基于大地电磁测深的多金属矿集区电磁数据处理系统

2020-11-28张绍栋吕志斌朱杰君

世界有色金属 2020年17期

王亮，张绍栋，吕志斌，朱杰君

（青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海格尔木 816000）

电磁数据处理系统是多金属矿集区地质勘查项目中常用系统，其主要是用于对电磁数据网格化、降噪处理，数据处理质量将直接影响到多金属矿集区后续地质勘查工作，传统系统由于采用复杂指令集，造成数据运算速度较慢，当需要对海量电磁数据进行处理时，处理过程比较复杂，导致系统处理效率较低，并且处理后的电磁数据仍存在较大的噪音，因此传统系统已经无法满足多金属矿集区电磁数据处理需求，为此提出基于大地电磁测深的多金属矿集区电磁数据处理系统研究。

1 系统硬件设计

针对多金属矿集区电磁数据处理系统的设计需求，此次在传统系统基础上增加了处理器、存储器、大地电磁探测仪硬件设备，通过硬件设计使多金属矿集区电磁数据处理系统具有模块化、小型化、可编程以及通用性等功能，以下将分别对该三个核心硬件设备进行详细设计说明。

1.1 处理器设计

电磁数据处理系统重点是如何在恶劣的野外环境下正常工作，这对系统的处理器提出了更高的要求。大部分数据处理系统中的处理器通常有微处理器、微控制器以及数字信号处理器三种，其中前两者也是多金属矿集区电磁数据处理系统常用的处理器，这两种处理器仅适用于运算量较小的场合，当需要对海量数据进行处理时，其数据处理能力、运算能力以及快速反应能力较差，这也是导致传统系统数据处理功能不能充分发挥的原因之一。而数字信号处理器，简称DSP，具有超强的数据处理能力，可以实时快速地实现多种复杂数据处理算法，其具备以下特点：①DSP处理器在一个指令周期内可以完成两次或两次以上的乘法和加法；②DSP处理器处理程序和数据空间分开，可以对电磁数据和处理指令进行同时访问；③DSP处理器可以同时并行执行多个指令操作；④DSP处理器支持智能操作，译码、处理、运算、执行等操作可以自动循环执行。为了保证系统能够快速有效地处理大量的电磁数据，在处理器方面此次采用DSP处理器，并且结合系统硬件开发实际，考虑到多金属矿集区电磁数据处理系统的扩展性和不同环境下的通用性，将系统处理器设计成双处理器结构，其中包括一个主处理器和一个从处理器，两个处理器的地址线和数据线相互连接，组成共享总线结构，并且两个处理器利用KIHGF0接口进行网络通信。

1.2 存储器设计

存储器是多金属矿集区电磁数据处理系统中比较重要的硬件设备之一，其主要作用是用于存储多金属矿集区电磁数据。存储器分为停电后数据会丢失（RAM）和停电后数据不会丢失（ROM）两种，考虑到系统需要存储大量电磁数据，并且为了保证电磁数据的安全性，此次采用ROM存储器，将其作为系统的存储程序加载使用，同时还可以将其作为系统的扩展外部存储器。针对系统对存储器设计需求，分别设计了五个内部存储器和两个外部存储器。

1.3 大地电磁测深仪设计

大地电磁测深仪是系统的核心硬件，其主要作用是负责采集到多金属矿集区电磁数据，保证原始数据的质量。根据系统数据采集需求，此次选取KUGB-181型号大地电磁测深仪作为多金属矿集区电磁数据采集装置，该型号电磁测深仪具有数据采集速度快、自动化程度高、采集数据质量高等优点[1]。运用KIHGF0接口实现大地电磁测深仪与系统其它软件和硬件之间的通信，在大地电磁测深仪电路板设计了YGUJ测试口，将可执行的程序代码直接烧录到系统内部，可以通过该测试口对程序进行调试，保证电磁数据采集的质量[2]。KUGB-181型号大地电磁测深仪在对电磁数据采集时通过对频段、采样点数、记录块数、采样频率、高通、低通等参数设置完成自动化电磁数据采集。

2 系统软件设计

系统硬件设备采集到多金属矿集区电磁数据，通过接口将电磁数据传递给存储器，其中包括标定数据、互功率谱数据以及观测数据三种，经过系统软件网格化处理、降噪处理，最后通过误差棒编保证电磁数据处理的精度，下图为系统软件数据处理流程图。

图1 系统软件数据处理流程图

2.1 多金属矿集区电磁数据网格化处理

采用GeoIPAS V3.2软件对数据进行了网格化，生成了网格化数据集。GeoIPAS V3.2软件网格化对各元素数据集进行的处理详细如下：采用自然邻点法进行网格化，步长250m。当网络小格数据大于或等于2个时，用平均值对该小格进行赋值。将每个网络小格各元素的含量值归网至该小格中心点处，以此完成多金属矿集区电磁数据网格化处理。

2.2 多金属矿集区电磁数据降噪处理

用V8配套预处理软件进行多金属矿集区电磁数据降噪处理，并进行误差棒编辑；将编辑后的电磁数据文件转成数据文件（L）。多金属矿集区电磁数据降噪处理是用标定资料对实测资料进行仪器和装备系统响应校正、点位校正和误差棒编辑的过程；用L文件对电磁数据进行质量分析，统计各测点、剖面及全区的观测质量；剔除不合格电磁数据，并根据电磁数据的精度、含噪度、光滑度、规律性及完整性等，整合并统计出电磁数据处理合格的电磁数据，以此完成多金属矿集区电磁数据处理。

3 实验

3.1 实验设计

实验以某多金属矿集区作为实验对象，利用此次设计系统与传统系统对该多金属矿集区多采集到的电磁数据进行处理。首先运用大地电磁测深仪对该区域电磁数据进行采集，采集过程如下：①测线测点的布设：大地电磁测深点距100m，施工中严格按照设计的测线及点位进行施工，在测线方向点位偏移小于50m，垂直测线偏移均小于100m，同时要保持测线的基本规则。②布置方式：按正南正北向“十”字形布置。③测站布设：点位布设在人文干扰少，地形开阔、平坦的场地，且表层土质比较均匀的地方。电极和传感器的方向用森林罗盘仪定位，用测绳量距，方位误差均小于1°。施工中采用的电极距为30m～100m，地形受限制时适当缩短电极距，信号较弱时适当加长电极距，两电极相对高差与其极距之比均小于10%。电位低于50mv/km，电极入土在30cm以上。接地条件较差地区，采用远区取土、浇盐水等方法来降低电阻。确保电极与地面接触良好。接地电阻均小于2kΩ。有效观测记录频带为全频点，低频段有效迭加次数大于3次。测点的有效观测时间均大于8小时。对干扰较大的测点尤其是复测点观测时间均大于10小时。将采集到的电磁数据运用两个系统进行处理，对两种系统处理后含噪数据数量和无效数据数量进行记录。