參考道技術(shù)在大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用效果分析

劉少光 徐正玉 謝石文

（東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013）

0 引言

大地電磁測(cè)深法由于利用的是天然的電磁場(chǎng)，其場(chǎng)源相對(duì)較弱，容易受到各種噪聲的干擾[2]。常見(jiàn)的干擾類(lèi)型主要有場(chǎng)源噪聲、地質(zhì)噪聲、人文噪聲三大類(lèi)。這些干擾使MT資料表現(xiàn)為頻點(diǎn)數(shù)據(jù)離差大、跳點(diǎn)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(lái)了一定的困難。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，學(xué)者提出了各種處理的方法，其中最重要的是兩類(lèi)方法為：第一類(lèi)是基于當(dāng)前測(cè)點(diǎn)觀測(cè)電磁場(chǎng)的局部參考技術(shù)，即本地參考技術(shù)。該類(lèi)方法實(shí)際是傳統(tǒng)的最小二乘估計(jì)方法[3]。由于該方法受到相關(guān)干擾的影響較大，為了提高相關(guān)阻抗的質(zhì)量要消除這些相關(guān)的干擾。通過(guò)野外觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，大地的天然變化的磁場(chǎng)在很大范圍內(nèi)具有可比性的，而對(duì)地電構(gòu)造起主要作用的是電場(chǎng)信號(hào)，由此發(fā)展出了第二類(lèi)大地電磁電磁測(cè)深去噪技術(shù)，遠(yuǎn)參考點(diǎn)大地電磁測(cè)深法（互參考點(diǎn)大地電磁測(cè)深法）[5]。該方法在大地電磁勘探中具有較強(qiáng)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(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。近年來(lái)隨著測(cè)量?jī)x器性能的改善，在采取了GPS同步技術(shù)以后，使得多臺(tái)儀器能夠同時(shí)同步的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，保證了參考道技術(shù)能夠得到有效的利用，并且越來(lái)越成熟。國(guó)內(nèi)也在如何更好的利用互參考道技術(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，得到了很好的應(yīng)用效果，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。本文在此基礎(chǔ)上，通過(guò)在相山地區(qū)得到數(shù)據(jù)，采用不同的參考系，對(duì)數(shù)據(jù)較差的點(diǎn)進(jìn)行處理，通過(guò)本地電參考，本地磁參考，互參考電場(chǎng)，互參考磁場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到卡尼亞視電阻率曲線和相位曲線。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)互參考磁場(chǎng)處理的效果優(yōu)于其他三種方法，所以在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中我們一般才用互參考磁道的方式對(duì)質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)測(cè)資料的反演解釋提供幫助。

1 基本原理

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

式中，Ex、Ey為水平電場(chǎng)的 x和 y的分量，Hx、Hy為水平磁場(chǎng)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(guān)的觀測(cè)值，就可以求得張量阻抗的值。但是在實(shí)際的野外數(shù)據(jù)的測(cè)量中的觀測(cè)值是真實(shí)信號(hào)和噪聲信號(hào)之和：

上式中，腳表s和n分別表示真實(shí)信號(hào)和干擾噪聲。在這種情況下，只有真實(shí)信號(hào)滿足阻抗張量關(guān)系（1），而含噪聲的觀測(cè)值不能滿足阻抗張量的關(guān)系。因此，利用實(shí)測(cè)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(jì)算其平均近似值。

所以，在實(shí)際計(jì)算時(shí)用功率譜求解張量阻抗公式為：

當(dāng)兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相距較遠(yuǎn)時(shí),則兩觀測(cè)點(diǎn)間的電磁分量中的噪聲一般可以滿足相互獨(dú)立這一條件。但是這還不夠，因?yàn)樵肼暤墓β首V是不能被忽略的。由于大地電磁中的磁信號(hào)在相當(dāng)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(hào)作為測(cè)點(diǎn)處的磁分量來(lái)估算張量阻抗[4]。則這時(shí)候有

一般情況下，對(duì)于二維介質(zhì)的以磁道為參考的張量阻抗表達(dá)式可以寫(xiě)成：

從（5）式可知，每一對(duì)互功率譜均包含參考道的磁分量,只要在遠(yuǎn)參考點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)間的噪聲特性是非相關(guān)的,實(shí)際上只要兩點(diǎn)間的距離大到一定的程度,這個(gè)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(jì)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(shù)是利用兩臺(tái)或多臺(tái)儀器同時(shí)進(jìn)行觀測(cè),在進(jìn)行互參考處理時(shí)，要求作為參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量必須足夠高，因此在野外采集時(shí)參考點(diǎn)的選擇須盡量避開(kāi)有明顯的電磁干擾地方，噪聲水平相對(duì)較低，地勢(shì)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(cè)方式，Ex、Hx要求沿正南北方向，Ey、Hy要求沿正東西方向布設(shè)，布極采用森林羅盤(pán)儀測(cè)量角度，布極方位誤差不應(yīng)超過(guò) 1°。

