肖 希 蔣曉斌 朱 園

(長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院， 武漢 430100)

大地電磁測(cè)深法(簡(jiǎn)稱MT方法)是在地面上觀測(cè)具有區(qū)域性乃至全球性分布特征的天然交變電磁場(chǎng)頻率域來(lái)研究地下巖層的電學(xué)性質(zhì)及其分布特征的一種勘探方法[1]。在野外開(kāi)展MT方法時(shí)需要采集大量的數(shù)據(jù)信息，尤其是在施工地理環(huán)境復(fù)雜、人文噪聲難以避免的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的“預(yù)判”和“深加工”顯得尤為重要。目前在電法勘探領(lǐng)域中鳳凰公司的V系列產(chǎn)品被國(guó)內(nèi)各大高校以及地勘單位廣泛應(yīng)用，因此本文以MT原始資料在V5 System 2000系列軟件(WinHost、WinTabEd、SSMT 2000和MTEditor)中的處理過(guò)程為主軸介紹軟件的使用步驟及機(jī)理。

1 MT資料處理的目的

MT法主要記錄的是電磁波反射在地表上的相互正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng)分量，需要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理才能取得可靠的張量阻抗要素、相位、視電阻率以及其他相關(guān)的大地電磁相應(yīng)函數(shù)，供資料正、反演使用。在20世紀(jì)60年代以前MT法主要是基于法國(guó)學(xué)者Cagniard(1953)和蘇聯(lián)學(xué)者Tikhonov(1950)水平層狀標(biāo)量理論來(lái)處理和解釋大地電磁資料，但由于實(shí)際地質(zhì)復(fù)雜、數(shù)據(jù)一致性差使得解釋結(jié)果與真實(shí)地質(zhì)構(gòu)造不一致。之后MT法在經(jīng)過(guò)近50 a的發(fā)展，引入了張量阻抗理論、靜態(tài)校正方法以及遠(yuǎn)參考技術(shù)才從理論上得以突破，進(jìn)而逐步接近實(shí)際的介質(zhì)模型[2]。

2 MT資料的野外采集

MT法需要采集大量的地電信息，因而對(duì)儀器進(jìn)行最優(yōu)配置以獲取優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)是勘探工作的重要內(nèi)容。本文所使用的電法系統(tǒng)是加拿大鳳凰公司研制的V5-2000系統(tǒng)，表1為此示例需要使用的MT法勘探儀器設(shè)備清單。

表1 MT法勘探儀器設(shè)備清單

2.1 儀器的標(biāo)定

在野外，勘探儀器傳感器所記錄的大地電磁信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換后按一定的格式記錄在CF存儲(chǔ)卡中，若將記錄數(shù)據(jù)換算成真實(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，需要知道儀器各道的格值和相位移特性。為此需要對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定處理，即給儀器輸入一定頻率的已知信號(hào)并記錄，求出所記錄到正弦波的振幅和初相位。

標(biāo)定方法(以標(biāo)定磁探頭為例)[3]：(1)將GPS、GND、電源、數(shù)據(jù)、磁探頭線正確連接到盒子MTU-5 3066上(通常編號(hào)小的連接Hx，編號(hào)大的連接Hy；即Hx — 1306，Hy — 1307 )；(2)埋設(shè)好磁探頭，最好在防風(fēng)、避光及機(jī)動(dòng)車少的地方；(3)鎖定衛(wèi)星后，在負(fù)責(zé)監(jiān)控的計(jì)算機(jī)中操作并運(yùn)行Phoenix GeopHysics MTU Host Software->WinHost-Online軟件；(4)在WinHost主窗口左上方的System Request組合框內(nèi)選擇Setup模式；(5)在WinHost的右下角的每個(gè)Coil Serial#(針對(duì)MTU)輸入8個(gè)字符的標(biāo)定文件名，Hx Coil Serial#COIL1306，Hy Coil Serial#COIL1307，Hz Coil Serial#COIL0000，在反演時(shí)用二維反演技術(shù)將Hz置空；(6)為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，可設(shè)置Coil Cal.Multiplier倍增標(biāo)定時(shí)間，一般設(shè)置為2(如果標(biāo)定區(qū)域存在電磁干擾，比如高壓線等，可以將這個(gè)參數(shù)設(shè)置得更高)；(7)在Sensor Type列表里選擇探頭的類型為MTC-50；(8)在System Request組合框里，選擇Coil Calibration開(kāi)始標(biāo)定磁探頭。

