[发明专利]一种时空阵列差分电磁勘探方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种勘察地球物理领域的电磁探测方法，特别涉及一种时空阵列差分电磁勘探方法。

背景技术

在勘察地球物理电磁法领域，天然场源电磁法(Magnetotelluric，MT；Audio-frequency Magnetotelluric，AMT)的数据采集经历了标量测量、张量测量、连续剖面测量等发展阶段；尽管3D阵列测量目前已有研究与实践，但相应的数据处理技术仍然停留在单点处理阶段。相关噪声是制约天然场源电磁法在强干扰区应用的主要瓶颈之一，传统的最小二乘法、Robust估计、远参考法等均难以压制强相关噪声的影响。针对该问题，学者们先后发展了一系列处理手段，取得了一定的处理效果，但仍然存在相应的问题。如时间域数学形态滤波方法，通过提取含噪时间域波形进行信噪分离，时频域Hilbert-Huang变换处理方法，通过将信号在时频域进行分解并剔选进行信噪分离；这类方法在信噪识别、参数选取以及结果评价方面仍有待完善；基于远参考磁场相关性控制的功率谱数据删选方法以及基于远参考磁场与测点平面波磁场相互关系的信噪分离方法，通过远参考磁场提取测点数据中的平面波场信息，进而实现信噪分离；但这类方法对于强度大、持续时间长的相关噪声，以及远参考磁道中含有相关噪声的情况，处理效果仍然不能令人满意。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种时空阵列差分电磁勘探方法，本发明所采用的阵列数据采集方式灵活，测点的空间阵列分布无需固定形式，基于统一的数据方程，尽可能的利用时空阵列中的所有观测数据，且所有测道、时窗均允许存在噪声，根据场源信号的特征实现信噪分离，一次处理获得所有同步阵列测点的天然场张量阻抗与相关噪声场张量阻抗，进而获得解释所需的地电参数。

本发明所采用的阵列数据采集方式灵活，测点的空间阵列分布无需固定形式，基于统一的数据方程，尽可能的利用时空阵列中的所有观测数据，且所有测道、时窗均允许存在噪声，根据场源信号的特征实现信噪分离，一次处理获得所有同步阵列测点的天然场张量阻抗与相关噪声场张量阻抗，进而获得解释所需的地电参数。

本发明的技术方案为：

一种时空阵列差分电磁勘探方法，包括以下步骤：

步骤1、观测设计：确定探测目标及勘探深度范围，在测区内设置测线及J个同步观测测点，J≥2；同时设置J'(J'≥1)个远参考点，远参考点的布设位置与常规远参考大地电磁法中的远参考点相同；根据勘探深度范围及测区大地背景电导率确定观测频率范围，并根据所需观测频率确定测点的同步观测时间长度、信号采样率；对于各个观测频率，根据时频转换计算单个频谱所需的时间域采样点数，确定时窗宽度，利用观测时长除以时窗宽度得到各观测频率对应的观测时窗个数；

步骤2、装置布设：

在每个测点处布设2道相互垂直的水平磁场测道、以及2道相互垂直的水平电场测道(测量通道)；各测点之间的两个观测方向均为水平x方向与水平y方向；需分析地下介质倾子矢量参数时，增加1道竖直磁场测道；

在每个远参考点处布设2道相互垂直的水平磁场测道，条件允许时可增加布设2道相互垂直的水平电场测道；不布设水平电场测道也可获得结果，但布设并记录相应数据后有利于获得更精确的结果；

每个测点处的电磁场测量装置与传统大地电磁法相同。

步骤3、数据采集：

本发明的数据采集采用时空阵列的方式；同步采集各个测点及远参考点处的电场及磁场分量数据，进行时频转换后，得到各观测频率对应的频域观测数据；各个观测频率的数据相互独立，处理方式相同；对其中任一观测频率，设其对应的观测时窗个数为I，对应的观测数据包括测点观测数据、远参考点观测数据、测点间水平磁场差分数据三个部分的数据；

第一部分、测点观测数据：包括测区内J个测点所有测道所记录的数据；设第j(j＝1,2,...,J)个测点的测道数为κ_j，包括2道相互垂直的水平磁场测道以及κ_j-2道水平电场和竖直磁场测道，所有测点的总测道数为根据测点观测数据构建测点信号时空数据矩阵X：

其中，X_ki为第k(k＝1,2,...,K)个测道第i(i＝1,2,...,I)个时窗的观测数据；

第二部分、远参考点观测数据：包括J'个远参考点所有K'个测道所记录的数据；根据远参考点观测数据构建天然电磁场信号时空数据矩阵X^r：