肖 希 蔣曉斌 朱 園

(長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院， 武漢 430100)

大地電磁測深法(簡稱MT方法)是在地面上觀測具有區(qū)域性乃至全球性分布特征的天然交變電磁場頻率域來研究地下巖層的電學(xué)性質(zhì)及其分布特征的一種勘探方法[1]。在野外開展MT方法時需要采集大量的數(shù)據(jù)信息，尤其是在施工地理環(huán)境復(fù)雜、人文噪聲難以避免的情況下，對數(shù)據(jù)質(zhì)量的“預(yù)判”和“深加工”顯得尤為重要。目前在電法勘探領(lǐng)域中鳳凰公司的V系列產(chǎn)品被國內(nèi)各大高校以及地勘單位廣泛應(yīng)用，因此本文以MT原始資料在V5 System 2000系列軟件(WinHost、WinTabEd、SSMT 2000和MTEditor)中的處理過程為主軸介紹軟件的使用步驟及機理。

1 MT資料處理的目的

MT法主要記錄的是電磁波反射在地表上的相互正交的磁場和電場分量，需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理才能取得可靠的張量阻抗要素、相位、視電阻率以及其他相關(guān)的大地電磁相應(yīng)函數(shù)，供資料正、反演使用。在20世紀(jì)60年代以前MT法主要是基于法國學(xué)者Cagniard(1953)和蘇聯(lián)學(xué)者Tikhonov(1950)水平層狀標(biāo)量理論來處理和解釋大地電磁資料，但由于實際地質(zhì)復(fù)雜、數(shù)據(jù)一致性差使得解釋結(jié)果與真實地質(zhì)構(gòu)造不一致。之后MT法在經(jīng)過近50 a的發(fā)展，引入了張量阻抗理論、靜態(tài)校正方法以及遠(yuǎn)參考技術(shù)才從理論上得以突破，進(jìn)而逐步接近實際的介質(zhì)模型[2]。

2 MT資料的野外采集

MT法需要采集大量的地電信息，因而對儀器進(jìn)行最優(yōu)配置以獲取優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)是勘探工作的重要內(nèi)容。本文所使用的電法系統(tǒng)是加拿大鳳凰公司研制的V5-2000系統(tǒng)，表1為此示例需要使用的MT法勘探儀器設(shè)備清單。

表1 MT法勘探儀器設(shè)備清單

2.1 儀器的標(biāo)定

在野外，勘探儀器傳感器所記錄的大地電磁信號經(jīng)過放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換后按一定的格式記錄在CF存儲卡中，若將記錄數(shù)據(jù)換算成真實的電磁場強度，需要知道儀器各道的格值和相位移特性。為此需要對儀器進(jìn)行標(biāo)定處理，即給儀器輸入一定頻率的已知信號并記錄，求出所記錄到正弦波的振幅和初相位。

標(biāo)定方法(以標(biāo)定磁探頭為例)[3]：(1)將GPS、GND、電源、數(shù)據(jù)、磁探頭線正確連接到盒子MTU-5 3066上(通常編號小的連接Hx，編號大的連接Hy；即Hx — 1306，Hy — 1307 )；(2)埋設(shè)好磁探頭，最好在防風(fēng)、避光及機動車少的地方；(3)鎖定衛(wèi)星后，在負(fù)責(zé)監(jiān)控的計算機中操作并運行Phoenix GeopHysics MTU Host Software->WinHost-Online軟件；(4)在WinHost主窗口左上方的System Request組合框內(nèi)選擇Setup模式；(5)在WinHost的右下角的每個Coil Serial#(針對MTU)輸入8個字符的標(biāo)定文件名，Hx Coil Serial#COIL1306，Hy Coil Serial#COIL1307，Hz Coil Serial#COIL0000，在反演時用二維反演技術(shù)將Hz置空；(6)為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，可設(shè)置Coil Cal.Multiplier倍增標(biāo)定時間，一般設(shè)置為2(如果標(biāo)定區(qū)域存在電磁干擾，比如高壓線等，可以將這個參數(shù)設(shè)置得更高)；(7)在Sensor Type列表里選擇探頭的類型為MTC-50；(8)在System Request組合框里，選擇Coil Calibration開始標(biāo)定磁探頭。

資料處理人員可以在“SSMT 2000->View Calibrations”中查看盒子(.CLB)和磁探頭(.CLC)標(biāo)定結(jié)果，標(biāo)定是否合格以在半對數(shù)坐標(biāo)上繪出圓滑的標(biāo)定曲線為準(zhǔn)。圖1為磁探頭COIL1306.CLC的標(biāo)定曲線。

圖1 磁探頭COIL1306.CLC的標(biāo)定曲線

2.2 開機參數(shù)文件Startup.TBL的制作

建立開機參數(shù)文件目的在于使儀器開機后自動進(jìn)入已經(jīng)根據(jù)地形情況設(shè)定好相關(guān)參數(shù)的記錄(或標(biāo)定)狀態(tài)，建議將System Request設(shè)置為Record模式。

