韓 靜 詹 艷* 孫翔宇 趙國澤 劉雪華 包雨鑫 孫建寶 彭遠(yuǎn)黔

1)中國地震局地質(zhì)研究所，地震動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2)河北省地震局，石家莊 050021

0 引言

大地電磁(MT)方法通過觀測天然變化的電磁場分量，將電磁場信號轉(zhuǎn)換成視電阻率曲線和相位曲線，并可通過反演求得不同深度的電阻率。其優(yōu)點(diǎn)是不受高阻層屏蔽影響、探測深度大、對低阻層反應(yīng)靈敏等，在能源、資源和環(huán)境探測等方面應(yīng)用廣泛(陳樂壽等，1990；趙國澤等，2007；詹艷，2008)。隨著國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)等快速發(fā)展，電磁干擾種類繁多，獲取明確含噪電磁場數(shù)據(jù)的特征是在強(qiáng)干擾區(qū)開展電磁法研究的首要問題(周聰?shù)龋?020)。在野外采集數(shù)據(jù)過程中，如何有效地遠(yuǎn)離、壓制或消除噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的信噪比，是MT野外數(shù)據(jù)采集中面臨的棘手問題。為獲取高質(zhì)量的MT數(shù)據(jù)，除按照規(guī)范開展野外數(shù)據(jù)采集外，不僅需要采用穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、進(jìn)行精細(xì)選點(diǎn)并延長采集時(shí)間(張全勝等，2004)，還需要采用有效的除噪處理方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。遠(yuǎn)參考道法(Gambleetal.，1979)、Robust法(Egbertetal.，1986)以及兩者聯(lián)合的除噪方法在MT數(shù)據(jù)處理方面取得了較好成效(Dongetal.，2014；李晨晶等，2017；詹艷等，2017；鄧琰等，2019)。

近2年來，我們在銀川、運(yùn)城、鶴壁和張家口測區(qū)進(jìn)行了大量MT觀測(測區(qū)位置見圖1)。對4個(gè)測區(qū)約500個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行了分類總結(jié)，以距離測點(diǎn)最近的干擾源為基準(zhǔn)，梳理出高速鐵路(距離0.5～1km)、電氣化鐵路(距離1.3～3.7km)、風(fēng)力發(fā)電站(距離0.1～1km)、光伏發(fā)電站(距離2～9km)、大型輸電網(wǎng)(距離0.06～0.4km)、煤礦(距離0.15～1km)和城市綜合(距離0.05～0.8km)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的45個(gè)典型測點(diǎn)。針對這些不同采集時(shí)長的測點(diǎn)數(shù)據(jù)，使用遠(yuǎn)參考道、非Robust方法等處理技術(shù)進(jìn)行了交叉組合處理，將原始觀測數(shù)據(jù)處理結(jié)果和最后優(yōu)選處理結(jié)果展示于本文中，希望為解決在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下獲取優(yōu)質(zhì)MT數(shù)據(jù)的難題提供借鑒和參考。

圖1 銀川、運(yùn)城、鶴壁和張家口測區(qū)強(qiáng)電磁環(huán)境下的大地電磁觀測點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of magnetotelluric stations in strong electromagnetic interference environment in Yinchuan，Yuncheng，Hebi and Zhangjiakou survey areas.

1 測區(qū)概況與電磁環(huán)境

銀川、運(yùn)城、鶴壁和張家口4個(gè)測區(qū)(圖1)包含高速鐵路、電氣化鐵路、風(fēng)力發(fā)電站、光伏發(fā)電站、大型輸電網(wǎng)、煤礦和城市綜合等7類強(qiáng)電磁干擾。其中銀川測區(qū)煤礦和城市綜合干擾極其強(qiáng)烈，在其內(nèi)選擇了9個(gè)測點(diǎn)；運(yùn)城測區(qū)主要受到光伏發(fā)電站、高速鐵路和煤礦等干擾，在其內(nèi)選擇了12個(gè)測點(diǎn)；鶴壁測區(qū)受高壓電網(wǎng)干擾嚴(yán)重，兼受高速鐵路和城市綜合干擾等，在其內(nèi)選擇了10個(gè)測點(diǎn)；張家口測區(qū)電磁干擾以電氣化鐵路和風(fēng)力發(fā)電站為主，兼有高速鐵路與城市綜合電磁干擾，在其內(nèi)選擇了14個(gè)測點(diǎn)。圖1 給出了測區(qū)、遠(yuǎn)參考測點(diǎn)(YCK)和所選擇測點(diǎn)的位置，以及4個(gè)測區(qū)內(nèi)主要的高速鐵路和電氣化鐵路展布情況。

