基于同步大地电磁时间序列依赖关系的噪声处理

费海岩

[摘要]本文首先探讨了大地电磁的基本原理，进而探讨了同步大地时间序列依赖关系之中的噪声处理方式。

[关键词]大地电磁 时间序列 依赖关系 噪声处理

[中图分类号] O441 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-149-1

0引言

地球物理勘探会受到政治以及经济因素影响比较大，根据相关统计显示，2002年3月同一年前相比较而言，全球减少了31%地震勘探人员。但是点磁（EM）勘探的应用情况可以简略概括是：使用石油勘探的EM方法同之前相比保持稳定具有持续稳定态势；地热勘探的应用已经有了一定程度的降低，而其趋势则就可以延续到经济形势好转之后；地下水勘探则就有上升的趋势，如此则就表明全球用水问题的急需，并且也就使得地球物理勘探方法较广的应用。当前，石油、地热勘探的电磁方法通常使用大地电磁（MT），浅部瞬变电磁（TEM）等等用于MT的静位移校正；当前全球有价值的是地下水资源勘探，主要用Geometric'sStratagemTM系统（具MT原理的可控源系统）、ATM或者是FEM、TEM等等浅部勘探技术。

1基本原理

可以把MT工作的基本原理看成一个线性系统，磁场为输入信号，可通过地球该特殊的系统，将其输出电场，也可以通过测量电磁场实现估算系统的传递函数，则就是我们通常说的阻抗，该阻抗是稳定的，一般情况之下同时间没有关系，则促使我们使用MT方法探测地下介质电性结构的物理基础。因此，虽然电磁场信号的随机性比较强，但是同一测点磁场同电场之间是互相依赖的，不同测点同步的磁场信号有着比较强的相关性，电场信号之间的差异主要则主要测点间地下介质的电性结构差异引起的，但这种差异是稳定的，就像是两个有着比较强相关的输入信号，分别通过稳定的系统之后，可以得到的输出信号应该具备某种相关性，所以不同测点的电场信号之间也应该具有彼此相对稳定的关系，总的来说，同步多道电磁场信号之间应该具有较为稳定的依赖关系.当本地点电场或者是磁场信号在某些时刻受到噪声干扰之时，使用此种依赖关系以及参考点的数据，合成本地道受干扰时段的数据，并且使用合成数可以代替噪声段数据，那么就可以构成新数据，如此就可以是吸纳去除噪声的目的。实现此种方法要求解决两个基本问题，首先是依赖关系的求取方法，第二是依赖关系之中的稳定性。我们可以选择四个同步测点的高信噪比数据作为较为理想的信号，那么就可以讨论当前的基本问题。测点位于某地的无人区，其曲线连续较为光滑，误差棒比较小，并且仪器噪声较低，可以把获得的数据当做理想信号。

2同步时间序列依赖关系的大地电磁噪声处理基本方法

2.1格值转化。按照大地电磁探测深度的不同，根据工作频率的高低，可以将大地电磁方法分为音频大地电磁法、宽频大地电磁法和长周期大地电磁法。三者的工作频率分别为：n×104Hz～nHz、n×102Hz～n×10-3Hz 和nHz～n×10-5Hz。由于工作频率不同，相应的仪器设备也存在差异巩秀钢，等，叶高峰，等，，用感应式磁场传感器采集变化的磁场，即通常说的磁棒，用金属棒电极采集电场，代表性的仪器有。也采用感应式传感器，只是探头更长一些，可以采集到低频的信号，用不极化电极釆集电场，不极化电极具有较小的极差和较长时间的稳定性，，有利于提高电场信号的信噪比。采用磁通门式传感器和高稳定性的不极化电极。感应式磁场传感器是利用电磁感应原理，将变化的磁场转化为电场信号后再测量，因此在处理数据前，需要对原始数据进行格值转化谢成良，，转化为国际单位的大地电磁场磁场为纳特，电场为毫伏每米。磁通门式传感器直接釆集磁场，存储电磁场值，无需转化，只需对电场除以极距即可。针对加拿大凤凰地球物理公司生产的v5和v8大地电磁仪，下面给出相应的电场和磁场格值转化公式如下：

对应单位的变化为：

对应单位的变化为：

其中，dat为仪器记录的数字格值，FSCV为模拟数字信号转换模块（AD）的总参考电压，即AD转化器达到最大值时对应的电位值，Bit为AD转化器的位数，EGN为用户设置的电场放大器增益，ELN为电极距，HGN为磁场放大器的增益，HATT为磁探头与仪器连接处控制板的放大倍数，HNUM为磁探头放大倍数。这些参数可以在仪器使用手册中查到，利用式（1）和（2）可以将仪器记录的格值转化为国际单位大地电磁的场值。由于不同仪器设备的差异和各测点采集参数设置的差异，需要将格致转化为场值，这是我们讨论大地电磁时间序列信号的基础。

2.2仿真试算。天然大地电磁信号比较微弱，频带宽，同复杂的人文噪声之间耦合，比较难分别。时域之中处理噪声的难点在于，去除强干扰噪声的同时要保留微弱的有效信号成分，过分追求连续光滑的测深曲线，而忽略微弱的信号，可能会导致对地下介质电性结构的错误认识.为了试验本文方法的有效性和正确性，进行如下仿真试算。

2.2.1仿真噪声。对测点四个水平分量之中加入仿真噪声，将测点当做为参考点，两点之间距离10.1km.仿真噪声通过方波、三角波以及脉冲此三种较为常见的强干扰噪声（随机组合而成，其形态以及幅值之间也是随机的，而对于每一个信号道，随机则就选择20%的窗口可以加入噪声之中；

2.2.2噪声识别。使用本地道同参考道时间序列方差比来对噪声进行识别，第一应该同步后数据加窗，使用wk，n表示第k道第n个窗口的数据，var（wk，n）和rrvar（wk，n）分别表示给本地道数据以及参考道数据方差的，如果，var（wk，n）/rrvar（wk，n）>th时，th表示阀值，则就可以认为本地点第k道第n个窗口的数据之中包含有噪声。

3结语

大地电磁的人文噪声干扰非常复杂，各参考点噪声类型和水平各不相同，宄其噪声本质特征，只是能量强于信号，将大地电磁噪声按波形分为三角波、方波或脉冲并不合理，对大地电磁噪声处理问题的研究，除了讨论噪声与信号的特征外，更重要的是要深入研究天然场信号间的内在联系。

参考文献

[1]王辉，魏文博，叶高峰，金胜，景建恩，董浩，张乐天，李波，谢成良.基于多道同步时间序列依赖关系的大地电磁噪声处理[A].中国地球物理学会.中国地球物理2013--第二专题论文集[C].中国地球物理学会：，2013：1.

[2]李灏.大地电磁法时间域波形去噪研究[D].中南大学，2013.