高干扰矿集区大地电磁噪声抑制技术探索

doi:10.11720/wtyht.2024.1140

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摘要

大地电磁测深(MT)在矿产资源勘探方面应用广泛,但强人文电磁干扰严重制约了高质量的原始MT数据的获取。本文详细总结了国内常见电磁噪声源的类型,对其产生的电磁噪声特征进行分类分析;对国内外MT电磁噪声去噪方法进行对比,结合实际生产需求,总结了一套适用于高干扰矿集区快速有效的MT数据去噪施工与处理工艺。研究表明:Robust处理、远参考道技术和人工挑选是提高MT数据采集质量的有效和必要的手段,而通过理论计算,远参考站设置距离不小于3.56倍趋肤深度即可;在江苏洪泽盐盆矿集区开展的MT试验工作验证了该设定。

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关键词 ：大地电磁测深, 电磁噪声, 去噪, 远参考道, 矿集区

Abstract：

Magnetotelluric sounding (MT) has been extensively applied in mineral resource exploration. However, strong anthropogenic electromagnetic interference severely constrains the acquisition of high-quality original MT data. This study provided a detailed summary of the common types of electromagnetic noise sources in China and analyzed the characteristics of electromagnetic noise they produced. By comparing the methods for MT electromagnetic noise reduction at home and abroad, this study developed a rapid and effective construction and processing technology for MT data denoising in high-interference ore districts based on actual production demands. The results indicate that Robust processing, remote reference technique, and manual selection are effective and necessary in enhancing MT data quality. Besides, theoretical calculations suggest that the distance between the remote reference stations should be set at 3.56-fold skin depth or above, as verified by the MT experiments in the ore district of the Hongze salt basin, Jiangsu Province.

Key words： magnetotelluric sounding (MT) electromagnetic noise denoising remote reference method ore concentration area

收稿日期: 2023-04-10 修回日期: 2023-06-08 出版日期: 2024-02-20

ZTFLH:

P631.1

基金资助:江苏省矿地融合试点项目(苏财资环[2022]19号);江苏省地质勘查专项资金项目(苏财建[2018]96号)

通讯作者: 田少兵(1990-),男,高级工程师,主要从事电磁法勘探与地热资源勘查的研究工作。Email:506006927@qq.com

作者简介: 郝社锋(1977-),男,正高级工程师,主要从事地质资源与地质工程方向的研究工作。Email:34746594@qq.com

引用本文:

郝社锋, 田少兵, 梅荣, 彭荣华, 李兆令. 高干扰矿集区大地电磁噪声抑制技术探索[J]. 物探与化探, 2024, 48(1): 162-174.
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链接本文:

https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.1140 或 https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I1/162

Fig.1 全球电磁场强度平均振幅特征^[4]

Fig.2 大地电磁数据在不同干扰情况下的视电阻率、相位曲线

Table 1 人文电磁噪声类型及特征

方法	方式	特点	缺陷	效果	备注	参考文献
互功率谱法	计算阻抗的互功率谱	可克服通道之间不相关噪声	各道噪声信号大多相关	有一定压制作用,不能明显解决问题		Goubua^[24]
Robust处理法	根据观察误差对数据进行加权处理	注重未受干扰数据,降低飞点权重	无法消除相关噪声和输入端噪声	可以有效减小曲线分散度	普遍应用	Egbert等^[21];Chave等^[22];Sutarno等^[23]
远参考道技术	远离噪声源布设参考站	噪声不相关,信号高相关	无法消除死频带数据的近场效应	可以有效抑制相关噪声的影响	广泛应用	Gamble等^[16];Goubau等^[24] ; Clarke等^[8];陈清礼等^[25];杨生等^[19];Ueharai等^[26] ;徐志敏等^[27];张刚^[28]
小波变换去噪法	通过伸缩和平移等运算对信号进行细化分析	时频局域性多尺度细化分析	依赖小波基函数的选取和基函数阈值的设置	可解决特性问题,需人为分析基函数与阈值	缺乏自适应性	Mallat^[29];何兰芳等^[30];Trad等^[31];凌振等^[13];Anvari等^[32];Cai等^[33];万云霞等^[34]
H-H变换	经验模态分析和Hilbert spectrum分析	可处理非线性、非平稳信号	算法效率低,易出现模态混叠现象	可有效压制基线漂移以及高频噪声、工频干扰等典型噪声	无法满足实时性需求	Huang等^[35];Cai^[36];Cai等^[37];陈钧等^[38]
稀疏分解法	压缩感知和信号的稀疏分解	需构建谐波方波、尖冲干扰等干扰数据库	耗时较长;算法效率低;易陷入局部最优解	可分离信号中的人文干扰,保留有用信号	无法完全匹配噪声形态	Mallat^[29];Donoho^[39];汤井田等^[40]
RhoPlus校正法	由高质量数据估算Rho+模型,通过模型推算“死频带”数据	确保地电维性为1D及2D;死频带前后具有一定频率高质量数据	对原始数据质量的要求较高,需要有较高的信噪比	对AMT死频带具有较好效果,可引入MT资料处理中	适用于高质量数据死频带校正	Parker^[41];周聪等^[20];李红领等^[42]
MT时间序列同步依赖关系去噪法	利用天然电磁场之间相关性建立本地与参考点的依赖关系	不改变原始时间序列文件格式	确保测站被影响的时间序列有限	对死频带范围内处理效果优于远参考法	配合远参考道技术综合利用	王辉等^[14]
人工挑选	依据电阻率与相位之间的相关性等对数据进行人工挑选	可依据测点已知地质情况,有选择性的挑选数据	具有较大的人为因素,对处理人员专业素质要求高	可大幅度提升原始曲线质量	应用广泛,需经验丰富人员

Table 2 大地电磁噪声压制方法对比

Fig.3 大地电磁数据噪声抑制施工与处理工艺

Fig.4 电磁波振幅衰减与趋肤深度关系

Fig.5 最小参考距离与地下介质电阻率及频率的关系

Fig.6 江苏淮安洪泽盐盆勘查区电磁干扰概况

Table 3 试验区测站与远参考站情况一览

Fig.7 SY2试验点基本情况一览

Fig.8 SY3试验点基本情况一览

Fig.9 SY1测站与SY3测站不同参考距实验结果对比
-YC1、-YC2、-YC3分别表示使用YC1、YC2、YC3远参考站处理后的结果;-RG表示远参考站处理后又经过人工挑选的结果

Fig.10 SY2测站不同参考距实验结果对比
-YC1、…-YC4分别表示使用YC1、…YC4远参考站处理后的结果;-RG表示远参考站处理后又经过人工挑选的结果

Fig.11 SY4测站与SY5测站不同参考距实验结果对比
-YC4表示使用YC4远参考站处理后的结果;-RG表示远参考站处理后又经过人工挑选的结果

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