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CSAMT测量的多种干扰与应对

    CSAMT测量的多种干扰与应对

    一.引言
    近些年来,CSAMT在我国的深部找矿和地热勘探等方面已被广泛应用并取得了很好的地质效果,但在下列强干扰环境下往往不能取得好的结果,如,正在进行地下采矿的矿山及其周边、大中城市内外、交通繁忙的公路两旁及纵横交错的电网分布区等。由于种种干扰导致测量效果不佳,甚至由此无法取得好的数据,不少单位因此不敢涉足该类地区的项目。究其原因,主要是对上述干扰没有充分了解和未能选择合适的设备,也未能采取合理的野外观测手段和进行相关的室内数据处理。
    本文首先列出多种强干扰的表现,在此基础上提出采取何种措施去获得不同干扰环境的正确数据。

    二.多种强干扰的表现

    1. 测点在高压线下和高压线旁的干扰
    1)河南汝阳P4线横穿高压线的CSAMT测量
    a) 河南汝阳P4线卡尼亚电阻率(左上图)和阻抗相位(左下图)及反演电阻率剖面(右图)
     
    b)河南汝阳P4线典型测点的电场和磁场幅值变化
     
    结果表明:探头在高压线下方,磁场的影响大,电场的影响小,随着测点渐渐远离高压线,影响随之减弱和消失。
    2)北京市昌平区东小口森林公园超高压输电线旁AMT测量
    a)测点点位图
    b)MN 垂直高压线(左图)和MN平行高压线(右图)和与远离高压线的电压幅值变化

     
    结果表明:MN(电场)垂直高压线,除256Hz有较大影响外,其他频点影响小。MN平行高压线,高压线下的影响最大,随远离高压线影响逐渐减弱。MN平行高压线对电场影响大主要是输电线路功率(电流大小)波动引起,2048Hz以上频率的波动可能来自手机信号塔。
    c)探头平行高压线(左图)和探头垂直高压线(右图)和与远离高压线的磁场幅值变化
     
    结果表明:探头平行高压线,除高压线下的测点影响大外,其它测点影响小。但是即使离高压线200米,256Hz仍有明显影响。探头垂直高压线,哪怕远至200米都仍然有较大影响。此外,由于GDP32虽然设有50Hz、150Hz、250Hz、350Hz和450Hz虑波,但是紧邻上述频率的45Hz和256Hz的压制能力就相对差,甚至无能为力。

    2.测线从变压器旁通过的干扰
    1)河北省司家营铁矿大贾庄矿段S26线CSAMT测量典型测点的电场和磁场幅值变化
    2)河北省司家营铁矿大贾庄矿段S26线CSAMT测量反演电阻率、地质综合剖面(上图),卡尼亚电阻率剖面(中图)和阻抗相位剖面(下图)
     
    结果表明:变压器旁的测点电场影响大,磁场影响相对小。

    3.测线穿越金属护栏的干扰

    1)苏州胥口2线穿越金属护栏,电场和磁场的幅值变化
     
    2)苏州胥口2线的卡尼亚电阻率剖面(上图)和阻抗相位剖面(下图)
    结果表明:金属护栏对电场和磁场都有影响,磁场的影响比电场的影响相对更大。
    苏州胥口2线37点的卡尼亚电阻率和阻抗相位异常是由于测点投影到测线上的距离变小和MN的方向与探头非正交所致。点距问题可通过投影距进行改正,相位的影响就较难处理了。

    4.开采矿山的干扰
    1)甘肃白银小铁山120线不同测点的电场和磁场的幅值变化
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    2)甘肃白银小铁山CSAMT反演电阻率切片和由CSAMT电场相位提取的IP信息平面图
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    结果表明:在开采巷道上方,停电时能获得好的数据,不停电时即使远离采区也得不到好的数据,特别对电道的影响最大,磁道的影响相对要小些。原因在于有轨矿车活动的影响。
    5.城市中的干扰
    1)北京东四环北段CSAMT测量
    a)北京东四环北段CSAMT测线位置图。东四环为双向8车道,车流昼夜川流不息,地下有多种管线,地面有高压线。
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    b)北京东四环北段CSAMT测量,几个测点的电场和磁场的幅值变化
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    c)北京东四环北段CSAMT测量反演电阻率剖面
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    2)齐齐哈尔市2线CSAMT测量
    a) 齐齐哈尔2线127点删除离散点前(左)、后(右)的电场幅值、磁场幅值和卡尼亚电阻率曲线
     