2）電極一般采用標(biāo)準(zhǔn)的“+”字形布設(shè)，在特殊情況下可以采用“T”和“L”進(jìn)行布設(shè)。

3）水平磁棒方位經(jīng)森林羅盤(pán)實(shí)測(cè)，方位誤差小于1°，磁棒埋入地下的深度不小于30cm，埋設(shè)前用水平尺校準(zhǔn)，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(bào)，對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的周?chē)闹饕匦巍⒌匚铩⒖赡艽嬖诘母蓴_情況進(jìn)行說(shuō)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(gè)主要過(guò)程：

1）觀察測(cè)點(diǎn)和參考點(diǎn)的時(shí)間序列，判斷被信號(hào)被干擾的情況；

2）判斷要處理測(cè)點(diǎn)的內(nèi)容，挑選有用的信號(hào)，截取時(shí)間序列；

3）將測(cè)點(diǎn)和參考站時(shí)間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成*.TSR和*.TSD文件；

4）對(duì)*.TSR和*.TSD文件時(shí)間信號(hào)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(duì)處理得到的MT功率譜文件進(jìn)行綜合編輯。

6）對(duì)MT功率譜文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換成視電阻率和相位。用于反演。

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理效果分析

下圖為對(duì)某一測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)MT數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)本地電參考，本地磁參考，互參考電場(chǎng)和互參考處理以后的大地電磁測(cè)深視電阻率和相位對(duì)比曲線圖（兩點(diǎn)相距20km）

圖1 經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)本地參考和互參考處理后的TM模式的相位曲線

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)本地參考處理和互參考處理以后會(huì)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)磁參考處理的數(shù)據(jù)明顯要好于經(jīng)過(guò)電參考處理的數(shù)據(jù)，而經(jīng)過(guò)互參考磁場(chǎng)處理的數(shù)據(jù)的質(zhì)量又優(yōu)于經(jīng)過(guò)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(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中利用互參考磁場(chǎng)的方法對(duì)質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以明顯的提過(guò)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(shuō)明互參考技術(shù)能夠很好的消除噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量，實(shí)踐表明互參考方法在實(shí)際的生產(chǎn)中是有效的、可行的。

4 結(jié)論

互參考技術(shù)的運(yùn)用要求兩臺(tái)或多臺(tái)儀器同時(shí)進(jìn)行工作，作為參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)必須質(zhì)量較高，參考點(diǎn)的布置要求選擇盡量避開(kāi)有明顯的電磁干擾地方，應(yīng)選擇放置在噪聲水平較低、地勢(shì)平坦的地方。野外實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)證明互參考技術(shù)處理MT資料在方法上和技術(shù)上是可行的，它不僅改善了數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)大地電磁場(chǎng)的性質(zhì)不會(huì)改變。即，它不僅對(duì)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(jié)果更加可靠真實(shí)。

［1］劉國(guó)興.電法勘探原理與方法[M].北京：地質(zhì)出版社,2005,1.

［2］陳高,金祖發(fā),等.大地電磁測(cè)深遠(yuǎn)參考技術(shù)及應(yīng)用效果[J].石油物探,40(3)：112-117.

［3］陳樂(lè)壽,劉任,王天生.大地電磁測(cè)深資料處理與解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社,39-44.

［4］陳高,金祖發(fā),馬永生,等.大地電磁測(cè)深遠(yuǎn)參考技術(shù)及應(yīng)用效果[J].石油物探,2004,40(3)：112-117.

［5］嚴(yán)良俊,胡文寶,陳清禮,等.遠(yuǎn)參考MT方法及其在南方強(qiáng)干擾地區(qū)的應(yīng)用[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),1998,20(4)：34-38.

［6］祝福榮,鄧居智,陳輝,等.參考道方法在大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)中的應(yīng)用研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,36～（s1）：73-78.

［7］仇根根,張小博,白大衛(wèi),等.大地電磁法遠(yuǎn)參考處理技術(shù)壓制噪聲干擾的應(yīng)用效果分析[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2014,11(3)：305-310.

［8］戴前偉,陳勇雄,侯智超.大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)互參考處理的應(yīng)用研究[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2013,35(2)：147-154.