参考道技术在大地电磁测深数据处理中的应用效果分析

参考道技术在大地电磁测深数据处理中的应用效果分析

【摘要】大地电磁测深法是利用天然交变的电磁场进行勘探的地球物理方法，由于其场源相对较弱，容易受到各种噪声的干扰，通过对经过不同参考道方法处理后的大地电磁数据的视电阻率和相位曲线进行分析研究。结果发现，经过磁参考处理的数据的好于电参考处理的结果，其中经过互参考磁道处理的数据质量最好，曲线更加光滑。结果表明在野外数据处理的过程中运用互参考磁道技术处理数据

能取得良好的效果。

【关键词】大地电磁测深法；视电阻率；互参考磁道

0 引言

大地电磁测深法由于利用的是天然的电磁场，其场源相对较弱，容易受到各种噪声的干扰[2]。常见的干扰类型主要有场源噪声、地质噪声、人文噪声三大类。这些干扰使MT 资料表现为频点数据离差大、跳点不连续、曲线形态突变等，特别是中、低频段噪声较大，可信度差，给资料的处理解释带来了一定的困难。针对这个问题，学者提出了各种处理的方法，其中最重要的是两类方法为：第一类是基于当前测点观测电磁场的局部参考技术，即本地参考技术。该类方法实际是传统的最小二乘估计方法[3]。由于该方法受到相关干扰的影响较大，为了提高相关阻抗的质量要消除这些相关的干

扰。通过野外观测发现，大地的天然变化的磁场在很大范围内具有可比性的，而对地电构造起主要作用的是电场信号，由此发展出了第二类大地电磁电磁测深去噪技术，远参考点大地电磁测深法（互参考点大地电磁测深法）[5]。该方法在大地电磁勘探中具有较强的抗干扰能力，是一种能够有效的压制各种干扰，改善MT观测数据的质量。近年来随着测量仪器性能的改善，在采取了GPS同步技术以后，使得多台仪器能够同时同步的对数据进行采集，保证了参考道技术能够得到有效的利用，并且越来越成熟。国内也在如何更好的利用互参考道技术进行了大量的试验，得到了很好的应用效果，积累了大量的经验。本文在此基础上，通过在相山地区得到数据，采用不同的参考系，对数据较差的点进行处理，通过本地电参考，本地磁参考，互参考电场，互参考磁场对数据进行处理得到卡尼亚视电阻率曲线和相位曲线。通过对比发现互参考磁场处理的效果优于其他三种方法，所以在数据处理过程中我们一般才用互参考磁道的方式对质量较差的数据进行处理，可以很大的改善数据的质量。提高数据解释的正确性、精确性和可靠性。为实测资料的反演解释提供帮助。

1 基本原理

在大地电磁观测系统中如果不存在噪声的干扰，任一频率大地电磁场水平分量满足如下的关系：

■（1）

式中，Ex、Ey为水平电场的x和y的分量，Hx、Hy为水平磁场的x和y分量，Zxx、Zxy等为阻抗张量元素。根据（1）式，只要有两组非线性相关的观测值，就可以求得张量阻抗的值。但是在实际的野外数据的测量中的观测值是真实信号和噪声信号之和：

■（2）

上式中，脚表s和n分别表示真实信号和干扰噪声。在这种情况下，只有真实信号满足阻抗张量关系（1），而含噪声的观测值不能满足阻抗张量的关系。因此，利用实测资料将不能精确地求得阻抗张量的值，只能利用多组数据计算其平均近似值。

所以，在实际计算时用功率谱求解张量阻抗公式为：

■（3）

式（3）中，*代表复共轭，、代表平均自功率谱，、、等为互功率谱。从上式可以看出磁噪声将导致张量阻抗估算偏低，而电噪声将导致张量阻抗估算偏高。

当两个观测点相距较远时，则两观测点间的电磁分量中的噪声一般可以满足相互独立这一条件。但是这还不够，因为噪声的功率谱是不能被忽略的。由于大地电磁中的磁信号在相当一段距离范围变化是缓慢的。人们提出了将一互参考处的磁信号作为测点处的磁分量来估算张量阻抗[4]。则这时

候有

■（4）

一般情况下，对于二维介质的以磁道为参考的张量阻抗表达式可以写成：

■（5）

从（5）式可知，每一对互功率谱均包含参考道的磁分量，只要在远参考点与测量点间的噪声特性是非相关的，实际上只要两点间的距离大到一定的程度，这个条件是比较容易满足的，互参考处理便能提高张量阻抗的计算精度[5]。

2 野外数据的采集和处理流程

2.1 野外数据的采集

互参考的技术是利用两台或多台仪器同时进行观测，在进行互参考处理时，要求作为参考点的数据质量必须足够高，因此在野外采集时参考点的选择须尽量避开有明显的电磁干扰地方，噪声水平相对较低，地势平坦的低阻覆盖区比较适宜。野外数据采集的具体要求如下：

1）采用张量观测方式，Ex、Hx要求沿正南北方向，Ey、Hy要求沿正东西方向布设，布极采用森林罗盘仪测量角度，布极方位误差不应超过1°。

2）电极一般采用标准的“+”字形布设，在特殊情况下可以采用“T”和“L”进行布设。

3）水平磁棒方位经森林罗盘实测，方位误差小于1°，

磁棒埋入地下的深度不小于30cm，埋设前用水平尺校准，保持水平倾斜角度小于1.5°；如果有垂直磁棒，要求垂直磁棒的向下误差不大于1°。

4）接地的电阻要求尽量的小，通常要求小于5000Ω，电极的电位差小于1Mv。

5）做好野外板报，对每一个测点的周围的主要地形、地物、可能存在的干扰情况进行说明。

2.2 数据的主要处理流程

MT互参考数据处理的基本流程大致可以分为以下几个主要过程：

1）观察测点和参考点的时间序列，判断被信号被干扰的情况；

2）判断要处理测点的内容，挑选有用的信号，截取时间序列；

3）将测点和参考站时间域数据转化成*.TSR和*.TSD文件；

4）对*.TSR和*.TSD文件时间信号文件分别做Robust 和互参考处理，形成MT功率谱文件。5）用TBS编辑器对处理得到的MT功率谱文件进行综合编辑。

6）对MT功率谱文件进行转换成视电阻率和相位。用于反演。

3 实测数据处理效果分析

下图为对某一测点的实测MT数据经过本地电参考，本地磁参考，互参考电场和互参考处理以后的大地电磁测深视电阻率和相位对比曲线图（两点相距20km）

图1 经过本地参考和互参考处理后的TE模式的视电阻率曲线

图2 经过本地参考和互参考处理后的TM模式的视电阻率曲线

图3 经过本地参考和互参考处理后的TE模式的相位曲线

图4 经过本地参考和互参考处理后的TM模式的相位曲线

实测数据通过本地参考处理和互参考处理以后会发现，经过磁参考处理的数据明显要好于经过电参考处理的数据，而经过互参考磁场处理的数据的质量又优于经过本地磁参考处理的数据质量，所得到的数据的曲线更加光滑。在实际的生产应用中利用互参考磁场的方法对质量较差的数据进行处理，可以明显的提过数据的质量，消除由于干扰引起的数据跳跃现象，使曲线的连续性明显的优于常规的处理方法。说明互参考技术能够很好的消除噪声干扰，提高数据的处理质量，实践表明互参考方法在实际的生产中是有效的、可行的。

4 结论