郝社鋒,田少兵,梅榮,彭榮華,李兆令

(1.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210023; 2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇 南京 210049; 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球物理與空間信息學(xué)院,湖北 武漢 430074; 4.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 泰安 271000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展,向地球深部進(jìn)軍已成為戰(zhàn)略科技問題。目前,世界先進(jìn)水平的勘探開采深度已達(dá)到2 500～4 000 m,而我國大多小于500 m。開展地球深部探測(cè)是解決地學(xué)重大基礎(chǔ)理論問題的需要,也是國家保證能源資源安全、擴(kuò)展經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展空間的重大需求[1]。大地電磁測(cè)深法(簡稱MT)是研究地球電性結(jié)構(gòu)、尋找深部資源的重要方法之一[2-3]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人文電磁干擾日益嚴(yán)重,如何有效抑制電磁噪聲已成為勘探效果好壞的首要因素。傳統(tǒng)的大地電磁勘探技術(shù)規(guī)范,如石油大地電磁法采集技術(shù)規(guī)程(SY/T 5820—2014),要求測(cè)點(diǎn)與干擾源(例如繁忙的公路)的距離不小于200 m,對(duì)于一些高干擾電磁源(如礦山、工廠、電器鐵路、電站等)則要求至少避開2 km以上。然而,一些急需解決深部生產(chǎn)需求的礦集區(qū)往往不能滿足規(guī)范要求,因此,如何對(duì)高干擾噪聲環(huán)境中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效噪聲壓制,獲取有質(zhì)量保證的MT數(shù)據(jù),成為MT資料采集與處理的核心問題,只有保證采集到最有效的原始數(shù)據(jù)資料,才能在后期數(shù)據(jù)處理及反演過程中獲取最真實(shí)的地質(zhì)信息。但改變實(shí)際的勘探環(huán)境往往較為困難,因此考慮在數(shù)據(jù)采集和處理等方面采取措施來提升數(shù)據(jù)品質(zhì)。本文詳細(xì)總結(jié)了以往大地電磁勘探過程中存在的各種噪聲特點(diǎn)及處理手段和優(yōu)缺點(diǎn),提出了一套有效提升大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量的采集與處理工藝,經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證了其應(yīng)用效果,為今后在類似地區(qū)進(jìn)行天然源大地電磁勘探提供了一套可行的參考方案。

1 現(xiàn)象分析

圖1為1963年在美國加利福尼亞州貝克萊召開的國際地球物理和大地測(cè)量聯(lián)合會(huì)上提出的全球電、磁強(qiáng)度平均振幅特征圖[4-5],圖中將地磁脈動(dòng)劃分為連續(xù)性脈動(dòng)Pc型和不規(guī)則脈動(dòng)Pi型。由圖中可以看出:在MT頻帶內(nèi)存在一信號(hào)低值區(qū)域,主要在0.05～10 Hz間,使得采集的MT數(shù)據(jù)有效信號(hào)質(zhì)量變低,該頻帶被稱為“MT死頻帶”,在音頻大地電磁測(cè)深(AMT)頻帶內(nèi)同樣存在信號(hào)低值區(qū)域,主要在500～4 000 Hz間,稱為“AMT死頻帶”。死頻帶范圍也是最易受到干擾的頻段。

圖1 全球電磁場(chǎng)強(qiáng)度平均振幅特征[4]Fig.1 Global average amplitude characteristics of electromagnetic field intensity[4]