圖2 鄂托克前旗附近遠(yuǎn)參考點(diǎn)觀測的9期次視電阻率和阻抗相位曲線圖Fig.2 Apparent resistivity and impedance phase curves of several periods observed at the same remote-reference MT station in Otog.

2 數(shù)據(jù)處理方法對比

2.1 數(shù)據(jù)處理方法

在大地電磁的野外測量中，對每個(gè)測點(diǎn)采集2組水平方向相互正交的天然源電磁場(Ex-Hy或Ey-Hx)和垂直方向的磁場(Hz)，以獲取地下介質(zhì)對信息。本文所展示的數(shù)據(jù)均使用加拿大Phoneix公司生產(chǎn)的MTU-5A大地電磁觀測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，X、Y和Z分別表示磁N向、E向和垂直向下方向，電場分量和磁場分量分別使用不極化電極感應(yīng)線圈進(jìn)行測量。

大地電磁野外測量觀測5個(gè)分量電磁場的時(shí)間序列，數(shù)據(jù)中包含場源信號和各種電磁干擾信號。為盡可能減小噪聲影響，通常采集大量數(shù)據(jù)并獲取其平均結(jié)果，一般使用最小二乘法原理求得阻抗的最佳估計(jì)值(Simsetal.，1971)。為了壓制本地磁場的相干噪聲，一般用遠(yuǎn)參考站的磁道作為參考道參與計(jì)算，即遠(yuǎn)參考處理方法(Gambleetal.，1979)。為了穩(wěn)定地求解阻抗，一般需要使用穩(wěn)健估計(jì)技術(shù)(Robust方法)(Egbertetal.，1986)壓制噪聲。Robust方法主要用于壓制信號中不相關(guān)的 “飛點(diǎn)”噪聲影響。本文中的大地電磁數(shù)據(jù)精細(xì)處理使用加拿大Phoneix公司的SSMT2000軟件包完成。

2.2 遠(yuǎn)參考測點(diǎn)數(shù)據(jù)

4個(gè)測區(qū)基本位于鄂爾多斯地塊周緣，在鄂爾多斯地塊內(nèi)部的內(nèi)蒙鄂托克前旗東南20km附近設(shè)置了遠(yuǎn)參考測點(diǎn)(YCK)(圖1)，與銀川(相距約160km)、運(yùn)城(相距約400km)、鶴壁(相距約600km)和張家口(相距約700km)測區(qū)的測點(diǎn)同步進(jìn)行測量，以對4個(gè)測區(qū)的MT測點(diǎn)數(shù)據(jù)開展遠(yuǎn)參考處理來壓制本地近場噪聲。在遠(yuǎn)參考測點(diǎn)上共采集9期次數(shù)據(jù)，獲取的9期次視電阻率和阻抗相位曲線及觀測天數(shù)如圖2 所示。由圖2 可見，遠(yuǎn)參考測點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

2.3 譜數(shù)據(jù)精細(xì)處理過程

2.3.1 不同采集時(shí)間長度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)參考和非Robust處理

YCL1-11測點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)記錄了5d，使用遠(yuǎn)參考(RH)和非Robust(NR)方法對單天數(shù)據(jù)(圖3a—e)和累計(jì)天數(shù)數(shù)據(jù)(圖3f—j)進(jìn)行處理，并經(jīng)過自動譜編輯獲得視電阻率和阻抗相位曲線。圖3a—e分別表示第1～5天的處理結(jié)果，在該點(diǎn)前2天的單天曲線上離散 “飛點(diǎn)”較多，而后3天單天曲線形態(tài)相對較光滑，說明觀測時(shí)段內(nèi)測點(diǎn)附近的電磁干擾浮動較大；圖3f—j分別為累計(jì)1～5d的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，結(jié)果顯示，隨著觀測時(shí)間的增加，數(shù)據(jù)逐漸成為曲線形態(tài)并趨于穩(wěn)定，觀測時(shí)長增加至3d以上時(shí)在周期為幾秒到上千秒的低頻段曲線形態(tài)趨于光滑。以上結(jié)果說明，在電磁環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，加長數(shù)據(jù)觀測時(shí)長是保證長周期數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本且有效的措施，連續(xù)記錄時(shí)間涵蓋2個(gè)夜間以上的采集時(shí)長最佳。

