祝福榮， 鄧居智， 陳 輝， 蔣 亮

(東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室，江西南昌 330013)

大地電磁測深法(MT)是利用天然場源勘探的一種方法(Wei et al.，2001)，主要以視電阻率曲線和相位曲線的形態(tài)特征作為分析大地結(jié)構(gòu)與電性分布的基本依據(jù)，因此阻抗的計算、分析、處理是大地電磁法研究中最基本也是最重要的內(nèi)容之一(嚴家斌，2003)。

由于大地電磁測深法易受人為因素干擾。電磁信號受干擾的因素主要為尖脈沖式的干擾、高壓輸電線和廣播的干擾、寬頻帶強能量的干擾、方波或類充放電衰減形成干擾以及低頻不規(guī)則干擾。這些干擾使MT資料表現(xiàn)為頻點數(shù)據(jù)離差大、跳點不連續(xù)、曲線形態(tài)突變(張全勝等，2002)等。特別是中、低頻段噪聲較大，可信度差，給資料處理解釋帶來了一定的困難。而本次MT測量所在區(qū)域為山區(qū)且附近有礦山、高壓線、發(fā)射塔、公路等干擾，因此，選取正確的參考系，能很好地改善數(shù)據(jù)的質(zhì)量，提高了資料解釋的正確性、精確性和可靠性(張全勝等，2004)。

1 參考道法基本原理

在大地電磁測深中如果不存在噪聲，任一頻率大地電磁場水平分量滿足如下關(guān)系(邵飛等，2008):

式中Ex，Ey是水平電場的x和y的分量，Hx，Hy是水平磁場的x和y分量，Zxx，Zxy等是阻抗張量元素。根據(jù)(1)式，只要有兩組非線性相關(guān)的觀測值，通過方程可求得張量阻抗值。但是，在實際測量中，電場E與磁場H都容易受到噪聲污染(金德均等，2009)，野外大地電磁資料實際觀測值是真實信號和噪聲干擾之和:

式中s和n分別表示真實信號和干擾噪聲。這種情況下，只有真實信號滿足阻抗張量關(guān)系，而含噪聲的觀測值并不滿足阻抗張量關(guān)系(鄧前輝，1982)。因此，利用實測資料將不能精確地求得阻抗張量值，只能利用多組數(shù)據(jù)計算其平均近似解。

在實際觀測中用功率譜求解張量阻抗為:

由于噪聲分為相關(guān)噪聲和不相關(guān)噪聲。在計算張量阻抗時，利用多組數(shù)據(jù)的譜平均值可對不相關(guān)噪聲有一定抑制作用，但對相關(guān)噪聲卻無能為力。而相關(guān)噪聲主要存在于自功率譜中。因此，要減小相關(guān)噪聲的影響，在式(3)的計算中就要盡量避免自功率譜的參與。為此，本文選用了互參考方法來處理數(shù)據(jù)，并驗證了這種方法是可行的，經(jīng)濟的。

當(dāng)兩觀測點相距較遠時，則兩觀測點間電磁分量中的噪聲一般滿足相互獨立這個條件。根據(jù)大地電磁測深中磁信號在相當(dāng)一段距離范圍內(nèi)變化緩慢，主要反映地電構(gòu)造的是電場信號這一特點(晉光文等，1982)，因此人們選用互參考點處的磁場信號作為該測點處的磁分量來估算張量阻抗值，此時一般有:

其中*表示復(fù)共軛;＜＞表示多組數(shù)據(jù)的平均;r表示參考點;s和n表示信號和噪聲;rs和rn分別表示參考點和噪聲(陳高，2001)。

通常，對于二維介質(zhì)可以寫出以磁道為參考的張量阻抗的表達式:

從式(5)中可以得到，每一對互功率譜的表達式中均含有互參考道的磁分量，只要在互參考點和測量點上噪聲的特性滿足是非相關(guān)的，即實際工作中兩點間的距離足夠大，互參考處理便能有效地抑制電噪音和磁噪音的影響(肖曉等，2011)，得以提高張量阻抗的計算精度。

2 參考道選擇處理效果應(yīng)用研究

為了研究參考道選擇處理效果，本文采用了不同參考距離下的本地電參考，本地磁參考，互參考磁道及互參考電道作為參考信號處理數(shù)據(jù)的視電阻率曲線及相位曲線來綜合評價不同參考道處理效果。

首先根據(jù)《中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準——大地電磁測深法技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于大地電磁測深法的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價標準的規(guī)定，對工區(qū)中的實測MT數(shù)據(jù)進行了質(zhì)量評價。得出了數(shù)據(jù)一級、二級、三級等分類數(shù)據(jù)。

本次測區(qū)共布設(shè)十四條測線，均為東南方向，并且本測區(qū)同時用2臺V8工作站及3臺V5對各測線進行測量工作，滿足不同參考道在不同距離情況下選擇要求。下文中的A—M分別代表測區(qū)的第1至第14條測線。