圖2為未經(jīng)過特別處理的不同區(qū)域采集到的不同程度干擾下的MT原始視電阻率、相位曲線,采集時(shí)長均超過20 h。圖2a測(cè)點(diǎn)位于新疆北部準(zhǔn)噶爾盆地中南部沙漠中,周圍100 km內(nèi)幾乎無人類活動(dòng),數(shù)據(jù)未受到干擾,電阻率曲線圓滑,相位無跳躍,僅在0.1～0.5 Hz范圍內(nèi)存在極小的電阻率曲線起伏,為MT“死頻帶”的影響;總體來說,在無人文干擾的情況下可以采集到信噪比極高的原始MT數(shù)據(jù)。圖2b位于沿海地區(qū),測(cè)點(diǎn)距村莊約3 km,距城鎮(zhèn)超過5 km,圖中曲線已濾掉工頻諧波;圖中可見曲線在0.05～1 Hz范圍內(nèi)存在明顯45°下降后上揚(yáng),對(duì)應(yīng)相位趨于0,表現(xiàn)出顯著的“近源效應(yīng)”特征,而100 Hz以上出現(xiàn)電阻率下掉現(xiàn)象,較為明顯是受到脈沖噪聲和周期噪聲的影響。圖2c的測(cè)點(diǎn)地形起伏較大,測(cè)點(diǎn)周邊500 m以內(nèi)有零星村落,2 km以外為鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心;結(jié)合其他相鄰測(cè)點(diǎn)信息發(fā)現(xiàn),xy方向視電阻率曲線存在明顯的上下位移現(xiàn)象,yx方向視電阻率曲線無明顯位移現(xiàn)象,在0.01～5 Hz范圍內(nèi),xy、yx方向的視電阻率均呈45°上升后急劇下降,說明該測(cè)點(diǎn)受靜態(tài)效應(yīng)影響較大,使得兩種極化模式視電阻率曲線分離,同時(shí)又受到充放電、方波等噪聲影響,使中低頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生嚴(yán)重的近源效應(yīng);曲線飛點(diǎn)多、離散程度大,是極差的數(shù)據(jù)。圖2d測(cè)點(diǎn)周邊200 m附近有一排發(fā)電風(fēng)車,具有較強(qiáng)的周期噪聲和充放電噪聲,圖中全頻段范圍內(nèi)電阻率曲線無明顯的形態(tài)特征,出現(xiàn)分段的整體偏移現(xiàn)象,無規(guī)律可循,需多種手段處理才有可能恢復(fù)其形態(tài)。

圖2 大地電磁數(shù)據(jù)在不同干擾情況下的視電阻率、相位曲線Fig.2 Resistivity curves and phase curves of MT data under different interference conditions

在實(shí)際生產(chǎn)中,一個(gè)測(cè)點(diǎn)受到的干擾往往呈現(xiàn)多種類型,獲取的視電阻率、相位曲線是多種影響因素的綜合體現(xiàn),不能僅從曲線形態(tài)來判斷受何種因素的影響。

MT方法是建立在平面電磁波垂直入射到水平均勻?qū)訝罱橘|(zhì)的理論基礎(chǔ)上,當(dāng)觀測(cè)區(qū)距離場(chǎng)源較遠(yuǎn)、測(cè)區(qū)構(gòu)造的水平非均勻性尺度不是很大以及勘探深度并不是特別深時(shí),平面波假設(shè)的正確性還是成立的[6]。在MT勘探中,將平面電磁波作為有效場(chǎng)源而不滿足平面波特征的場(chǎng)源稱為噪聲,判斷一個(gè)電磁波場(chǎng)源屬于有效場(chǎng)源還是噪聲,主要依據(jù)其產(chǎn)生的電磁波到達(dá)勘查區(qū)域時(shí)是否滿足平面波特征[7]。經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn),MT數(shù)據(jù)采集中噪聲主要可分為觀測(cè)系統(tǒng)噪聲、環(huán)境噪聲和地質(zhì)噪聲[8-13]。隨著科技水平的不斷進(jìn)步,目前世界上較為先進(jìn)的采集系統(tǒng)本底噪聲已經(jīng)很小,而地質(zhì)噪聲主要是由勘查區(qū)域局部不均勻體產(chǎn)生的靜態(tài)效應(yīng)或地勢(shì)起伏產(chǎn)生的地形影響所造成,因此本文主要討論由于人類活動(dòng)而產(chǎn)生的電磁干擾,它們往往能產(chǎn)生較強(qiáng)烈的電磁信號(hào)。

