大地電磁多站遠(yuǎn)參考在壓制城市游散電流近場(chǎng)干擾中的應(yīng)用

邰書(shū)坤，李桐林，朱威，王大勇，王剛

1.吉林大學(xué) 地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000

0 引言

大地電磁法是利用天然電磁場(chǎng)研究地電結(jié)構(gòu)的一種方法，其中寬頻大地電磁法觀測(cè)頻段為n×102～10-3Hz，同時(shí)具備AMT淺層分辨率高和LMT有效探測(cè)深度大的優(yōu)點(diǎn)，是深部地質(zhì)探測(cè)的有效手段[1--2]。但由于觀測(cè)頻段較寬，信號(hào)微弱，容易受到各種電磁噪聲的干擾。如高鐵、城市游散電流、高壓輸電線路、變電站、高速公路和通訊基站等，其中城市游散電流干擾尤為顯著。陳有發(fā)等[3]認(rèn)為電氣化鐵路漏入大地60～200 A的游散電流，會(huì)引起自然電場(chǎng)和大地電場(chǎng)的量值和位相強(qiáng)烈變化。王蕃樹(shù)等[4]從均勻半空間電磁分別原理出發(fā)，推導(dǎo)了符合地臺(tái)站精度要求的工業(yè)游散電流干擾源避開(kāi)距離公式。李桐林等[5]研究了50萬(wàn)伏超高壓輸電線的電磁噪聲規(guī)律，得出其對(duì)電磁場(chǎng)影響頻段主要為50 Hz及其高次諧波。白云天等[6]通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了高鐵對(duì)大地電磁測(cè)深的影響規(guī)律。

在地球物理勘探方法中，數(shù)據(jù)去噪是一個(gè)十分重要的過(guò)程。朱鶴文等[7]利用基于K--SVD字典學(xué)習(xí)和主成分分析(PCA)相結(jié)合的主成分字典學(xué)習(xí)算法，提高了地震數(shù)據(jù)的信噪比。代麗艷等[8]總結(jié)了地面微地震監(jiān)測(cè)中常見(jiàn)噪聲的基本特征及數(shù)據(jù)去噪方法。對(duì)于大地電磁測(cè)深法而言，數(shù)據(jù)求取準(zhǔn)確阻抗的過(guò)程也是一個(gè)去噪的過(guò)程。常見(jiàn)的去噪手段有最小二乘法、互功率譜法、Robust阻抗張量估計(jì)和Hilbert-huang變換等。城市游散電流引起的強(qiáng)烈近場(chǎng)干擾作為一種相關(guān)噪聲，常規(guī)去噪方法效果有限。為降低相關(guān)噪聲對(duì)基站的干擾，Gamble et al.[9]最早提出通過(guò)增設(shè)遠(yuǎn)參考站，用互功率譜代替自功率譜，可降低相關(guān)噪聲的影響。Varentsov[10]提出了一種在相關(guān)噪聲存在時(shí)也能達(dá)到噪聲壓制效果的方法，即用磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)來(lái)控制阻抗估計(jì)的遠(yuǎn)參考磁場(chǎng)控制原則。Muoz et al.[11]在磁場(chǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)上提出一種偽遠(yuǎn)參考的數(shù)據(jù)采集方法并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可靠性。Goubau et al.[12]最初認(rèn)為測(cè)點(diǎn)與遠(yuǎn)參考站距離幾千米可獲得無(wú)偏數(shù)據(jù)。Jones et al.[13]選擇135 km的參考距離取得了良好的效果。Shalivahan et al.[14]分析了參考道距離對(duì)遠(yuǎn)參考處理結(jié)果的影響，得出遠(yuǎn)參考站距基站須 215 km以上方能有效提升 30～0.000 55 Hz頻段的數(shù)據(jù)質(zhì)量的結(jié)論。田紹耕[15]認(rèn)為對(duì)于“近場(chǎng)效應(yīng)”的噪聲干擾傳統(tǒng)解決辦法是采用遠(yuǎn)參考處理技術(shù)進(jìn)行壓制。黃哲[16]通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了遠(yuǎn)參考法對(duì)于MT數(shù)據(jù)質(zhì)量提升的有效性，并給出高、中、低頻段遠(yuǎn)參考點(diǎn)與本地測(cè)點(diǎn)的合理距離。楊生[17]以實(shí)例分析了遠(yuǎn)參考法在改善高頻數(shù)據(jù)、畸變曲線校正等方面的作用。徐志敏等[18]通過(guò)對(duì)廬樅礦集區(qū)大地電磁數(shù)據(jù)遠(yuǎn)參考處理，分析了不同參考距離下的遠(yuǎn)參考處理數(shù)據(jù)改善頻段不同。仇根根等[19]將遠(yuǎn)參考法應(yīng)用到東北強(qiáng)電磁干擾區(qū)，對(duì)數(shù)據(jù)品質(zhì)提升顯著。