圖3 YCL1-11測點(diǎn)不同采集時(shí)間長度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線對比Fig.3 Comparison of apparent resistivity and impedance phase curves obtained by remote-reference and non-robust processing for different acquisition time length data of YCL1-11 MT station.RH 遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)處理；NR 非Robust法

2.3.2 不同遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)和非Robust處理的對比

YCL1-11、YCL3-23、YCL1-07和YCL1-09測點(diǎn)與遠(yuǎn)參考點(diǎn)(YCK)、YCL1-08(2019-10-22—10-25，68h)測點(diǎn)同步進(jìn)行觀測。圖4a 給出了4個(gè)測點(diǎn)的位置，圖4b 為YCK和YCL1-08測點(diǎn)上的視電阻率和阻抗相位曲線圖，從圖中可見YCK和YCL1-08測點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)良。對4個(gè)測點(diǎn)的全時(shí)段數(shù)據(jù)使用非Robust處理，并分別使用YCK測點(diǎn)數(shù)據(jù)和YCL1-08測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考處理，獲取的視電阻率和阻抗相位曲線見圖4c。由圖可見，使用YCK測點(diǎn)作為遠(yuǎn)參考獲取的視電阻率和阻抗相位曲線的光滑程度優(yōu)于不做遠(yuǎn)參考處理的結(jié)果，使用YCL1-08測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行互參處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線的光滑程度優(yōu)于使用YCK測點(diǎn)作為遠(yuǎn)參考點(diǎn)進(jìn)行處理的結(jié)果，其中YCL3-23測點(diǎn)的結(jié)果最為明顯，其互參考處理結(jié)果被選擇用于后續(xù)反演。以上結(jié)果說明，在強(qiáng)電磁干擾區(qū)域，必須使用優(yōu)質(zhì)的遠(yuǎn)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考處理才能有效去除近場干擾，在測區(qū)內(nèi)同步觀測的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)也可用于進(jìn)行互參考處理，以提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。

圖4 YCL3-23、YCL1-11、YCL1-07和YCL1-09測點(diǎn)不同遠(yuǎn)參考和非Robust處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線圖Fig.4 Comparison of apparent resistivity and impedance phase curves obtained by non-robust processing with different remote-reference of YCL3-23，YCL1-11，YCL1-07 and YCL1-09 MT stations.LH-NR 原點(diǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)參考處理；YCK-NR 遠(yuǎn)參考非Robust法；NR 互參考非Robust法

圖5 YCL-11、YCL3-23和YCL4-10測點(diǎn)基于不同處理方法獲取的視電阻率和阻抗相位曲線圖Fig.5 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at YCL1-11，YCL3-23 and YCL4-10 MT stations.LH 原點(diǎn)數(shù)據(jù)；RB Robust法；NR 非Robust法；RH 遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜

2.3.3 全時(shí)段數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)參考與Robust、非Robust處理的對比

利用Robust(LH-RB)、非Robust(LH-NR)、遠(yuǎn)參考聯(lián)合Robust(RH-RB)和遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust(RH-NR)方法對YCL1-11、YCL3-23和YCL4-10測點(diǎn)的原點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取的視電阻率和阻抗相位曲線如圖5 所示。由圖可見，使用遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線較為光滑，對中頻段的近場噪聲壓制效果最佳，壓制離散 “飛點(diǎn)”的效果也更好。利用遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法對每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行處理，并對獲取的譜數(shù)據(jù)開展精細(xì)選譜，得到了優(yōu)良的視電阻率和阻抗相位曲線(圖5 中的OK)。本文中所列的45個(gè)典型測點(diǎn)的全時(shí)段數(shù)據(jù)都選擇使用遠(yuǎn)參考和非Robust法處理，加上精細(xì)選譜操作，提升了MT數(shù)據(jù)質(zhì)量，其中44個(gè)測點(diǎn)的譜數(shù)據(jù)可用于后續(xù)反演。

