郭勇

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心福建總隊）

大地電磁測深資料預(yù)處理方法

郭勇

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心福建總隊）

大地電磁測深資料預(yù)處理的方法主要有對數(shù)據(jù)進行平滑、極化視電阻率的識別、靜態(tài)校正、空間濾波等。對數(shù)據(jù)進行平滑可以降低和消除負(fù)面影響；分析了TE，TM曲線的畸變規(guī)律，認(rèn)識了TE，TM曲線畸變差異；靜態(tài)校正可以減少靜態(tài)效應(yīng)對頻率測深曲線的影響；空間濾波是對曲線進行平滑，減少誤差，提高資料的質(zhì)量。

視電阻率；預(yù)處理

1　研究意義

在野外勘探中，由于地質(zhì)不均勻體、工業(yè)用電、天然電場等隨機干擾的存在，常常使測量數(shù)據(jù)偏離正常值。這些隨機干擾的存在給技術(shù)人員正確解釋資料帶來了困難。對測深資料進行預(yù)處理，可以降低和消除負(fù)面影響，以提高資料的信噪比，還可以減少靜態(tài)效應(yīng)對頻率測深曲線的影響，減少誤差，提高資料的質(zhì)量。資料預(yù)處理對于資料解釋有著很重要的意義。

2　數(shù)據(jù)平滑

在數(shù)據(jù)采集中，為保證精度，采用密集的采樣方式，所測量得到的數(shù)據(jù)可達到幾十萬到幾百萬個點；另一方面，在測量過程中，由于受測量設(shè)備的精度、操作者經(jīng)驗和被測實物表面質(zhì)量等諸多因素的影響，會產(chǎn)生大量的噪聲點，它們的存在影響資料的解釋。為降低和消除這種負(fù)面影響，須對數(shù)據(jù)進行平滑。采用平滑處理方法，應(yīng)力求保持待求參數(shù)所能提供的信息不變。

數(shù)據(jù)的平滑濾波主要有以下三種方式：

（1）中值濾波法。該方法是將最相近的3個點取均值來替代原始點。中值濾波法將采樣點的值取濾波窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)點的統(tǒng)計中值，所以這種方法在消除數(shù)據(jù)毛刺效果較好。假設(shè)相鄰的3點分別為x0，x1和x2，通過中值濾波法平滑獲得點x1′，x1′=（x0+ x1+x2）/3，圖1，其中，虛線所連接的點表示激光掃描所獲得的點，直線所連接的點代表平滑后的點。

圖1　中值濾波法

（2）平均值濾波法。該方法是將采樣點的值取濾波窗口所有數(shù)據(jù)點的平均值來取代原始點，改變點的位置，使點平滑。假使相鄰的3點分別為x0，x1和x2，通過平均值濾波法平沿很列的新點x1′，x1′=（x0+x1+x2）/3，如圖2所示，其中虛線所連的點代表激光掃描得到的點，直線所連的點代表平滑后的點。

圖2　平均值濾波法

（3）高斯濾波法。該方法以高斯濾波器在指定域內(nèi)將高頻的噪聲濾除。高斯濾波法在指定域內(nèi)的權(quán)重為高斯分布，其平均效果較小，在濾波的同時，能較好地保持原數(shù)據(jù)的形貌，因而常被使用。

3　TE，TM極化視電阻率曲線的識別方法

根據(jù)相關(guān)資料的分析可以看出，當(dāng)測點位于地形或局部異常體附近時，地形或局部異常體使大地電磁測深視電阻率發(fā)生畸變，TM曲線畸變要比TE曲線畸變嚴(yán)重。因而，相鄰測點的TE視電阻率曲線之間的相關(guān)程度要比TM曲線之間的相關(guān)程度要好。因此可根據(jù)兩條視電阻率曲線的相關(guān)性來識別TE，TM視電阻率曲線。

對于給定的N組離散數(shù)據(jù)（Xn，Yn），（N2≥n≥N1），要使Xn與αYn相關(guān)。相關(guān)系數(shù)α的大小反映Xn與Yn相關(guān)的程度，可以用誤差能量方法求取相關(guān)系數(shù)：