制作方法：(1)運行Phoenix GeopHysics MTU Host Software->WinTabEd軟件，此時不需要連接到盒子，在計算機上操作即可；(2)在System Request組合框選中Record模式；(3)設(shè)置增益(E Gain和H Gain)參數(shù)，正確的增益參數(shù)取決于測點周圍的信號和噪聲情況，一般情況下設(shè)置為Normal Gain。當(dāng)噪音高時應(yīng)該設(shè)為Weak，反之設(shè)為Strong，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，使用WinHost在線監(jiān)控Saturated records數(shù)目，在采集早期若飽和點數(shù)目的比例大于2%時，可以考慮調(diào)低增益；(4)低通濾波器Low Pass Filter參數(shù)由接地電阻的大小作為選取標(biāo)準(zhǔn)，接地電阻越大，需要的濾波器越弱，一般而言將濾波器設(shè)置為Weak可有效減小噪音；(5)選擇人為關(guān)機結(jié)束采集可靈活控制采集時間；(6)北參考選用磁北Magnetic，在野外時不需要作磁偏角校正計算，Declination置空即可；(7)我國供電頻率為50 Hz，所以設(shè)置輸電線濾波器為50 Hz以減弱同頻信號的干擾；(8)MT法測量時電道和磁道的耦合參數(shù)都應(yīng)該設(shè)置為DC；(9)因為MT施工期長，每個測點參數(shù)相同，所以采樣日期通常設(shè)置為施工方案中計劃工期的超集，比如計劃工期為20130601 — 20130701，參數(shù)可設(shè)置為Start time:20130501 00:00:00，End time:20131001 00:00:00；(10)采樣參數(shù)一般是標(biāo)準(zhǔn)配置“1-8-1”，即高頻和中頻段的單時間片為1 min和8 min，控制時間片為1 min。

Startup.TBL其他的測量參數(shù)均可置空，后期在SSMT 2000->Edit TBL根據(jù)實際測量補齊即可。

2.3 測點儀器布設(shè)

野外布站要充分考慮實際地形、地貌和地質(zhì)特征，合理選取“十”字、T形或L形布極。由于大地電磁場的磁道信號在一個區(qū)域內(nèi)比較穩(wěn)定，出于采集成本因素的考慮可采用中間5道盒子，兩邊2道盒子的布設(shè)方式，即兩邊的盒子(電站：編號1176、1148)可以共用中間盒子(磁站：編號3066)的兩道磁信號，且可提高布設(shè)效率，延長采集時間。

3 MT資料的室內(nèi)編輯

3.1 單頻疊加因子的計算

利用SSMT 2000資料處理軟件對MT時間序列的電場和磁場資料進(jìn)行處理[4]。處理的步驟為：首先，載入各個電道和磁道的采樣值，包括時間序列文件和標(biāo)定文件，測點參數(shù)；其次，以GPS時間數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)在不同的道中截取相同時間段的電、磁場值，計算自功率譜和互功率譜，生成傅立葉因子；最后，對參考點數(shù)據(jù)用Robust程序進(jìn)行再處理，計算80個頻率點上的視電阻率和相位(頻率范圍是360～0.000 4 Hz)，導(dǎo)出含有多項電磁參數(shù)的單頻疊加因子(Crosspower)。

SSMT 2000軟件使用方法[5]：(1)運行Phoenix GeopHysics->SSMT 2000軟件；(2)在文件選擇面板上選中點位信息Site Parameters(TBL)并標(biāo)定文件(BoxSensor Calibration)，存放文件的路徑文件夾不宜太深，使用英文命名以避免不可預(yù)知的錯誤；(3)選中測點文件(可多選)，點擊工具欄上的Edit TBL 進(jìn)行編輯，需要編輯的內(nèi)容主要有測點名稱(Site Name，比如MT002)、經(jīng)緯度(LongitudeLatitude，保留三位有效數(shù)字，另外新系統(tǒng)的TBL有時格式不正確，需要改成標(biāo)準(zhǔn)樣式，比如29:23.033,N或111:03.829,E)、電極距離(Ex、Ey，根據(jù)野外實測班報記錄填寫，單位為米)、磁道序列號(如果測點沒有磁道需要置空此欄)，其他的信息默認(rèn)即可，在Taggle Fields中也可以查閱此次采集的詳細(xì)電磁參數(shù)；(4)點擊View Time查看采集時間，通常采集時間越長，記錄的電磁信號的迭代次數(shù)越多，測點曲線效果越好(尤其是低頻)，在同時處理多個測點時同時間段的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算；(5)點擊Make PFT可以編輯設(shè)置傅立葉變換參數(shù)文件(PFT)，此時可同時選擇多個測點生成PFT文件，而且文件的命名有其特有的規(guī)則，MT法中通常選用MT55DN4D.PFT；對于一般的處理，其他參數(shù)可不變，但是處理時間(Processing times)最好設(shè)置為當(dāng)前時間的子集，即“掐頭去尾”，因為這段時間內(nèi)施工人員在布線或收線時會產(chǎn)生噪聲；(6)建立傅立葉變換因子，點擊“TS to FT”對選中的所有測點進(jìn)行運算；頻帶結(jié)果保存在和TBL文件同名的文件中，比如3066619A.fc3、3066619A.fc4、3066619A.fc5、3066619A.fc6；(7)利用Robust方式降低數(shù)據(jù)噪聲，該方法是一種以記錄數(shù)據(jù)誤差大小來控制數(shù)據(jù)質(zhì)量的加權(quán)最小二乘法。點擊“Edit PRM”編輯Robust參數(shù)，參考道類型選為“Local H”，考慮到1148和1176盒子共用3066的磁道，在測點的TBL設(shè)置上應(yīng)將1148.TBL和1176.TBL的“Hx and Hy”設(shè)置成3066.TBL，“Hz”置空，每設(shè)置一個測點都應(yīng)該點擊“Save Parameters file”保存到指定目錄，其他參數(shù)通常不必設(shè)置；(8)同時選中“Processing Parameters”中所有的PRM文件，點擊“Process”進(jìn)行傅立葉變換生成Crosspower數(shù)據(jù)。

