiǎn)為：

由此可以看出，一旦卡尼亞電阻率ρ，ω，θ，γ確定，ρ是唯一的，可以很方便的求得。在本文中校正結(jié)果如圖4所示，經(jīng)過(guò)校正之后低于20Hz的數(shù)據(jù)明顯變得平緩。

將所有數(shù)據(jù)都用以上方法處理后整理好，然后將其集成轉(zhuǎn)換為二維AMT反演所需要的數(shù)據(jù)格式文件，為后期帶地形二維反演做好準(zhǔn)備。

3數(shù)據(jù)反演方法

為了充分利用野外采集的數(shù)據(jù)，振幅和與相位值同時(shí)參加反演，控制反演的穩(wěn)定，數(shù)據(jù)反演采用光滑最小二乘反演。反演模型采用Cole-Cole復(fù)電阻率模型。

采用趙廣茂、李學(xué)民[3、4]文章中所使用的互換方法計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)矩陣，反演時(shí)數(shù)據(jù)空間采用最小偏差準(zhǔn)則，模型空間采用最小二乘準(zhǔn)則[2]，即求解式（9）的最小二乘問(wèn)題。

利用CUDA Fortran編寫并行計(jì)算程序，實(shí)現(xiàn)了較為快速的復(fù)電阻率反演，提取出地電斷面的激電信息，對(duì)比電阻率、極化率異常信息，對(duì)地下地質(zhì)體進(jìn)行推測(cè)。

4礦產(chǎn)勘查實(shí)例

筆者將所編寫的程序應(yīng)用到實(shí)測(cè)剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，然后利用surfer8.0繪制出電阻率、極化率反演斷面圖。如圖5為廣東省某鉛鋅礦CLEM-V大功率多功能陣列電磁法系統(tǒng)CSAMT實(shí)測(cè)反演斷面圖。對(duì)比地質(zhì)資料其中114號(hào)測(cè)點(diǎn)位置為古采點(diǎn)斑巖露頭，116和174號(hào)測(cè)點(diǎn)為斑巖露頭，154號(hào)測(cè)點(diǎn)附近布置鉆孔，于-160米標(biāo)高見礦，與CSAMT反演結(jié)果對(duì)應(yīng)較好。

從以上實(shí)例可以看出文中所提方法對(duì)CLEM-V大功率多功能陣列電磁法系統(tǒng)CSAMT數(shù)據(jù)應(yīng)用是可行的，在該鉛鋅礦區(qū)中應(yīng)用效果較好，其解釋的反演斷面圖與地質(zhì)體的特征反應(yīng)明顯。

5結(jié)論

CSAMT測(cè)量數(shù)據(jù)通常都會(huì)因?yàn)楦蓴_而使數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳點(diǎn)，但如果剔除或者對(duì)數(shù)進(jìn)行編輯都將帶入不客觀的因素，效率也較低。通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試表明根據(jù)數(shù)據(jù)誤差大小來(lái)判斷數(shù)據(jù)圓滑修正量的方法是可行，它盡可能的保留了原始數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也可以提高效率，避免帶入人為因素。

通過(guò)全域電阻率進(jìn)行近場(chǎng)校正，使用帶地形二維大地電磁反演，可很好的反應(yīng)地質(zhì)體所引起的異常信息。使用Cole-Cole復(fù)電阻率模型還可以提取出極化率信息，通過(guò)實(shí)例表明該方法是可行的，尤其是在文中所舉實(shí)例較為明顯，可以較為準(zhǔn)確的反應(yīng)異常信息。

參考文獻(xiàn)

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