2.1 A002點(一級)以A006(一級)點為互參考點

兩點相距1 km，分別做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理，對比處理后的視電阻率及相位曲線。如圖1所示，為A002點做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理后TE，TM模式下視電阻率及相位曲線圖。

(1)本地參考處理與互參考處理對比，視電阻率及相位曲線大致相同，但互參考處理后，視電阻率及相位曲線高頻數(shù)據(jù)有所改善，中頻曲線基本相同。分析原因，在這段頻段范圍內(nèi)，大地電磁信號微弱，互參考點與處理點間距離太近，信號不滿足不相關(guān)條件，因而對數(shù)據(jù)結(jié)果影響不大。

(2)采用磁場作為參考信號與采用電場作為參考信號的處理結(jié)果比較，兩者均是數(shù)據(jù)得到了改善，所得曲線形態(tài)大致一致，但電場參考的中低左右，數(shù)據(jù)離差較大，曲線形態(tài)不如磁參考結(jié)果清晰。

圖1 A002點采用A006做互參考與采用本地參考下的TE及TM模式的視電阻率及相位曲線圖對比圖Fig.1 Comparison of the apparent resistivity and phase curves of TE and TM modes of the A002 points use A006 after mutual reference and use the local reference

2.2 A002(一級)以F039(一級)點為互參考點

兩點相距10 km。分別做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理，對比處理后的視電阻率及相位曲線。如圖2所示，為A002點做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理后TE，TM模式下視電阻率及相位曲線圖。

(1)經(jīng)互參考處理比經(jīng)本地參考處理后的視電阻率及相位曲線整體圓滑很多，數(shù)據(jù)蹦跳點基本消除，數(shù)據(jù)平滑度很高，數(shù)據(jù)得到明顯改善，說明互參考壓制了局部電磁干擾，且經(jīng)分析有兩點相距10 km，滿足信號相關(guān)性，說明了互參考的正確性。故在滿足信號相關(guān)性情況下，互參考效果比本地參考處理效果好很多，應(yīng)選用互參考處理數(shù)據(jù)。

(2)采用磁場作為參考信號與采用電場作為參考信號的處理結(jié)果比較，磁道作為參考信號使數(shù)據(jù)曲線改善更大，曲線形態(tài)比電參考結(jié)果清晰，特別是在中低頻情況下，電場參考的數(shù)據(jù)離差較大，分析有磁參考數(shù)據(jù)的信噪比電參考的信噪比大，且磁場更穩(wěn)定，故一般選用磁場作為參考系。

2.3 A002(一級)以M048(二級)為互參考點，兩點相距20 km

分別做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理，對比處理后的視電阻率及相位曲線。如圖3所示，為A002點做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理后TE，TM模式下視電阻率及相位曲線圖。

(1)A002為一級點經(jīng)過以M048二級點互參考處理后，曲線的整體形態(tài)均有不同程度下降，視電阻率及相位曲線圓滑程度變差，只有在高頻時有所改善，經(jīng)分析有:①高頻數(shù)據(jù)采樣相對較多，抗干擾能力強，因此高頻有所改善，說明互參考壓制了局部電磁干擾，并對高次諧波起到了消除壓制作用;②在中低頻段范圍內(nèi)，大地電磁信號相當(dāng)微弱，參考點M048數(shù)據(jù)質(zhì)量相當(dāng)較差，受干擾程度相對嚴重，造成A002點視電阻率及相位曲線圓滑程度下降。

(2)采用互參考與采用本地參考對比發(fā)現(xiàn)，本地參考處理效果比比互參考處理效果更好，曲線相對圓滑，且磁參考相對電參考效果更好，故此時應(yīng)選用本地磁參考作為參考道。

圖2 A002點采用F039做互參考與采用本地參考下的TE及TM模式的視電阻率及相位曲線圖對比圖Fig.2 Comparison of the apparent resistivity and phase curves of TE and TM modes of the A002 points use F039 after mutual reference and use the local reference

圖3 A002點采用M048點做互參考與采用本地參考下的TE及TM模式的視電阻率及相位曲線圖對比圖Fig.3 Comparison of the apparent resistivity and phase curves of TE and TM modes of the A002 points use M048 after mutual reference and use the local reference

2.4 G044(二級)以N046(一級)點為互參考點，兩點相距30 km

分別做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理，對比處理后的視電阻率及相位曲線。如圖4所示，為G044點做本地電參考，磁參考及互參考電道及互參考磁道處理后TE，TM模式下視電阻率及相位曲線圖。

(1)二級點經(jīng)一級點互參考后比采用本地參考處理結(jié)果好，視電阻率及相位曲線變好，整體形態(tài)明顯改善，尤其在中低頻數(shù)據(jù)質(zhì)量提高較多，分析原因有，參考點較被參考點數(shù)據(jù)質(zhì)量高，在中低頻段，壓制了噪聲，提高了電道信噪比，改善了視電阻率及相位曲線的形態(tài)，說明了互參考的正確性。