在飛速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì),人類活動(dòng)無處不在,即使在荒無人煙的野外,也會(huì)存在無線通訊塔、電路輸電線等易產(chǎn)生電磁干擾的設(shè)備。當(dāng)一些常見電磁設(shè)備靠近勘查區(qū)時(shí),其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將不滿足平面波特征,而成為MT的電磁噪聲。常見的電磁干擾噪聲主要分為方波噪聲、三角波噪聲、階躍噪聲、脈沖噪聲、充放電噪聲、周期噪聲等[11-15],其特征及影響范圍如表1所示。在實(shí)際環(huán)境中,往往是多種電磁噪聲混合出現(xiàn),且一種電磁噪聲源也可能同時(shí)產(chǎn)生多種噪聲,因此在MT數(shù)據(jù)采集及處理中,應(yīng)盡可能地在采集階段遠(yuǎn)離干擾或降低其影響。

表1 人文電磁噪聲類型及特征Table 1 Types and characteristics of humanistic electromagnetic noise

2 校正方法對(duì)比

MT中的噪聲抑制問題是國內(nèi)外一直關(guān)注的課題[8, 10,12,14, 16-24],表2列舉了自20世紀(jì)50年代MT提出至今各種抑制大地電磁噪聲方面的研究成果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,從最初的互功率譜法和Robust法到遠(yuǎn)參考道技術(shù),人們對(duì)大地電磁的輸入端噪聲進(jìn)行了有效的研究,很多應(yīng)用成果也得到了廣大學(xué)者的認(rèn)可,但對(duì)于噪聲干擾嚴(yán)重區(qū)域,仍然無法獲取有效的原始數(shù)據(jù)。很多學(xué)者從時(shí)間域和電磁信號(hào)的數(shù)學(xué)形態(tài)入手開展了大量的研究,針對(duì)不同問題均取得了一定的應(yīng)用效果,但很難得到廣泛的推廣應(yīng)用,主要原因之一就是對(duì)處理者有較高的理論水平和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)要求。因此,如何找到一個(gè)既能得到較好的應(yīng)用效果又適用于一般技術(shù)人員的處理方法顯得尤為重要。

表2 大地電磁噪聲壓制方法對(duì)比Table 2 Comparison of MT noise suppression methods

表2對(duì)大地電磁人文噪聲壓制方法進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,從方法、方式、特征特點(diǎn)及該方法的缺陷和取得效果方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)?？梢钥闯?針對(duì)不同問題,例如不相關(guān)噪聲、相關(guān)噪聲、周期性噪聲、非線性非平穩(wěn)信號(hào)等,都有針對(duì)性的解決方法,但是沒有一種方法可以解決所有問題,需要尋求多種方法相互補(bǔ)充,共同來完成對(duì)MT原始數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升。因此,組合方式的選取成為一個(gè)值得關(guān)注的問題。

基于以上需求,根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了一套在人文干擾強(qiáng)烈區(qū)域獲取高質(zhì)量MT資料的生產(chǎn)工藝(圖3)。該套工藝存在幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):①在正式數(shù)據(jù)采集前需進(jìn)行較為詳細(xì)的調(diào)查與參數(shù)試驗(yàn),主要包括研究區(qū)域內(nèi)噪聲類型調(diào)查、人文電磁干擾強(qiáng)度試驗(yàn)、遠(yuǎn)參考距離設(shè)置試驗(yàn),進(jìn)行對(duì)比分析以獲取最佳的采集參數(shù)及參考站設(shè)置;②數(shù)據(jù)處理過程中對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換、Robust估計(jì)處理和工頻濾波處理,有效降低周期噪聲的干擾和減小曲線離散程度;③根據(jù)遠(yuǎn)參考道技術(shù)的原理,選取無干擾或與研究區(qū)噪聲干擾類型不相關(guān)的地區(qū)作為遠(yuǎn)參考站,有效消除不相關(guān)噪聲的影響。

圖3 大地電磁數(shù)據(jù)噪聲抑制施工與處理工藝Fig.3 Construction and processing technology of magnetotelluric data noise suppression

