劉衛(wèi)強(qiáng)，陳儒軍（1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；2.中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，長沙 410083）

相干度分析用于強(qiáng)干擾背景下多頻激電信號處理

劉衛(wèi)強(qiáng)1，2，陳儒軍1，2
（1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；2.中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，長沙 410083）

提出將相關(guān)度分析用于強(qiáng)噪聲環(huán)境下的m序列多頻激電信號處理。多頻激電各周期電壓電流數(shù)據(jù)的相關(guān)度與數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量、信噪比存在明顯的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)相關(guān)系數(shù)在0.5以上時，數(shù)據(jù)信噪比較高，可用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理與復(fù)電阻率計算；而當(dāng)相關(guān)系數(shù)在0.5以下甚至接近于0時，信噪比很低，有用信號已基本被噪聲淹沒，無法用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理。將相關(guān)度分析應(yīng)用于甘肅白銀礦區(qū)實測數(shù)據(jù)，設(shè)置閾值提取出質(zhì)量較高的觀測數(shù)據(jù)用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理，從而獲得更為準(zhǔn)確的復(fù)電阻率計算結(jié)果。對于干擾特別嚴(yán)重的測點，可使復(fù)電阻率相位誤差由1000 mrad以上降至150 mrad以下，高頻相位誤差降至40 mrad以下。幅值誤差由100%以上降至10%以下，應(yīng)用效果較好。

m序列多頻激電；噪聲壓制；復(fù)電阻率；相關(guān)度；閾值

激電法是一種有效應(yīng)用于金屬礦產(chǎn)資源勘查的物探方法［1-4］。自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)頻率域激電觀測方法以來，先后產(chǎn)生了變頻法［5］、奇次諧波法［6］、相位激電法［7］，雙頻激電法［8-9］、偽隨機(jī)多頻激電法［10-12］等多種方法。各種頻率域激電法基本原理一致，主要區(qū)別在于發(fā)送電流和觀測方式的不同。從而也決定了測量信息是否豐富、野外工作是否方便、儀器設(shè)備是否輕便、抗干擾能力是否足夠等問題。m序列多頻激電法是在何繼善院士提出的偽隨機(jī)信號電法基礎(chǔ)上發(fā)展的一種有效的礦產(chǎn)資源勘查方法［13］。m序列與2n序列類似，都屬于偽隨機(jī)序列，具有寬頻譜特性，可以實現(xiàn)一次發(fā)射，同時，獲得多個頻點的復(fù)電阻率信息。2n序列能量主要分布在呈均勻?qū)?shù)間隔的頻點上，m序列能量主要分布在呈線性間隔的頻點上［14-15］。國防科技大學(xué)信息地球物理協(xié)同創(chuàng)新中心和湖南強(qiáng)軍科技有限公司利用自主研發(fā)的多頻激電系統(tǒng)在藏南羅布莎礦區(qū)，探測到了價值數(shù)十億元人民幣的鉻鐵礦，取得了良好勘探效果［13，16］。

多頻激電法的工作方式與直流電法相同。都是利用接地電極來測量電位差，很容易受到各種人文、自然噪聲等干擾，當(dāng)在生產(chǎn)礦山周邊進(jìn)行激電法勘探時，噪聲干擾更加嚴(yán)重［17］。主要噪聲來源包括人類活動、大地電流、工業(yè)游散電流、天電干擾、高壓電力線等。如果在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段未能對噪聲進(jìn)行有效壓制，會使后期的復(fù)電阻率計算產(chǎn)生重大偏差，出現(xiàn)錯誤的結(jié)果。