資料處理人員可以在“SSMT 2000->View Calibrations”中查看盒子(.CLB)和磁探頭(.CLC)標(biāo)定結(jié)果，標(biāo)定是否合格以在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪出圓滑的標(biāo)定曲線為準(zhǔn)。圖1為磁探頭COIL1306.CLC的標(biāo)定曲線。

圖1 磁探頭COIL1306.CLC的標(biāo)定曲線

2.2 開(kāi)機(jī)參數(shù)文件Startup.TBL的制作

建立開(kāi)機(jī)參數(shù)文件目的在于使儀器開(kāi)機(jī)后自動(dòng)進(jìn)入已經(jīng)根據(jù)地形情況設(shè)定好相關(guān)參數(shù)的記錄(或標(biāo)定)狀態(tài)，建議將System Request設(shè)置為Record模式。

制作方法：(1)運(yùn)行Phoenix GeopHysics MTU Host Software->WinTabEd軟件，此時(shí)不需要連接到盒子，在計(jì)算機(jī)上操作即可；(2)在System Request組合框選中Record模式；(3)設(shè)置增益(E Gain和H Gain)參數(shù)，正確的增益參數(shù)取決于測(cè)點(diǎn)周圍的信號(hào)和噪聲情況，一般情況下設(shè)置為Normal Gain。當(dāng)噪音高時(shí)應(yīng)該設(shè)為Weak，反之設(shè)為Strong，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，使用WinHost在線監(jiān)控Saturated records數(shù)目，在采集早期若飽和點(diǎn)數(shù)目的比例大于2%時(shí)，可以考慮調(diào)低增益；(4)低通濾波器Low Pass Filter參數(shù)由接地電阻的大小作為選取標(biāo)準(zhǔn)，接地電阻越大，需要的濾波器越弱，一般而言將濾波器設(shè)置為Weak可有效減小噪音；(5)選擇人為關(guān)機(jī)結(jié)束采集可靈活控制采集時(shí)間；(6)北參考選用磁北Magnetic，在野外時(shí)不需要作磁偏角校正計(jì)算，Declination置空即可；(7)我國(guó)供電頻率為50 Hz，所以設(shè)置輸電線濾波器為50 Hz以減弱同頻信號(hào)的干擾；(8)MT法測(cè)量時(shí)電道和磁道的耦合參數(shù)都應(yīng)該設(shè)置為DC；(9)因?yàn)镸T施工期長(zhǎng)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)參數(shù)相同，所以采樣日期通常設(shè)置為施工方案中計(jì)劃工期的超集，比如計(jì)劃工期為20130601 — 20130701，參數(shù)可設(shè)置為Start time:20130501 00:00:00，End time:20131001 00:00:00；(10)采樣參數(shù)一般是標(biāo)準(zhǔn)配置“1-8-1”，即高頻和中頻段的單時(shí)間片為1 min和8 min，控制時(shí)間片為1 min。

Startup.TBL其他的測(cè)量參數(shù)均可置空，后期在SSMT 2000->Edit TBL根據(jù)實(shí)際測(cè)量補(bǔ)齊即可。

2.3 測(cè)點(diǎn)儀器布設(shè)

野外布站要充分考慮實(shí)際地形、地貌和地質(zhì)特征，合理選取“十”字、T形或L形布極。由于大地電磁場(chǎng)的磁道信號(hào)在一個(gè)區(qū)域內(nèi)比較穩(wěn)定，出于采集成本因素的考慮可采用中間5道盒子，兩邊2道盒子的布設(shè)方式，即兩邊的盒子(電站：編號(hào)1176、1148)可以共用中間盒子(磁站：編號(hào)3066)的兩道磁信號(hào)，且可提高布設(shè)效率，延長(zhǎng)采集時(shí)間。

