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V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的应用

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第16卷第3期 重庆科技学院学报(自然科学版) 2014年6月 V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的应用 肖希蒋晓斌朱园 (长江大学地球物理与石油资源学院,武汉430100) 摘要:大地电磁测深法(Magnetotelluric,MT)作为勘察地质构造和探寻具有工业价值的矿产、油气资源的勘探方 法,是地球物理电法勘探中实践应用广泛的重要分支学科。研究表明MT资料的处理是提高原始资料可靠性的重要 步骤,为后续的正、反演建立合理的地电模型提供科学的数据基础。因此,着重介绍加拿大凤凰地球物理公司研发 的V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的使用方法,并结合实测数据归纳总结用其进行数据处理的原理,对 提高资料品质的各种技术进行探讨。 关键词:软件;MT;资料处理;勘探 中图分类号:TP311.564 文献标识码:A 文章编号:1673—1980(2014)03—0126—04 大地电磁测深法(简称MT方法)是在地面上观 测具有区域性乃至全球性分布特征的天然交变电磁 展,引入了张量阻抗理论、静态校正方法以及远参考 技术才从理论上得以突破,进而逐步接近实际的介 质模型 。 场频率域来研究地下岩层的电学性质及其分布特征 的一种勘探方法…。在野外开展MT方法时需要采 集大量的数据信息,尤其是在施工地理环境复杂、人 文噪声难以避免的情况下,对数据质量的“预判”和 “深加工”显得尤为重要。目前在电法勘探领域中 2 MT资料的野外采集 MT法需要采集大量的地电信息,因而对仪器 进行最优配置以获取优质的数据是勘探工作的重要 内容。本文所使用的电法系统是加拿大凤凰公司研 制的V5—2000系统,表1为此示例需要使用的^4T 法勘探仪器设备清单。 表1 MT法勘探仪器设备清单 凤凰公司的V系列产品被国内各大高校以及地勘 单位广泛应用,因此本文以MT原始资料在V5 Sys— tern 2000系列软件(WinHost、WinTabEd、SSMT 2000 和MTEditor)中的处理过程为主轴介绍软件的使用 步骤及机理。 1 MT资料处理的目的 MT法主要记录的是电磁波反射在地表上的相 互正交的磁场和电场分量,需要经过适当的数字处 理才能取得可靠的张量阻抗要素、相位、视电阻率以 及其他相关的大地电磁相应函数,供资料正、反演使 用。在20世纪60年代以前MT法主要是基于法国 学者Cagniard(1953)和苏联学者Tikhonov(1950)水 2.1仪器的标定 平层状标量理论来处理和解释大地电磁资料,但由 于实际地质复杂、数据一致性差使得解释结果与真 实地质构造不一致。之后MT法在经过近50 a的发 收稿日期:2013—11—20 在野外,勘探仪器传感器所记录的大地电磁信 号经过放大器和模数转换后按一定的格式记录在 CF存储卡中,若将记录数据换算成真实的电磁场强 基金项目:长江大学与中国地震局合作项目“极低频探地工程地震预测分系统建设数据处理与应用软件开发项目 (12CNIC034889—21) 作者简介:肖希(1988一),男,湖北孝感人,长江大学在读硕士研究生,研究方向为应用地球物理学及计算机软件。 ・126・ 肖希,等:V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的应用 度,需要知道仪器各道的格值和相位移特性。为此 需要对仪器进行标定处理,即给仪器输入一定频率 到盒子,在计算机上操作即可;(2)在System Request 组合框选中Record模式;(3)设置增益(E Gain和H n)参数,正确的增益参数取决于’坝 周围的信号 的已知信号并记录,求出所记录到正弦波的振幅和 Gai初相位。 标定方法(以标定磁探头为例) :(1)将GPS、 GND、电源、数据、磁探头线正确连接到盒子MTU一 5 3066上(通常编号小的连接Hx,编号大的连接 Hy;即Hx一1306,Hy一1307);(2)埋设好磁探 头,最好在防风、避光及机动车少的地方;(3)锁定 卫星后,在负责监控的计算机中操作并运行Phoenix GeopHysics MTU Host Software一>WinHost—Online 软件;(4)在WinHost主窗口左上方的System Re— quest组合框内选择Setup模式;(5)在WinHost的右 下角的每个Coil Serial#(针对MTU)输入8个字符 的标定文件名,Hx Coil Serial#cOILl3O6,Hy Coil Se— rial#COIL1307。