長期以來，國內(nèi)外傳統(tǒng)的研究重心主要集中于電磁耦合干擾的去除。對于電磁耦合之外的強(qiáng)噪聲壓制，目前的研究熱點是利用偽隨機(jī)信號良好的自相關(guān)、互相關(guān)特性進(jìn)行大地系統(tǒng)辨識并壓制隨機(jī)噪聲［18-20］。英國PGS公司的MTEM多道瞬變電磁系統(tǒng)通過反卷積運算提取大地系統(tǒng)響應(yīng)，有一定的降噪效果。它需要在發(fā)送機(jī)周圍采用相同的接收機(jī)測量未經(jīng)過大地的觀測系統(tǒng)本身的沖擊響應(yīng)［21］。近年來，國內(nèi)重點研究的基于系統(tǒng)辨識的偽隨機(jī)信號電法，是一種全新的勘探方法，有別于傳統(tǒng)的“時間域”和“頻率域”觀測模式。理論上既能高效率獲取大地的時間響應(yīng)和頻譜信息，又有很強(qiáng)的壓制噪聲干擾的能力，應(yīng)用前景廣闊［22］。但要求偽隨機(jī)序列的碼元足夠窄、階數(shù)足夠高，激勵電流波形不能失真?；谙到y(tǒng)辨識的偽隨機(jī)信號電法儀在野外勘查中的應(yīng)用仍處在進(jìn)一步推廣與完善中。

對于頻譜激電法，在野外勘探中常用的噪聲壓制最常用的方法為數(shù)字濾波器和周期疊加。基于離散傅里葉變換（DFT）的數(shù)字濾波在各種激電觀測系統(tǒng)中都有廣泛應(yīng)用，通過設(shè)置高通、低通、帶通、陷波、梳狀等濾波器可對觀測數(shù)據(jù)中的噪聲進(jìn)行壓制。但是野外干擾往往表現(xiàn)為多種類型噪聲的疊加，其頻譜分布范圍廣泛，與多頻激電信號頻譜相互重疊，從而使數(shù)字濾波器變得無能為力。周期疊加主要針對幅值類似于高斯分布的隨機(jī)噪聲。當(dāng)環(huán)境中有少量強(qiáng)噪聲出現(xiàn)時，可以通過延長觀測時間，增大疊加次數(shù)來對其進(jìn)行壓制。但是周期疊加本身并不能對各周期觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評價。當(dāng)環(huán)境干擾嚴(yán)重，強(qiáng)噪聲在在大部分觀測周期持續(xù)出現(xiàn)時，周期均值疊加不再有效。基于Robust方法的穩(wěn)健周期疊加可以對尖峰脈沖噪聲進(jìn)行壓制，一定程度上降低計算誤差，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量［29］。但Robust疊加要求疊加數(shù)據(jù)中離群值的比例不能高于50%，對于干擾特別嚴(yán)重的測點，仍不足以充分壓制干擾。另外平滑濾波和小波分析也被用于激電疊后數(shù)據(jù)的噪聲壓制［24，27］。但是，當(dāng)噪聲干擾嚴(yán)重時，基于疊后數(shù)據(jù)的處理方法都不可避免地會帶來激電信息的損失。

雖然不同的地球物理方法具有不同的觀測方式與信號特征。但是不同地球物理方法遭遇的噪聲干擾具有一定共性。所以，一些已經(jīng)有效應(yīng)用于電磁法及地震勘探的噪聲壓制方法可以為頻譜激電數(shù)據(jù)處理提供參考。本文作者提出相關(guān)度分析的方法來從干擾嚴(yán)重的原始數(shù)據(jù)中提取出質(zhì)量較高的數(shù)據(jù)，從而提高復(fù)電阻率計算精度。相關(guān)度分析在大地電磁［30-31］與地震資料處理［32］中有廣泛應(yīng)用，在電阻率法和激電法中尚未直接應(yīng)用。對于噪聲干擾嚴(yán)重的多周期觀測數(shù)據(jù)，雖然整體數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，但并非所有周期的數(shù)據(jù)都受到嚴(yán)重的噪聲干擾。計算各周期激電電壓、電流數(shù)據(jù)之間的相關(guān)度，相關(guān)度與實測電壓數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量直接相關(guān)，根據(jù)相關(guān)系數(shù)分布范圍，設(shè)置閾值進(jìn)行濾波，可在強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下提取出質(zhì)量較高的觀測數(shù)據(jù)，利用高品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Robust周期疊加與后續(xù)數(shù)據(jù)處理，可以獲得更為準(zhǔn)確的復(fù)電阻率計算結(jié)果。本文作者結(jié)合甘肅白銀地區(qū)實測多頻激電數(shù)據(jù)證明該方法的有效性。

