Обработка сводится к определению магнитного тензора m, выражающего соотношения между H_x, H_y в базисной и полевой точках, и векторов Визе, выражающих соотношения между H_x, H_y и H_z. По результатам строятся карты относительной напряжённости магнитного поля, отражающие относительные изменения суммарной продольно проводимости осадочной толщи, либо карты векторов Визе, позволяющие локализировать геоэлектрические неоднородности.

Карты относительной напряжённости магнитного поля интерпретируются чаще всего качественно. Интерпретация векторных карт заключается в подборе адекватных моделей, рассчитываемых на ЭВМ.

3.2 Техника работ методом МТ

Качество получаемых МТ данных сильно зависит от выбора точки измерений и соблюдения правил установки прибора и датчиков.

Необходимо стараться не располагать измерительную установку вблизи источников помех. Наиболее типичными источниками помех являются:

1. линии электропередач;

2. трубопроводы;

3. электрифицированные железные дороги;

4. ограды под током;

5. ирригационные насосы;

6. радиопередатчики и радарные излучатели;

7. интенсивное автомобильное движение.

Протяженные металлические структуры, например ограды, могут вызывать локальные искажения магнитного поля.

Большие заземленные проводники, такие как рельсы, заземления телефонных линий и линий электропередач вызывают локальные искажения электрического поля. По возможности следует располагаться от крупных активных источников вроде ЛЭП, железных дорог и хорошо заземленных проводников типа трубопроводов и оград на удалении по крайней мере 1 км, от дорог с автомобильным движением не ближе 200 м.

Горизонтальные магнитные датчики помещаются в траншеи глубиной ~ 40 - 50 см и засыпаются сверху землей, соединительные кабели также закапывают. При этом датчики нужно располагать на достаточном удалении от объектов, которые могут вызвать вибрацию - например, корней деревьев, которые качаются под действием ветра, а также любого движения в т.ч. пешеходного. Вертикальный магнитный датчик помещают в специально пробуренную скважину. Каждый датчик помещается в отдельный квадрант, расстояния между датчиками и прибором должны быть не менее 5 м.

Электроды лучше устанавливать за несколько часов до начала измерений в ямках глубиной ~50 см., заполненных рыхлой землей, смешанной с соленой водой до образования грязевой массы. Сверху они также засыпаются рыхлой землей, чтобы предотвратить высыхание и уменьшить влияние изменений температуры. Перед началом измерений проверяется сопротивление и разность потенциалов между электродами на постоянном и переменном токе. Если сопротивление заземлений слишком велико, можно понизить его добавлением в ямку электрода солевого раствора. Наибольшее влияние высокое контактное сопротивление электродов может оказать на высоких частотах при больших длинах приемных линий.

Провода между электродами раскладывают в как можно более прямую линию, лишние участки раскладывают параллельно в обратном направлении так, чтобы не образовывать петель, которые являются приемниками вертикального переменного магнитного поля. Кроме того, чтобы предупредить движение проводов под действием ветра, через 1-2 метра их прикапывают или придавливают комками земли, кусками дерна.

Расстояние между точками наблюдения зависит от изучаемых структур, их электропроводности и необходимой детальности съемки. Обычно при разведочных съемках используется шаг 5-10 км; шаг 0.5 - 1 км или менее может применяться, если требуется большая детальность.

Длительность сеанса измерений определяется интенсивностью помех и необходимой погрешностью результатов работ. Чем выше интенсивность помех, тем большее время регистрации необходимо для достижения заданной погрешности. Минимальный период наблюдения определяется глубиной изучаемых объектов и электропроводностью разреза. Типичные времена записи находятся в диапазоне от /а дня до 2 дней. Приближенная формула для оценки времени записи в зависимости от конкретной глубины и сопротивления следующая 1972):

T_R 430 D²/ ,

где Т _R - в сек; - в Ом.м; D - в км.

3.3 Первичная обработка и анализ МТ данных

Общая схема обработки измеряемых сигналов следующая.

Перед переводом в цифровую форму сигнал должен пройти через НЧ фильтры, чтобы отфильтровать компоненты спектра с частотами выше граничной частоты анализа. Это необходимо, чтобы в дальнейшем при выполнении спектрального анализа избежать искажений из-за наложения частот. Часто также выполняется фильтрация ВЧ для того, чтобы убрать инструментальное сползание нуля и ограничить динамический диапазон низкочастотной части спектра.

Отфильтровываются также периодические сигналы, такие как помехи промышленной частоты и ее гармоник.

После преобразования в цифровую форму обычно производится вычитание среднего значения, удаление тренда. Преобразование из временной в частотную область производится обычно с использованием преобразования Фурье, как правило с помощью одного из алгоритмов, известных как быстрое Фурье-преобразование, БПФ. После преобразования Фурье в полученный спектр вводятся поправки, чтобы учесть комплексные частотные характеристики каналов и датчиков прибора, после чего получаются истинные спектры полей в нТл/Гц^1/2 и В/.

Распространенной схемой для непрерывных МТ измерений и обработки в реальном времени является т.н. каскадная децимация. Короткие последовательности данных из 32 отсчетов попеременно собираются в 2 буфера. Эти данные подвергаются цифровому Фурье-преобразованию, и запоминаются комплексные значения 6 и 8 гармоники. Затем данные проходят НЧ-фильтрацию и точки через одну отбрасываются. То же самое происходит с данными второго буфера, затем продецимированные данные обоих буферов объединяются, образуя новую последовательность из 32 отсчетов. Этот процесс может быть продолжен до бесконечности. Те значения гармоник Фурье, которые сохраняются из каждой последовательности данных, затем осредняются для получения спектров компонент.

