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大地电磁测深数据处理及应用研究的开题报告
一、研究背景和研究意义
大地电磁测深技术在石油勘探、地质灾害预测、水文地质和环境地
球物理等领域已经得到了广泛的应用。
该技术可以获得地下多层结构的
电阻率信息，是研究地下细节结构和探测深部资源的重要手段。
近年来，随着该技术的发展，采集到的数据量也越来越大，数据处理和解释的难
度也随之增加。
因此，对大地电磁测深数据的处理和应用研究具有重要
的现实意义和科学价值。
二、研究内容和研究方法
本研究主要包括以下内容：
1. 大地电磁测深数据预处理：包括数据质量控制、数据去噪和数据
重采样等预处理步骤，以提高数据质量和处理效率。
2. 电阻率反演和成像：采用多种反演算法对大地电磁测深数据进行
电阻率反演和成像，生成地下电阻率分布图像。
3. 基于电阻率图像的地质解释和资源定位：将电阻率图像与地质信
息结合，进行地质解释和资源定位研究。
本研究主要采用数值模拟和实测数据分析相结合的方法，通过MATLAB编程实现数据处理和反演算法。
三、研究进展和计划
目前，已完成大地电磁测深数据的预处理工作，包括数据质量控制
和噪声去除等方面。
下一步计划是进行电阻率反演和成像，并将其与地
质信息相结合，进行地质解释和资源定位研究。
同时，对比分析不同反
演算法的效果，寻求最优解，并对研究结果进行验证和评估。
四、结论
本研究将有助于进一步提高大地电磁测深技术的应用效率和数据处理精度。
同时，该研究成果可以为石油勘探、地质灾害预测、水文地质和环境地球物理等领域的研究提供有价值的参考和支持。
The research and application for the phase data of
MT
作者： 王大为;张罗磊
作者机构： 同济大学海洋与地球科学学院,上海200092
出版物刊名： 上海地质
页码： 58-61页
主题词： 大地电磁测深;反演;视电阻率;相位微分
摘要：MT资料处理方法近年来得到了较快发展，各种二维反演、偏移成像技术也有了新的进步。
在大地电磁测深资料处理中，长期以来使用视电阻率和相位作为解释参数，但是视电阻率和相位均存在一定的局限性。
该文从理论上研究了相位微分的性质，通过模型说明了相位微分的算法：先将获得的相位数据求导，得到相位微分曲线，用比较法得到曲线的极值点，通过极值点对应的周期确定主要导电层的深度和电阻率。
利用相位微分能在较小的周期内得到较大的勘探深度。
使用该方法对一维和二维模型进行的实验是可行的，对实际资料进行的处理结果也是令人满意的，从而说明该方法是有效的。
一、实习目的通过本次大地电磁测深实习，进一步巩固和深化课堂所学的大地电磁测深理论，提高实际操作能力。
了解大地电磁测深的基本原理、仪器设备、数据处理方法以及应用领域，为今后从事相关研究工作打下基础。
二、实习时间与地点实习时间：20xx年x月x日至20xx年x月x日实习地点：我国某地质调查局大地电磁测深实验室三、实习内容1. 大地电磁测深基本原理大地电磁测深法是一种非地震地球物理勘探方法，主要用于探测地壳深部结构和构造。
该方法是利用天然电磁场在地球表面产生的二次场，通过测量地面上的电磁场强度和相位，推断地下电性结构的一种方法。
2. 仪器设备本次实习主要使用以下仪器设备：（1）大地电磁测深仪：用于测量地面上的电磁场强度和相位；（2）GPS定位系统：用于确定测点的地理位置；（3）数据采集器：用于存储和传输数据；（4）计算机：用于数据处理和分析。
3. 实验步骤（1）准备工作：安装大地电磁测深仪，调试设备，确定测点位置；（2）测量数据：按照仪器操作规程，依次测量各个测点的电磁场强度和相位；（3）数据采集：将测量数据传输至计算机，进行初步处理和分析；（4）数据处理：对采集到的数据进行滤波、去噪、计算等处理，得到地下电性结构信息；（5）成果分析：结合地质背景和地球物理理论，对地下电性结构进行解释。
4. 实验结果与分析本次实习采集到的数据经过处理和分析，得到了地下电性结构信息。
以下为部分分析结果：（1）地下电性分层：根据大地电磁测深结果，地下电性结构可分为四层，分别为地壳、地幔、软流圈和地核；（2）地壳厚度：根据大地电磁测深结果，地壳厚度约为30-40km；（3）地壳结构：地壳可分为上地壳和下地壳，上地壳主要由花岗岩组成，下地壳主要由玄武岩组成；（4）地幔结构：地幔可分为上地幔和下地幔，上地幔主要由橄榄岩组成，下地幔主要由榴辉岩组成。
