CN111190234B - 一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法及装置，该方法基于电性源场源的位置、电性源场源的方向及观测点位置；利用远区广域电磁法和可控源音频大地电磁法的近似公式，计算在远区任意位置观测电场为零时所对应偏转角度值，并按照此角度在远区布设电极，然后利用该电极进行电场测量，得到来自噪声的电场数据。

Description

一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法与装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法及装置，涉及广域电磁法(WFEM)与可控源音频电磁法(CSAMT)勘探方法。

背景技术

人工源电磁勘探方法，因其发射源位置已知、发送频率可控及信号稳定等特点，在地质调查、资源勘探及重大工程地质调查等方面得到了越来越广泛的应用，如广域电磁法(WFEM)、可控源音频电磁法(CSAMT)。

但随着人类活动区域的进一步扩大，工业化的持续发展，目前所采集到广域电磁勘探电磁信号往往存在噪声，很难直接获得高质量的数据，需要对所测数据进行去噪，但是不管是在时间域还是在频率域，噪声和有效信号均相互重叠，信噪分离往往很难完成，基于此本发明旨在通过观测纯噪声特征，辅助进行去噪，以获得高信噪比信息。

发明内容

基于现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种在广域电磁法和可控源音频大地电磁法勘探供电时的噪声参考点观测方法，通过在勘探测量点位置额外增加一组接收装置，并通过将接收电极MN扭转特定角度，使得扭转测量角度后的接收装置位于人工电性源的电场信号零值带，从而只获取噪声部分，通过对其进行分析，辅助剔除勘探采集信号中的噪声。该噪声参考点观测与实际勘探测量观测同时同地进行，只是测量角度不同，即该噪声参考点是供电接收工作时观测。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提出了一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法，如下：

获取电性源场源的位置、电性源场源的方向及观测点位置；

利用远区广域电磁法的近似公式，计算在远区任意位置观测电场为零时接收电极所对应偏转角度值，并按照此角度旋转接收电极，然后利用该电极进行电场测量，得到来自纯噪声的电场数据。

作为进一步的技术方案，在获得噪声的电场数据后，利用数据处理装置对噪声进行时间域与频率域特征分析，进而辅助剔除采集勘探信号中的噪声。

作为进一步的技术方案，所述的噪声信号为噪声类型，包括噪声影响类型、影响时段。

作为进一步的技术方案，所述的偏转角度值α表示如下：

其中，

为噪声参考点位置和场源连线与X轴夹角。

作为进一步的技术方案，利用角度之间互补关系，得到的旋转方位与Y轴夹角β；

β用于噪声参考点的接收电极MN坐标确定。

第二方面，本发明还公开了一种勘探装置，其特征在于，该装置包括存储器，在所述的存储器上存储有前面方法获得的噪声的电场数据。

第三方面，本发明还公开了一种勘探装置，该装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的远区噪声采集程序，所述的远区噪声采集程序配置为实现前面所述的远区噪声采集方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有远区噪声采集程序，所述远区噪声采集程序被处理器执行时实现前面所述的远区噪声采集方法的步骤。

本发明的有益效果如下：

本发明中，基于场源位置已知，利用在远区广域电磁法和可控源音频大地电磁法的近似公式，能够计算任意位置观测电场为零时所对应角度偏转，并按照此角度布设电极采集其他电场信号。此时将接收不到或者几乎接收不到来自此场源对应电场信号，所接收信号将全部或者绝大部分来自干扰，如此便实现了只观测噪声信号，不观测有效信号，且在测区内同一位置不同角度所观测噪声在时间上与特征上均具有相似性。而通过本发明噪声观测方式所获得电场数据，由于没有人工源信号之影响，对实际噪声的类型及影响时间将更加准确，基于此对噪声的分析将更有利于正常勘探过程中的噪声分析及剔除。

本发明中之噪声观测方案，旨在获得噪声的分解信息，对其噪声绝对大小并不关注。广域电磁法和可控源电磁勘探中，在远区往往按照固定方向布设测点采集电场或者磁场信号，如平行于电偶源展布方向的E_x，H_x，垂直于电偶源的E_y，H_y，当扭转测量角度时，噪声参考点所测量噪声与在测线平行、正交方向测量噪声绝对大小并不相同，但是在类型上具有相似性。本发明中的观测方案，旨在获得观测点附近噪声类型，以对实际观测数据中噪声进行处理，包括噪声影响类型、影响时段等等。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的测量方法的示意图；

图2是根据测量位置与场源角度关系φ获得对应偏转角度β的原理图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，目前所采集到可控源电磁勘探电磁信号往往存在大量噪声，很难获得高质量的数据，需要进行去噪处理，但是由于噪声和有效信号不管是在时间域还是在频率域均相互重叠，使得去噪很难完成，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法与装置。

本申请的一种典型的实施方式中，本发明提出一种在可控源电磁勘探供电时噪声参考点的测量方案，不接收来自勘探人工源的电场信号，只获取噪声部分，对其进行分析，以辅助剔除采集勘探信号中的噪声，该噪声参考点观测与实际勘探测量观测同时进行，即该噪声参考点是供电接收工作时观测的。

具体的，本发明涉及一种针对广域电磁法与可控源音频大地电磁法的远区噪声信号采集方法，利用电性源场源位置与方向及观测点位置，根据可控源远区电磁场的近似方程，可在远区任意位置通过旋转角度，使其无法获得来自人工场源的电场，只测量噪声信号；具体的步骤如下：