誤差能量為：

由此得到相對誤差能量：

其中：

根據(jù)許瓦茲不等式，知：

（1）對原始實測視電阻率數(shù)據(jù)進行平滑。

（2）用標(biāo)準(zhǔn)頻率對實測頻點進行插值運算，得到同一頻點數(shù)相對應(yīng)的視電阻率值Rx（yi，j）或Ry（xi，j）。

（3）分別計算各點與相鄰道視電阻率曲線的相關(guān)值，得到4個相關(guān)因子于地形與靜態(tài)偏移的影響，實測的TM極化視電阻率比TE極化視電阻率畸變嚴(yán)重，TE極化視電阻率主要反映區(qū)域構(gòu)造特征，因此，相鄰測點的TE極化視電阻率曲線之間的相關(guān)程度要比TM曲線之間的相關(guān)程度要高。根據(jù)這一特點，4個相關(guān)因子中最大的一個相關(guān)因子所對應(yīng)的兩條視電阻率曲線為TE極化視電阻率曲線，如此循環(huán)按以上步驟計算，識別整條測線的TE與TM極化視電阻率曲線。

4　靜態(tài)效應(yīng)校正

所謂靜態(tài)效應(yīng)是當(dāng)接近地表存在部分導(dǎo)電性不夠均勻的物體時，電流經(jīng)過不均勻體表面從而位于其面上形成“積累電荷”，由此形成一個與外部電流場成正比（比例系數(shù)不會隨頻率變化）的外加電場。它導(dǎo)致實際測量的每個頻率的視電阻率，相比較不存在部分不均勻物體時變化一個系數(shù)。進而導(dǎo)致繪于雙對數(shù)標(biāo)系中的頻率測深曲線，順著視電阻率軸（即縱軸）發(fā)生上下平移，當(dāng)部分不均勻物體為低阻體時，測深曲線向下平移；而若為高阻體，則向上平移。

首先確定工作區(qū)的地電條件，選取一個在工作區(qū)域內(nèi)電阻率、深度和厚度都相對穩(wěn)定的電性層，并且大概估算其在頻率測深線上相對應(yīng)的頻段（設(shè)為fm～fn，共n-m+1個）。之后計算每個測深點在該頻段范圍內(nèi)實際測量的視電阻率的幾何平均值：式中：ρsi（fj）為第i個測深點在第j個頻率（fj）的視電阻率實際測量值，i為測深點號。

之后，將一濾波函數(shù)F作數(shù)字濾波運算與相接近的幾個測深點（設(shè)為D=2L+1個）的平均視電阻率ρa，計算出平均視電阻率的濾波值：?

式中，D=2L+1為濾波窗口寬度；Fk為一低通濾波器的濾波系數(shù)；計算出的結(jié)果ρLi記在濾波窗口i上。

最后，把各個測點（設(shè)為第i點）的均視電阻率ρai去除以濾波值ρLi，得到靜校正系數(shù)：

以此系數(shù)乘相應(yīng)測點每個頻點的視電阻率實際測量值ρsi（fj），便得靜校正的視電阻率：

5　空間濾波

在勘探中，由于地質(zhì)不均勻體、工業(yè)用電、天然電場等隨機干擾的存在，常常使測量數(shù)據(jù)偏離正常數(shù)值，表現(xiàn)為視電阻率等值線上為雜亂無章的振動或鋸齒狀跳變，嚴(yán)重的會出現(xiàn)突變點或虛假點。這些隨機干擾的因素存在使得視電阻率不能良好的反應(yīng)地質(zhì)上異常，就會給技術(shù)人員正確解釋資料帶來了干擾，應(yīng)對原始數(shù)據(jù)中的干擾信號加以濾除，以提高資料的信噪比。