作為當(dāng)前難以避開(kāi)的強(qiáng)電磁干擾源，尚未見(jiàn)到針對(duì)城市游散電流對(duì)大地電磁測(cè)深的干擾方式進(jìn)行研究的公開(kāi)成果。遠(yuǎn)參考法作為壓制近場(chǎng)干擾的有效手段，前人研究主要針對(duì)單站遠(yuǎn)參考，而對(duì)于強(qiáng)電磁干擾引起的近場(chǎng)干擾，單站遠(yuǎn)參考對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量的改善效果有限，多站遠(yuǎn)參考處理效果有待探究。筆者首先分析了城市游散電流對(duì)大地電磁測(cè)深的干擾特征，根據(jù)干擾特征選取遠(yuǎn)參考法進(jìn)行干擾壓制，同時(shí)考慮到單站遠(yuǎn)參考站參考頻段的局限性，利用多站遠(yuǎn)參考站與單站遠(yuǎn)參考站處理效果對(duì)比分析，結(jié)果顯示經(jīng)多站遠(yuǎn)參考處理后近場(chǎng)干擾壓制效果較好，數(shù)據(jù)質(zhì)量提升明顯。

1 原理及方法

1.1 干擾源與干擾距離分析

當(dāng)接地電極A、B間長(zhǎng)度小于A、B中心到觀測(cè)點(diǎn)間距離的3～5倍時(shí)，在觀測(cè)點(diǎn)處的場(chǎng)就可以認(rèn)為是偶極子場(chǎng)。以在介質(zhì)中衰減較慢的電偶極子源為例，對(duì)于近區(qū)赤道裝置，有：

(1)

(2)

即在距離干擾源736 m外，測(cè)點(diǎn)受到的干擾可忽略，該距離為干擾范圍。

1.2 遠(yuǎn)參考法原理

遠(yuǎn)參考大地電磁測(cè)深法(remote reference MT，簡(jiǎn)稱RRMT)由Gamble et al.[9]提出，原理是基于地磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)緩慢變化，利用弱噪聲地區(qū)遠(yuǎn)參考點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)間電磁分量噪聲不相關(guān)而信號(hào)相關(guān)的特征,將遠(yuǎn)參考點(diǎn)處的磁信號(hào)當(dāng)作測(cè)點(diǎn)處的磁分量來(lái)計(jì)算互功率譜，達(dá)到消除測(cè)點(diǎn)自功率譜的目的。

在大地電磁測(cè)深中，若無(wú)噪聲干擾，則有：

Ex=ZxxHx+ZxyHy

(3)

Ey=ZyxHx+ZyyHy

(4)

式中：Ex,Ey為水平電場(chǎng)分量；Hy,Hy為水平磁場(chǎng)分量；Zxx,Zyx等為阻抗張量元素。根據(jù)(3)、(4)式，如無(wú)噪聲干擾，易求出張量阻抗值，但在實(shí)際大地電磁測(cè)深中觀測(cè)值為噪聲信號(hào)與噪聲干擾的疊加：

Ex=Exs+Exn

(5)

Ey=Eys+Eyn

(6)

Hx=Hxs+Hxn

(7)

Hy=Hys+Hyn

(8)

式中：s和n分別為真實(shí)信號(hào)和噪聲干擾。此時(shí)，只有真實(shí)信號(hào)滿足關(guān)系式(3)、(4)，而含有噪聲的觀測(cè)值不滿足阻抗張量關(guān)系式。為避免噪聲干擾，利用遠(yuǎn)參考站處磁場(chǎng)分量Hxr和Hyr分別乘以(3)、(4)式再經(jīng)過(guò)一些運(yùn)算可得張量阻抗元素Zij:

(9)

(10)

(11)

(12)

1.3 多站遠(yuǎn)參考法基本理論

黃哲[16]通過(guò)實(shí)例分析認(rèn)為要想達(dá)到噪聲壓制效果，高頻段數(shù)據(jù)參考距為10～20 km，中頻段為50～100 km，低頻段應(yīng)>100 km，俄羅斯科學(xué)院地磁研究中心Varentsov et al.[20]認(rèn)為對(duì)于低頻數(shù)據(jù)應(yīng)該選取長(zhǎng)距離的地磁臺(tái)站作為遠(yuǎn)參考站。為彌補(bǔ)單點(diǎn)遠(yuǎn)參考只能改善單一頻段的局限性，基于短距離參考站對(duì)于高頻段數(shù)據(jù)參考效果較好，中距離參考站對(duì)于中頻段數(shù)據(jù)參考效果較好，長(zhǎng)距離參考站對(duì)于低頻段數(shù)據(jù)處理效果較好，選擇多站遠(yuǎn)參考處理方式。其基本思路是在滿足基站與遠(yuǎn)參考站信號(hào)相關(guān)噪聲不相關(guān)的前提下，選取極限小的遠(yuǎn)參考距離，避免遠(yuǎn)參考站與測(cè)點(diǎn)之間疊加同相位、同方位的干擾信號(hào)。利用同步布設(shè)的近、中、遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)參考站分別。對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理，分頻段挑選最優(yōu)結(jié)果，再將結(jié)果進(jìn)行最優(yōu)化組合，得到最終的大地電磁測(cè)深曲線。

2 噪聲干擾分析

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院物化探所承擔(dān)的中國(guó)地調(diào)局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“冀中坳陷深部碳酸鹽巖熱儲(chǔ)調(diào)查評(píng)價(jià)”，其工作區(qū)域位于人文噪聲干擾嚴(yán)重的京津冀地區(qū)，為了有效制定大地電磁測(cè)深技術(shù)指標(biāo)，提升大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量，項(xiàng)目組開(kāi)展了6種干擾源、11個(gè)遠(yuǎn)參考站的多站遠(yuǎn)參考方法技術(shù)試驗(yàn)。本文正是基于這一項(xiàng)目，下面以城市游散電流為例分析噪聲干擾特征及去噪方法。

2.1 城市游散電流干擾觀測(cè)試驗(yàn)

針對(duì)城市游散電流對(duì)大地電磁測(cè)深的干擾，以北京市中心為試驗(yàn)原點(diǎn)，距原點(diǎn)15 km、27 km、38 km、50 km、60 km和70 km處布設(shè)測(cè)點(diǎn)。為避免測(cè)點(diǎn)處其他干擾源影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)點(diǎn)選址盡量避開(kāi)當(dāng)?shù)毓S、高壓線組等其他干擾源，保證觀測(cè)對(duì)象的唯一性。試驗(yàn)儀器采用加拿大 PHOENIX (鳳凰) 公司生產(chǎn)的MTU--5A (V5--2000) 型大地電磁觀測(cè)系統(tǒng)。磁場(chǎng)信號(hào)采用 MTC--50 寬頻磁傳感器，頻率范圍為400～0.000 02 Hz，為確保低頻段的數(shù)據(jù)質(zhì)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)采集時(shí)長(zhǎng)不低于20 h。儀器觀測(cè)采用張量觀測(cè)方法，同時(shí)測(cè)量Ex、Ey、Hx、Hy、Hz5個(gè)分量。

圖1 北京城南游散電流試驗(yàn)點(diǎn)位置Fig.1 Location of stray current test points in southern Beijing

2.2 噪聲干擾特征分析

北京城區(qū)電氣化鐵路密布、工業(yè)用電設(shè)備繁多，由于接地線的存在，各種用電設(shè)備的接地端與變壓器地線間的大地形成接地電流而對(duì)地電觀測(cè)造成影響。在電氣化鐵路中，牽引電流回流時(shí)會(huì)有一部分流入大地，在地中形成電流場(chǎng)，造成地電位升高。在地鐵供電系統(tǒng)中，牽引變流器整流逆變電路在工作期間會(huì)造成嚴(yán)重的電磁干擾，其干擾頻率在9 kHz～1 GHz之間，但高頻衰減很快，不在大地電磁觀測(cè)范圍內(nèi)[21]。高壓線、變電站的輻射干擾集中在50 Hz及其諧波，但其影響范圍有限，在測(cè)點(diǎn)選址時(shí)能夠避開(kāi)，其對(duì)長(zhǎng)距離外大地電磁工作的干擾還是以接地電流為主。