資料經(jīng)過上述處理后，在導(dǎo)出的Crosspower中含有視電阻率、相位和其他的曲線信息，文件名即為MT002.MTL，MT002.MTH，同時為后續(xù)的MTEditor曲線編輯工作提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式基礎(chǔ)。

3.2 測點曲線的編輯

MTEditor是以SSMT 2000數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的單頻疊加因子作為輸入?yún)?shù)的圖形處理軟件。通過它能夠查看所有測點視電阻率、阻抗相位曲線、相干因子等信息，更重要是可以在其中編輯圓滑曲線使得實測資料更具科學(xué)性(原始資料的某些頻點會因干擾而出現(xiàn)錯誤)。編輯時應(yīng)關(guān)注曲線形態(tài)及其沿測線方向的連續(xù)變化情況，輔助參考相鄰測點的曲線剔除“飛點”，使其不參加疊加計算。

在MTEditor軟件中有很多的功能參數(shù)說明，但在實際應(yīng)用時會在地球物理解釋軟件WinGLinkTM中精細(xì)完成平滑工作，而它只作為數(shù)據(jù)的預(yù)處理使用，以下介紹其操作方法：(1)打開(Open Site)Crosspower文件，同時選中“MT002.MTL，MT002.MTH”導(dǎo)入數(shù)據(jù)；(2)單擊Processing工具欄中的“編輯”指令，顯示出改點視電阻率曲線和每個頻點的疊加因子；(3)先激活Editing Mode工具欄上的刪除或撤銷操作，然后通過Cursors工具欄上的按鈕編輯選中頻點的Crosspower，“Pointer”表示放大圖片，“Hand”表示單點編輯、“Two Vertical Lines”表示組處理等。另外，編輯時應(yīng)對每個頻點的誤差棒和部分偏離正常范圍的Crosspower進(jìn)行評估，采用手動編輯和自動編輯相結(jié)合方式圓滑曲線；(4)點擊“File->ExportTo”導(dǎo)出通用標(biāo)準(zhǔn)的EDI文件，如MT002.edi，此文件可被多個地球物理正、反演軟件所導(dǎo)入。圖2、3為MT002點的Crosspower經(jīng)過MTEditor編輯前、后的視電阻率曲線(誤差太大部分可舍去)。

圖 2 測點MT002視電阻率曲線編輯前

圖3 測點MT002視電阻率曲線編輯后

4 結(jié) 語

MT法在確定目標(biāo)區(qū)塊主要電性層的埋深和形態(tài)方面，以及劃定勘探“甜點區(qū)”都起到了至關(guān)重要的作用，主要原因在于其自身理論的不斷完善以及資料處理、解釋軟件功能的日益強大。本文結(jié)合V5 System 2000系列軟件在MT資料處理中的應(yīng)用實例，梳理了鳳凰公司W(wǎng)inHost、WinTabEd、SSMT 2000和MTEditor共4種軟件的使用方法、常用參數(shù)配置以及數(shù)據(jù)傳遞流程，為地勘工作者在對MT資料的采集、預(yù)處理時提供參考。

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[2] 柳建新，童孝忠，郭榮文，等.大地電磁測深法勘探：資料處理、反演與解釋[M].北京：科學(xué)出版社，2012：82.

[3] 鳳凰公司中國聯(lián)絡(luò)處.V5 System 2000 MTUMTU-A 用戶手冊[M].北京：加拿大鳳凰地球物理有限公司中國聯(lián)絡(luò)處暨維修中心，2007：45-63.

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