3 強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析

3.1 高速鐵路

2017年,新聞出版廣電領(lǐng)域各項(xiàng)“十三五”規(guī)劃紛紛出臺。其中也涉及了數(shù)字報(bào)紙產(chǎn)業(yè)，從數(shù)量和質(zhì)量上對其進(jìn)行了規(guī)劃。2017年9月，原國家新聞出版廣電總局發(fā)布的《新聞出版廣播影視“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出在“十三五”期間持續(xù)深化新聞出版數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，提升數(shù)字產(chǎn)品服務(wù)，打破層級和區(qū)域限制，著力解決報(bào)刊發(fā)展中的同質(zhì)化、低效率等問題，加快報(bào)刊資源聚合、產(chǎn)業(yè)融合，“十三五”期末數(shù)字報(bào)紙收入達(dá)到14億元。同時(shí)，建立國家新聞報(bào)刊數(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的全國報(bào)刊數(shù)據(jù)中心和全國報(bào)刊年度核驗(yàn)信息化系統(tǒng)，建設(shè)完整的報(bào)刊出版版式和數(shù)字化報(bào)刊內(nèi)容數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對報(bào)刊內(nèi)容多維度挖掘和分析，提高內(nèi)容監(jiān)管能力。

圖6 運(yùn)城和鶴壁測區(qū)高速鐵路附近6個(gè)測點(diǎn)的位置和不同處理方法獲取的視電阻率與阻抗相位曲線圖Fig.6 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at six MT stations near high-speed railway in Yuncheng and Hebi survey areas.LH+NR 原始數(shù)據(jù)非Robust處理；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜；2st-D 第2個(gè)白日；2st-N 第2個(gè)夜間

3.2 電氣化鐵路

圖7 張家口測區(qū)電氣化鐵路附近6個(gè)測點(diǎn)的位置和不同處理方法獲取的視電阻率與阻抗相位曲線圖Fig.7 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at six MT stations near electrified railway in Zhangjiakou survey area.LH+NR 原始數(shù)據(jù)非Robust處理；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜

圖8 張家口測區(qū)風(fēng)力發(fā)電站附近6個(gè)測點(diǎn)的位置和不同處理方法獲取的視電阻率與阻抗相位曲線圖Fig.8 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at six MT stations near wind power stations in Zhangjiakou survey area.LH+NR 原始數(shù)據(jù)非Robust處理；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜

3.3 風(fēng)力發(fā)電站

張家口測區(qū)遍布風(fēng)力發(fā)電站，選取該區(qū)距離風(fēng)力發(fā)電站0.1～1km的6個(gè)測點(diǎn)(ZJKL623、ZBEQ005、ZJKL110、ZJKL621、ZBEQ008和ZBEQ003)展示風(fēng)力發(fā)電站對大地電磁數(shù)據(jù)的影響特征。測點(diǎn)相對風(fēng)力發(fā)電站位置圖、采集時(shí)長及發(fā)電站方位描述、使用非Robust處理(LH+NR)和遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜(OK)處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線圖如圖8 所示。由圖8 可見，在原點(diǎn)數(shù)據(jù)處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線中無明顯的近場干擾，僅在中頻段有零散 “飛點(diǎn)”。從精細(xì)處理獲取的視電阻率和阻抗相位曲線圖來看，6個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量均為優(yōu)秀，可見風(fēng)力發(fā)電設(shè)施對MT測量數(shù)據(jù)的近場影響較小。