圖2、3為距城市游散電流干擾源不同距離處視電阻率與相位曲線，分析可知距離北京市中心15 km處測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的視電阻率與相位曲線從320 Hz開(kāi)始相位曲線明顯下降并逐漸趨于 0°或±180°，視電阻率曲線近 45°上升，全頻段受到嚴(yán)重的近區(qū)場(chǎng)干擾，曲線跳變巨大，實(shí)際地電信息完全被湮滅。15 km以外測(cè)點(diǎn)近場(chǎng)干擾頻段逐漸向低頻移動(dòng)，其中27 km處測(cè)點(diǎn)從79 Hz，38 km測(cè)點(diǎn)從5.6 Hz，50 km、60 km和70 km測(cè)點(diǎn)分別從0.25 Hz、0.18 Hz、0.51 Hz進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)。15 km與27 km處由近場(chǎng)干擾引起視電阻率--相位曲線畸變十分嚴(yán)重，視電阻率畸變值最高可達(dá)107Ω·m，38 km干擾明顯減弱，視電阻率畸變值最高為1 000 Ω·m，50 km以外近場(chǎng)干擾只能影響到很低的頻段。城市游散電流對(duì)大地電磁測(cè)深主要的干擾方式為近場(chǎng)干擾，其影響范圍在50 km以內(nèi)。

圖2 測(cè)點(diǎn)YS--15～YS--70視電阻率與相位曲線(xy)Fig.2 Apparent resistivity and phase curves (xy) of measuring points YS--15～YS--70

圖3 測(cè)點(diǎn)YS--15～YS--70視電阻率與相位曲線(yx)Fig.3 Apparent resistivity and phase curves (yx) of measuring points YS--15～YS--70

圖4為距干擾源不同距離測(cè)點(diǎn)處15 Hz、150 Hz和2 400 Hz采樣率數(shù)據(jù)算出的全頻段頻譜密度曲線。圖中可明顯看出測(cè)點(diǎn)距離城市游散電流越遠(yuǎn)，其頻譜能量越低。在低頻段0.001～5.5 Hz處能量衰減很快，最高點(diǎn)到最低點(diǎn)相差好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，在5.5 Hz以上的中高頻段，頻譜能量逐漸趨于穩(wěn)定。從頻譜上可看出50 Hz及其諧波處出現(xiàn)明顯波峰，而且在50 Hz、150 Hz和250 Hz等奇次諧波處能量更為突出，遠(yuǎn)高于相鄰頻點(diǎn)。

圖4 測(cè)點(diǎn)YS--15～YS--70 Ex全頻段頻譜密度曲線Fig.4 Ex full frequency spectrum density curves of YS--15～YS--70

3 單站遠(yuǎn)參考對(duì)近場(chǎng)干擾的處理

3.1 多個(gè)遠(yuǎn)參考站同步觀測(cè)

楊生[17]分析認(rèn)為當(dāng)遠(yuǎn)參考點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)間距為14倍探測(cè)深度時(shí)，可滿足噪聲不相關(guān)條件；由于電磁場(chǎng)總場(chǎng)為一次場(chǎng)與二次場(chǎng)之和，而且二次場(chǎng)是由一次場(chǎng)激發(fā)的，只要測(cè)點(diǎn)與遠(yuǎn)參考點(diǎn)的一次場(chǎng)相關(guān)就可滿足信號(hào)相關(guān)條件。在滿足遠(yuǎn)參考與測(cè)點(diǎn)噪聲不相關(guān)信號(hào)相關(guān)的前提下，考慮到單個(gè)遠(yuǎn)參考站對(duì)于寬頻大地電磁全頻段數(shù)據(jù)改善的局限性，再結(jié)合遠(yuǎn)參考與測(cè)點(diǎn)距離、方位與構(gòu)造條件等因素，項(xiàng)目組以北京市中心為原點(diǎn)開(kāi)展了多站遠(yuǎn)參考大地電磁測(cè)深試驗(yàn)，布設(shè)了11個(gè)遠(yuǎn)參考站(圖5)。11個(gè)遠(yuǎn)參考站與干擾源試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)同步觀測(cè)，遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)連續(xù)采集，時(shí)長(zhǎng)超過(guò)30 d，采用的觀測(cè)儀器、磁探頭均與測(cè)點(diǎn)一致。

