基于大地電磁測深的多金屬礦集區電磁數據處理系統

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）

電磁數據處理系統是多金屬礦集區地質勘查項目中常用系統，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后續地質勘查工作，傳統系統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，因此傳統系統已經無法滿足多金屬礦集區電磁數據處理需求，為此提出基于大地電磁測深的多金屬礦集區電磁數據處理系統研究。

1 系統硬件設計

針對多金屬礦集區電磁數據處理系統的設計需求，此次在傳統系統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電磁數據處理系統具有模塊化、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

電磁數據處理系統重點是如何在惡劣的野外環境下正常工作，這對系統的處理器提出了更高的要求。大部分數據處理系統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電磁數據處理系統常用的處理器，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，這也是導致傳統系統數據處理功能不能充分發揮的原因之一。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行多個指令操作；④DSP處理器支持智能操作，譯碼、處理、運算、執行等操作可以自動循環執行。為了保證系統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，并且結合系統硬件開發實際，考慮到多金屬礦集區電磁數據處理系統的擴展性和不同環境下的通用性，將系統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電磁數據處理系統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，將其作為系統的存儲程序加載使用，同時還可以將其作為系統的擴展外部存儲器。針對系統對存儲器設計需求，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的核心硬件，其主要作用是負責采集到多金屬礦集區電磁數據，保證原始數據的質量。根據系統數據采集需求，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點[1]。運用KIHGF0接口實現大地電磁測深儀與系統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，將可執行的程序代碼直接燒錄到系統內部，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 系統軟件設計

系統硬件設備采集到多金屬礦集區電磁數據，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，下圖為系統軟件數據處理流程圖。

圖1 系統軟件數據處理流程圖

2.1 多金屬礦集區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電磁數據網格化處理。

2.2 多金屬礦集區電磁數據降噪處理

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，統計各測點、剖面及全區的觀測質量；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、規律性及完整性等，整合并統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作為實驗對象，利用此次設計系統與傳統系統對該多金屬礦集區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，采用遠區取土、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進行處理，對兩種系統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

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

表1 兩種系統實驗結果對比

從上表中可以看出，此次設計系統處理后的含噪音電磁數據數量明顯比傳統系統少，并且無效數據的數量也少于傳統系統，證明此次設計的基于大地電磁測深的多金屬礦集區電磁數據處理系統具有良好的數據處理能力，可以滿足多金屬礦集區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電磁數據處理中，開發設計出一種新的電磁數據處理系統，有利于提高多金屬礦集區電磁數據處理精度，同時為基于大地電磁測深技術應用到多金屬礦集區電磁數據處理系統設計和開發提供有利的參考依據。