3.4 光伏發(fā)電站

4個(gè)測區(qū)中以運(yùn)城測區(qū)為代表，其內(nèi)測點(diǎn)的MT數(shù)據(jù)受光伏發(fā)電站電磁干擾影響尤為典型，選取距離光伏發(fā)電站2～10km范圍內(nèi)的6個(gè)測點(diǎn)(LFYC104、LFYC105、LFYC106、LFYC107、LFYC108和LFYC109)開展分析。測點(diǎn)與光伏發(fā)電站的相對位置圖、采集時(shí)長與發(fā)電站方位描述、使用非Robust處理(LH+NR)和遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜(OK)得到的視電阻率和阻抗相位曲線如圖9 所示。由圖中可見，光伏發(fā)電站附近的近場干擾現(xiàn)象十分顯著，視電阻率曲線的形態(tài)在十幾赫茲至幾十秒的中頻段幾乎呈45°上升，且距離干擾源越近影響越顯著、影響的頻段越高，即使距離干擾源達(dá)9km遠(yuǎn)的測點(diǎn)其數(shù)據(jù)依然受到影響。從圖9 中還可看出，雖然近場影響較大，但經(jīng)遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并精細(xì)選譜(OK)處理，可有效去除強(qiáng)烈的近場干擾，獲取優(yōu)質(zhì)合理的MT數(shù)據(jù)。建議在光伏發(fā)電站附近布設(shè)MT測點(diǎn)時(shí)，測點(diǎn)與光伏發(fā)電站的距離應(yīng)不小于2km，此外必須使用較好的遠(yuǎn)參考測點(diǎn)數(shù)據(jù)對其實(shí)施參考處理消除近場影響，同時(shí)要充分保證觀測時(shí)間以獲取優(yōu)質(zhì)的低頻數(shù)據(jù)。

3.5 大型輸電網(wǎng)

鶴壁測區(qū)大型輸電網(wǎng)分布尤為密集，選取該測區(qū)距離大型輸電網(wǎng)500m范圍內(nèi)的6個(gè)測點(diǎn)(HNHB122、HNHB122B、HNHB123、HNHB125、HNHB126和HNHB127)展示高壓電網(wǎng)的電磁影響特征。測點(diǎn)與大型輸電網(wǎng)的相對位置圖、采集時(shí)長和電網(wǎng)方位描述、使用非Robust處理(LH+NR)和遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜(OK)的視電阻率和阻抗相位曲線圖如圖10 所示。6個(gè)測點(diǎn)均處于高壓電網(wǎng)密布區(qū)域，每個(gè)測點(diǎn)記錄時(shí)長都超過71h(3個(gè)夜間)。由圖10 可見，距離高壓電網(wǎng)150m范圍內(nèi)的HNHB122、HNHB122B和HNHB123測點(diǎn)，其原始數(shù)據(jù)的非Robust法處理結(jié)果顯示視電阻率和阻抗相位曲線基本無形態(tài)，雖然經(jīng)過遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法處理并經(jīng)精細(xì)選譜后獲取的曲線具有一定的形態(tài)特征，但數(shù)據(jù)質(zhì)量仍然屬于合格級次；距離150m以外的HNHB125、HNHB126和HNHB127測點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)都較好，經(jīng)精細(xì)處理后獲取了優(yōu)良數(shù)據(jù)。從鶴壁測區(qū)6個(gè)典型測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集時(shí)長和處理結(jié)果來看，在大型輸電電網(wǎng)附近布設(shè)MT測點(diǎn)時(shí)，測點(diǎn)與輸電電網(wǎng)的距離應(yīng)不小于0.2km，且采集時(shí)間需要加長，應(yīng)覆蓋2、3個(gè)夜間時(shí)段。

圖10 鶴壁測區(qū)大型輸電網(wǎng)附近6個(gè)測點(diǎn)的位置和不同處理方法獲取的視電阻率與阻抗相位曲線圖Fig.10 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at six MT stations near large-scale high voltage power grids in Hebi survey area.LH+NR 原始數(shù)據(jù)非Robust處理；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜

表1 煤礦電磁干擾環(huán)境下的測點(diǎn)信息統(tǒng)計(jì)Table 1 Information of MT stations in electromagnetic interference environment of colliery

圖11 利用不同處理方法獲取的銀川和運(yùn)城測區(qū)煤礦附近6個(gè)測點(diǎn)的視電阻率與阻抗相位曲線圖Fig.11 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at six MT stations near colliery in Yinchuan and Yuncheng survey areas.LH+NR 原始數(shù)據(jù)非Robust處理；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜

3.6 煤礦

銀川和運(yùn)城測區(qū)的大型煤礦電磁干擾集中，選取銀川測區(qū)的YCL3-22、YCL3-23和YCL3-24，運(yùn)城測區(qū)的LFYC522、LFYC528和LFYC529 6個(gè)典型測點(diǎn)進(jìn)行分析。6個(gè)測點(diǎn)距離煤礦的位置信息見表1，其與煤礦間的距離均在1km以內(nèi)。使用非Robust處理(LH+NR)、遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜(OK)獲取的視電阻率和阻抗相位曲線圖如圖11 所示。圖11 中，0.5km以內(nèi)YCL3-22、YCL3-23和YCL3-24測點(diǎn)原點(diǎn)數(shù)據(jù)非Robust法處理獲取的視電阻率曲線自幾十赫茲到幾十秒的頻段范圍都遍布離散 “飛點(diǎn)”，煤礦電磁干擾的影響頻段較寬，經(jīng)精細(xì)處理后數(shù)據(jù)質(zhì)量提升明顯，其中YCL3-23采集時(shí)長達(dá)92h，相比YCL3-22、YCL3-24測點(diǎn)，其數(shù)據(jù)質(zhì)量更加優(yōu)良。距離干擾源約1km的LFYC522、LFYC528和LFYC529測點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較好，經(jīng)精細(xì)處理后數(shù)據(jù)的質(zhì)量可達(dá)優(yōu)良以上。這6個(gè)處于煤礦區(qū)域測點(diǎn)的觀測時(shí)間和數(shù)據(jù)質(zhì)量說明，在大型煤礦區(qū)域附近布設(shè)MT測點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在距煤礦礦區(qū)0.5km以外的位置選址，數(shù)據(jù)采集時(shí)間應(yīng)至少包括2、3個(gè)夜間時(shí)段。

3.7 城市綜合影響

本文所討論的銀川、鶴壁和張家口測區(qū)的MT測點(diǎn)都圍繞在大型城市附近區(qū)域，選取銀川(YCL1-15、YCL2-15和YCL4-12)、鶴壁(HNHB146)和張家口(ZJKL410和ZJKL411)3個(gè)測區(qū)中的6個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。6個(gè)測點(diǎn)及其附近區(qū)域的電磁種類信息如表2 所示。

表2 城市綜合電磁干擾環(huán)境下的測點(diǎn)信息統(tǒng)計(jì)Table 2 Information of MT stations in urban integrated electromagnetic interference environment

使用非Robust法處理(LH+NR)和遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜(OK)得到的視電阻率和阻抗相位曲線圖展示在圖12 中。由圖可見，基于6個(gè)測點(diǎn)的原點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用非Robust法處理獲取的視電阻率曲線上大部分頻段頻點(diǎn)為離散 “飛點(diǎn)”；而經(jīng)遠(yuǎn)參考精細(xì)處理后獲取的視電阻率曲線盡管部分頻點(diǎn)的誤差棒仍然較大，但曲線形態(tài)正常光滑。結(jié)合表2 中測點(diǎn)的采集時(shí)長與獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量來看，應(yīng)在距離輸電線路0.2km外的位置布置MT測點(diǎn)，與變壓器的距離應(yīng)不小于0.3km，與火力發(fā)電站的距離應(yīng)不小于0.5km，觀測時(shí)長應(yīng)保證覆蓋2個(gè)夜間時(shí)段。

圖12 利用不同處理方法獲取的銀川、鶴壁和張家口測區(qū)城鎮(zhèn)附近6個(gè)測點(diǎn)的視電阻率與阻抗相位曲線圖Fig.12 Apparent resistivity and impedance phase curves obtained by different processing methods at six MT stations near cities and towns in Yinchuan and Yuncheng survey areas.LH+NR 原始數(shù)據(jù)非Robust處理；OK 遠(yuǎn)參考聯(lián)合非Robust法并經(jīng)精細(xì)選譜

4 總結(jié)

