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远参考大地电磁测深法应用研究

2023-06-16 来源:步旅网
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第26卷第1期 2002年2月 物探与化探 V0l 26.No 1 Feb.2002 GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL FXI 【JOR ̄VFION 远参考大地电磁测深法应用研究 杨生。,鲍光淑 ,张全胜 (1中南大学,湖南长沙410083;2华东有色地质勘查局814队,江苏镇江212005) 摘要:随着大地电磁法应用领域的不断扩大,勘探环境的干扰背景也越来越复杂,而采用远参考方法是压制干扰、 提高信噪比的一种有效方法:本文从信号检_删的角度阐述了该方法的原理,并讨论了其在压制各种干扰方面所发 挥的作用。 关键词:远参考处理;信噪比;相关分析;阻抗方差 中图分类号:P631 32 文献标识码:A 文章编号:1000—8918【2002)01-0027-05 近年来,随着科学技术的进步.大地电磁测深法 (MT)不论在野外采集仪器,还是数据处理解释软 件方面.都得到了飞速发展,MT勘探量逐年增加, 应用领域不断扩大,特别是在石油和天然气的勘探 中,已成为配合、补充地震法的一个重要手段。随着 我国石油勘探的逐渐深人,一些城镇密集、人文干扰 严重的地区也开展了MT勘探工作,因此如何有效 地提高采集数据质量,成为目前工作中首先考虑的 问题 式中E..肌( j-,Y)分别为电、磁场分量,z ,( z, ;J=3-, )为张量阻抗元素, 表示取共轭 若 令: E=[ ,Ey] ; H=【Hr.H ; H =[Hr ,H 。; z…z :、 LZ ,Z J 互功率谱法l 、有限频段的电磁信号对法 、 Robust处理方法 等在消除电磁噪声、提高数据 质量方面均有一定的效果,但这些方法仅能抑制不 相关电磁噪声,对相关噪声是无能为力的。而作者 所讨论的远参考方法不仅可以消除不相关噪音.同 时也可消除相关噪音。特别是近年来开发出的新型 大地电磁测量系统,电、磁信号的采集站由过去的电 缆同步方式改为卫星时钟跟踪同步技术,使远参考 方法的实施变得十分容易 则(1)式写为矩阵形式为 [Eli ]=z[删 ], 所以有 z=[Eli :[HH :。 (2) (3) 由于各种噪音的存在,野外大地电磁资料实际观测 值(E,H)是真实信号和干扰噪音之和,即 E=E +E ;H=H +H . 下标s,I2分别表示信号和噪音分量。 当参加平均的数据量足够大时.并假设电、磁干 扰噪音E 和H 不相关时,式(3)可分解为 Z= [H H ]+:H H ]一 l 常规方法张量阻抗估算中的噪音影响 在常规大地电磁测深法(单点测量,不设置远参 考道)中.某一频率的张量阻抗是采用最小二乘法原 理估算的.最终可以通过求解以下方程来实现[ pcH 。=z .兰! 旦 旦 (4) 其中,z = E H ] [H H ],为真正的大地电 磁阻抗响应。 如果电场噪音E 和磁场噪音H .是同源的.两 T_王l +z 皿m H +z 、H z I1H +z、 者相关,刚式(3)的分解形式应为 ., ElHI =Z 【E H z 一十【E H J [H H :+[H H ] H H J+z lH H ’J [H H ]一[H H : ’ … E、H =z HlH E、H =z H 收稿日期:20fH 07,10 维普资讯 http://www.cqvip.com

物探与化探 26卷 其中.z =[E H : :H H 一:,为电磁噪声之间 的响应关系 将上式两端进行傅里叶变换并取共轭(省略白变量 )得 ER =ZHR . (5)式说明常规大地电磁测深法由方程(1)所求 出的张量阻抗z是z 和Z 的加权平均,为有偏估 计.仅当H =0时,z才为真实的大地电磁张量阻 抗~ 如果将多次观测取平均,有 z=[ER 儿HR :-。, 样的结果。 (7) 实际上若用R 取代(3)式中的H ,可得与上式同 如果将R也表示为信号和噪音之和时.则 2远参考方法原理 采用最小二乘法,由方程式(1)对张量阻抗估 算,就信号分析的角度而言,实质上是以磁道H作 为参考信号,实行相关检测。