3 MT資料的室內(nèi)編輯

3.1 單頻疊加因子的計(jì)算

利用SSMT 2000資料處理軟件對(duì)MT時(shí)間序列的電場(chǎng)和磁場(chǎng)資料進(jìn)行處理[4]。處理的步驟為：首先，載入各個(gè)電道和磁道的采樣值，包括時(shí)間序列文件和標(biāo)定文件，測(cè)點(diǎn)參數(shù)；其次，以GPS時(shí)間數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)在不同的道中截取相同時(shí)間段的電、磁場(chǎng)值，計(jì)算自功率譜和互功率譜，生成傅立葉因子；最后，對(duì)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)用Robust程序進(jìn)行再處理，計(jì)算80個(gè)頻率點(diǎn)上的視電阻率和相位(頻率范圍是360～0.000 4 Hz)，導(dǎo)出含有多項(xiàng)電磁參數(shù)的單頻疊加因子(Crosspower)。

SSMT 2000軟件使用方法[5]：(1)運(yùn)行Phoenix GeopHysics->SSMT 2000軟件；(2)在文件選擇面板上選中點(diǎn)位信息Site Parameters(TBL)并標(biāo)定文件(BoxSensor Calibration)，存放文件的路徑文件夾不宜太深，使用英文命名以避免不可預(yù)知的錯(cuò)誤；(3)選中測(cè)點(diǎn)文件(可多選)，點(diǎn)擊工具欄上的Edit TBL 進(jìn)行編輯，需要編輯的內(nèi)容主要有測(cè)點(diǎn)名稱(Site Name，比如MT002)、經(jīng)緯度(LongitudeLatitude，保留三位有效數(shù)字，另外新系統(tǒng)的TBL有時(shí)格式不正確，需要改成標(biāo)準(zhǔn)樣式，比如29:23.033,N或111:03.829,E)、電極距離(Ex、Ey，根據(jù)野外實(shí)測(cè)班報(bào)記錄填寫(xiě)，單位為米)、磁道序列號(hào)(如果測(cè)點(diǎn)沒(méi)有磁道需要置空此欄)，其他的信息默認(rèn)即可，在Taggle Fields中也可以查閱此次采集的詳細(xì)電磁參數(shù)；(4)點(diǎn)擊View Time查看采集時(shí)間，通常采集時(shí)間越長(zhǎng)，記錄的電磁信號(hào)的迭代次數(shù)越多，測(cè)點(diǎn)曲線效果越好(尤其是低頻)，在同時(shí)處理多個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)同時(shí)間段的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算；(5)點(diǎn)擊Make PFT可以編輯設(shè)置傅立葉變換參數(shù)文件(PFT)，此時(shí)可同時(shí)選擇多個(gè)測(cè)點(diǎn)生成PFT文件，而且文件的命名有其特有的規(guī)則，MT法中通常選用MT55DN4D.PFT；對(duì)于一般的處理，其他參數(shù)可不變，但是處理時(shí)間(Processing times)最好設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間的子集，即“掐頭去尾”，因?yàn)檫@段時(shí)間內(nèi)施工人員在布線或收線時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲；(6)建立傅立葉變換因子，點(diǎn)擊“TS to FT”對(duì)選中的所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算；頻帶結(jié)果保存在和TBL文件同名的文件中，比如3066619A.fc3、3066619A.fc4、3066619A.fc5、3066619A.fc6；(7)利用Robust方式降低數(shù)據(jù)噪聲，該方法是一種以記錄數(shù)據(jù)誤差大小來(lái)控制數(shù)據(jù)質(zhì)量的加權(quán)最小二乘法。點(diǎn)擊“Edit PRM”編輯Robust參數(shù)，參考道類型選為“Local H”，考慮到1148和1176盒子共用3066的磁道，在測(cè)點(diǎn)的TBL設(shè)置上應(yīng)將1148.TBL和1176.TBL的“Hx and Hy”設(shè)置成3066.TBL，“Hz”置空，每設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)都應(yīng)該點(diǎn)擊“Save Parameters file”保存到指定目錄，其他參數(shù)通常不必設(shè)置；(8)同時(shí)選中“Processing Parameters”中所有的PRM文件，點(diǎn)擊“Process”進(jìn)行傅立葉變換生成Crosspower數(shù)據(jù)。

