TEM数据处理

3.2 数字化叠加取样
工作原理是对信号进行全波形密集均匀分布的多点采样， 然后送入计算机进行数字处理，再进行软件积分。
3.3 模拟积分-数字化叠加取样
而模拟积分-数字化叠加取样综合了上述两种工作方 式，优点是晚延时数据精度高，而在早延时数据分辨率 低。
3.1、模拟积分取样方式 模拟电子取样积分器是检测某个时间窗口弱 信号经典技术，采用多个模拟电子取样积分器， 严格控制其取样顺序，实现多个时间窗口信号的 高精度检测。 积分器个数有限，信号取样值较少，时间窗口 固定，将检测的感应电动势转换成磁场强度误差 大，对积分电路精度和一致性要求苛刻，特别是 对TEM早延时信号时间分辨率低，已经不能满足 工程探测高分辨率要求。
1.G.M.Levy法(感应电动势B改正为磁场B法)
•首先，估算tn时的磁场值Bn=B(tn)
ln B(tn ) ln B(tn tr / 2) ln B(tn tr / 2) ln B(tn 1 ) ln tn ln(tn tr / 2) ln(tn tr / 2) ln tn 1
方法一、坐标移动法
斜阶跃波后沿的主要影响是响应值比垂直阶跃波的响 应值低（如延时起点从后沿终点起算），且与延时 有关， 故最简单的改正方法是坐标移动法。 M.Wasten和D.G.Price提出三种坐标移动法，如下：
t a (t t t r ) / 2 t k [t (t t r )]
1000000
100000
10000
1000
100
T0线 546点
－ － 为 效 正 后 曲 线 ， ____ 为 效 正 前 曲 线 。
10
1 0 1 10
解析法效正后的曲线对比
方法三、数值计算法
下列两种方法都需要估算tn时刻的磁场值，很难准确确定。 而且从晚期数据向早期递推运算，还存在误差传递。方法一 是专为EM-37编写的，方法二适用不同的取样时的数据。
深部地质目标的瞬变电磁响应（晚延时信号弱）被淹 没于噪声之中，采用中心回线情况下，极限的探测深度可 近似地由下式确定：
h极限 0.55( M / Rm n )
0.1 ~ 0.5nV / Am
1/ 5
M：发送磁矩；ρ：大地的平均电阻率；Rm为所要求的最低限 度仪器信噪比；n：平均噪声电平；乘积(Rmn)：最小可分辨信 号电平。 2 为了提高探测深度，除了提高发送磁矩之外，降低最小可分辨信 号电平是重要途径，显然，后者更为经济和实用。
1、瞬变电磁信号的特点
1. 信号的动态范围大，对于同一个观测点而言， 从早期到晚期的信号幅值从n×105 μ V变到 0.n μ V。 2. 信号的频带宽，信号频率从n~n×104Hz。 3. 信号衰减快，在早期，信号幅值高且衰减速 度很快；而晚期的信号很弱已达微伏数量级， 并且衰减速度慢得多。
2、野外电磁干扰分析
B. tk+tr>t k+1的延时数据
B(tk tr ) a j (tk tr ) B(t j ) a j1(tk tr ) B(t j1 ) b j (tk tr ) B(t j ) b j1 (tk tr ) B(t j1 )
2.确定系数（对m=j和j+1） m j和m j 1; 令t t t ; 对 k k r c j (t k ) (t k t k 1 ) / t j 1 ; c j (t k ) 1 /(t j t j 1 );
B(tn ) B(tn tr / 2)

或者
ln B(tn ) ln B(tn 1 ) m ln tn ln(tn 1 )
M需大于2。
B (tn )
B (tn )dt
0
B(tn ) B(tn ) tn /(m 1)