經(jīng)過以上處理后,除MT“死頻帶”(0.1 Hz左右)頻段外,獲取的大部分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量均有極大的提升。這也是本次工藝必須完成的主要程序。對(duì)于“死頻帶”數(shù)據(jù)處理主要推薦兩種方式:一是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工挑選,盡可能地還原曲線特征;二是通過研究區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的曲線特征,在“死頻帶”頻段范圍內(nèi),應(yīng)用RhoPlus模型擬合法[38]還原“死頻帶”范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。而在現(xiàn)實(shí)情況中,經(jīng)過以上處理后獲取的阻抗相位曲線依然存在無法滿足要求的情況,這就涉及到特殊情況特殊對(duì)待的問題,可使用時(shí)間域處理技術(shù),如小波變換去噪法、H-H變換、MT時(shí)間序列同步依賴關(guān)系去噪法等,針對(duì)不同類型噪聲特征,針對(duì)性地嘗試校正。對(duì)嘗試了各種手段仍無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)點(diǎn),則需拋點(diǎn)或重新選位測(cè)量。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

以上工藝中最為關(guān)鍵的地方在于遠(yuǎn)參考站的設(shè)置問題。自Gamble等[16]和Clarke 等[8]提出遠(yuǎn)參考道處理技術(shù)以來, Shalivahan 和Bhattacharya[18]認(rèn)為參考站距離至少在215 km以上才能有效提高30～0.000 55 Hz頻段內(nèi)的曲線質(zhì)量;楊生等[19]通過試驗(yàn)認(rèn)為參考站距離選擇為14倍勘探目標(biāo)層深度時(shí)可滿足噪聲不相關(guān)條件;陳清禮等[25]則認(rèn)為參考距離可設(shè)置在1 000 km以內(nèi),且參考站可與測(cè)站處在不同的緯度上;徐志敏等[27, 43]認(rèn)為磁相關(guān)性是影響遠(yuǎn)參考效果的關(guān)鍵因素;張剛等[44]認(rèn)為40 km參考距磁相關(guān)性很好,處理效果優(yōu)于常規(guī)遠(yuǎn)參考法;田少兵等[45]通過試驗(yàn)驗(yàn)證了參考距離并不是越遠(yuǎn)越好,對(duì)于一些高干擾測(cè)站,采用遠(yuǎn)參考加近參考相結(jié)合的多站參考,可以對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升起到意想不到的作用。

可以看出,不同學(xué)者對(duì)于遠(yuǎn)參考站距離的選擇并不統(tǒng)一。參考站位置的優(yōu)劣直接關(guān)系到原始數(shù)據(jù)質(zhì)量,基于大地電磁測(cè)深勘探及遠(yuǎn)參考技術(shù)原理可知,參考站觀測(cè)需滿足參考站與基站電磁環(huán)境相關(guān),也就是在一定范圍內(nèi)地球的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的,而該穩(wěn)定范圍高頻磁場(chǎng)小,低頻磁場(chǎng)大,因此參考站的選擇既要保障噪聲信號(hào)的不相關(guān),又要保證有效信號(hào)的高相關(guān),如何選擇一個(gè)合適的參考距成為關(guān)鍵問題。對(duì)于一個(gè)電磁源,其對(duì)于MT點(diǎn)來說即可能為噪聲也可能為有效信號(hào)。在此引入CSAMT理論[46],將人文活動(dòng)產(chǎn)生的電磁源視作電偶極子或磁偶極子源。在一維情況下,假設(shè)場(chǎng)源為時(shí)諧變化的,則根據(jù)赫姆霍茲方程可得趨膚深度公式:

式中:δ為趨膚深度,km;μ為磁導(dǎo)率;ω為諧變電流的圓頻率;σ為電導(dǎo)率;f為諧變電流的頻率;ρ為電阻率。電磁波在介質(zhì)中傳播的振幅衰減幅度u為式中p=z/δ,通常稱其為“電距離”或“感應(yīng)數(shù)”,其實(shí)質(zhì)是以趨膚深度為單位來表示的觀察點(diǎn)到場(chǎng)源的距離。