但是,由于所用的参考 信号同时又是被检测的磁道信号的关系式中出现自 相关项.所以相关检测难以将噪音消除。假如能再 R,一一:R +R ,  墨! 型 墨 : 兰 [旦 墨 :] H R ]+ H R ’] (8) 由于[H R. ]=0,有z=z 所以采用远参考处理方法可以消除电、磁噪音 影响,获得张量阻抗的无偏估计 观测1个与原来的信号相关而噪音不相关的参考信 号,就可以使关系式中不出现自相关项 远参考方法正是基于上述的认识提出的,即另 设1个信号观测道——远参考道R,与实测点资料 进行相关处理,以获得真正的大地电磁响应。 3应用实例 3 1高频数据的改善 实际上从系统分析的角度来研究大地电磁信号 同的关系时.可将大地看成1个滤波器.磁场h为 输入信号,电场e为输出信号,z( )为大地系统的 传输函数,则有 e (f)=l z(r)h ( 一r)dr, ._ 由于MT高频勘探范围小,高频段资料(称为 首支)p 和P 两条曲线的首支应当重合(或平 ). 理想的首支曲线应趋于1条水平渐近线,但由于天 然信号在高频较弱.人文干扰强,信噪tL/l,,采用常 规方法得出的高频资料往往出现下掉现象 如图 h, .的曲线在320 Hz,240}k和160 Hz处的数据 明显偏低。图lb为采用远参考处理后所得资料.参 考距(实测点与远参考道之间的距离)为10 km,高 频3个频率的数据增大,p 、.和p 曲线在首支 重合,所以短距离的远参考处理可使高频资料得到 a (6) 显然由于各种干扰的存在,我们无法获得e ( )和 h (f),实测的电磁场[e(f)、h( )]实际是真实信号 [e (f)、h (z)]和干扰噪音[e (z),h (f)]之和,则 (6)式改写为 P(f)一e (z)=I z(r)[h( 一r)一ho(f—r)]dr, 为了消除式中的噪音项,可用远参考信号r(f)与上 目 C 式两端进行相关运算,由于噪音和信号、噪音和噪音 不相关.所以有 J[P( )一e ( )][r(车+f)一r ( + )]d b =J e(车)r(车+ )d车; 一 I1 z(r)[h( 一r)一h ( 一r) [r( + )一r. ( +f) =目 C 、 l z(r)I h( —r)r( +f)d dr, fj 则有 J e(})r( +z) =J z(r)J h( —r)r( + )d 。 图l远参考处理对高频数据的改善 一常规处理 曲线i h远参考处理后 曲线。图I~图4 维普资讯 http://www.cqvip.com

杨生等:远参考大地电磁测深法应用研究 朗 a 一 目.U一、 b 一 一 一 一 _ 曼 一 f/FIz 图2远参考处理对畸变曲线的校正 改善,增强了资料的可靠性。(图1b的远参考处理 实际是采用互参考方式实现的,即借用同一测区其 它点同时观测的磁场资料.作为参考信号 )一.目.U)、 b 一 口一、  3.2畸变曲线的校正 . 当测点附近存在恒定干扰源时,常常使实测曲 线发生畸变(如45。抬升或某段数据突变),特别是 由于干扰源所产生的电、磁场噪音是相关的,畸变段 数据的离差很小,单以离差界定数据品质时,一这种资 料往往是I级点。图2a所示的曲线.在0 6~0 06 间的数据出现变异,是典型的畸变曲线;图2b为 远参考处理后的资料(参考距为80 km),曲线形态 . 发生r较大的变化,消除了恒定干扰源的电、一~  磁场相 关噪音,使0.6~0 06 Hz间的数据得以校正,曲线 变得合理。 3.3弱信号资料的恢复 在天然电磁场中,1~0.1 Hz频带间的信号很 弱.磁场振幅一般只有10一nT,有时甚至更弱;由 于有用信号可能比干扰噪音小很多,使信噪比变得 很低,实测曲线在该频段出现“塌陷”现象(图3a)。 由于远参考处理方法具有较强的弱信号检测能力, 使实测资料中的干扰噪音相关趋于0,使资料恢复 正常 图3b是远参考处理后的结果(参考距为100 kin),l~0 l Hz问的“塌陷”现象明显消失。 3 4整体曲线质量的提高 由于大地电磁测深法是一种体积勘探方法,所以 相邻频率闻的数据相关性很强,整条曲线应是连续变 化的 图4的实例说明,经远参考处理,消除了由于 干扰引起的数据蹦跳现象,使曲线的连续性明显优 f/}k 图3远参考处理对弱信号资料的恢复 a 一 目.L~U】,口  b § 口 、 c苎 一 如 图4远参考处理对整体曲线质量的提高 于常规处理结果(图4a),提高了整体曲线的质量 4几个问题的讨论 4 I满足噪音不相关的距离 实际上噪音和信号的划分是相对的 在大地电 磁法中将不满足平面波特征的电磁波归为噪音。