1相關(guān)度分析處理方法基本原理

相關(guān)度分析在大地電磁［30-31］和地震資料處理［32］中有廣泛應(yīng)用。但在電阻率法和激電法中尚無直接利用。在大地電磁中可以用電場信號與磁場信號的相關(guān)度來衡量大地電磁信號的信噪比。一般信噪比越高，相關(guān)度越趨近于1。在地震資料處理中，可以用各地震道之間的相關(guān)系數(shù)來分析道間相似程度，求取靜校正時移量。本文作者將相關(guān)度分析用于強(qiáng)噪聲環(huán)境下的多頻激電數(shù)據(jù)處理。對于噪聲干擾嚴(yán)重的多周期觀測數(shù)據(jù)，雖然整體數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，但并非所有周期的數(shù)據(jù)都受到嚴(yán)重的噪聲干擾。只要原始觀測數(shù)據(jù)中存在數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的周期，就可以通過分析相關(guān)度進(jìn)行提取。選取高品質(zhì)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)計算，可以獲得更為準(zhǔn)確的復(fù)電阻率計算結(jié)果。相關(guān)度計算公式有很多種，本文作者選用皮爾遜相關(guān)度［33］，其不受兩組數(shù)據(jù)數(shù)量級不同的影響。對于序列xi和yi，其中i=1，2，…，n。相關(guān)度C的計算公式如下：

通過分析同一測點不同觀測周期之間的相關(guān)度分布范圍，設(shè)置閾值進(jìn)行濾波，可以提取出數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的原始數(shù)據(jù)，剔除數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的原始數(shù)據(jù)。然后利用信噪比較高的周期數(shù)據(jù)進(jìn)行Robust周期疊加和后續(xù)數(shù)據(jù)處理，如此可以大大提高復(fù)電阻率計算結(jié)果的準(zhǔn)確度。Robust周期疊加就是將穩(wěn)健M估計用于周期疊加［29，34］。對于同一采樣點在N個周期中的觀測值Yn，n=1，…，N，其穩(wěn)健估計值θ可以通過求解如下方程獲得：

式中：ψ稱為影響函數(shù)，用來控制原始觀測數(shù)據(jù)中離群值對最終結(jié)果的影響，σ稱為尺度參數(shù)，用來表征需要降權(quán)的離差范圍，θ稱為位置參數(shù)表征Robust疊加結(jié)果。本研究中所用的影響函數(shù)為Hampel函數(shù)，其表達(dá)式如下［35］：

式中：a、b、c為調(diào)節(jié)常數(shù)，取a=1.2，b=3.5，c=8.0。sign（r）為符號函數(shù)。

Robust周期疊加相對于傳統(tǒng)的均值疊加方法，可以進(jìn)一步壓制噪聲，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。相關(guān)度分析與Robust周期疊加相結(jié)合的方法可以克服原始數(shù)據(jù)中由噪聲引起的離群值比例超過Robust方法崩潰點（50%）的情況，從而在最大程度上壓制噪聲，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。經(jīng)過相關(guān)度分析提取與Robust穩(wěn)健疊加，最終得到信噪比較高的電壓波形與電流波形，然后可以計算多個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率，復(fù)電阻率計算式如下：

式中：）（fU和）（fI分別為電壓、電流頻譜，）（fρ為復(fù)電阻率頻譜。

2　　相關(guān)度分析在實際資料中的應(yīng)用

2.1甘肅白銀測區(qū)m序列多頻激電觀測方法

湖南強(qiáng)軍科技公司的85321A-SIP分布式激電儀采集站，采取大規(guī)模分布式同步采集激電數(shù)據(jù)。2014年在甘肅白銀地區(qū)獲得了多周期觀測的多頻激電實測數(shù)據(jù)。采樣頻率為64 Hz，發(fā)送電流為5階m序列，每周期16 s，一個周期內(nèi)含1024個采樣點。每測點觀測160周期，觀測時間超過40 min。m序列時鐘周期為0.5 s，供電電流幅值8A左右。發(fā)送電流波形及頻譜如圖1所示。