由振幅衰減與趨膚深度的關(guān)系曲線(圖4)可以看出,隨著電磁波在介質(zhì)中傳播距離的增大,波的振幅呈指數(shù)衰減,當(dāng)傳播距離z=3.56δ時(shí),波的振幅衰減達(dá)到了97.2%,當(dāng)z=5δ時(shí),波的衰減達(dá)到了99%以上,說明電磁偶極源信號(hào)在傳播達(dá)到5倍的趨膚深度時(shí),其波的能量幾乎衰減殆盡,若該信號(hào)源在研究區(qū)為噪聲,在該距離上則可認(rèn)為對(duì)測(cè)點(diǎn)的影響微乎其微,可忽略不計(jì)。設(shè)置遠(yuǎn)參考相對(duì)于研究區(qū)內(nèi)電磁干擾源5δ作為最近的參考距離,則其與研究區(qū)介質(zhì)電阻率及頻率關(guān)系如圖5所示,實(shí)際工作中,參考站距離的選擇可依據(jù)其選取。

圖4 電磁波振幅衰減與趨膚深度關(guān)系Fig.4 Graph of amplitude attenuation of electromagnetic wave and skin depth

圖5 最小參考距離與地下介質(zhì)電阻率及頻率的關(guān)系Fig.5 Relationship between small reference distance and resistivity and frequency of underground medium

需要注意的是,在遠(yuǎn)參考站的選取過程中要盡可能地選取無干擾或低干擾測(cè)點(diǎn),且附近不能有與研究區(qū)相似的干擾源,比如民用高壓線、城鎮(zhèn)居民用電等常見工業(yè)設(shè)施;距離超高壓線至少要2.6～2.8 km以上,距離普通高壓線至少1 km以上[47]。

4 試驗(yàn)效果對(duì)比

依據(jù)以上理論及施工工藝,在江蘇洪澤鹽盆(鹽礦)礦集區(qū)開展了MT試驗(yàn)工作,勘查區(qū)衛(wèi)星影像圖如圖6所示。首先在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行電磁偶極源調(diào)查,了解區(qū)域內(nèi)主要電磁干擾類型及其分布特征。

圖6 江蘇淮安洪澤鹽盆勘查區(qū)電磁干擾概況Fig.6 Summary of electromagnetic interference in Hongze Salt Basin exploration area, Huai 'an, Jiangsu Province

調(diào)查發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)主要干擾源有:居民區(qū)及民用輸送線、礦井采集設(shè)施及開發(fā)區(qū)、廠房工廠、高壓輸送線纜、通訊基站以及公路和過往車輛。圖6中標(biāo)注了部分顯而易見的干擾源分布區(qū)域,而更多的地下采礦井分布則無法明確標(biāo)出,屬于隱藏式干擾源,其中高壓線纜僅標(biāo)出了試驗(yàn)點(diǎn)附近的分布?？傮w認(rèn)為研究區(qū)屬于礦集區(qū)高電磁干擾區(qū)域,必須采用有效的電磁去噪技術(shù)才能獲取合格的原始數(shù)據(jù),因此設(shè)置遠(yuǎn)參考站是非常必要的。

依據(jù)該礦集區(qū)地下開采空間深度,初步確定主要目標(biāo)深度為1～4 km范圍,本次勘探深度設(shè)定為5 km。根據(jù)以往電磁法勘探經(jīng)驗(yàn)可知,本區(qū)地下介質(zhì)平均電阻率約為10 Ω·m,最低勘探頻率為0.05 Hz,趨膚深度約為7 km,采集時(shí)間保證在3h以上,則依據(jù)圖5,遠(yuǎn)參考距離以35 km為宜。為了驗(yàn)證該結(jié)論的可靠性,分別在研究區(qū)內(nèi)不同噪聲類型下設(shè)計(jì)了5個(gè)試驗(yàn)測(cè)站(SY1～SY5)和4個(gè)遠(yuǎn)參考站(YC1～YC4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中SY1為對(duì)比測(cè)站,位于低干擾區(qū),其他4個(gè)測(cè)站布設(shè)在區(qū)內(nèi)4個(gè)典型噪聲源附近?；厩闆r如表3所示。

