基于大地電磁測深的多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)

王 亮，張紹棟，呂志斌，朱杰君

（青海省柴達木綜合地質礦產勘查院，青海 格爾木 816000）

電磁數據處理系統(tǒng)是多金屬礦集區(qū)地質勘查項目中常用系統(tǒng)，其主要是用于對電磁數據網格化、降噪處理，數據處理質量將直接影響到多金屬礦集區(qū)后續(xù)地質勘查工作，傳統(tǒng)系統(tǒng)由于采用復雜指令集，造成數據運算速度較慢，當需要對海量電磁數據進行處理時，處理過程比較復雜，導致系統(tǒng)處理效率較低，并且處理后的電磁數據仍存在較大的噪音，因此傳統(tǒng)系統(tǒng)已經無法滿足多金屬礦集區(qū)電磁數據處理需求，為此提出基于大地電磁測深的多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)研究。

1 系統(tǒng)硬件設計

針對多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)的設計需求，此次在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎上增加了處理器、存儲器、大地電磁探測儀硬件設備，通過硬件設計使多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)具有模塊化、小型化、可編程以及通用性等功能，以下將分別對該三個核心硬件設備進行詳細設計說明。

1.1 處理器設計

電磁數據處理系統(tǒng)重點是如何在惡劣的野外環(huán)境下正常工作，這對系統(tǒng)的處理器提出了更高的要求。大部分數據處理系統(tǒng)中的處理器通常有微處理器、微控制器以及數字信號處理器三種，其中前兩者也是多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)常用的處理器，這兩種處理器僅適用于運算量較小的場合，當需要對海量數據進行處理時，其數據處理能力、運算能力以及快速反應能力較差，這也是導致傳統(tǒng)系統(tǒng)數據處理功能不能充分發(fā)揮的原因之一。而數字信號處理器，簡稱DSP，具有超強的數據處理能力，可以實時快速地實現多種復雜數據處理算法，其具備以下特點：①DSP處理器在一個指令周期內可以完成兩次或兩次以上的乘法和加法；②DSP處理器處理程序和數據空間分開，可以對電磁數據和處理指令進行同時訪問；③DSP處理器可以同時并行執(zhí)行多個指令操作；④DSP處理器支持智能操作，譯碼、處理、運算、執(zhí)行等操作可以自動循環(huán)執(zhí)行。為了保證系統(tǒng)能夠快速有效地處理大量的電磁數據，在處理器方面此次采用DSP處理器，并且結合系統(tǒng)硬件開發(fā)實際，考慮到多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)的擴展性和不同環(huán)境下的通用性，將系統(tǒng)處理器設計成雙處理器結構，其中包括一個主處理器和一個從處理器，兩個處理器的地址線和數據線相互連接，組成共享總線結構，并且兩個處理器利用KIHGF0接口進行網絡通信。

1.2 存儲器設計

存儲器是多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)中比較重要的硬件設備之一，其主要作用是用于存儲多金屬礦集區(qū)電磁數據。存儲器分為停電后數據會丟失（RAM）和停電后數據不會丟失（ROM）兩種，考慮到系統(tǒng)需要存儲大量電磁數據，并且為了保證電磁數據的安全性，此次采用ROM存儲器，將其作為系統(tǒng)的存儲程序加載使用，同時還可以將其作為系統(tǒng)的擴展外部存儲器。針對系統(tǒng)對存儲器設計需求，分別設計了五個內部存儲器和兩個外部存儲器。

1.3 大地電磁測深儀設計

大地電磁測深儀是系統(tǒng)的核心硬件，其主要作用是負責采集到多金屬礦集區(qū)電磁數據，保證原始數據的質量。根據系統(tǒng)數據采集需求，此次選取KUGB-181型號大地電磁測深儀作為多金屬礦集區(qū)電磁數據采集裝置，該型號電磁測深儀具有數據采集速度快、自動化程度高、采集數據質量高等優(yōu)點[1]。運用KIHGF0接口實現大地電磁測深儀與系統(tǒng)其它軟件和硬件之間的通信，在大地電磁測深儀電路板設計了YGUJ測試口，將可執(zhí)行的程序代碼直接燒錄到系統(tǒng)內部，可以通過該測試口對程序進行調試，保證電磁數據采集的質量[2]。KUGB-181型號大地電磁測深儀在對電磁數據采集時通過對頻段、采樣點數、記錄塊數、采樣頻率、高通、低通等參數設置完成自動化電磁數據采集。