四、实习体会与收获1. 通过本次实习，我对大地电磁测深的基本原理、仪器设备、数据处理方法有了更加深入的了解，提高了实际操作能力；2. 实习过程中，我学会了如何使用大地电磁测深仪，掌握了数据采集、处理和分析的基本技能；3. 通过对实习数据的分析，我对地下电性结构有了更直观的认识，为今后从事相关研究工作打下了基础；4. 实习过程中，我结识了来自不同院校的同学，相互交流学习，拓宽了视野。
２０２０年１２月第５５卷 第６期 ＊湖南省长沙市岳麓区麓山南路９３２号中南大学地球科学与信息物理学院，４１００８３。
Ｅｍａｉｌ：ｊｔｔａｎｇ＠ｃｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ本文于２０１９年１２月２０日收到，最终修改稿于２０２０年９月１日收到。
本项研究受国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项“地面地球物理勘探关键技术与装备”（２０１８ＹＦＣ０６０３２０２）、国家自然科学基金项目“混场源阵列电磁数据处理方法研究”（４１９０４０７２）、自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室开放基金课题“大地电磁多点远参考阵列数据处理技术研究”（ＫＬＧＥＰＴ２０１９０４）及核资源与环境国家重点实验室（东华理工大学）开放基金项目“相山铀矿田电磁场数据特征与阵列数据处理应用研究”（ＮＲＥ１９１９）联合资助。
·非地震·文章编号：１０００－７２１０（２０２０）０６－１３７３－１０大地电磁多参考站阵列数据处理方法周 聪①② 汤井田＊③④ 原 源① 邓居智① 石福升① 李 勇②（①核资源与环境国家重点实验室（东华理工大学），江西南昌３３００１３；②自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室，河北廊坊０６５０００；③有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室（中南大学），湖南长沙４１００８３；④自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心，安徽合肥２３０００１）周聪，汤井田，原源，邓居智，石福升，李勇．大地电磁多参考站阵列数据处理方法．石油地球物理勘探，２０２０，５５（６）：１３７３－１３８２．摘要 合理利用多远参考站数据是提高大地电磁（ＭＴ）数据处理质量的重要途径之一。
从阵列电磁数据处理模型出发，提出一种多参考站阵列数据处理技术。
首先，从测区内、外优选多远参考站数据，构建天然场占优的参考数据阵列；然后，利用稳健的主成分分析方法，从参考数据阵列中提取天然场源极化参数；最后，将该参数应用于目标测站阵列数据，以稳健估计方法计算目标张量阻抗。
大地电磁（MT）地热勘查中的应用及主要成果利用大地电磁测深法可以将地质体之中的电体差异反应出来，并且也可以确定具有各种不同电性特质的地质体空间分布，基于此，本文论述了大地电磁其在地热勘查之中的应用。
标签：大地电磁地热勘查应用0引言大地电磁（MT）测深其在地热资源探测之中发挥着十分重要的作用。
其方法的特点在于：装置轻便、信息丰富、技术成熟，但是因为其依赖与天然场，因此其抗干扰能力比较差。
近写年来，在地壳深部结构探测、地下流体分布、深部矿产资源勘查等等领域获得了较为广泛的应用。
1研究背景地热资源的现代涵义包括的主要内容有：地热过程的全部产物，指的是天然蒸汽、热水以及热卤水等等；通过人工引入（回灌）热储的水、气或者是其他流体所产生的二次蒸汽、热水和热卤水等等；当前，可以供使用的地热资源主要包括有：天然出露的温泉地热资源；通过热泵技术可开采利用的浅层地热资源；并且也可以通过人工钻井直接开采使用地热水（气）资源和干热岩体中的地热资源。
我国的地热资源是较为丰富的，我国沉积盆地储存的地热能量，而依据估算，大概为73.61×1020J，其相当于2500亿吨标准煤。
而我国每年地热水，可开采资源量大概为68亿m3，热能量大约为963×1015J，约为3284万吨标准煤的发热量。
而如此大的能量储量具有一定的利用前景以及价值的。
西南地区沿雅鲁藏布江缝合带，热流值偏高（91～364mW/m2），向北随构造阶梯而逐渐降低，而到了准噶尔盆地则只有33～44mW/m2。
我国东部台湾板块地缘带，热流值比较高，大概为80～120mW/m2，越过台湾海峡到东南沿海燕山期造山带，则会降低到60～100mW/m2，而到了江汉盆地热流值只有57～69mW/m2。