表3 試驗(yàn)區(qū)測(cè)站與遠(yuǎn)參考站情況一覽Table 3 List of test stations and remote reference stations in the test area

圖7、圖8分別給出了SY2和SY3測(cè)站的情況。由圖7b可以看出,SY2周邊干擾源主要有大型工廠、居民區(qū)、采礦井、信號(hào)塔、公路等,屬于多種干擾源的綜合影響。由時(shí)間序列特征(圖7a)發(fā)現(xiàn),磁信號(hào)強(qiáng)度異常增大,主要能量來自于工業(yè)諧波的影響;由功率譜曲線(圖7c)可以看出,信號(hào)在50 Hz及其倍數(shù)頻率附近受到了強(qiáng)烈干擾,在50 Hz以上頻段受到各種不同場(chǎng)源的影響,振幅浮動(dòng)強(qiáng)烈,在中低頻范圍內(nèi)Hy功率譜振幅波動(dòng)較大且明顯高于Hx;圖7d顯示電阻率曲線形態(tài)雜亂無序,特別是ρxy曲線低頻段急劇下降,說明受到了強(qiáng)烈干擾。

圖7 SY2試驗(yàn)點(diǎn)基本情況一覽Fig.7 Summary of basic situation of SY2 test site

圖8 SY3試驗(yàn)點(diǎn)基本情況一覽Fig.8 Summary of basic situation of SY3 test site

由圖8b可以看出,SY3試驗(yàn)點(diǎn)附近主要干擾源為礦井生產(chǎn)設(shè)施和居民區(qū),而居民區(qū)相距測(cè)點(diǎn)達(dá)到200 m以上,認(rèn)為此處主要干擾源為區(qū)域內(nèi)礦井生產(chǎn)設(shè)備,為單一主要干擾源。由圖8a可以看出SY3測(cè)站時(shí)間序列呈不規(guī)則階躍型曲線,應(yīng)是受到階躍噪聲、脈沖和周期噪聲的影響;從功率譜特征(圖8c)來看,高頻部分僅在50 Hz及其倍數(shù)頻段受到較強(qiáng)烈干擾,在20～40 Hz范圍內(nèi)磁場(chǎng)受到了較明顯的影響,在低頻段Hx功率譜幅值出現(xiàn)了明顯的異常增大,這一點(diǎn)在視電阻率、相位曲線上也反映顯著(圖8d),ρyx電阻率曲線在低頻段呈現(xiàn)異常下凹現(xiàn)象,20～40 Hz段曲線出現(xiàn)明顯的“飛點(diǎn)”。

分別對(duì)SY1、SY2和SY3采用3.56δ(YC1)、13δ(YC2)和27δ(YC3)3種不同距離參考站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比,并采用Robust估計(jì)處理和工頻濾波處理,對(duì)比結(jié)果后,認(rèn)為遠(yuǎn)參考站設(shè)置達(dá)到3.56δ即已獲取較好的效果,因此后期分別對(duì)SY2、SY4和SY5進(jìn)行了5δ(YC4)遠(yuǎn)參考實(shí)驗(yàn),并在相對(duì)較好的處理結(jié)果中進(jìn)行人工挑選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖9～圖11。

-YC1、-YC2、-YC3分別表示使用YC1、YC2、YC3遠(yuǎn)參考站處理后的結(jié)果;-RG表示遠(yuǎn)參考站處理后又經(jīng)過人工挑選的結(jié)果

