（安徽省地球物理地球化學勘查技術院，安徽 合肥 230022）

重磁電算法作為新興的地球物理礦產勘探方法，是地球物理工作者尤為關注和重視的方面。其中以重磁探勘為主，重磁電算法在實際運作中，主要物理基礎為地質體與圍巖之間的磁性差異，并優(yōu)先分辨磁性差異較大的地質體，地質體在地球物理礦產勘查中擁有最大價值，是重磁電算法主要操作對象[1]。當今我國的礦產資源勘查過程中需要利用到重磁法，重磁電算法在找礦時操作簡單，且節(jié)省人力、物力資源，所以受到了世界各地的廣泛關注?；谥卮烹娝惴ǖ牡厍蛭锢淼V產勘查方法設計，能夠提供每種獨立數據圖象中提取的信息，從而完成地球物理礦產勘查。隨著重磁勘探技術的逐日發(fā)展，地球物理礦產勘查邁向了一個新的階段，其探測更為精確，且具有廣闊的應用前景[2]。

1 基于重磁電算法的地球物理礦產勘查方法設計

1.1 分離原始信號

地球物理礦產勘查中一個非常重要的問題，就是怎樣消除或壓制各種噪聲信號，以便重磁信號能被有效保留下來。在基于重磁電算法的地球物理礦產實際勘查中，各種有效信號源為獨立存在方式，由于有效重磁信號與噪聲信號具有不同來源，所以它們的信號屬性也不盡相同，兩者無相關聯系。通過將有效重磁信號和噪聲信號當作獨立信號源，用重磁電算法進行信號分離[3]。在分離時因為噪聲信號能量較小，所以在去噪信號處理中，認為分離結果中能量較大的是有效信號。

1.2 改進重磁電算法閾值

根據分離信號時的特征表現，通過對原始信號進行分離，能夠使有效重磁信號與噪聲信號達到分離的效果。主要分離大振幅的電磁波系數與小振幅的電磁波系數，對系數為零的噪聲信號進行設置，就能獲得濾波后的有效重磁信號，可以將其應用到實際去噪中。為噪聲信號設定一個0值，對電磁波系數進行相應處理，通過小波逆變換的方式，改進重磁電算法閾值，達到去除噪聲信號的目的?？紤]到重磁信號需盡可能保留細節(jié)，所以不宜采用簡單閾值處理方法，需要結合重磁電算法，才能有更為精確的地球物理礦產勘查方法，改進重磁電算法閾值的具體公式如下所示：

在上式(1)中，d為重磁電算法未改進時的閾值，a與b分別為信號標尺度上的上、下極限值。采用重磁電算法對各分辨率層上的重磁信號改進閾值時，首先平移信號區(qū)域內的低頻信號，然后進行小波變換。變換時設噪聲信號為0，并對有效電磁波信號進行算法求導，設此時閾值為D，可得公式如下：

經過閾值改進之后，此時得到最優(yōu)閾值D。

在重磁頻率當中，所顯示出的表達式較為簡單。由于當下引入了“快速富氏變化法”，使得在空間域到重磁波頻率域的轉換易于實現，從而可以加快正演計算速度。但在頻率域的計算過程中，也存在一些不可忽視的問題，例如，在重磁離散頻譜數學化過程中，生產出的高頻混疊效應和吉布斯現象等。使頻率域計算時會存在一定的誤差，特別是在礦產結構發(fā)現異常的情況下，更加影響到上述的計算效果精準度。此外，還會對所算得的閾值形成限制，例如，對所勘測的礦產區(qū)域進行點數采樣，使其剖面長度的要求受到一定限制。

1.3 模擬重磁信號研究

地球物理重磁中含有多種形式的噪聲信號，噪聲信號越多，有效重磁信號就越低。在操作時主要模擬信噪比較低的重磁信號，通過最優(yōu)閾值來增強勘察過程的穩(wěn)定性，減少去噪問題的非唯一性，是地球物理礦產勘查中最有效的解決方法。在模擬重磁信號時需要對改進閾值后的信噪值與均方誤差進行求導，信噪值求導方式可表示為：

