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        音頻大地電磁遠(yuǎn)參考點(diǎn)信號特征及遠(yuǎn)參考大地電磁法在信號處理中的應(yīng)用研究

        2019-10-08 05:26:08辛?xí)?/span>
        關(guān)鍵詞:參考點(diǎn)電磁場頻帶

        辛?xí)?/p>

        (承德石油高等專科學(xué)校 計(jì)算機(jī)與信息工程系,河北 承德 067000)

        音頻大地電磁測深法(AMT)是利用天然場源勘探的一種方法,其場源相對較弱,易受人文因素干擾[1-3]。干擾信號主要包括尖脈沖干擾、高壓輸電線干擾、寬頻帶強(qiáng)能量干擾、方波干擾等。這些電磁噪聲干擾使AMT數(shù)據(jù)頻點(diǎn)離差大變大、飛點(diǎn)、視電阻率-相位曲線形態(tài)突變等。特別是中、低頻段數(shù)據(jù)質(zhì)量較差[4-5]。1978年,國外學(xué)者提出的遠(yuǎn)參考大地電磁法(Remote Reference MT,簡稱 RRMT)具有重要意義,其利用遠(yuǎn)參考點(diǎn)與測點(diǎn)之間噪聲的不相關(guān)性特征為依據(jù),通過阻抗估計(jì)進(jìn)而壓制隨機(jī)噪聲的干擾[6-7]。國內(nèi)對遠(yuǎn)參考方法的應(yīng)用進(jìn)行了很多的研究。在南方強(qiáng)干擾地區(qū)應(yīng)用遠(yuǎn)參考技術(shù)進(jìn)行的大地電磁實(shí)測工作,有效改善了中低頻數(shù)據(jù)質(zhì)量,同時使用robust方法聯(lián)合進(jìn)行阻抗估算取得了較好的效果[8]。遠(yuǎn)參考法數(shù)據(jù)采集、野外如何選擇遠(yuǎn)參考點(diǎn)工作站位置以及遠(yuǎn)參考法應(yīng)用效果分析等,國內(nèi)許多學(xué)者也做了大量的研究[9-13];他們從不同角度闡述了遠(yuǎn)參考方法的原理,討論了其在壓制各種噪聲干擾方面所達(dá)到的效果,本文基于國內(nèi)外研究成果為基礎(chǔ),通過實(shí)測遠(yuǎn)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)分析,進(jìn)行總結(jié)歸納,為野外生產(chǎn)實(shí)際提供技術(shù)依據(jù),具有重要的意義。

        1 遠(yuǎn)參考法原理

        遠(yuǎn)參考大地電磁測深法,其利用遠(yuǎn)參考點(diǎn)與測點(diǎn)之間噪聲的不相關(guān)性為依據(jù),即兩觀測點(diǎn)相距較遠(yuǎn)時,兩觀測點(diǎn)間電磁分量中的噪聲一般滿足相互獨(dú)立即不相關(guān)。同時大地電磁測深中磁信號在相當(dāng)一段距離范圍內(nèi)變化緩慢這一特點(diǎn),人們提出了將一遠(yuǎn)參考點(diǎn)處磁信號作為測點(diǎn)處的磁分量來估算張量阻抗,此時一般有

        〈HyrHyr*〉=〈HyrsHyrs*〉=〈HysHys*〉

        (1)

        〈ExHyr*〉=〈HyrsExs*〉=〈ExsHys*〉

        (2)

        〈HyrnHyn*〉=0

        (3)

        其中,下標(biāo)r代表參考點(diǎn),s和n代表信號和噪聲,rs和rn代表參考點(diǎn)的信號和噪聲。通常,對于二維介質(zhì)可以寫出以磁場為參考的張量阻抗的表達(dá)式

        (4)

        (5)

        (6)

        (7)

        其中

        D=〈HxHxr*〉〈HyHyr*〉-〈HxHyr*〉〈HyHxr*〉

        (8)

        從式(4)、(5)、(6)和(7)中可以看出,每一對互功率譜均包含參考道的磁場分量,在滿足勘探深度的前提下,遠(yuǎn)參考點(diǎn)和測量點(diǎn)相應(yīng)頻段范圍內(nèi)噪聲的特性是非相關(guān)的,遠(yuǎn)參考處理便能改善數(shù)據(jù)質(zhì)量,提高阻抗張量估算精度[6-7]。