由圖9a可以看出,SY1屬于測(cè)區(qū)內(nèi)低干擾測(cè)點(diǎn),其視電阻率、相位曲線整體連續(xù)圓滑,無明顯的“飛點(diǎn)”和階躍現(xiàn)象。但在0.1～10 Hz范圍內(nèi),存在較為明顯的電阻率曲線下凹現(xiàn)象,高頻段存在電阻率下掉的現(xiàn)象,認(rèn)為其下掉的主要原因是:①該頻段為MT“死頻帶”范圍內(nèi),有效信號(hào)弱,無法壓制干擾;②周邊不同距離的電磁波信號(hào)傳播到該測(cè)站時(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于電場(chǎng)強(qiáng)度。通過不同遠(yuǎn)參考處理后,在該頻段電阻率下凹和高頻段下掉的現(xiàn)象得到明顯改善,在YC2和YC3參考后在小于1 Hz頻段存在個(gè)別較為明顯的“飛點(diǎn)”,局部存在曲線不連續(xù)現(xiàn)象,但是整體偏差不大,經(jīng)過人工挑選后,可以獲取圓滑連續(xù)的曲線。綜合認(rèn)為YC1即可滿足遠(yuǎn)參考需求,且效果優(yōu)于YC2和YC3。

由圖9b可以看出,SY3主要受到礦區(qū)內(nèi)單一噪聲源影響,視電阻率、相位曲線在10～100 Hz范圍內(nèi)存在明顯的“下掉”現(xiàn)象,在0.05～10 Hz頻段范圍內(nèi),yx方向存在明顯的電阻率向下凹陷,相位變低的現(xiàn)象,xy方向該現(xiàn)象相對(duì)不明顯,認(rèn)為其為礦區(qū)內(nèi)干擾源的主要影響。經(jīng)過不同參考距參考后,可以看出,在10～100 Hz頻段范圍內(nèi)該現(xiàn)象得到了較好的改善,在0.05～10 Hz頻段,yx方向電阻率下凹現(xiàn)象得到了一定的提升,但是由于YC2參考道本身受到一定的噪聲影響,故其在低頻段參考效果較差。YC3參考效果在低頻段出現(xiàn)了明顯的跳躍和“飛點(diǎn)”現(xiàn)象,雖然總體趨勢(shì)較YC1一致,但參考效果均不如YC1,經(jīng)過人工挑選后,可以獲取優(yōu)良的阻抗相位數(shù)據(jù)。

SY2受到測(cè)區(qū)內(nèi)多種電磁噪聲源近距離干擾,屬于混合干擾,其所受到的電磁影響由原始電阻率、相位曲線可見一斑(圖10),曲線在小于1 Hz頻段呈上下階躍性跳動(dòng),無明顯的走向趨勢(shì),高頻段同樣呈較大浮動(dòng),連續(xù)性較差。經(jīng)過不同參考距的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出:在0.5 Hz至高頻段,曲線形態(tài)得到明顯改善,且不同距離參考站參考效果具有較好的一致性;在0.5 Hz至低頻段,電阻率、相位曲線仍表現(xiàn)為較大的浮動(dòng)跳躍現(xiàn)象,無明顯趨勢(shì),認(rèn)為無法達(dá)到合格要求,經(jīng)過人工挑選的數(shù)據(jù)雖然圓滑性有所提升,但其曲線形態(tài)仍無法得到明顯改善。分析認(rèn)為,高頻段信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)參考處理后得到提升,而低頻段數(shù)據(jù)無法通過遠(yuǎn)參考道方法和人工挑選的方法得到改善。對(duì)于此種多干擾源混合干擾測(cè)點(diǎn),需嘗試使用時(shí)間域處理技術(shù)進(jìn)行單獨(dú)分析處理,若仍無法達(dá)到要求,應(yīng)盡量遠(yuǎn)離干擾源布設(shè)測(cè)點(diǎn),重新采集或者作拋點(diǎn)處理。

-YC1、…-YC4分別表示使用YC1、…YC4遠(yuǎn)參考站處理后的結(jié)果;-RG表示遠(yuǎn)參考站處理后又經(jīng)過人工挑選的結(jié)果