圖5 遠(yuǎn)參考點(diǎn)位置(構(gòu)造單元?jiǎng)澐謸?jù)文獻(xiàn)[22])Fig.5 Location of remote reference points

如圖6、7所示，易縣、多倫與朝陽(yáng)3個(gè)遠(yuǎn)參考站的視電阻率與相位曲線，除少數(shù)頻點(diǎn)蹦跳外，曲線總體十分光滑，曲線質(zhì)量較好，適合作為遠(yuǎn)參考站。

圖6 遠(yuǎn)參考站視電阻率與相位曲線(xy)Fig.6 Apparent resistivity and phase curves (xy) of remote reference stations

圖7 遠(yuǎn)參考站視電阻率與相位曲線 (yx)Fig.7 Apparent resistivity and phase curves (yx) of remote reference stations

3.2 3個(gè)遠(yuǎn)參考站分別對(duì)YS--15、YS--27測(cè)點(diǎn)處理結(jié)果

由圖8、9可知，距離北京市中心15 km的YS--15測(cè)點(diǎn)全頻段均受到近場(chǎng)干擾，視電阻率曲線呈45°抬升，相位曲線趨于0或180°。經(jīng)易縣(80 km)、多倫(220 km)和朝陽(yáng)(390 km)3個(gè)不同距離的遠(yuǎn)參考站處理后，除少數(shù)跳點(diǎn)有改善外，全頻段幾乎沒(méi)有參考效果，甚至處理后數(shù)據(jù)質(zhì)量更差，分析是由于測(cè)點(diǎn)距市區(qū)太近，干擾太大所致。

圖8 測(cè)點(diǎn)YS--15經(jīng)3個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線(xy)Fig.8 Apparent resistivity and phase curves(xy)of measuring point YS--15 is processed by 3 remote reference stations

圖9 測(cè)點(diǎn)YS--15經(jīng)3個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線(yx)Fig.9 Apparent resistivity and phase curves (yx) of measuring point YS--15 is processed by 3 remote reference stations

由圖10、11可知，距離北京市中心27 km的YS--27測(cè)點(diǎn)從79 Hz開(kāi)始進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)，視電阻率曲線呈45°抬升，相位曲線趨于0或180°。經(jīng)易縣(80 km)、多倫(220 km)和朝陽(yáng)(390 km)3個(gè)不同距離的遠(yuǎn)參考站處理后，中高頻段的近場(chǎng)效應(yīng)得到一定改善。經(jīng)易縣、多倫和朝陽(yáng)遠(yuǎn)參考單獨(dú)處理后，進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)頻率分別降低為27.5 Hz、16.2 Hz和11.2 Hz，呈現(xiàn)參考距離越遠(yuǎn)，參考頻段越低的特征。

圖10 測(cè)點(diǎn)YS--27經(jīng)3個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線(xy)Fig.10 Apparent resistivity and phase curves(xy)of measuring point YS--27 is processed by 3 remote reference stations

圖11 測(cè)點(diǎn)YS--27經(jīng)3個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線(yx)Fig.11 Apparent resistivity and phase curves (yx) of measuring point YS--27 is processed by 3 remote reference stations