利用空間濾波法原理作為隨機噪聲影響處理的基本出發(fā)點，認(rèn)為由地下地質(zhì)體引起的視電阻率沿測線的變化是平緩漸變的，那么我們就可以利用一種叫做“中值空間濾波”的方法，對含有干擾的數(shù)據(jù)進行處理。

中值空間濾波算法的具體步驟如下：

首先，選擇在同一個剖面深度的視電阻率值的幾何平均：

式中：ρsj為實測視電阻率值；ρsi為第i個剖面深度上由第m至n視電阻率的平均值，稱平均視電阻率。在矩型斷面里，測線不是太長的狀態(tài)下，可以令m=1，也就是當(dāng)測線短，數(shù)據(jù)量不大時，取首尾（m=1～n）的所有數(shù)據(jù)參與進行運算；在倒梯型斷面里，應(yīng)用一種遞歸數(shù)據(jù)處理程序常用在施倫貝謝爾裝置數(shù)據(jù)采集方式。當(dāng)程序開始運行時，某個剖面深度上的數(shù)據(jù)求平均值之后，下個剖面深度上的數(shù)據(jù)自動減少兩個再次進行下一步的運算，由此可知m=m+1，n=n-1，n>m。見圖3。

圖3　演算示意圖

利用另外一種非線性濾波就是中位數(shù)法。先分析視電阻率斷面圖上的等值線變化情形，與測區(qū)地質(zhì)資料相結(jié)合，選取多個近似位于同一電性層內(nèi)的數(shù)據(jù)求出幾何平均值，并按從大到小的順序排列；再選擇“中位數(shù)”（位于正中間的數(shù)值）用作電性層的背景值ρL。依據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)多次實驗計算出的結(jié)果，選出背景值ρL也就是每條測線里所有視電阻率幾何平均值的中位數(shù)。用每個剖面的平均視電阻率ρsi除以得到的中位數(shù)背景值ρL，得到系數(shù)Ki：

最后，以此校正系數(shù)Ki乘以相應(yīng)剖面上的實際測量的視電阻率值，便得到經(jīng)過濾波校正后的視電阻率值ρsi′。

6　結(jié)束語

通過對大地電磁測深資料預(yù)處理，更進一步的理解和掌握了大地電磁測深資料預(yù)處理的方法。在野外勘探中，由于地質(zhì)不均勻體、工業(yè)用電、天然電場等隨機干擾的存在，常常使測量數(shù)據(jù)偏離正常值。這些隨機干擾的存在給技術(shù)人員正確解釋資料帶來了困難，所以應(yīng)對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以提高資料的信噪比。對數(shù)據(jù)進行平滑可以降低和消除負(fù)面影響，以得到精確的模型和高質(zhì)量的特征提取效果。大地電磁測深資料預(yù)處理中的另一項重要工作是正確識別TE，TM極化視電阻率曲線。通過分析了TE，TM曲線的畸變規(guī)律，認(rèn)識了TE，TM曲線畸變差異。再對TE，TM曲線進行靜態(tài)校正，可以減少靜態(tài)效應(yīng)對頻率測深曲線的影響。如果靜態(tài)效應(yīng)的影響依然很多或由于數(shù)據(jù)質(zhì)量太差導(dǎo)致一些雜亂無序的曲線，此時就可以使用空間濾波的辦法對曲線進行平滑。減少誤差，提高資料的質(zhì)量。資料預(yù)處理對于資料解釋有著很重要的意義。

[1]張翔，胡文寶，嚴(yán)良俊，等.大地電磁測深中的地形影響與校正[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報，1999，21（1）：37～41.

[2]張翔.大地電磁測深資料的TE，TM極化視電阻率曲線識別研究.江漢石油學(xué)院地球物理勘探系，434102.

[3]羅延鐘，何展翔，馬瑞伍，等.可控源音頻大地電磁法的靜態(tài)效應(yīng)校正.物探與化探，1991，6.

[4]陳樂壽，劉任，王天生.大地電磁測深資料處理與解釋.石油工業(yè)出版社，1989.

P631.325

A

1673-0038（2015）30-0274-02

2015-7-10