圖1（a）所示為m序列多頻頻譜激電法發(fā)送電流時間域波形，圖1（b）所示為發(fā)送電流頻譜。雖然多頻激電信號的頻譜比較豐富（0～32 Hz），但為了保證信號強(qiáng)度，只取復(fù)電阻率頻譜在1/16 Hz～1 Hz范圍內(nèi)（前2～17個樣點）的值。每4個點做一次平均，作為對應(yīng)于0.16 Hz、0.41 Hz、0.66 Hz、0.91 Hz 4個頻點的復(fù)電阻率計算結(jié)果。由復(fù)電阻率可以進(jìn)一步計算視頻散率、相對相位等激電參數(shù)。

測區(qū)位于正在生產(chǎn)的礦區(qū)周邊，多種類型的強(qiáng)噪聲持續(xù)出現(xiàn)。分別取該測區(qū)某測線Line.1的實測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理。該測線采用中梯裝置。AB=［-2200， 2200］m，MN=20 m，測線上共有100個測點，點距為20 m，測線長為2 km。甘肅白銀測區(qū)存在一個已初步探明的鉛鋅礦容礦斷層，斷層為東西走向，向南傾斜，測線Line.1為南北走向，小號點在南。測線大致垂直于斷層走向。在測線西面較遠(yuǎn)處有一個鉆孔已經(jīng)打到富礦體，測線東面附近約20 m處，另有一鉆機(jī)正在施工打鉆，帶來較為嚴(yán)重的電磁干擾。側(cè)線旁鉆機(jī)施工如圖2所示。

分別取測線Line.1上干擾嚴(yán)重的測點No.44和干擾相對較小的測點No.96的電壓電流數(shù)據(jù)，分析其相關(guān)度與數(shù)據(jù)質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系。

圖1　　多頻激電法發(fā)送電流波形及頻譜Fig.1　Wave and frequency spectra of transmitting current in SSIP

圖2　　大功率鉆機(jī)正在測線旁開鉆Fig.2　Drilling machine near data acquisition station

2.2各周期電流電壓相關(guān)度與數(shù)據(jù)質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系

首先分別計算測點No.96的160個周期的電壓電流相關(guān)度，再分別利用各周期數(shù)據(jù)單獨計算復(fù)電阻率。4個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率相位、幅值計算結(jié)果與相關(guān)度的對比關(guān)系如下圖3所示。

測點No.96處干擾較小，數(shù)據(jù)整體信噪比較高，對該測點，各周期電壓電流數(shù)據(jù)的相關(guān)度都在0.9以上。但由圖3（a）和（b）仍可以看出，當(dāng)電壓電流的相關(guān)度有所降低時，復(fù)電阻率相位、幅值計算結(jié)果也會相應(yīng)地發(fā)生偏差。相關(guān)度變化引起的相位偏差約為50 mrad左右，幅值偏差約為50 ?·m。由于測點No.96數(shù)據(jù)整體信噪比較高，而且異常值所占比例低于50%，因此，利用相關(guān)度分析剔除異常周期數(shù)據(jù)與利用全部周期數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，兩種方法所得結(jié)果相差不大。

對于測點No.44，噪聲干擾相當(dāng)嚴(yán)重，大部分周期信噪比很低。分別計算其160個周期的電壓電流相關(guān)度，相關(guān)度分布范圍為-0.3248～0.6678。再分別利用各周期數(shù)據(jù)單獨計算復(fù)電阻率，4個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率相位、幅值計算結(jié)果與相關(guān)度的對比關(guān)系如圖4所示。