3.3 11個(gè)不同距離遠(yuǎn)參考站分別對(duì)YS--38測(cè)點(diǎn)處理結(jié)果

如圖12、13所示，YS--38測(cè)點(diǎn)經(jīng)呼和浩特、五臺(tái)等11個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線對(duì)比圖。由圖可知，原始視電阻率與相位曲線在100 Hz處受到50 Hz諧波工頻干擾，從5.6 Hz起進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)。經(jīng)遠(yuǎn)參考法處理后，數(shù)據(jù)質(zhì)量在不同頻段得到不同程度的提升。其中，在>0.35 Hz的中高頻段，所有遠(yuǎn)參考處理后效果都很好，工頻干擾得到一定壓制，跳變頻點(diǎn)基本消失，曲線趨于光滑連續(xù)，進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)頻段由5.6 Hz降到0.35 Hz±,近場(chǎng)干擾壓制效果很好；在0.35～0.044 Hz頻段，經(jīng)易縣遠(yuǎn)參處理后，視電阻率值恢復(fù)到正常值,曲線近場(chǎng)特征基本消失，形態(tài)清晰，效果較好；在0.063～0.003 4 Hz頻段，多倫參考站處理效果較好，0.01 Hz±視電阻率值從1 000±的異常值被恢復(fù)到10±的正常值，降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)，相位曲線也從0°或-180°回到正常值，曲線趨于光滑，朝陽(yáng)、呼和浩特、大同、易縣、錫林浩特、寶山和平谷處理效果一般，包頭、五臺(tái)和承德處理效果較差；在0.005 50～0.000 57 Hz頻段，只有朝陽(yáng)站處理效果較好，曲線形態(tài)清晰，測(cè)點(diǎn)經(jīng)其余遠(yuǎn)參考處理后曲線形態(tài)都跳變比較大，失去規(guī)律性。

圖12 測(cè)點(diǎn)YS--38經(jīng)11個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線(xy)Fig.12 Apparent resistivity and phase curves(xy)of measuring point YS--38 is processed by 11 remote reference stations

圖13 測(cè)點(diǎn)YS--38經(jīng)11個(gè)遠(yuǎn)參考站處理后視電阻率與相位曲線(yx)Fig.13 Apparent resistivity and phase curves (yx) of measuring point YS--38 is processed by 11 remote reference stations

4 多站遠(yuǎn)參考對(duì)近場(chǎng)干擾的處理：以北京南中軸YS--38測(cè)點(diǎn)為例

通過(guò)對(duì)比11個(gè)不同距離遠(yuǎn)參考站的處理效果，發(fā)現(xiàn)單一遠(yuǎn)參考站只能改善大地電磁測(cè)深某一頻段數(shù)據(jù)質(zhì)量，難以在全頻段達(dá)到較好噪聲壓制效果。為得到全頻段高質(zhì)量大地電磁測(cè)深曲線，選取對(duì)于城市游散電流近場(chǎng)干擾在高、中、低頻處理效果較好的3個(gè)遠(yuǎn)參考站，分別位于距北京80 km的近程遠(yuǎn)參考站河北省易縣、220 km的中程遠(yuǎn)參考站內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣和360 km的遠(yuǎn)程遠(yuǎn)參考站遼寧省朝陽(yáng)市，對(duì)受干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行多站遠(yuǎn)參考處理，分析視電阻率與相位曲線改善效果，進(jìn)而評(píng)價(jià)遠(yuǎn)參考處理效果。

YS--38測(cè)點(diǎn)距離北京市中心38 km，距北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)僅3.7 km，但在試驗(yàn)期間機(jī)場(chǎng)尚未投入使用，該點(diǎn)受到的干擾仍以北京城市游散電流為主。如圖2、3所示，YS--38測(cè)點(diǎn)視電阻率與相位曲線在100 Hz處受到50 Hz諧波的工頻干擾，曲線出現(xiàn)跳點(diǎn)，從5.6 Hz起進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)，視電阻率畸變值在0.01 Hz處達(dá)到1 000 Ω·m±，所受近場(chǎng)干擾尤為嚴(yán)重。

由于近程遠(yuǎn)參考站易縣、中程遠(yuǎn)參考站多倫、遠(yuǎn)程遠(yuǎn)參考站朝陽(yáng)分別對(duì)YS--38測(cè)點(diǎn)高、中、低頻段數(shù)據(jù)改善效果較好，為得到全頻段最優(yōu)的寬頻大地電磁測(cè)深曲線，可以按照高、中、低頻段分別選擇一個(gè)最優(yōu)的阻抗，組合得到多點(diǎn)遠(yuǎn)參考處理后的最優(yōu)測(cè)深曲線。