当前，我国地热资源分布如图1.1所示。
其对沉积盆地型以及隆起山地型地热资源分述地热资源特征。
沉积盆地传导型中低温地热资源。
其主要分布在华北平原、汾渭盆地、松辽平原、淮河盆地、苏北盆地、江汉盆地、四川盆地、银川平原、河套平原以及准噶尔盆地等等地区，而其主要的热储层大约为厚度数百米至数千米第三系砂岩、砂砾岩。
强电磁干扰区大地电磁远参考技术试验效果分析徐志敏;辛会翠;谭新平;徐张建【摘要】铜川市调查区工业干扰强烈,地层结构复杂.为了研究在城市强电磁干扰环境下大地电磁远参考技术应用效果,在铜川市调查区布设了一条音频大地电磁法剖面,采用非线性共轭梯度(NLCG)法进行数据反演,并结合工作区地质资料进行分析.结果表明:应用远参考技术对大地电磁数据进行处理,可以有效改善受噪数据质量,反演成果与地质资料更为吻合.%The industrial interference in Tongchuan City survey area is strong,where stratigraphic sedimentary types are complex,the lithology varies remarkably, the terrain is fluctuating, and the gully and the ridge are crisscross. The audiomagnetotelluric method (AMT)is characterized by a single point of measurement,great detection depth,high horizontal resolution and other technical advan-tages. At the same time,the magnetotelluric remote reference technology can suppress random noise, restore the "dead band" data, and improve the magnetotelluric data quality. In order to study the application effect of magnetotelluric remote reference technology in the urban strong electromagnetic interference environment,the authors constructed an audio magnetotelluric profile in Tongchuan inves-tigation area. The nonlinear conjugate gradient(NLCG)method was used to carry out the data inversion and data analysis. The results show that the application of remote reference technology to the processing of magnetotelluric data can effectively improve the quality of noise data,and the inversion results are more consistent with the geological data.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2018(042)003【总页数】9页(P560-568)【关键词】音频大地电磁测深;远参考法;强电磁干扰区;卡尼亚电阻率;反演【作者】徐志敏;辛会翠;谭新平;徐张建【作者单位】西北综合勘察设计研究院,陕西西安 710003;中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙 410083;陕西能源职业技术学院,陕西咸阳 712000;西北综合勘察设计研究院,陕西西安 710003;西北综合勘察设计研究院,陕西西安 710003【正文语种】中文【中图分类】P6310 引言铜川市地处关中盆地与陕北黄土高原的过渡地带，位于渭河水系的洛河和石川河两大支流的分水岭地带，主要地貌类型有山地、丘陵、黄土台塬与河谷等，厚黄土大面积覆盖，地质灾害多发。