圖3　測點No.96（距離約為1900 m）處各周期電壓電流相關(guān)度及復(fù)電阻率計算結(jié)果Fig.3　Coherency of potential difference and current and complex resistivity of each period in survey point No.96（Distance is about 1900 m）

由圖4（a）和（b）可以看出，當(dāng)電壓電流的相關(guān)度降低時，復(fù)電阻率相位、幅值計算結(jié)果相應(yīng)地發(fā)生偏差。由于該點信噪比很低，相關(guān)度變化范圍也比較大，引起的相位偏差高達(dá)1000 mrad以上，幅值偏差也在100 ?·m以上。數(shù)據(jù)整體信噪比很低，而且僅在測量初期的約20個周期相關(guān)度較高，在0.5以上。為了對比不同相關(guān)度下的實測信號波形，分別提取相關(guān)度最大和相關(guān)度最小的兩個周期的電壓、電流波形，波形示意圖5和6所示。

由圖5（a）和6（a）可以看出，電流信號較穩(wěn)定，信噪比較高。由圖5（b）和6（b）可以看出，相關(guān)度越大，電壓數(shù)據(jù)信噪比越高，數(shù)據(jù)質(zhì)量越好。相關(guān)度越低，電壓數(shù)據(jù)信噪比越低，數(shù)據(jù)質(zhì)量越差。當(dāng)相關(guān)系數(shù)在0.5以上時，數(shù)據(jù)信噪比較高，波形較好，可用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理與復(fù)電阻率計算。而當(dāng)相關(guān)系數(shù)在0.5以下甚至低于0時，信噪比很低，有用信號已基本被噪聲淹沒，無法用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理。所以對干擾嚴(yán)重的測點No.44，設(shè)置相關(guān)度閾值為0.5，僅保留原始觀測數(shù)據(jù)160個周期中相關(guān)度大于0.5的周期。再利用提取出的高品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期疊加計算復(fù)電阻率。結(jié)果就會更加準(zhǔn)確。

圖4　測點No.44（距離約為860 m）處各周期電壓電流相關(guān)度及復(fù)電阻率Fig.4　Coherency of potential difference and current and complex resistivity of each period in survey point No.44（distance is about 860 m）

圖5　測點No.44相關(guān)度最大的周期多頻激電電流電壓波形Fig.5　Current wave and potential difference wave of period at maximum coherency in survey point No.44

圖6　測點No.44相關(guān)度最小的周期多頻激電電流電壓波形Fig.6　Current wave and potential difference wave of period at minimum coherency in survey point No.44

3　相關(guān)度分析方法應(yīng)用效果分析

利用相關(guān)度分析方法對測線Line.1的所有測點數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先不采用相關(guān)度提取，對各測點利用所有周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行均值疊加計算。所得該測線復(fù)電阻率相位剖面和振幅剖面如圖7和8所示。

由圖7（a）和8（a）可以看出，在進(jìn)行相關(guān)分析提取之前，800 m至1000 m（測點No.40至No.50）處由于電阻較低且測點距鉆機(jī)較近，所得復(fù)電阻率相位和幅值計算結(jié)果都發(fā)生重大偏差，相位值在1000 mrad至3000 mrad左右，而電阻率幅值在50歐姆米以下，低頻電阻率接近0，與實際情況不符。而且由圖7（a）和圖8（a）可以看出，相位誤差超過1000 mrad，幅值誤差超過100%，說明所得結(jié)果已嚴(yán)重失真。

然后采用相關(guān)度分析的方法對測線Line.1進(jìn)行處理。對于測線上每一個測點，計算各周期電壓、電流數(shù)據(jù)之間的相關(guān)度。當(dāng)160個周期的相關(guān)度平均值大于0.5時，就以相關(guān)度平均值作為閾值，保留相關(guān)度均值以上的各周期數(shù)據(jù)。當(dāng)160個周期的相關(guān)度平均值小于0.5時，就以0.5作為閾值，保留相關(guān)度在0.5以上的各周期數(shù)據(jù)。當(dāng)160個周期的相關(guān)度最大值都小于0.5時，說明該測點數(shù)據(jù)質(zhì)量特別差，這時僅保留相關(guān)度最大的N個周期，N值可以人為設(shè)定。本實驗中各測點相關(guān)度最大值都大于0.5，所以僅需使用前兩種閾值方法。采用相關(guān)度提取技術(shù)之后，各測點僅利用質(zhì)量較好的周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行Robust周期疊加與后續(xù)計算。所得該測線復(fù)電阻率相位剖面和振幅剖面如圖9和10所示。