        2 遠(yuǎn)參考距離及遠(yuǎn)參考站的選擇

        實(shí)際上大地電磁法的電磁場信號總場為一次場與二次場之和,同時又由于二次場是一次場激勵的,所以有只要實(shí)測點(diǎn)和遠(yuǎn)參考點(diǎn)的一次場相關(guān)就可滿足信號相關(guān)的條件,而與參考道所處地下地質(zhì)特征無關(guān)。實(shí)際上噪音和信號的劃分是相對的。在大地電磁法中將不滿足平面波特征的電磁波歸為噪音,因此選擇的遠(yuǎn)參考站要在干擾小,人文噪聲弱的地區(qū),這樣就保證電磁場數(shù)據(jù)平穩(wěn),波形無畸變,頻域阻抗各頻點(diǎn)功率譜數(shù)據(jù)穩(wěn)定,無明顯跳變,視電阻率、相位曲線光滑平穩(wěn),誤差棒小[7]。

        3 遠(yuǎn)參考點(diǎn)特征分析

        本文分別對高頻TS2(采樣率:24000)、中頻TS3(采樣率:2400)和低頻TS4(采樣率:150)從時間序列、頻譜及相干度進(jìn)行詳細(xì)分析,歸納出典型遠(yuǎn)參考點(diǎn)特征。

        由圖1(a)~圖3(a)可見,時間序列顯示電磁場信號緩慢變化,符合大地電磁信號特征,并且無明顯噪聲干擾的波形;圖1(b)~3(b)顯示電磁場頻譜量級一致,無明顯震蕩,僅在50 Hz及其諧波處頻譜極大值明顯以及“死頻帶”存在干擾,分析由于“死頻帶”電磁場信號較弱所致;圖1(c)~3(c)顯示相干度接近1,僅在50 Hz處以及“死頻帶”相干度較差,分析由于“死頻帶”電磁場信號較弱所致。

        4 視電阻率相位曲線特征

        圖4左顯示遠(yuǎn)參考點(diǎn)視電阻率-相位曲線光滑連續(xù),圖4右顯示頻點(diǎn)功率譜數(shù)值基本一致,表明遠(yuǎn)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)反映的是地下的無偏阻抗信息。

        綜上所述,遠(yuǎn)參考點(diǎn)時間序列電磁場信號無明顯非天然場信號特征,電磁場信號平穩(wěn)變化,頻譜無明顯震蕩,僅在“死頻帶”、50Hz及其諧波存在震蕩,所有頻點(diǎn)相干度接近1,僅在“死頻帶”相干度較差。

        5 遠(yuǎn)參考大地電磁法應(yīng)用

        圖5(a)為數(shù)據(jù)點(diǎn)原始卡尼亞電阻率-相位曲線圖,圖中10~0.35 Hz頻段Rxy視電阻率曲線畸變,呈近似45°抬升,相位趨于零,為典型近源干擾特征;Ryx視電阻率曲線飛點(diǎn)較多,分析受較強(qiáng)電磁干擾造成,整體視電阻率曲線不光滑,存在較多飛點(diǎn),數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。如圖5(b)所示,經(jīng)過遠(yuǎn)參考大地電磁法處理后卡尼亞電阻率-相位曲線10~0.35 Hz頻段Rxy視電阻率曲線得到了壓制,曲線形態(tài)得到了明顯地改善,Ryx視電阻率曲線飛點(diǎn)得到了校正,曲線光滑連續(xù)。

        6 結(jié)論

        1)遠(yuǎn)參考點(diǎn)時域具有典型的大地電磁信號特征。大地電磁信號在時間域變化平穩(wěn),無明顯的躍變。

        2)遠(yuǎn)參考點(diǎn)視電阻率-相位曲線光滑連續(xù),頻點(diǎn)功率譜數(shù)值基本一致,反映地下的無偏阻抗信息。

        3)遠(yuǎn)參考大地電磁法可以有效改善受電磁干擾影響所致的數(shù)據(jù)質(zhì)量,使其反映真實(shí)地下電性特征。

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