获取电性源场源的位置、电性源场源的方向及观测点位置；

利用远区广域电磁法和可控源音频大地电磁法的近似公式，计算在远区任意位置观测电场为零时接收电极所对应偏转角度值，并按照此角度旋转接收电极，然后利用该电极进行电场测量，得到来自噪声的电场数据。

本发明中基于场源位置已知，利用在远区广域电磁法和可控源音频大地电磁法的近似公式，能够计算任意位置观测电场为零时所对应角度偏转，并按照此角度布设电极采集其他电场信号。此时将接收不到或者几乎接收不到来自此场源对应电场信号，所接收信号将全部或者绝大部分来自干扰，如此便实现了只观测噪声信号，不观测有效信号，且在测区内同一位位置不同角度所观测噪声具有相似性。而通过本发明噪声观测方式所获得电场数据，由于没有人工源信号之影响，对实际噪声类型及影响时间将更加准确，基于此对噪声的分析将更有利于正常勘探过程中的噪声分析及剔除。

本发明中之噪声观测方案，旨在获得噪声的分解信息，对其噪声绝对大小并不关注。广域电磁法和可控源电磁勘探中，在测区往往按照固定方向布设测点采集电场或者磁场信号，如平行于电偶源展布方向的E_x，H_x，垂直于电偶源的E_y，H_y。在当扭转测量角度对噪声进行测量时，噪声参考点所测量噪声与在测线平行、正交方向测量噪声绝对大小并不相同，但是在影响时间和类型上具有相似性。

进一步的，本发明中的观测方案，旨在获得观测点附近噪声特征，以对实际观测数据中噪声进行处理，包括噪声影响类型、影响时段等等。

本实施例中公开的方法具体原理及观测方式如下：

电性源电场分量在均匀大地的公式，应用柱坐标表示水平面的E_r与

分量，E_r垂直于

如图1所示，其电场计算公式如下：

其中，

在人工源频率域电磁勘探方法中称之为波数，ε为介电常数，μ为磁导率，ω为角频率。

当收发距r较大，进入电磁勘探领域“远区”时，e^-ikr变得很小，e^-ikr(1+ikr)与1、2等常数相比可忽略不计，则对公式1和2进一步简化得：

本发明旨在通过扭转测量角度，在电场零值带区域进行电场测量，从而来使人工场源在此电场分量为0，只测量来自噪声的电场数据。

在图1中，

为噪声参考点位置和场源连线与X轴夹角，α为旋转轴测量方位与E_r夹角，β为旋转后测量方位与Y轴夹角；这里只需要考虑坐标第一象限内

α、β小于90度的情况，其他象限可利用物理场分布的对称性得到。

本发明中在零值带进行噪声参考点测量时，称该方向为E_η，且根据公式3和4可以建立如下等式，通过计算可得旋转角度α：

为避免直接求解反正切时无穷大情况出现，将问题转化为求解反正弦问题得：

利用角度之间互补关系很容易得到，E_η与Y轴夹角β，见公式

本发明中，只需确定需要观测噪声参考点的位置点，其与E_r分量旋转角度则可以通过式7解出，同时利用角度互补关系，通过公式8获得旋转方位与Y轴夹角β，在实际应用中，β更方便用于噪声参考点的接收电极MN坐标确定，其示意图2所示。图2根据测量位置与场源角度关系φ获得对应偏转角度β。

根据公式分别计算不同角度

所对应β，具体观测角度表如下：

表1根据公式获得不同典型角度

所对应β值

此外，本实施例还提供了一种勘探装置，该装置包括存储器，在所述的存储器上存储有前面方法获得的噪声的电场数据。

本实施例还提供了一种勘探装置，该装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的远区噪声采集程序，所述的远区噪声采集程序配置为实现前面所述的远区噪声采集方法的步骤。

本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有远区噪声采集程序，所述远区噪声采集程序被处理器执行时实现前面所述的远区噪声采集方法的步骤。

上述的存储介质、存储器包括但不限于只读存储器、随机存取存储器、磁碟、光盘等。上述的处理器包括但不限于现有的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法，其特征在于，如下：

获取电性源场源的位置、电性源场源的方向及观测点位置；

利用远区广域电磁法和可控源音频大地电磁法的近似公式，计算在远区任意位置观测电场为零时接收电极所对应偏转角度值，并按照此角度在远区旋转接收电极，然后利用该电极进行电场测量，得到来自噪声的电场数据。

2.如权利要求1所述的针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法，其特征在于，在获得噪声的电场数据后，利用数据处理装置对噪声信号进行处理，进而辅助剔除采集勘探信号中的噪声。

3.如权利要求2所述的针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法，其特征在于，所述的噪声信号为噪声类型，包括噪声影响类型、影响时段。

4.如权利要求1所述的针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法，其特征在于，所述的偏转角度值α表示如下：

其中，

为噪声参考点位置和场源连线与X轴夹角。

5.如权利要求3所述的针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法，其特征在于，利用角度之间互补关系，得到的旋转方位与Y轴夹角β；

β用于噪声参考点的接收电极MN坐标确定。

6.一种勘探装置，其特征在于，该装置包括存储器，在所述的存储器上存储有权利要求1-5任一所述方法获得的噪声的电场数据。

7.一种勘探装置，其特征在于，该装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的远区噪声采集程序，所述的远区噪声采集程序配置为实现权利要求1-5任一所述的针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法的步骤。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有远区噪声采集程序，所述远区噪声采集程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的针对人工电性源频率域电磁法的噪声观测方法的步骤。

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