音頻大地電磁遠參考點信號特征及遠參考大地電磁法在信號處理中的應用研究

辛會翠

(承德石油高等專科學校 計算機與信息工程系，河北 承德 067000)

音頻大地電磁測深法(AMT)是利用天然場源勘探的一種方法，其場源相對較弱，易受人文因素干擾[1-3]。干擾信號主要包括尖脈沖干擾、高壓輸電線干擾、寬頻帶強能量干擾、方波干擾等。這些電磁噪聲干擾使AMT數據頻點離差大變大、飛點、視電阻率-相位曲線形態突變等。特別是中、低頻段數據質量較差[4-5]。1978年，國外學者提出的遠參考大地電磁法(Remote Reference MT，簡稱 RRMT)具有重要意義，其利用遠參考點與測點之間噪聲的不相關性特征為依據，通過阻抗估計進而壓制隨機噪聲的干擾[6-7]。國內對遠參考方法的應用進行了很多的研究。在南方強干擾地區應用遠參考技術進行的大地電磁實測工作，有效改善了中低頻數據質量，同時使用robust方法聯合進行阻抗估算取得了較好的效果[8]。遠參考法數據采集、野外如何選擇遠參考點工作站位置以及遠參考法應用效果分析等，國內許多學者也做了大量的研究[9-13]；他們從不同角度闡述了遠參考方法的原理，討論了其在壓制各種噪聲干擾方面所達到的效果，本文基于國內外研究成果為基礎，通過實測遠參考點數據分析，進行總結歸納，為野外生產實際提供技術依據，具有重要的意義。

1 遠參考法原理

遠參考大地電磁測深法，其利用遠參考點與測點之間噪聲的不相關性為依據，即兩觀測點相距較遠時，兩觀測點間電磁分量中的噪聲一般滿足相互獨立即不相關。同時大地電磁測深中磁信號在相當一段距離范圍內變化緩慢這一特點，人們提出了將一遠參考點處磁信號作為測點處的磁分量來估算張量阻抗，此時一般有

〈HyrHyr*〉=〈HyrsHyrs*〉=〈HysHys*〉

(1)

〈ExHyr*〉=〈HyrsExs*〉=〈ExsHys*〉

(2)

〈HyrnHyn*〉=0

(3)

其中，下標r代表參考點，s和n代表信號和噪聲，rs和rn代表參考點的信號和噪聲。通常，對于二維介質可以寫出以磁場為參考的張量阻抗的表達式

(4)

(5)

(6)

(7)

其中

D=〈HxHxr*〉〈HyHyr*〉-〈HxHyr*〉〈HyHxr*〉

(8)

從式(4)、(5)、(6)和(7)中可以看出，每一對互功率譜均包含參考道的磁場分量，在滿足勘探深度的前提下，遠參考點和測量點相應頻段范圍內噪聲的特性是非相關的，遠參考處理便能改善數據質量，提高阻抗張量估算精度[6-7]。

2 遠參考距離及遠參考站的選擇

實際上大地電磁法的電磁場信號總場為一次場與二次場之和，同時又由于二次場是一次場激勵的，所以有只要實測點和遠參考點的一次場相關就可滿足信號相關的條件，而與參考道所處地下地質特征無關。實際上噪音和信號的劃分是相對的。在大地電磁法中將不滿足平面波特征的電磁波歸為噪音，因此選擇的遠參考站要在干擾小，人文噪聲弱的地區，這樣就保證電磁場數據平穩，波形無畸變，頻域阻抗各頻點功率譜數據穩定，無明顯跳變，視電阻率、相位曲線光滑平穩，誤差棒小[7]。

3 遠參考點特征分析

本文分別對高頻TS2(采樣率：24000)、中頻TS3(采樣率：2400)和低頻TS4(采樣率：150)從時間序列、頻譜及相干度進行詳細分析，歸納出典型遠參考點特征。

由圖1(a)～圖3(a)可見，時間序列顯示電磁場信號緩慢變化，符合大地電磁信號特征，并且無明顯噪聲干擾的波形；圖1(b)～3(b)顯示電磁場頻譜量級一致，無明顯震蕩，僅在50 Hz及其諧波處頻譜極大值明顯以及“死頻帶”存在干擾，分析由于“死頻帶”電磁場信號較弱所致；圖1(c)～3(c)顯示相干度接近1，僅在50 Hz處以及“死頻帶”相干度較差，分析由于“死頻帶”電磁場信號較弱所致。

4 視電阻率相位曲線特征

圖4左顯示遠參考點視電阻率-相位曲線光滑連續，圖4右顯示頻點功率譜數值基本一致，表明遠參考點數據反映的是地下的無偏阻抗信息。

綜上所述，遠參考點時間序列電磁場信號無明顯非天然場信號特征，電磁場信號平穩變化，頻譜無明顯震蕩，僅在“死頻帶”、50Hz及其諧波存在震蕩，所有頻點相干度接近1，僅在“死頻帶”相干度較差。

5 遠參考大地電磁法應用

圖5(a)為數據點原始卡尼亞電阻率-相位曲線圖，圖中10～0.35 Hz頻段Rxy視電阻率曲線畸變，呈近似45°抬升，相位趨于零，為典型近源干擾特征；Ryx視電阻率曲線飛點較多，分析受較強電磁干擾造成，整體視電阻率曲線不光滑，存在較多飛點，數據質量較差。如圖5(b)所示，經過遠參考大地電磁法處理后卡尼亞電阻率-相位曲線10～0.35 Hz頻段Rxy視電阻率曲線得到了壓制，曲線形態得到了明顯地改善，Ryx視電阻率曲線飛點得到了校正，曲線光滑連續。

6 結論

1)遠參考點時域具有典型的大地電磁信號特征。大地電磁信號在時間域變化平穩，無明顯的躍變。

2)遠參考點視電阻率-相位曲線光滑連續，頻點功率譜數值基本一致，反映地下的無偏阻抗信息。

3)遠參考大地電磁法可以有效改善受電磁干擾影響所致的數據質量，使其反映真實地下電性特征。