После Фурье-преобразования обычно рассчитываются спектры компонент поля. Для этого необходимо провести осреднение по набору комплексных амплитуд Фурье гармоник. По спектрам рассчитываются значения когерентности. Когерентность является мерой «похожести» двух процессов и отражает степень влияния шумов - чем выше когерентность, тем меньше вклад шумов и более сходны изменения сигнала во времени по обоим каналам и наоборот, чем больше шумы, тем ближе когерентность к 0.

Методика, позволяющая уменьшить ошибки смещения, называется методикой наблюдений с удаленной базой.

Ее суть состоит в проведении измерений по двум дополнительным независимым каналам Rх и Rу. В качестве базисных каналов обычно выбирают измерения с магнитных датчиков, расположенных на расстоянии от нескольких сотен метров до 100 км от точки зондирования, в зависимости от основных источников шумов и помех. Для подавления эффекта инструментальных шумов достаточно удаления на десятки метров, в местах с высоким уровнем промышленных помех необходимо отнести базисную точку на расстояние, превышающее радиус корреляции полей-помех. Обычно это минимум 50-100 км, при этом базисную станцию лучше располагать в месте с минимумом помех. Если шумы не коррелированны с сигналами, оценки импеданса, полученные из уравнений с использованием базисных каналов, будут несмещенными, т.к. в выражения входят только взаимно-спектральные плотности мощности.

Простое осреднение спектральных плотностей по интервалам или в полосе частот означает присвоение каждому члену суммы одинакового веса. Т.е. наибольший вклад в результат вносят интервалы с наиболее интенсивным сигналом. В то же время показано, что часто наибольшую интенсивность имеют сравнительно редкие интервалы со всплесками помех. Тогда эти редкие интервалы с помехами сильно искажают весь результат осреднения. Поэтому бывает желательно присвоить членам суммы веса, значения которых зависят, например, от множественной когерентности между электрическим и магнитным полями, ослабив т.о. влияние интервалов с малым отношением сигнал/шум.

В методе абсолютного значения каждой оценке параметра, входящей в сумму, присваиваются веса в соответствии с ее абсолютным отклонением от наилучшей оценки, при минимизации суммы отклонений.

В процедуре робастного М-оценивания каждой оценке параметра, которая отличается от текущей лучшей оценки более некоторого порогового значения, присваивают веса, уменьшающиеся с ростом отклонения.

Существуют различные методы, отличающиеся способами расчета весовых коэффициентов и другими параметрами. Робастные методы требуют большого количества вычислений, по сравнению с обычным методом наименьших квадратов, но позволяют добиваться существенного улучшения качества кривых.

3.3.2 Анализ МТ данных

В однородной или горизонтально-слоистой среде

Z_xx = 0, Z_yy = 0

Z_yx = - Z_xy

В 2D случае если оси X или Y направлены вдоль оси однородности структуры:

Z_xx = Z_yy = 0,

Z_xy -Z_yx

Найти угол _о между направлением измерительных осей и осью однородности структуры в 2D случае можно

по графикам - полярным диаграммам импеданса,

аналитическим путем, найдя решение для угла, которое одновременно максимизирует |Z_ху| и минимизирует |Z_хх|² + |Z_уу|².

Аналитическое решение не может быть найдено в 1D случае. В 3D случае смысл полученного значения не столь ясен и должен рассматриваться критически, в зависимости от конкретной структуры.

При вращении осей следующие сочетания компонентов тензора импеданса остаются неизменными по величине - инвариантными относительно поворота осей:

Z_xx + Z_yy = C₁

Z_{xx -} Z_yy = C₂

Z_xx Z_yy - Z_xy Z_yx = C₃

Отношение С₁/С₂ - т.н. skew. C₁ равен 0 в 1D и 2D моделях, поэтому skew используется в качестве меры трехмерности.

Обычно можно считать, что Нz 0, исключая случаи, когда вблизи имеется изменение электропроводности в горизонтальной плоскости, например, контакт двух сред с различным удельным сопротивлением. Тогда возникает Нz которое связано с горизонтальным магнитным полем на каждой частоте как

H_z = T_xH_x + T_yH_y

В случае 2В структуры с осью однородности вдоль направления X, уравнение упрощается до вида:

H_z = T_yH_y

где Т -, tipper^, который характеризует отклонение вектора Н от горизонтальной плоскости. В 1D случае Т равен 0. Значение Т по модулю обычно находится в пределах от 0.1 до 0.5.

Список литературы

1. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально-однородных сред.

М.Н. Бердичевский В.И. Дмитриев. Москва «Недра» 1991 г.

2. Электромагнитные зондирования. Л.Л. Ваньян Москва «Научный мир» 1997 г.

3. Краткий справочник по полевой геофизике. Б.С. Вольвовский Н.Я. Кунин Е.И. Терехин. Москва «Недра» 1977 г.

4. Электрозондирования земли. Рокитянский. 1981 г.

5. Исследование аномалий электропроводности методом магнитовариационного профилирования. Киев «Наукова Думка» 1975 г.

6. Разведочная геофизика. Москва, Недра 1964 г. В.В. Федынский.

7. Анализ и интерпретация магнитотеллурических данных. М.Н. Бердичевский В.И. Дмитриев Б.Д. Новиков В.В. Пастуцан. Москва «Диалог» 1997 г.

7. Электроразведка. Справочник геофизика / Под ред. Хмелевского В.К. и Бондаренко В.М.М., Москва «Недра» 1989.г.

8. Электроразведка. Жданов. М.С. Москва «Недра» 1986 г.

9. «Руководство по эксплуатации аппаратуры V5-2000 MTU для метода МTЗ», 2001 г.

Размещено на Allbest.ru