矿山地质构造探测中大地电磁测深法的应用摘要：我国的经济发展与工业发展水平有很大的关系，而矿产资源作为工业发展的主要原料，受到国家和社会的高度重视。
因此，近年来由于相关技术和设备的不断优化，地质勘测水平逐年提高。
其中，在矿山地质构造探测中，通过应用大地电磁测深法可以取得较好的效果。
关键词：地质构造；大地电磁测深法；应用分析引言物探技术的发展与技术和设备的应用有直接关系，由于机械制造技术以及电磁波等技术的发展，相关的技术得到较快发展，设备也正在更新换代。
尤其是，大地电磁测深法已经相对成熟，该方法由于包含较多的信息量，并且装置相对简单，携带非常方便，在地质结构勘测的过程中，具有非常好的应用前景。
1、矿山地质概况1.1矿层分析某某矿区位于华北地区的边缘地带，北部为燕山山脉的东段，南部为华北平原北端的冲击平原，东临渤海。
通过对矿区的分析，发现基岩部分裸露，通过进一步的研究分析，发现露出的矿层是太古界、下元古界、燕山期矿体及元古界矿体，整个矿区处于中朝准地台（Ⅰ级）、燕山台褶带（Ⅱ级）、山海关台拱（Ⅲ）构造单内，该地域处于燕山构造带的东端，属于华北地带的北部边缘。
1.2物理特征分析通过探测发现，第四系冲洪积属于低阻矿层，具体的参数在400Ω·m以下，对于太古界的电阻率而言,电阻率在500Ω·m~2000Ω·m之间。
矿区内矿体的类型相对复杂，包括基性、中性、酸性、碱性等，电阻率的数值在3000以上。
太古界与第四系电性在研究过程中发现为低阻。
而燕山期的矿体主要表现为高电阻的电性特征，在本次探测中主要是通过对矿体的电性特征进行研究，从而进行相应的区别和分辨。
2、探测中使用到的设备在正式使用电磁测深法施工之前，需要对 MTU-5 主机、磁棒进行标定，标定通过之后，需要及时投入使用并做好野外试验。
野外仪器试验的设备包括发射机、MTU-5 主机和磁棒的稳定性检测；并做好三个磁棒的一致性检测。
参考道技术在大地电磁测深数据处理中的应用效果分析
【摘要】大地电磁测深法是利用天然交变的电磁场进行勘探的地球物理方法，由于其场源相对较弱，容易受到各种噪声的干扰，通过对经过不同参考道方法处理后的大地电磁数据的视电阻率和相位曲线进行分析研究。
结果发现，经过磁参考处理的数据的好于电参考处理的结果，其中经过互参考磁道处理的数据质量最好，曲线更加光滑。
结果表明在野外数据处理的过程中运用互参考磁道技术处理数据
能取得良好的效果。
【关键词】大地电磁测深法；视电阻率；互参考磁道
0 引言
大地电磁测深法由于利用的是天然的电磁场，其场源相对较弱，容易受到各种噪声的干扰[2]。
常见的干扰类型主要有场源噪声、地质噪声、人文噪声三大类。
这些干扰使MT 资料表现为频点数据离差大、跳点不连续、曲线形态突变等，特别是中、低频段噪声较大，可信度差，给资料的处理解释带来了一定的困难。
针对这个问题，学者提出了各种处理的方法，其中最重要的是两类方法为：第一类是基于当前测点观测电磁场的局部参考技术，即本地参考技术。
该类方法实际是传统的最小二乘估计方法[3]。
由于该方法受到相关干扰的影响较大，为了提高相关阻抗的质量要消除这些相关的干
扰。
通过野外观测发现，大地的天然变化的磁场在很大范围内具有可比性的，而对地电构造起主要作用的是电场信号，由此发展出了第二类大地电磁电磁测深去噪技术，远参考点大地电磁测深法（互参考点大地电磁测深法）[5]。
该方法在大地电磁勘探中具有较强的抗干扰能力，是一种能够有效的压制各种干扰，改善MT观测数据的质量。
近年来随着测量仪器性能的改善，在采取了GPS同步技术以后，使得多台仪器能够同时同步的对数据进行采集，保证了参考道技术能够得到有效的利用，并且越来越成熟。
国内也在如何更好的利用互参考道技术进行了大量的试验，得到了很好的应用效果，积累了大量的经验。
本文在此基础上，通过在相山地区得到数据，采用不同的参考系，对数据较差的点进行处理，通过本地电参考，本地磁参考，互参考电场，互参考磁场对数据进行处理得到卡尼亚视电阻率曲线和相位曲线。
通过对比发现互参考磁场处理的效果优于其他三种方法，所以在数据处理过程中我们一般才用互参考磁道的方式对质量较差的数据进行处理，可以很大的改善数据的质量。
提高数据解释的正确性、精确性和可靠性。
为实测资料的反演解释提供帮助。
1 基本原理
在大地电磁观测系统中如果不存在噪声的干扰，任一频率大地电磁场水平分量满足如下的关系：
■（1）
式中，Ex、Ey为水平电场的x和y的分量，Hx、Hy为水平磁场的x和y分量，Zxx、Zxy等为阻抗张量元素。
根据（1）式，只要有两组非线性相关的观测值，就可以求得张量阻抗的值。