•其次，求出各延时B(tk+tr)的磁场值 (k为取样延时道号)
a.线性衰减
I 0 t t I (t ) I 0 2 t2 t1 0
t t1 t1 t t 2 t t2
0 .5
t h t r / ln(t t r ) / t
方法二、解析法
根据D.V.Fitterman 和 W.Anderson 从Duhamel积分出发 对此效应的推导公式，对于均匀半空间和高阻基底上的 导电薄层情况下，得到如下近似公式：
t i 1m 1 ti F (t i , t r ) (1 (1 ) ) m tr tr
2.P.A.Eaton,G.W.Hohanm法 此法是Levy法的发展，优点适用不用取样时数据的改正。
1.求B(tk+tr)磁场值 A. tk+tr<t k+1的延时数据
B(tk tr ) B(tk 1 ) (tk 1 tk tr )[ B(tk 1 ) B(tk )] / 2
环境干扰噪声噪声
★地磁场的微脉动 一种超低频的电磁波，它是以微脉动的形式出现，脉动幅度与 频率的关系具有成反比的趋势，磁暴的发生也将引起微脉动。 ★天电场噪声 大于nHz的天然电磁场噪声主要来自雷电活动，特别是与雷暴 有关的闪电。由于地球上的某些地方几乎时刻有雷暴，发生频率为 8、14、20、26、32Hz的频点的电磁场相对显得较强，通常称之为 舒曼（Schumann）频率。水平分量比垂直分量大5~8倍左右。 ★人文电磁噪声 来自电力线网、矿山或工业用电、有线广播网、无线电台发送波等 干扰噪声。 ★接收线圈摆动（风动）的干扰噪声
3.计算B(tk)
bm (t k ) (t k t m )c 2 m (t k )
B(t k ) B(t k t r ) t r B(t k )
3.Raiche校正改进算法
校正的主要思想：将关断电流过渡函数进行分割成许N个 小电流元，当早期采样间隔δｔ足够小时,可认为在ｔｉ时 刻的δｔ时间间隔内关断电流是一个阶跃函数,其变化量为， 分别计算电流变化量所产生的瞬变场，总瞬变场为每个 电流元的表达式 小阶跃电流产生的瞬变场之和 。 一、关断电流衰减模式
关断电流校正的意义： 1. 消除电流延迟的影响，得到精确的全程视电阻率 。 2. 关断电流的精确校正将提高早期阶段的精度和分辨率， 提高TEM的浅层探测能力。 关断电流校正的方法：
1. 坐标移动法
2. 解析法（D.V.Fitterman 和 W.Anderson） 3. G.M.Levy法(感应电动势B改正为磁场B法) 4. P.A.Eaton和G.W.Hohanm法 5. Raiche校正方法
自 然 电 噪 声
天电场噪声
电力网电磁噪声
电力网辐射 矿山电器 农村广播网与大地 够成回路 长波电台 风吹接收线圈切割 地磁场
人 文 电 磁 噪 声
工业电器噪声 有线广播
无线电台
15～30KHz 几十 Hz 范围，几十μ V
感移 应动
3、瞬变电磁信号检测的三种方法
3.1、模拟积分取样方式
采用模拟积分取样方式，在电路上采用多个积分器，分 时段对信号进行采集，优点是电路采样精度高，信号的 特点是取样的起始时间、取样窗口宽度及取样次数由时 标信号确定，通常取样时间、取样次数固定。
•再其次，求各取样延时道的磁场值B(tk) B(tk ) B(tk tr ) tr B(tk ) •最后，求得改正值垂直阶跃感应电动势 可采用数值差分式近似求得：
B(tk ) [aB(t j ) bB(t j 1 ) cB(t j 2 )] /[2tk ln R]
.
B z (t i ) B z (t i ) F (t i , t r )
.