選取易縣遠(yuǎn)參考結(jié)果中0.044 Hz以上的中高頻數(shù)據(jù)成分和多倫遠(yuǎn)參考中0.044 Hz以下頻段數(shù)據(jù)成分，經(jīng)簡(jiǎn)單編輯處理后，得到如圖14、15所示遠(yuǎn)參考站處理結(jié)果。結(jié)果顯示，在0.003 4Hz以上頻段，相對(duì)于單個(gè)遠(yuǎn)參考站處理結(jié)果，在絕大部分頻段數(shù)據(jù)品質(zhì)提升明顯，yx模式的視電阻率和相位曲線更加光滑連續(xù)。同樣方式得到易縣與朝陽(yáng)，多倫與朝陽(yáng)多站遠(yuǎn)參考結(jié)果如圖14、15所示。選擇易縣遠(yuǎn)參考結(jié)果中0.044 Hz以上的中高頻數(shù)據(jù)成分和多倫遠(yuǎn)參考中0.044～0.005 5 Hz頻段數(shù)據(jù)成分，再加上朝陽(yáng)遠(yuǎn)參考站中0.005 5～0.000 57 Hz頻段數(shù)據(jù)成分，經(jīng)最優(yōu)阻抗組合結(jié)果如圖示。結(jié)果表明，同步測(cè)量的3個(gè)遠(yuǎn)參考站處理結(jié)果要優(yōu)于2個(gè)遠(yuǎn)參考站、1個(gè)遠(yuǎn)參考站處理結(jié)果，對(duì)于城市游散電流YS38測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)所受近場(chǎng)干擾基本能夠壓制，在數(shù)據(jù)質(zhì)量改善十分顯著。

圖14 不同遠(yuǎn)參考站組合處理結(jié)果圖(xy)Fig.14 Combined processing results of different remote reference stations (xy)

圖15 不同遠(yuǎn)參考站組合處理結(jié)果圖(yx)Fig.15 Combined processing results of different remote reference stations(yx)

以上試驗(yàn)說(shuō)明，當(dāng)寬頻大地電磁測(cè)深工作受到城市游散電流強(qiáng)烈近場(chǎng)干擾時(shí)，單站遠(yuǎn)參考處理對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升只能在某一頻段，難以在全頻段取得較好效果。而多站遠(yuǎn)參考對(duì)于城市游散電流噪聲近場(chǎng)干擾的壓制是可行而且有效的，經(jīng)多站遠(yuǎn)參考處理后曲線更加連續(xù)、光滑，而且對(duì)于曲線不連續(xù)和工頻干擾也有一定效果。同時(shí)，多站遠(yuǎn)參考處理的遠(yuǎn)參考站個(gè)數(shù)也不是越多越好，需在滿足測(cè)點(diǎn)與遠(yuǎn)參考點(diǎn)信號(hào)相關(guān)噪聲不相關(guān)的前提下，針對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)際改善情況選擇遠(yuǎn)參考個(gè)數(shù)進(jìn)行多站遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)處理。

5 結(jié)論

(1)北京城市游散電流對(duì)于冀中坳陷地區(qū)開(kāi)展的大地電磁測(cè)深工作干擾嚴(yán)重，主要干擾方式為近場(chǎng)干擾，影響范圍在50 km以內(nèi)。距干擾源15 km范圍內(nèi)全頻段受到近場(chǎng)干擾，27 km處從79 Hz開(kāi)始進(jìn)入近區(qū)，38 km以外干擾明顯減弱，38 km處從5.6 Hz開(kāi)始進(jìn)入近區(qū)，50 km以外在0.25 Hz以下頻段進(jìn)入近區(qū)場(chǎng)，近場(chǎng)干擾呈現(xiàn)向低頻移動(dòng)特征。

(2)根據(jù)城市游散電流以近場(chǎng)干擾為主的干擾特征，通過(guò)不同頻段最優(yōu)阻抗相結(jié)合的多站遠(yuǎn)參考處理，27 km以外測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)所受近場(chǎng)干擾可得到有效壓制，達(dá)到了壓制城市游散電流引起的近場(chǎng)干擾，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的，優(yōu)于單站遠(yuǎn)參考處理。但在較低的頻段由于數(shù)據(jù)頻點(diǎn)蹦跳較為嚴(yán)重，多站遠(yuǎn)參考處理效果仍然有限，可通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化多站遠(yuǎn)參考處理方式來(lái)提升大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量。