2 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)硬件設備采集到多金屬礦集區(qū)電磁數據，通過接口將電磁數據傳遞給存儲器，其中包括標定數據、互功率譜數據以及觀測數據三種，經過系統(tǒng)軟件網格化處理、降噪處理，最后通過誤差棒編保證電磁數據處理的精度，下圖為系統(tǒng)軟件數據處理流程圖。

圖1 系統(tǒng)軟件數據處理流程圖

2.1 多金屬礦集區(qū)電磁數據網格化處理

采用GeoIPAS V3.2軟件對數據進行了網格化，生成了網格化數據集。GeoIPAS V3.2軟件網格化對各元素數據集進行的處理詳細如下：采用自然鄰點法進行網格化，步長250m。當網絡小格數據大于或等于2個時，用平均值對該小格進行賦值。將每個網絡小格各元素的含量值歸網至該小格中心點處，以此完成多金屬礦集區(qū)電磁數據網格化處理。

2.2 多金屬礦集區(qū)電磁數據降噪處理

用V8配套預處理軟件進行多金屬礦集區(qū)電磁數據降噪處理，并進行誤差棒編輯；將編輯后的電磁數據文件轉成數據文件（L）。多金屬礦集區(qū)電磁數據降噪處理是用標定資料對實測資料進行儀器和裝備系統(tǒng)響應校正、點位校正和誤差棒編輯的過程；用L文件對電磁數據進行質量分析，統(tǒng)計各測點、剖面及全區(qū)的觀測質量；剔除不合格電磁數據，并根據電磁數據的精度、含噪度、光滑度、規(guī)律性及完整性等，整合并統(tǒng)計出電磁數據處理合格的電磁數據，以此完成多金屬礦集區(qū)電磁數據處理。

3 實驗

3.1 實驗設計

實驗以某多金屬礦集區(qū)作為實驗對象，利用此次設計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該多金屬礦集區(qū)多采集到的電磁數據進行處理。首先運用大地電磁測深儀對該區(qū)域電磁數據進行采集，采集過程如下：①測線測點的布設：大地電磁測深點距100m，施工中嚴格按照設計的測線及點位進行施工，在測線方向點位偏移小于50m，垂直測線偏移均小于100m，同時要保持測線的基本規(guī)則。②布置方式：按正南正北向“十”字形布置。③測站布設：點位布設在人文干擾少，地形開闊、平坦的場地，且表層土質比較均勻的地方。電極和傳感器的方向用森林羅盤儀定位，用測繩量距，方位誤差均小于1°。施工中采用的電極距為30m～100m，地形受限制時適當縮短電極距，信號較弱時適當加長電極距，兩電極相對高差與其極距之比均小于10%。電位低于50mv/km，電極入土在30cm以上。接地條件較差地區(qū)，采用遠區(qū)取土、澆鹽水等方法來降低電阻。確保電極與地面接觸良好。接地電阻均小于2kΩ。有效觀測記錄頻帶為全頻點，低頻段有效迭加次數大于3次。測點的有效觀測時間均大于8小時。對干擾較大的測點尤其是復測點觀測時間均大于10小時。將采集到的電磁數據運用兩個系統(tǒng)進行處理，對兩種系統(tǒng)處理后含噪數據數量和無效數據數量進行記錄。

3.2 實驗結果分析

實驗以兩種系統(tǒng)處理后含噪數據數量作為實驗結果，對兩種系統(tǒng)進行對比，實驗結果如下表所示。

表1 兩種系統(tǒng)實驗結果對比

從上表中可以看出，此次設計系統(tǒng)處理后的含噪音電磁數據數量明顯比傳統(tǒng)系統(tǒng)少，并且無效數據的數量也少于傳統(tǒng)系統(tǒng)，證明此次設計的基于大地電磁測深的多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)具有良好的數據處理能力，可以滿足多金屬礦集區(qū)電磁數據處理高質量需求。

4 結束語

本文將大地電磁測深技術應用到多金屬礦集區(qū)電磁數據處理中，開發(fā)設計出一種新的電磁數據處理系統(tǒng)，有利于提高多金屬礦集區(qū)電磁數據處理精度，同時為基于大地電磁測深技術應用到多金屬礦集區(qū)電磁數據處理系統(tǒng)設計和開發(fā)提供有利的參考依據。