但是在实际的野外数据的测量中的观测值是真实信号和噪声信号之和：
■（2）
上式中，脚表s和n分别表示真实信号和干扰噪声。
在这种情况下，只有真实信号满足阻抗张量关系（1），而含噪声的观测值不能满足阻抗张量的关系。
因此，利用实测资料将不能精确地求得阻抗张量的值，只能利用多组数据计算其平均近似值。
所以，在实际计算时用功率谱求解张量阻抗公式为：
■（3）
式（3）中，*代表复共轭，、代表平均自功率谱，、、等为互功率谱。
从上式可以看出磁噪声将导致张量阻抗估算偏低，而电噪声将导致张量阻抗估算偏高。
当两个观测点相距较远时，则两观测点间的电磁分量中的噪声一般可以满足相互独立这一条件。
但是这还不够，因为噪声的功率谱是不能被忽略的。
由于大地电磁中的磁信号在相当一段距离范围变化是缓慢的。
人们提出了将一互参考处的磁信号作为测点处的磁分量来估算张量阻抗[4]。
则这时
候有
■（4）
一般情况下，对于二维介质的以磁道为参考的张量阻抗表达式可以写成：
■（5）
从（5）式可知，每一对互功率谱均包含参考道的磁分量，只要在远参考点与测量点间的噪声特性是非相关的，实际上只要两点间的距离大到一定的程度，这个条件是比较容易满足的，互参考处理便能提高张量阻抗的计算精度[5]。
2 野外数据的采集和处理流程
2.1 野外数据的采集
互参考的技术是利用两台或多台仪器同时进行观测，在进行互参考处理时，要求作为参考点的数据质量必须足够高，因此在野外采集时参考点的选择须尽量避开有明显的电磁干扰地方，噪声水平相对较低，地势平坦的低阻覆盖区比较适宜。
野外数据采集的具体要求如下：
1）采用张量观测方式，Ex、Hx要求沿正南北方向，Ey、Hy要求沿正东西方向布设，布极采用森林罗盘仪测量角度，布极方位误差不应超过1°。
2）电极一般采用标准的“+”字形布设，在特殊情况下可以采用“T”和“L”进行布设。
3）水平磁棒方位经森林罗盘实测，方位误差小于1°，
磁棒埋入地下的深度不小于30cm，埋设前用水平尺校准，保持水平倾斜角度小于1.5°；如果有垂直磁棒，要求垂直磁棒的向下误差不大于1°。
4）接地的电阻要求尽量的小，通常要求小于5000Ω，电极的电位差小于1Mv。
5）做好野外板报，对每一个测点的周围的主要地形、地物、可能存在的干扰情况进行说明。
2.2 数据的主要处理流程
MT互参考数据处理的基本流程大致可以分为以下几个主要过程：
1）观察测点和参考点的时间序列，判断被信号被干扰的情况；
2）判断要处理测点的内容，挑选有用的信号，截取时间序列；
3）将测点和参考站时间域数据转化成*.TSR和*.TSD文件；
4）对*.TSR和*.TSD文件时间信号文件分别做Robust 和互参考处理，形成MT功率谱文件。
5）用TBS编辑器对处理得到的MT功率谱文件进行综合编辑。
6）对MT功率谱文件进行转换成视电阻率和相位。
用于反演。
3 实测数据处理效果分析
下图为对某一测点的实测MT数据经过本地电参考，本地磁参考，互参考电场和互参考处理以后的大地电磁测深视电阻率和相位对比曲线图（两点相距20km）
图1 经过本地参考和互参考处理后的TE模式的视电阻率曲线
图2 经过本地参考和互参考处理后的TM模式的视电阻率曲线
图3 经过本地参考和互参考处理后的TE模式的相位曲线
图4 经过本地参考和互参考处理后的TM模式的相位曲线
实测数据通过本地参考处理和互参考处理以后会发现，经过磁参考处理的数据明显要好于经过电参考处理的数据，而经过互参考磁场处理的数据的质量又优于经过本地磁参考处理的数据质量，所得到的数据的曲线更加光滑。
在实际的生产应用中利用互参考磁场的方法对质量较差的数据进行处理，可以明显的提过数据的质量，消除由于干扰引起的数据跳跃现象，使曲线的连续性明显的优于常规的处理方法。
说明互参考技术能够很好的消除噪声干扰，提高数据的处理质量，实践表明互参考方法在实际的生产中是有效的、可行的。
4 结论
互参考技术的运用要求两台或多台仪器同时进行工作，作为参考点的数据必须质量较高，参考点的布置要求选择尽量避开有明显的电磁干扰地方，应选择放置在噪声水平较低、地势平坦的地方。
野外实践和实验证明互参考技术处理MT资料在方法上和技术上是可行的，它不仅改善了数据质量，对大地电磁场的性质不会改变。
即，它不仅对视电阻率曲线和相位曲线均有不同程度的改善，还可以消除50Hz的工频干扰。
消除了某一频段的曲线畸变，使曲线更加趋于规则，使处理的数据结果更加可靠真实。
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[责任编辑：汤静]。