由圖9（a）和10（a）可以看出，采用相關(guān)度分析提取高品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Robust周期疊加及后續(xù)處理后，四個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率相位值在200 mrad至600 mrad之間，電阻率幅值在200 ?左右，符合測區(qū)實際情況。處理之后，由圖9（b）可以看出，相位誤差降低到150 mrad以下，而且相對而言，高頻成分對應(yīng)的復(fù)電阻率誤差更小，其中對應(yīng)于0.66 Hz、0.91 Hz兩個高頻成分的相位誤差降到40mrad以下。由圖10（b）可以看出，復(fù)電阻率幅值誤差都降到10%以內(nèi)。整條剖面的曲線形態(tài)已比較合理。對于該測線中干擾嚴(yán)重的測點，雖然此次觀測時間很長，原始數(shù)據(jù)有160個周期，但因為人為噪聲的影響，導(dǎo)致大多數(shù)周期的數(shù)據(jù)失真，由于異常數(shù)據(jù)的比例高于50%，單純使用Robust疊加方法也無法得到理想結(jié)果。而采用相干度分析處理之后，可以提取原始數(shù)據(jù)中質(zhì)量較高的觀測數(shù)據(jù)，剔除品質(zhì)較差的觀測數(shù)據(jù)。對于提取出的高品質(zhì)數(shù)據(jù)，在每一個采樣點的多周期觀測值中，離群值的比例低于50%，這時進(jìn)行Robust周期疊加及后續(xù)處理，可以得到更加準(zhǔn)確的復(fù)電阻率計算結(jié)果。

圖7　測線Line.1所得4個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率相位剖面（采用相關(guān)度分析之前）Fig.7　Profile of complex resistivity phase for 4 frequencies in survey Line.1（before coherence analysis processing）

圖8　測線Line.1所得4個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率振幅剖面（采用相關(guān)度分析之前）Fig.8　Profile of complex resistivity amplitude for 4 frequencies in survey Line.1（before coherence analysis processing）

圖9　測線Line.1所得4個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率相位剖面（采用相關(guān)度分析之后）Fig.9　Profile of complex resistivity phase for 4 frequencies in survey Line.1（after coherence analysis processing）

由圖9（a）和10（a）可以看出，處理之后800 m至 1000 m（測點No.40至No.50）處仍有一定的低阻、高極化異常。結(jié)合測區(qū)地質(zhì)等資料可知，該區(qū)域即為鉛鋅礦容礦斷層所在位置。鉛鋅礦為低阻高極化，斷層往南傾，傾斜方向與小號測點一致，類似于低阻高極化傾斜板狀體。在圖9（a）所示相位剖面中，在800 m至100 m出現(xiàn)相移極大值異常，在極大值右側(cè)有小于背景值的相移極小值異常出現(xiàn)。在圖10（a）所示的電阻率幅值剖面中，在800 m至1000 m出現(xiàn)電阻率極小值異常，在極小值右側(cè)有略大于背景值的電阻率極大值異常出現(xiàn)。這與低阻高極化傾斜板狀體的異常形態(tài)完全吻合，可見數(shù)據(jù)處理結(jié)果較好地反映了測區(qū)地質(zhì)情況。

圖10　測線Line.1所得4個頻點對應(yīng)的復(fù)電阻率振幅剖面（采用相關(guān)度分析之后）Fig.10　Profile of complex resistivity amplitude for 4 frequency in survey Line.1（after coherence analysis processing）

