大地電磁測深法環境噪聲抑制研究及其應用探討

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引言

城鎮、輸電線、廠礦等不同類型的電磁干擾源在時間序列數據中留下的干擾痕跡和特征不盡相同。在電磁干擾區域開展大地電磁測深工作時，通過對電道、磁道信號的監測能夠一定程度上對干擾源的類型進行推測，對比不同方向的采集信號變化規律、相鄰測站的采集信號特征可以初步對干擾源的性質和方向進行判斷。

一、大地電磁場特征

大地電磁測深觀測的天然交變電場來自宇宙的電磁場、高空雷電等電磁場源。各種來源的交變電場相互疊加補充從而具備寬廣的頻率范圍，最終經過長距離的傳播在地表垂直入射。在電磁波垂直入射的過程中，不同深度的信號一部分被不同電阻率的電性結構吸收衰減，一部分反射至地表成為大地電磁測深觀測的電信號。分別測量地表的電場和磁場，可以對地下地質體的電性特征及展布進行研究。此外，隨著時間和空間的不同，天然交變電磁場的信號也存在一定的差異，需要對所在區域的電磁場信號規律進行具體而分析。

二、大地電磁測深法中的噪聲干擾

天然交變電磁場由于其場源距離非常遠，信號強度較弱。在實際生產中，較易受到周邊環境電磁場的疊加影響，變得不完全滿足垂直入射的理論計算條件，從而在所計算的電阻率曲線上產生畸變。

大地電磁測探法在具體應用的過程當中，常常會受到周圍環境的噪聲影響，一般意義上的噪聲分為主動性和被動型兩種。主動型噪聲主要來自于人類生產生活中產生的局部電磁場，在計算視電阻率曲線上表現為隨機的扭曲、分散或者虛假性異常。隨著社會經濟的快速發展，此類噪聲的強度和影響范圍不斷擴大，成為影響大地電磁數據采集的最大因素。被動型噪聲也稱地質噪聲，淺層的局部地質體使得淺層電性結構不均勻，其最大的表現是高頻數據的局部畸變和靜位移效應。

無論是主動型干擾還是被動性干擾的產生因素都非常的多。尤其是在工業城鎮或者是礦山的附近，電氣設備經常會存在著接地或者漏電的現象，在運行的過程當中產生的游散電流，會對大地電磁測深法產生非常嚴重的干擾，比如近場干擾。

三、視電阻率、阻抗相位離差視電阻率

電磁干擾對視電阻率數據的影響主要包括飛點、離散、扭曲等，其影響程度隨干擾電磁場強度和對全時間序列數據的覆蓋率的增加而增大，其中子功率譜數據的離散是最常見的干擾現象。前人在干擾數據的處理方面做了大量工作，對不同類型的電磁場干擾都起到了一定作用，但由于應用范圍窄、在實際生產中難以推廣。對大地電磁數據視電阻率和相位子功率譜的疊加分布特征進行分析，并在后續對其權系數進行調整，可以一定程度上完成對干擾數據的去除。數據之間離差的大小，在一定程度上會和電阻率有著密切的關系，兩者之間存在著不相等的關系。通過了解各要素的具體影響力度，在一定程度上可以對要素進行合理的分配。

四、噪聲分布規律及特點

(一)電磁干擾的頻率特征。大地電磁采集系統在應用的過程當中，需要考慮到具體的應用場景，考慮到工業干擾方面所存在的問題，及時的對采集到的含噪聲數據進行針對性處理，在設置頻率的過程當中避開諧波頻率。

在一些情況下，信號零點不能夠達到理想狀態，在實際工作中電磁干擾會出現頻率范圍內的漂移，這些都會在時間序列信號中存在較為明顯的痕跡。無論是對是電阻率阻抗相位離散程度進行分析，還是對全信息矢量相干度進行分析，都需要充分的了解本區域的疊加電磁場特征。通過對數據分析，采取合理的手段對固定頻帶的噪聲針對性處理，在一定程度上能夠減弱的干擾對數據的影響。

(二)電干擾與磁干擾。電信號和磁信號在一定程度上密切相關，很難用單一的標準對干擾源性質進行明確的劃分。

在分析干擾源的干擾程度時，可以了解不同頻段電磁場的信噪比，合理的設計電偶極源和磁偶極源，根據麥克斯韋方程組做進一步的分析理論基礎。電偶極源所產生的電磁場，在一定程度上通過麥克斯韋方程能夠進行大致的描述，可以對兩者之間的邊界進行明確。深入的研究可控源音頻，加強理論上的指導，充分的了解體分布特征，這些研究對于本篇文章所討論的問題是非常有意義的。在分析可控源電磁場的過程當中，需要明確干擾源，了解周圍的廠區，對偶極源的電磁場進行分析。電偶極源整體的幅值會比較大，和大地電阻率呈現出了正比的關系，電阻率和磁偶極源磁場整體的數據呈現出了反比的關系。通過對磁場進行深入的分析了解，磁場和電阻率之間的關系，可以及時進行數據監測和結構調整。兩種不同的電場互相會形成干擾，通過調整干擾關系，在一定程度上能夠提升采集效果。

圖1 電道干擾點遠參前后子功率譜對比圖

圖2 磁道干擾點遠參前后子功率譜對比圖

圖1及圖2分別為受電場和磁場干擾測點在遠參考處理前后子功率譜的分布。經過遠參考處理，無論電道干擾點還是磁道干擾電的中頻的子功率譜離散度均有明顯的下降。相比而言，遠參考處理之前電場干擾測點的離散程度較高，最終處理效果更勝一籌。

磁場會比電場衰弱的慢，兩種不同結構的磁場在影響當中能夠有效的對關系進行調整。實際測量工作在整體開展的過程當中，需要對電磁場的信號進行測試，分析干擾源的來源和程度。磁信號會受到噪聲的污染，實際工作在這里開展的過程當中，需要進一步的對此問題進行分析，將電場作為參考的主要信號，站在不同的角度對阻抗張量進行估計。在選擇參考信號的時候最好是應用電場，這對于后續的研究和發展來說都具有重要的推動意義。

結束語

大地電磁信號在具體應用的過程當中，可以有效的產生激電效應，在國外也有許多的學者對天然電磁場進行分析，進一步的了解地下介質激電效應。在激電效應影響之下，磁場的電阻率會有所增高，相位會大幅度的降低，實際工作在這里開展的過程當中，空間介質是可極化的。在分析視電阻率曲線時，會發現整體的變化呈現出了獨特的曲線。隨著對可極化體的寬度和厚度都有了進一步的認識，在一定程度上可以縮小研究的誤差。通過對大地電磁測探進行研究，可以深入的了解激電效應所存在的干擾，從而可以采取具有針對性的措施消除它，這是一個非常值得研究的課題。