    b) 齐齐哈尔2线132点多次测量(上图)与单次测量(中图和下图)的卡尼亚电阻率曲线
     
    c) 齐齐哈尔市2线反演电阻率(上)、卡尼亚电阻率(中)和阻抗相位(下)剖面
    3)哈尔滨3线CSAMT测量
    a)哈尔滨3线3000点多次观测(左图)与删除大离散测点数据(右图)的电场幅值(上)、磁场幅值(中)和卡尼亚电阻率(下)曲线
    b) 哈尔滨3线反演电阻率剖面
     

    结果说明,在大中城市市内进行CSAMT测量,如果仅仅做单次或极少次数的重复测量,效果极差,但是通过多次重复测量可获得好的观测效果,如果将其中少量偏离大的离散点剔除,效果就更佳。

    三.强干扰环境的CSAMT测量解决方案

    1.应对多种干扰采取的对应办法
    1)测线横穿高压线(探头平行高压线),多数情况下,探头放置在距离高压线30米以上就无大影响;测线平行高压线(探头垂直高压线),探头置放的位置就要远得多。总的来说,高压线对磁场影响大,对电场影响小,且与高压线电压高低关系不大,除50Hz及其单次高次谐波外,输电线的功率(电流)变化关系影响更大。关于电力的干扰,只能采取避让处理,即探头应尽可能远离电力线。关于256Hz干扰,如果多次观测也不能解决问题,建议放弃对256Hz的测量,而改测180Hz和360Hz。
    2)测线从变压器或接地电器旁通过,因有电流经地线传入大地,故,它对电场影响大,对磁场有影响,但影响相对小。变压器影响是电力线3相不平衡引起,它是时起时伏的,幅值变化有时也非常大,故需要通过监视表头察看,选取在指针摆动幅度较小时,及时迅速采集存储数据。
    3)测线从金属护栏穿过,磁场、电场都有影响,且探头靠金属护栏越近,影响越大,故应使探头尽可能远离金属护栏。
    4)在正在开采的矿山及其附近开展CSAMT测量,最好是避开生产高峰期进行,如果实在无法避开就通过监控表头观察,在表头指针摆动小时迅速采集数据。
    5)在城区或交通繁忙道路旁进行测量,首先要尽可能将探头远离管线、高压线和主干道路。其次,在道路旁工作,当有大型运载车通过时千万不要采集数据。

    2.应对强干扰的特殊手段
    1)除上述特定环境采取对应措施外,强干扰环境的CSAMT测量中影响数据质量的干扰以偶然干扰影响最大,且这类干扰频繁出现,要很好的解决这类问题,首先是使用有监视功能的接收机进行监控,例如采用GDP32接收机上的表头进行监控,表头摆动小时迅速取数,表头摆动大时千万不要测量。
    2)其次是,要采用单频点逐个频点测量,而不使用系列数据采集方式进行测量。尽管在偶然干扰不强的环境下,系列采样经傅氏变换得出的曲线光滑,但干扰强的环境则不然。
    3)不要设定为自动观测模式进行测量,操作员要查看每次测得的数据,是好数据就存,不好不存。
    4)第三强调少叠加多次重复测量,单频点测量方式易做到,系列采样方式则不易做到。除周期性干扰外,其他干扰主要有随机干扰和偶然干扰,因此对付后两种不同性质的干扰需要采取不同的措施,即既需要有足够多的总叠加次数压制随机干扰,又能对原始数据分析和剔除因偶然强干扰造成的少量离散大的数据。一般叠加次数是对应频率的4至8倍即可,但是重复测量次数每个频点的观测次数最好大于10次。