(2)采用磁場作為參考信號比采用電場作為參考信號的處理結(jié)果更好，曲線更為平滑，且用互參考磁道作為參考信號更為好，故此時應(yīng)用互參考磁場作為參考信號。

圖4 G044點采用N046點做互參考與采用本地參考下的TE及TM模式的視電阻率及相位曲線圖對比圖Fig.4 Comparison of the apparent resistivity and phase curves of TE and TM modes of the G044 points use N046 after mutual reference and use the local reference

綜合以上各圖分析可知，采用磁場作為參考信號比采用電場作為參考信號效果更好，曲線更為平滑，若滿足互參考條件，互參考磁場效果比采用本地磁參考更好，且互參考點應(yīng)該選擇干擾源的電磁噪聲水平相對較低的地方;若用二級點作為互參考點會影響處理效果，故處理前應(yīng)對工區(qū)的MT數(shù)據(jù)進行質(zhì)量評價?；⒖继幚砟芑鞠筛蓴_引起的數(shù)據(jù)蹦跳現(xiàn)象，使曲線的連續(xù)性明顯優(yōu)于常規(guī)處理后的結(jié)果，說明互參考能消除電磁噪聲，提高電磁信噪比從而改善數(shù)據(jù)質(zhì)量，實踐表明互參考的MT觀測方法是可行的、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)處理方法。

3 結(jié)論

(1)互參考處理是提高強干擾區(qū)大地電磁法實測資料質(zhì)量的一種有效方法，不僅可以消除不相關(guān)的電磁噪音，也可以同時消除同源相關(guān)電磁噪音，有效抑制來自工業(yè)用電的50 Hz干擾。使MT資料的電道信噪比以及視電阻率和相位曲線均有不同程度的改善，使參考處理結(jié)果更趨于客觀、真實。

(2)通過對比磁參和電參發(fā)現(xiàn)在選用磁道作為參考信號時對數(shù)據(jù)的平滑效果更好。故以后處理的數(shù)據(jù)都選用磁道作為數(shù)據(jù)的參考信號。

(3)若滿足信號相關(guān)性，選用互參考作為參考信號處理數(shù)據(jù)質(zhì)量更好，曲線更圓滑。若不滿足信號相關(guān)性，用本地磁場做參考信號。

(4)互參考道的距離遠近，決定了對不同頻段的數(shù)據(jù)的改善程度，根據(jù)信號不相關(guān)條件與趨膚深度的關(guān)系，我們在處理數(shù)據(jù)的時候應(yīng)加以區(qū)別對待。

(5)在進行了數(shù)據(jù)質(zhì)量評價之后，應(yīng)選擇一級點作為參考點，二級點、三級點數(shù)據(jù)由于受到了嚴重的干擾，以它們?yōu)榛⒖键c處理會降低數(shù)據(jù)質(zhì)量，使用一級參考點對二、三級數(shù)據(jù)進行互參考也能改善數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

(6)客觀地說任何一種去噪方法都不是萬能的，實測原始數(shù)據(jù)的品質(zhì)好壞仍然是各種去噪處理的基礎(chǔ)。采用了新的去噪方法不等于可以忽視野外測點的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，只有兩者有機地結(jié)合起來才能取得更好的結(jié)果，為地礦工作者提供更準確的信息。

陳高.2001.大地電磁測深遠參考技術(shù)及應(yīng)用效果［J］.石油地球物理勘探，40(3):112.

鄧前輝.1982.互功率譜法在大地電磁阻抗張量估算中的應(yīng)用［J］.石油地球物理勘探，(4):57-64.

金德均，樓凱峰.2009.Eh4電磁成像系統(tǒng)在蘭田張隧道勘察中的應(yīng)用［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，32(2):157-160.

晉光文，王家映.1982.一種大地電磁張量阻抗的計算方法［J］.地球物理學(xué)報，25(增刊):650-559.

邵飛，陳曉明，徐恒力，等.2008.相山鈾礦田成礦物質(zhì)來源探討［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，31(1):39-44.

肖曉，湯井田.2011.廬樅礦集區(qū)大地電磁探測及電性結(jié)構(gòu)初探［J］.地質(zhì)學(xué)報，85(5):873-836.

嚴家斌.2003.大地電磁信號處理理論及方法研究［D］.長沙:中南大學(xué).

張全勝，王家映.2004.大地電磁測深資料的去噪方法［J］.石油地球物理勘探，(增刊):17-23.

張全勝，楊生.2002.大地電磁測深資料去噪方法應(yīng)用研究［J］.石油勘探，41(4):493-499.

Wei Wenbo，Ulrich，Jhons A G.2001.Detection of Widespread Fluids in the Tibetan Crust by Magnetotelluric Studies［J］.Science，292:716-718.