'
B`z(t)为阶跃波响应输出的瞬变过程；tr为斜阶跃波持续 时间，Bz(t)为斜阶跃波响应激发的感应电动势。ti为取样 道延时，从脉冲终止起算；m—为响应衰减幂指数 (m=2.5 和m=4分别对应均匀半空间和高阻基底上的导电薄层， F(ti,tr)为斜阶跃波效应系数。
B(tk tr ) B(tk 1 ) (tk 1 tk tr )[ a0 B(tk ) a1B(tk 1 )]
• A . 当（tk+tr）<tk+1 的各取样延时道数
•B 当 tl<（tk+tr）<tk+1 的各取样延时道数据
X
(tl 1 tk tr ) t ; R k 1 ; tl tr
分类
细 划 微脉冲地磁噪声
产生机制 等离子体和地Hale Waihona Puke Baidu磁 场之间相互作用 大气层释放电荷引 发的闪电
特 征 频率小于 1Hz 频率 1～1000Hz 在 8、 14、20 、32 Hz 共振 点幅度大，水平分量 大、与地区、季节有 关 供电频率的基波和奇 次谐波 50Hz、150 Hz 电机频率，通、断瞬 间脉冲 音频范围
c j 1 (t k ) (t k t j ) /(t j 1 t j ); c j 1 (t k ) 1 /(t j 1 t j ); am (t k ) [1 2(t k t m )cm (t m )]c 2 m (t k )
影 响 对直接偶合的仪器有一 定的影响 是 TEM 信 号 的 主 要 干 扰，垂直分量影响小于 水平分量 5～8 倍，冬 季影响小于雨季 干扰幅度大，在电力网 附近影响大，频率的不 稳定性为消除带来困难 在矿区工作影响严重 在 TEM 信 号 频 带 范 围 内，干扰极大，在广播 时无法工作 发射时有一定影响，可 避开发射时间 电平随机变动，晚延时 曲线跳动
数据处理流程
数据处理野外采集的ＴＥＭ数据，必须经过一系 列的数据处理,才能更好地为资料解释所用，处理过程包 括五个子模块起工作流程图如下：
三点平滑 数字滤波 斜阶跃波 效应后沿校正
近似对数 等间隔 抽道
计算 全区 电阻率
计算 视深度
修改模型
模型正演 计算的电阻率 模型正演 计算的深度
图1 数据处理流程图
j 1, k 1(对第一延时道); a 3.32, b 4.59, c 1.27 (k 1) j k 1(对中间各道); a 0.843, b 0.287 , c 1.13(2 k n 1) j n(对最末延时道）；a 3.4, b 0.69, c 2.71(k n)
• 3.1算术平均 • 采样数据窗中数据按算术平均求得,算术平均是指 在线性坐标下面积积分公式如下： • X=1/N(X1+X2+…+Xi) • 3.2几何平均 • 几何平均是指在双对数坐标下的面积积分。瞬变 电磁信号晚延时数据在对数-对数成直线下降，即 信号变化规律在双对数座标下遵循线性变化，这 是我们采用几何平均进行处理数据的主要依据。 计算公式如下： • LogX=1/ N(LogX1+LogX2+…+LogXi)
3.2 、数字化叠加取样中的取样道处理方法
• 接收机对瞬变电磁场信号取样采用是“密集均匀分布多 点采样”的数字取样方式。采用这一方式时，数据采样 率为10μ s，采样窗口从10μ s~ 2s可设。这样，在一个 测点上感应电动势可采集回2000个数据。为了提高数据 的检测能力，对全波采集的数据进行了近似对数等间隔 抽道取样处理，根据需要可以采用10 0.05 、100.1 、100.2 等不同对数间隔[1]。 • 综合上述瞬变电磁信号的特点，有限规模的导体响应在 晚期按简单的指数规律衰减： ε (t)= K/τ e-t/τ
Q1 R /(R 2 1); Q2 1 / R( R 2 1); Q3 1 /[( R 1)( R 2 1)]; Q4 Q3 / R; D1 Bl 1 Bl ; D 2 Bl 2 Bl 1; B(tk tr ) B(tl 1 ) X [Q1D1 Q2 D2 X (Q3 D1 Q4 D2） ]