在 可控源音频大地电磁法(CSAMT)中,由近场和远场 (平面波场)划分的数值模拟结果【6t可知:如果噪音 源距测点大于5倍趋肤深度( 时.则噪音源的电 磁场传到测点时可认为是平面波,也就是说,距观测 点58以内的干扰源所产生的电磁场可认为是噪 音,5d以外的干扰源可认为是信号源,所以如果远 维普资讯 http://www.cqvip.com

物探与化探 26卷 参考点和测点相距10 时.则两点的干扰信号可以 图5是同一测点采用磁场作为参考信号(图5b)和 认为是不相关的, 采用电场作为参考信号(图5c)的处理结果比较(参 又由I Ⅻj出反演公式知.趋肤深度8和勘探深 考距为 O0 km),两者均明显地使原始资料得到了 度D具有以下关系 =√2D,所以,远参考点距离选 改善,所得的曲线形态是一致的,但电场参考的结果 择为14倍勘探目标层探度时,可满足噪音不相关这 在频率为1 Hz左右的数据离差较大,曲线形态不如 一条件 磁参考结果清晰.同时大量的实测资料表明,磁场的 4 2满足信号相关的条件 信噪比要明显好于电场的,所以多用磁场作为参考 实际上电磁场信号总场为一次场与二次场之 信号 和,同时又由于二次场是一次场激励的,所 有 E =E1+E2=(J+C。)E1; H =Hl+H2=(J+ch)Hl, ...=:: :=:;=:. ......:::=:=:其中下标1,2分别表示一次场和二次场,f为单位 £ 矩阵,C Ch和下面的C 为对角矩阵 。 同样参考点的磁场也满足R =R,(J+C,),由 此z 可写为 j I (J+C)~EJRI ](J+C) (J+ )[E1R1 ] b 。 — — — 1 — , 一(I+ch)[HlRl ](I+c )一(I+Ch) ̄H1RI ]。 上式说明.只要实测点和参考点的一次场相关就可 ..,… :=: 满足信号相关的条件,而与参考道所处地下地质特 f t== , 征无关 4 3远参考点信噪比对资料的影响 1 由(8)式可知,理论上讲参考道噪音不影响数据 。1 质量,代价是参加平均的数据量应足够大,这一点在 。 — — — — ] — c , 低频段是难 满足的;但由于参考点的选择具有相 1 ,/…  对灵活性.如果尽量避开干扰源,使R 一0,即使在 一 _1 ………。’xh .一 ’。‘’: 有限的数据量条件下,也能使噪音相关接近于零,从 而改善数据质量 4 4参考道布极方位的任意性 在野外的MT勘探中,电磁场的测量布设方位 是由各测点的地形情况、干扰因素等客观条件决定 |{I-Iz 的.这样有可能出现参考道磁场的测量方位和测点 国5常规、磁参考与电参考处理视电阻率曲线对比 磁场的测量方位不一致的情况 设两者的方位差为0,以R 表示参考点实测磁 4.6不同参考距资料分析 场,R表示和测点同方位的参考磁场,则R 和R具 为了分析不同参考距对资料的改善程度,我们 自如F关系 对N63~324测点分别进行了参考距为100 km(图 肌r:( 一 j 5b)、400 kin(图6a)和2 o00 kin(图6b)的处理计算. 结果说明参考距为100 km和400 km时曲线形态 当以R 作为参考磁场时.由式(7)有 没有明显差异,参考距为2 000 km时,高频部分曲 Z= / ̄R :[职?0= ER r:[职 0 线失去形态,其原因是由于参考距太大.有用信号也 =『研。]『脉 ]~. 不相关了。本来想象的在参考距为2 0170 km时低 这说明z并没有因为参考磁场测量方位发生变化而 频资料会得到很好的改善,但并没有这样的结果,其 变化.也就是说.参考道的测量方位可以是任意的 原固是低频的数据量太少,“参加平均的数据量足够 4.5磁参考与电参考 大”这一假设不满足。实际上大量的观测资料证明, 理论上讲,电场和磁场均可作为远参考信号 在相同数据量的条件下,低频资料的质量要优于高 维普资讯 http://www.cqvip.com

