音频大地电磁远参考点信号特征及远参考大地电磁法在信号处理中的应用研究

辛会翠

(承德石油高等专科学校 计算机与信息工程系，河北 承德 067000)

音频大地电磁测深法(AMT)是利用天然场源勘探的一种方法，其场源相对较弱，易受人文因素干扰[1-3]。干扰信号主要包括尖脉冲干扰、高压输电线干扰、宽频带强能量干扰、方波干扰等。这些电磁噪声干扰使AMT数据频点离差大变大、飞点、视电阻率-相位曲线形态突变等。特别是中、低频段数据质量较差[4-5]。1978年，国外学者提出的远参考大地电磁法(Remote Reference MT，简称 RRMT)具有重要意义，其利用远参考点与测点之间噪声的不相关性特征为依据，通过阻抗估计进而压制随机噪声的干扰[6-7]。国内对远参考方法的应用进行了很多的研究。在南方强干扰地区应用远参考技术进行的大地电磁实测工作，有效改善了中低频数据质量，同时使用robust方法联合进行阻抗估算取得了较好的效果[8]。远参考法数据采集、野外如何选择远参考点工作站位置以及远参考法应用效果分析等，国内许多学者也做了大量的研究[9-13]；他们从不同角度阐述了远参考方法的原理，讨论了其在压制各种噪声干扰方面所达到的效果，本文基于国内外研究成果为基础，通过实测远参考点数据分析，进行总结归纳，为野外生产实际提供技术依据，具有重要的意义。

1 远参考法原理

远参考大地电磁测深法，其利用远参考点与测点之间噪声的不相关性为依据，即两观测点相距较远时，两观测点间电磁分量中的噪声一般满足相互独立即不相关。同时大地电磁测深中磁信号在相当一段距离范围内变化缓慢这一特点，人们提出了将一远参考点处磁信号作为测点处的磁分量来估算张量阻抗，此时一般有

〈HyrHyr*〉=〈HyrsHyrs*〉=〈HysHys*〉

(1)

〈ExHyr*〉=〈HyrsExs*〉=〈ExsHys*〉

(2)

〈HyrnHyn*〉=0

(3)

其中，下标r代表参考点，s和n代表信号和噪声，rs和rn代表参考点的信号和噪声。通常，对于二维介质可以写出以磁场为参考的张量阻抗的表达式

(4)

(5)

(6)

(7)

其中

D=〈HxHxr*〉〈HyHyr*〉-〈HxHyr*〉〈HyHxr*〉

(8)

从式(4)、(5)、(6)和(7)中可以看出，每一对互功率谱均包含参考道的磁场分量，在满足勘探深度的前提下，远参考点和测量点相应频段范围内噪声的特性是非相关的，远参考处理便能改善数据质量，提高阻抗张量估算精度[6-7]。

2 远参考距离及远参考站的选择

实际上大地电磁法的电磁场信号总场为一次场与二次场之和，同时又由于二次场是一次场激励的，所以有只要实测点和远参考点的一次场相关就可满足信号相关的条件，而与参考道所处地下地质特征无关。实际上噪音和信号的划分是相对的。在大地电磁法中将不满足平面波特征的电磁波归为噪音，因此选择的远参考站要在干扰小，人文噪声弱的地区，这样就保证电磁场数据平稳，波形无畸变，频域阻抗各频点功率谱数据稳定，无明显跳变，视电阻率、相位曲线光滑平稳，误差棒小[7]。

3 远参考点特征分析

本文分别对高频TS2(采样率：24000)、中频TS3(采样率：2400)和低频TS4(采样率：150)从时间序列、频谱及相干度进行详细分析，归纳出典型远参考点特征。

由图1(a)～图3(a)可见，时间序列显示电磁场信号缓慢变化，符合大地电磁信号特征，并且无明显噪声干扰的波形；图1(b)～3(b)显示电磁场频谱量级一致，无明显震荡，仅在50 Hz及其谐波处频谱极大值明显以及“死频带”存在干扰，分析由于“死频带”电磁场信号较弱所致；图1(c)～3(c)显示相干度接近1，仅在50 Hz处以及“死频带”相干度较差，分析由于“死频带”电磁场信号较弱所致。

4 视电阻率相位曲线特征

图4左显示远参考点视电阻率-相位曲线光滑连续，图4右显示频点功率谱数值基本一致，表明远参考点数据反映的是地下的无偏阻抗信息。

综上所述，远参考点时间序列电磁场信号无明显非天然场信号特征，电磁场信号平稳变化，频谱无明显震荡，仅在“死频带”、50Hz及其谐波存在震荡，所有频点相干度接近1，仅在“死频带”相干度较差。

5 远参考大地电磁法应用

图5(a)为数据点原始卡尼亚电阻率-相位曲线图，图中10～0.35 Hz频段Rxy视电阻率曲线畸变，呈近似45°抬升，相位趋于零，为典型近源干扰特征；Ryx视电阻率曲线飞点较多，分析受较强电磁干扰造成，整体视电阻率曲线不光滑，存在较多飞点，数据质量较差。如图5(b)所示，经过远参考大地电磁法处理后卡尼亚电阻率-相位曲线10～0.35 Hz频段Rxy视电阻率曲线得到了压制，曲线形态得到了明显地改善，Ryx视电阻率曲线飞点得到了校正，曲线光滑连续。

6 结论

1)远参考点时域具有典型的大地电磁信号特征。大地电磁信号在时间域变化平稳，无明显的跃变。

2)远参考点视电阻率-相位曲线光滑连续，频点功率谱数值基本一致，反映地下的无偏阻抗信息。

3)远参考大地电磁法可以有效改善受电磁干扰影响所致的数据质量，使其反映真实地下电性特征。