大地电磁测深法环境噪声抑制研究及其应用探讨

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引言

城镇、输电线、厂矿等不同类型的电磁干扰源在时间序列数据中留下的干扰痕迹和特征不尽相同。在电磁干扰区域开展大地电磁测深工作时，通过对电道、磁道信号的监测能够一定程度上对干扰源的类型进行推测，对比不同方向的采集信号变化规律、相邻测站的采集信号特征可以初步对干扰源的性质和方向进行判断。

一、大地电磁场特征

大地电磁测深观测的天然交变电场来自宇宙的电磁场、高空雷电等电磁场源。各种来源的交变电场相互叠加补充从而具备宽广的频率范围，最终经过长距离的传播在地表垂直入射。在电磁波垂直入射的过程中，不同深度的信号一部分被不同电阻率的电性结构吸收衰减，一部分反射至地表成为大地电磁测深观测的电信号。分别测量地表的电场和磁场，可以对地下地质体的电性特征及展布进行研究。此外，随着时间和空间的不同，天然交变电磁场的信号也存在一定的差异，需要对所在区域的电磁场信号规律进行具体而分析。

二、大地电磁测深法中的噪声干扰

天然交变电磁场由于其场源距离非常远，信号强度较弱。在实际生产中，较易受到周边环境电磁场的叠加影响，变得不完全满足垂直入射的理论计算条件，从而在所计算的电阻率曲线上产生畸变。

大地电磁测探法在具体应用的过程当中，常常会受到周围环境的噪声影响，一般意义上的噪声分为主动性和被动型两种。主动型噪声主要来自于人类生产生活中产生的局部电磁场，在计算视电阻率曲线上表现为随机的扭曲、分散或者虚假性异常。随着社会经济的快速发展，此类噪声的强度和影响范围不断扩大，成为影响大地电磁数据采集的最大因素。被动型噪声也称地质噪声，浅层的局部地质体使得浅层电性结构不均匀，其最大的表现是高频数据的局部畸变和静位移效应。

无论是主动型干扰还是被动性干扰的产生因素都非常的多。尤其是在工业城镇或者是矿山的附近，电气设备经常会存在着接地或者漏电的现象，在运行的过程当中产生的游散电流，会对大地电磁测深法产生非常严重的干扰，比如近场干扰。

三、视电阻率、阻抗相位离差视电阻率

电磁干扰对视电阻率数据的影响主要包括飞点、离散、扭曲等，其影响程度随干扰电磁场强度和对全时间序列数据的覆盖率的增加而增大，其中子功率谱数据的离散是最常见的干扰现象。前人在干扰数据的处理方面做了大量工作，对不同类型的电磁场干扰都起到了一定作用，但由于应用范围窄、在实际生产中难以推广。对大地电磁数据视电阻率和相位子功率谱的叠加分布特征进行分析，并在后续对其权系数进行调整，可以一定程度上完成对干扰数据的去除。数据之间离差的大小，在一定程度上会和电阻率有着密切的关系，两者之间存在着不相等的关系。通过了解各要素的具体影响力度，在一定程度上可以对要素进行合理的分配。

四、噪声分布规律及特点

(一)电磁干扰的频率特征。大地电磁采集系统在应用的过程当中，需要考虑到具体的应用场景，考虑到工业干扰方面所存在的问题，及时的对采集到的含噪声数据进行针对性处理，在设置频率的过程当中避开谐波频率。

在一些情况下，信号零点不能够达到理想状态，在实际工作中电磁干扰会出现频率范围内的漂移，这些都会在时间序列信号中存在较为明显的痕迹。无论是对是电阻率阻抗相位离散程度进行分析，还是对全信息矢量相干度进行分析，都需要充分的了解本区域的叠加电磁场特征。通过对数据分析，采取合理的手段对固定频带的噪声针对性处理，在一定程度上能够减弱的干扰对数据的影响。

(二)电干扰与磁干扰。电信号和磁信号在一定程度上密切相关，很难用单一的标准对干扰源性质进行明确的划分。

在分析干扰源的干扰程度时，可以了解不同频段电磁场的信噪比，合理的设计电偶极源和磁偶极源，根据麦克斯韦方程组做进一步的分析理论基础。电偶极源所产生的电磁场，在一定程度上通过麦克斯韦方程能够进行大致的描述，可以对两者之间的边界进行明确。深入的研究可控源音频，加强理论上的指导，充分的了解体分布特征，这些研究对于本篇文章所讨论的问题是非常有意义的。在分析可控源电磁场的过程当中，需要明确干扰源，了解周围的厂区，对偶极源的电磁场进行分析。电偶极源整体的幅值会比较大，和大地电阻率呈现出了正比的关系，电阻率和磁偶极源磁场整体的数据呈现出了反比的关系。通过对磁场进行深入的分析了解，磁场和电阻率之间的关系，可以及时进行数据监测和结构调整。两种不同的电场互相会形成干扰，通过调整干扰关系，在一定程度上能够提升采集效果。

图1 电道干扰点远参前后子功率谱对比图

图2 磁道干扰点远参前后子功率谱对比图

图1及图2分别为受电场和磁场干扰测点在远参考处理前后子功率谱的分布。经过远参考处理，无论电道干扰点还是磁道干扰电的中频的子功率谱离散度均有明显的下降。相比而言，远参考处理之前电场干扰测点的离散程度较高，最终处理效果更胜一筹。

磁场会比电场衰弱的慢，两种不同结构的磁场在影响当中能够有效的对关系进行调整。实际测量工作在整体开展的过程当中，需要对电磁场的信号进行测试，分析干扰源的来源和程度。磁信号会受到噪声的污染，实际工作在这里开展的过程当中，需要进一步的对此问题进行分析，将电场作为参考的主要信号，站在不同的角度对阻抗张量进行估计。在选择参考信号的时候最好是应用电场，这对于后续的研究和发展来说都具有重要的推动意义。

结束语

大地电磁信号在具体应用的过程当中，可以有效的产生激电效应，在国外也有许多的学者对天然电磁场进行分析，进一步的了解地下介质激电效应。在激电效应影响之下，磁场的电阻率会有所增高，相位会大幅度的降低，实际工作在这里开展的过程当中，空间介质是可极化的。在分析视电阻率曲线时，会发现整体的变化呈现出了独特的曲线。随着对可极化体的宽度和厚度都有了进一步的认识，在一定程度上可以缩小研究的误差。通过对大地电磁测探进行研究，可以深入的了解激电效应所存在的干扰，从而可以采取具有针对性的措施消除它，这是一个非常值得研究的课题。