經(jīng)過SY1、SY2和SY3的試驗(yàn)對(duì)比分析,與距離較遠(yuǎn)的YC2和YC3相比,YC1參考站即已獲得較好的參考效果,因此對(duì)SY4和SY5采用YC4(參考距接近于YC1)進(jìn)行遠(yuǎn)參考試驗(yàn),結(jié)果見圖11。可以看出,SY4分別受到礦區(qū)陰極保護(hù)站、道路、居民區(qū)等影響,原始曲線呈不連續(xù)跳躍狀,小于1 Hz頻段的電阻率急劇下降,相位曲線升高,說明該頻段受到更為明顯的影響。經(jīng)過YC4參考后,1 Hz以上頻段得到了明顯提升,而低于1 Hz的信號(hào)呈階躍狀跳動(dòng)現(xiàn)象;經(jīng)人工挑選后,曲線形態(tài)連續(xù)性得到明顯改善,但其數(shù)值與遠(yuǎn)參考處理結(jié)果存在較為明顯的差異,有待進(jìn)一步與相鄰測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析后,再判斷其可靠性。

-YC4表示使用YC4遠(yuǎn)參考站處理后的結(jié)果;-RG表示遠(yuǎn)參考站處理后又經(jīng)過人工挑選的結(jié)果

SY5主要受到高壓線纜和居民區(qū)的影響,在整個(gè)頻段均受到不同程度的影響,尤其在中高頻段1～100 Hz范圍內(nèi)影響最為嚴(yán)重。經(jīng)過YC4參考后,1 Hz以上頻段的曲線形態(tài)得到了明顯改善,1 Hz以下頻段也得到了一定的提升。經(jīng)過人工挑選后,整體曲線形態(tài)得到了明顯改善,可認(rèn)為達(dá)到了合格水平。

5 結(jié)論與建議

通過理論分析與實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié),對(duì)后工業(yè)時(shí)代天然源大地電磁勘探的主要噪聲源及特征、噪聲抑制技術(shù)及施工特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析,主要結(jié)論如下:

1)我國境內(nèi)主要電磁場(chǎng)產(chǎn)生源可分為12種,其產(chǎn)生的主要噪聲分為6類。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,一種噪聲源可產(chǎn)生多種噪聲信號(hào),應(yīng)在數(shù)據(jù)采集階段盡早遠(yuǎn)離或降低其影響。

2)針對(duì)大地電磁測(cè)深噪聲抑制問題,認(rèn)為Robust處理、遠(yuǎn)參考道技術(shù)和人工篩選是較為系統(tǒng)和必要的方法,其他方法亦有各自針對(duì)的問題,各有千秋。

3)根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了一套適用于高干擾地區(qū)的、簡易有效的大地電磁數(shù)據(jù)采集及處理工藝,認(rèn)為遠(yuǎn)參考站設(shè)置至少大于3.56倍δ(趨膚深度),最佳參考距離為5倍δ。在洪澤鹽盆礦集區(qū)開展的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該方法的有效性。

基于實(shí)際情況及本次研究,在生產(chǎn)過程中需注意以下幾個(gè)方面:

1)現(xiàn)實(shí)電磁噪聲環(huán)境比理論情況復(fù)雜得多,往往是多種電磁干擾源的綜合影響,因此在正式施工前需盡可能多地了解工作區(qū)概況,優(yōu)化觀測(cè)方案,針對(duì)高干擾、多噪聲區(qū)域,設(shè)置多種方案。

2)針對(duì)個(gè)別遠(yuǎn)參考站效果一般的測(cè)點(diǎn),可嘗試遠(yuǎn)參考加近參考(區(qū)內(nèi)低干擾測(cè)點(diǎn))多站參考的方式進(jìn)行處理,有可能獲得更好的參考效果。

3)針對(duì)特殊測(cè)點(diǎn),常規(guī)處理手段無法校正的情況下,在時(shí)間域采用小波變換、H-H變換等處理方法,有可能得到更好的效果。

4)采用多種技術(shù)手段仍無法達(dá)到要求的測(cè)點(diǎn),該測(cè)點(diǎn)不能參與到后續(xù)數(shù)據(jù)反演工作中,避免產(chǎn)生假異常。