本文基于近2年來我們在銀川、運(yùn)城、鶴壁和張家口4個(gè)測區(qū)約500個(gè)大地電磁測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集情況和結(jié)果，梳理出在高速鐵路、電氣化鐵路、風(fēng)力發(fā)電站、光伏發(fā)電站、大型輸電網(wǎng)、煤礦區(qū)和城市干擾區(qū)7類強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的45個(gè)典型測點(diǎn)，并對這45個(gè)測點(diǎn)的原點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。從獲取的視電阻率曲線可以看出，高鐵、電氣化鐵路和光伏發(fā)電站附近的電磁干擾以近場干擾為主，表現(xiàn)的特征為在視電阻率曲線中頻段呈45°上升，而相位曲線的數(shù)值趨于0。風(fēng)力發(fā)電設(shè)施對MT測點(diǎn)數(shù)據(jù)的電磁干擾影響較小，大型輸電網(wǎng)、煤礦及城市綜合電磁干擾現(xiàn)象在視電阻率曲線圖上體現(xiàn)為單頻點(diǎn)或多頻點(diǎn)的離散 “飛點(diǎn)”，曲線完全不具有穩(wěn)定的形態(tài)。文中列舉的處于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的45個(gè)典型的MT測點(diǎn)，其數(shù)據(jù)采集時(shí)長普遍覆蓋了2個(gè)夜間時(shí)段，對其全時(shí)段時(shí)間序列數(shù)據(jù)使用遠(yuǎn)參考和非Robust法進(jìn)行處理，并經(jīng)精細(xì)選譜，均可提升MT數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其中44個(gè)測點(diǎn)的譜數(shù)據(jù)可用于后續(xù)反演。獲取有效譜數(shù)據(jù)的處理過程及結(jié)果顯示，在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，如果做好以下5個(gè)方面觀測與處理手段，可在一些強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下獲取有效的大地電磁數(shù)據(jù)：

(1)本文列出的處于7類強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中的45個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測時(shí)間都在41h(包含2個(gè)夜間時(shí)段)以上，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)參考和非Robust法處理，并經(jīng)精細(xì)選譜，可提升MT數(shù)據(jù)質(zhì)量。從獲取的視電阻率曲線來看，44個(gè)測點(diǎn)的高頻和低頻數(shù)據(jù)都較光滑，僅在中頻段(十赫茲至幾十秒)受到嚴(yán)重的電磁干擾。建議在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的電磁數(shù)據(jù)采集時(shí)間覆蓋至少在41h(包含2個(gè)夜間時(shí)段)以上，通過增加觀測時(shí)長并使用合理的數(shù)據(jù)處理手段能有效獲取合格的大地電磁觀測數(shù)據(jù)。

(3)本文選取的遠(yuǎn)參考測點(diǎn)數(shù)據(jù)優(yōu)異，只有獲取優(yōu)質(zhì)的遠(yuǎn)參考測點(diǎn)數(shù)據(jù)，對測區(qū)測點(diǎn)實(shí)施遠(yuǎn)參考處理后才能有效去除測區(qū)的強(qiáng)近場電磁干擾。在測區(qū)實(shí)施觀測時(shí)如發(fā)現(xiàn)可測得優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)，也可使用該點(diǎn)的數(shù)據(jù)對測區(qū)其他測點(diǎn)開展互參考處理，對消除近場電磁影響也有效。

(4)從銀川、運(yùn)城、鶴壁和張家口4個(gè)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境測區(qū)下約500個(gè)測點(diǎn)的譜數(shù)據(jù)處理結(jié)果來看，采用遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)和非Robust法比遠(yuǎn)參考數(shù)據(jù)和Robust法壓制近場影響的效果更好。

(5)將使用Phoneix公司的Mteditor軟件進(jìn)行人工選譜處理后的譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入 “MT-Pioneer”軟件(陳小斌等，2004)，利用一維反演(如RhoPlus方法)檢驗(yàn)視電阻率和阻抗相位曲線的匹配程度，可幫助選擇合理的譜數(shù)據(jù)。

致謝陳小斌、湯吉研究員和王培杰博士為本研究提供了建議與幫助；部分圖件使用GMT繪制(Wesseletal.，2013)；審稿專家對本文提出了中肯的意見和建議。在此一并表示感謝!