4　結(jié)論

1）將相關(guān)度分析引入多頻激電數(shù)據(jù)預(yù)處理。對于噪聲干擾嚴(yán)重的多周期觀測數(shù)據(jù)，計算各周期電壓、電流數(shù)據(jù)之間的相關(guān)度，相關(guān)度與實測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量直接相關(guān)，根據(jù)相關(guān)系數(shù)分布范圍，設(shè)置閾值進(jìn)行濾波，可在強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下提取出質(zhì)量較高的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過Robust周期疊加與后續(xù)處理，可以獲得更為準(zhǔn)確的復(fù)電阻率計算結(jié)果，由于該方法是基于疊前數(shù)據(jù)，所以不會帶來激電信息的損失。

2）結(jié)合甘肅白銀地區(qū)某測線實測的多頻激電數(shù)據(jù)證明了該方法的有效性。在進(jìn)行相關(guān)分析提取之前，復(fù)電阻率相位和幅值計算結(jié)果都發(fā)生重大偏差，相位誤差超過1000 mrad，幅值誤差超過100%。采用相關(guān)度分析進(jìn)行處理后，相位誤差降低到150 mrad以下，幅值誤差降到10%以內(nèi)，對于高頻成分，計算誤差更小，相位誤差降到40 mrad以內(nèi)。

3）雖然該段的計算誤差相對于其他測點依然比較大，但處理后整條測線曲線形態(tài)已比較合理。測線所圈定的異常主要反映鉛鋅礦容礦斷層，與先期地質(zhì)資料相符。相關(guān)度分析處理方法原理簡單，易于實現(xiàn)，有助于從強(qiáng)干擾背景下提取高品質(zhì)多頻激電信號，推動頻譜激電法在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用。

致謝：感謝中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項資金資助。感謝國防科技大學(xué)信息地球物理協(xié)同創(chuàng)新中心和湖南強(qiáng)軍科技有限公司吳宏、姚紅春、申瑞杰、石洪華、仇潔婷等在多頻激電方法、儀器和數(shù)據(jù)處理研究方面給予的幫助。

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(編輯李艷紅)

Coherence analysis for multi-frequency induced polarization signal processing in strong interference environment

LIU Wei-qiang1，2，CHEN Ru-jun1，2
（1.School of Geoscience and Info-physics Engineering，Central South University，Changsha 410083，China；2.Key Laboratory of Nonferrous Metal Ore Forecast，Ministry of Education，Central South University，Changsha 410083，China）

Data processing in strong interference environment was investigated and coherence analysis was applied to do it.The coherence of potential difference and transmitting current for each period is relative to the data quality and the signal-to-noise ratio（SNR）.SNR of data with coherence more than 0.5 can be high enough，which can be used for the subsequent data processing and resistivity calculation.In contrast，SNR of data with coherence less than 0.5 even close to 0 can be low and the IP signal is submerged by noise，which cannot be used for subsequent data processing.The effectiveness of our processing approach was demonstrated by showing examples of a data acquired in Gansu Province，Baiyin was demonstrated.The threshold is set and the observation data of high quality can be extracted to obtain more accurate calculation results of complex resistivity spectrum.For the survey point with strong interference，The error of complex resistivity phase is reduced from 1000 m/r to 150 m/r and error of complex resistivity phase at high frequency is reduced to 40 m/r.The error of complex resistivity amplitude is reduced from 100%to 10%approximately.This method is effective.

m-sequence multi-frequency induced polarization method；noise suppression；complex resistivity；coherence analysis；threshold

Project（2382014bks101）supported by the Fundamental Research Funds for Central South University，China

date:2015-05-19；Accepted data:2015-10-18

CHEN Ru-jun；Tel：+86-13787080374；E-mail：chrujunl2458@gmail.com

P631

A

1004-0609（2016）-03-0655-11

中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項資金資助（2382014bks101）

2015-05-19；

2015-10-18

陳儒軍，副教授，博士；電話：13787080374；E-mail：chrujun12358@gmail.com