資料經(jīng)過(guò)上述處理后，在導(dǎo)出的Crosspower中含有視電阻率、相位和其他的曲線信息，文件名即為MT002.MTL，MT002.MTH，同時(shí)為后續(xù)的MTEditor曲線編輯工作提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式基礎(chǔ)。

3.2 測(cè)點(diǎn)曲線的編輯

MTEditor是以SSMT 2000數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的單頻疊加因子作為輸入?yún)?shù)的圖形處理軟件。通過(guò)它能夠查看所有測(cè)點(diǎn)視電阻率、阻抗相位曲線、相干因子等信息，更重要是可以在其中編輯圓滑曲線使得實(shí)測(cè)資料更具科學(xué)性(原始資料的某些頻點(diǎn)會(huì)因干擾而出現(xiàn)錯(cuò)誤)。編輯時(shí)應(yīng)關(guān)注曲線形態(tài)及其沿測(cè)線方向的連續(xù)變化情況，輔助參考相鄰測(cè)點(diǎn)的曲線剔除“飛點(diǎn)”，使其不參加疊加計(jì)算。

在MTEditor軟件中有很多的功能參數(shù)說(shuō)明，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)在地球物理解釋軟件WinGLinkTM中精細(xì)完成平滑工作，而它只作為數(shù)據(jù)的預(yù)處理使用，以下介紹其操作方法：(1)打開(kāi)(Open Site)Crosspower文件，同時(shí)選中“MT002.MTL，MT002.MTH”導(dǎo)入數(shù)據(jù)；(2)單擊Processing工具欄中的“編輯”指令，顯示出改點(diǎn)視電阻率曲線和每個(gè)頻點(diǎn)的疊加因子；(3)先激活Editing Mode工具欄上的刪除或撤銷操作，然后通過(guò)Cursors工具欄上的按鈕編輯選中頻點(diǎn)的Crosspower，“Pointer”表示放大圖片，“Hand”表示單點(diǎn)編輯、“Two Vertical Lines”表示組處理等。另外，編輯時(shí)應(yīng)對(duì)每個(gè)頻點(diǎn)的誤差棒和部分偏離正常范圍的Crosspower進(jìn)行評(píng)估，采用手動(dòng)編輯和自動(dòng)編輯相結(jié)合方式圓滑曲線；(4)點(diǎn)擊“File->ExportTo”導(dǎo)出通用標(biāo)準(zhǔn)的EDI文件，如MT002.edi，此文件可被多個(gè)地球物理正、反演軟件所導(dǎo)入。圖2、3為MT002點(diǎn)的Crosspower經(jīng)過(guò)MTEditor編輯前、后的視電阻率曲線(誤差太大部分可舍去)。

圖 2 測(cè)點(diǎn)MT002視電阻率曲線編輯前

圖3 測(cè)點(diǎn)MT002視電阻率曲線編輯后

4 結(jié) 語(yǔ)

MT法在確定目標(biāo)區(qū)塊主要電性層的埋深和形態(tài)方面，以及劃定勘探“甜點(diǎn)區(qū)”都起到了至關(guān)重要的作用，主要原因在于其自身理論的不斷完善以及資料處理、解釋軟件功能的日益強(qiáng)大。本文結(jié)合V5 System 2000系列軟件在MT資料處理中的應(yīng)用實(shí)例，梳理了鳳凰公司W(wǎng)inHost、WinTabEd、SSMT 2000和MTEditor共4種軟件的使用方法、常用參數(shù)配置以及數(shù)據(jù)傳遞流程，為地勘工作者在對(duì)MT資料的采集、預(yù)處理時(shí)提供參考。

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