杨生等:远参考大地电磁删探法应用研究 1.由(9)式和(1o)式做离差估算时,同一测点远 b 一 参考处理后资料的离差大于等于常规处理的离差 2(10)式计算的离差主要反映的是测点电磁场 的信噪比情况及磁场信号 参考信号的相关程度. 即信噪比越小离差越大,参考距越大离差越大 3以(9)式和(1O)式所计算的离差大小来衡垃远 参考处理结果的好坏是不合理的,应以视电阻率、丰H 一 一 目 口 、 Y/Hz 图6不同磁参考距处理结果比较 频的,所以改善低频资料的关键是增加数据量,即观 测时间要足够长。 3种参考距的处理结果说明,参考距不宜选择 太大,否则不仅影响高频资料的质量,而且提高勘探 成本 4.7远参考处理后阻抗方差的改变 参考文献[7 和目前的商用软件中,常规处理的 阻抗方差Vat[z“]计算和参考处理的阻抗方差var [Z ]计算分别为 v ̄-EzHI= c毒E ̄-zHu,.J H 窨 i(9) [ ]= 1毒lE ZR珏 )(壹J I ), (1(J) 式中N为叠加次数。由于Z 是采用最小二乘法 使其满足∑i E z“H I。为极小的条件而计算出 的,所以下列关系式恒成立, ∑ E—zR Hl ≥∑1日Z}【Hl 2,(11) 只有当z =z 时上式相等的情况才会出现。 另一方面,由于 毒I 砉i i ,c也 由(11)式和(12)式可得 Var[z ]≤Var[Z ], 由此可得 位曲线的连续性、合理性来评价远参考处理的效果 5结语 1远参考处理是提高大地电磁法实测资料质量 的一种有效方法,远参考处理不仅可以消除不相关的 电磁噪音,同时也消除了同源相关的电、磁噪音 2.参考道距离的选择是一个比较实际的问题, 太近起不到消除噪音的作用,太远则会使有用信 相关变小。建泌在保证噪音不相关的条件下尽量靠 近实测点。 3.远参考点应选择在干扰较小的地段,以保证 在有限的叠加次数情况下,噪音间的互功率谱也接 近零值 4参考道的布极方位可以是任意的,方位角0 不影响参考处理结果。 5.在参考处理方法中,处理结果与参考点处的地 质特征无关 虽然电场信号对地质特征反映敏感,但 也可作为参考道信号。参考道信号是选择电场还是 磁场,应根据参考点两者的信噪比大小来确定。 参考文献: 1。邓前辉.白改先互功率谱法在大地电磁阻抗强量估算中的应 用[J].石油地球物理勘探,1982.4:57 64 [2]晋光文,王家跌.王天生一种大地电磁张量阻抗的计算方法 J]地球物理学报 1982,25(增刊):650—559 【3 J SutamuD.Vc ̄offKtRobustM Estimation 0fma‘m coteIluⅢ impedance ten.r<] EN31 Geophys,1989.22:383 398 l4j江钊,刘国栋,孙洁.等.Robust估计及其在大地电磁资料处理 中的初步应用A:见:刘国栋主编电磁方法研究与勘探[c 北京:地震出版社,1993. [5]陈乐寿 王光锷大地电磁摊深法[M]北京:地质出版社. 1990 [6] 何继善可控源音频大地电磁法[M]长沙:中南工业大学出版 社,1990 【7 J C ̄td:leTD,( 】 uWM.Clarke J Ermr肌 v formT恤 rderenee m罐 创ur】c J]G∞p} 商 ,1979,44:959 968 {下转49页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

期 宁俊瑞等:克希霍夫三维DMO叠加在地震资料处理中的应用 THE APPLICA1][a 0F KIRCmI(娅lF THREE—DIMENSIONAL DMO STACKING T0 Tl|E PROCESSING 0F SEISMIC DATA NING Jun—rel,ZHANG Ya—qin,FAN Jia—fang (Be/ingCompu ̄tmn Centrer.China f Star Petroleum Corparation.Beling 101t)083,C/;i ̄ Abstract:The amplitude values at a certain moment in a seismic record received at a shotoipnt and a detection point might ix)glle frcnt reflections of Va南∞Doims∞∞urdergrour ̄I e[1ipmLd,which has the