上式（3）中P為原始信號中的噪波值，m為此時信噪比，n為原始信號量。設S為均方誤差，那么求模擬信號的均方誤差公式為：

結合重磁電算法，得出礦產勘查方法的穩(wěn)定性和精度，在具備穩(wěn)定性和精度的基礎上，展開信號模擬，在信號模擬時，主要采用規(guī)則信號與不規(guī)則信號作為原始信號，并為原始信號分別添加1、5、10、15、20 dB信噪比的噪聲信號。在相同環(huán)境下，使用改進重磁電算法閾值的方式進行去噪操作，結果如表1所示。

表1 應用重磁電算法去噪結果

根據表1可以發(fā)現，在同種環(huán)境下，不同的信噪比會對噪波值與均方誤差造成影響，隨著重磁信噪比的增大，噪波值逐漸增加，均方誤差則與信噪比成反比例關系。在模擬重磁信號研究中，信噪比與噪波值、均方誤差的關系為采用重磁電算法實測地球物理礦產時的適用條件。

1.4 基于重磁信號實測地球物理礦產

采用重磁電算法進行礦產勘查研究，根據其適用條件，得到更加準確的有效重磁信號，需要同時獲取至少兩組數據，并將所得數據分離為重磁信號和噪聲信號。通常情況，所分離的混合信號組數越多，能夠為地球物理礦產勘查提供的噪聲特征越豐富。實測時設有效重磁信號值為W，根據噪波值與均方誤差，可得有效信號求導公式如下所示：

根據公式（5）的有效重磁信號求導，可以完成對有效重磁信號值的測量，進而完成地球物理礦產的勘察。將公式所得的勘察結果代入實際勘察中，由于地球物理礦產采集存在一定勘查指標，使用重磁電算法后具體公示如下：

表2 重磁電算法下地球物理礦產勘查指標

在實際物理礦產勘查中，為充分利用資源，選取飛機作為有效重磁波收集工具，將重磁探裝置安裝在設備底部，利于航空物探綜合站收集有效重磁波，便于地球物理礦產勘查的進行。

2 實驗研究

為了驗證基于重磁電算法勘查地球物理礦產方法的好處，特此采用基于重磁電算法的地球物理礦產勘查方法與傳統(tǒng)方法展開對比實驗。考慮到不同重磁探測用電波信號去噪效果的表現不同，在相同環(huán)境中，選取兩個相同地面區(qū)域作為實驗對象?？辈旖Y果的準確度與重磁波每秒鐘的振幅變化有關，得到處理結果如下圖1所示。

圖2 重磁波處理結果對比圖

在圖2中，（a）圖表示傳統(tǒng)方法下的重磁波，（b）圖表示重磁電算法下地球物理礦產勘察中的重磁波。在圖中可以清晰發(fā)現，傳統(tǒng)方法收集到的重磁波每秒鐘振幅起伏變化相對較??；在（a）圖中，在2.1s時得到振幅最大值，最大值為3.57Mv。在（b）圖中，在2.3s時得到最大值，值為4.93Mv，二者相差1.36Mv。這就導致收集到的重磁波數據較少，從而使傳統(tǒng)方法勘察效果并不準確，而基于重磁電算法的地球物理礦產勘查方法每秒鐘振幅改變較大，所以勘察結果更準確。綜上所述，基于重磁電算法實測地球物理礦產能獲得更加精準的勘察結果。

3 結束語

地球物理礦產勘查應用領域廣泛，在國家經濟發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過基于重磁電算法的地球物理礦產勘查方法與傳統(tǒng)方法作對比實驗，兩種方法所得的振幅最大值相差1.36Mv，基于重磁電算法的地球物理礦產勘查方法得到的振幅數值相對較大，能夠發(fā)現采用重磁電算法的勘查結果能獲得更多的重磁波數據，數據越多勘察結果越準確，使采集數據的準確性得到了改善，對于我國地質工作的發(fā)展具有重要意義。