shotpoLnt and the detection point as its f0 ,and the ODD-一 口 ted line of the shotoiDnt p nt and the detection point as its major axis Whegl stacking is orfDormed,such amplitude values s u】d be added at various points On the ellipsoid instead of beig memlny added at the CMP Of oour5 ̄.the amplitude values are different at diIfer ̄lt p咖hiS,.The utilization of such a stackjng method can realize the stacking of cotTIITlOll reflec'tion[mints,and is hence conducive to the stacking image ̄ormation and also to the improvement of resolution Dower and the Ngnal tc ̄noise ratio Key words:seismic data;DMO stackingl coiTlmon reflection point;Kirchhoff sat:tamtrion process 作者简介:宁俊瑞(1964),男,山西省稷山县人。1986年毕业于成都地质学院应用地球物理系地震专业。现任中石化石油 勘探开发研究院计算中心副主任,高级工程师,主要从事地震资料的处理和研究工作,个人及合作在国内外学术刊物上发表 论文10余篇。 f上接3l页 A DY ON I 匮APPLIC noN oF REMOTE REFERENCE MAGNETOTELLURIC SOUNDING TECHNIQUE YANG Sheng ,BAn Guang-shu ,ZHANG Quan-sheng2 l1 C*ntral South Uni ̄rsity,Changaha 410083.China:2 814 ,EoxtChina Bur ̄u GmlogicalF ̄rploration rNonfb,wous Re. ̄urces.ZJzenjlang 212005.China) Absl ̄act:With the extension of the application of tnagnetotellutic method,the interference background of the prospecting en ̄rcql— nrant becomes more and IToDre complex.How to obtain the data wNch cart really reflect the geological characteristics and fully dispel lloi ̄is becomig ann increasiglny important problem.Remote reference is ogle of the best methuds for suppressing the noise and im— pmving the sI Lnn。ise ratio This paper describes the theory of remote reference frcm the angle of signal detection and discusses ils application in suppressing variom ̄s。rH of noises Key ̄rds:remote reference;signal;noise;oorrelation analysis;impedance error 作者简介:杨生(1959),男,中国地球物理学会理事,现就读中南大学应用地球物理专业博士,主要从事电法勘探,特别是大 地电磁测深法的理论研究及应用。 

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