Hz Coil Serial#COILO000,在反演时用 二维反演技术将Hz置空;(6)为保证数据质量,可 设置Coil Ca1.Multiplier倍增标定时间,一般设置为 2(如果标定区域存在电磁干扰,比如高压线等,可 以将这个参数设置得更高);(7)在Sensor Type列表 里选择探头的类型为MTC一50;(8)在System Re— quest组合框里,选择Coil Calibration开始标定磁 探头。 资料处理人员可以在“SSMT 2000一>View Calibrations”中查看盒子(.CLB)和磁探头(.CLC) 标定结果,标定是否合格以在半对数坐标上绘出圆 滑的标定曲线为准。图1为磁探头COIL1306.CLC 的标定曲线。 l ; 。 藉0 挺 频率/Hz 图1磁探头COIL1306.CLC的标定曲线 2.2开机参数文件Startup.TBL的制作 建立开机参数文件目的在于使仪器开机后自动 进入已经根据地形情况设定好相关参数的记录(或标 定)状态,建议将System Request设置为Record模式。 制作方法:(1)运行Phoenix GeopHysics MTU Host Software一>WinTabEd软件,此时不需要连接 和噪声情况,一般情况下设置为Normal Gain。当噪 音高时应该设为Weak,反之设为Strong,以提高数 据质量,使用WinHost在线监控Saturated records数 目,在采集早期若饱和点数目的比例大于2%时,可 以考虑调低增益;(4)低通滤波器Low Pass Filter参 数由接地电阻的大小作为选取标准,接地电阻越大, 需要的滤波器越弱,一般而言将滤波器设置为Weak 可有效减小噪音;(5)选择人为关机结束采集可灵 活控制采集时间;(6)北参考选用磁北Magnetic,在 野外时不需要作磁偏角校正计算,Declination置空 即可;(7)我国供电频率为5O Hz,所以设置输电线 滤波器为5O Hz以减弱同频信号的干扰;(8)MT法 测量时电道和磁道的耦合参数都应该设置为DC; (9)因为MT施工期长,每个测点参数相同,所以采 样日期通常设置为施工方案中计划工期的超集,比 如计划工期为2013/06/01—2013/07/01,参数可设 置为Start time:2013/05/01 00:00:00,End time: 2013/10/01 00:00:00;(10)采样参数一般是标准配 置“1—8—1”,即高频和中频段的单时间片为1 min 和8 min,控制时间片为1 min。 Startup.TBL其他的测量参数均可置空,后期在 SSMT 2000一>Edit TBL根据实际测量补齐即可。 2.3测点仪器布设 野外布站要充分考虑实际地形、地貌和地质特 征,合理选取“十”字、T形或L形布极。由于大地电 磁场的磁道信号在一个区域内比较稳定,出于采集 成本因素的考虑可采用中间5道盒子,两边2道盒 子的布设方式,即两边的盒子(电站:编号1176、 1148)可以共用中间盒子(磁站:编号3066)的两道 磁信号,且可提高布设效率,延长采集时间。 3 MT资料的室内编辑 3.1 单频叠加因子的计算 利用SSMT 2000资料处理软件对MT时间序列 的电场和磁场资料进行处理 J。处理的步骤为:首 先,载入各个电道和磁道的采样值,包括时间序列文 件和标定文件,测点参数;其次,以GPS时间数据为 标准在不同的道中截取相同时间段的电、磁场值,计 算自功率谱和互功率谱,生成傅立叶因子;最后,对 .127・ 肖希,等:V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的应用 参考点数据用Robust程序进行再处理,计算80个 频率点上的视电阻率和相位(频率范围是360~ 0.000 4 Hz),导出含有多项电磁参数的单频叠加因 子(Crosspower)。 变换生成Crosspower数据。 资料经过上述处理后,在导出的Crosspower中 含有视电阻率、相位和其他的曲线信息,文件名即为 MT002.MTL,MT002.MTH,同时为后续的MTEditor SSMT 2000软件使用方法_5 J:(1)运行Phoenix GeopHysics一>SSMT 2000软件;(2)在文件选择面 曲线编辑工作提供数据结构和格式基础。 3.2测点曲线的编辑 板上选中点位信息Site Parameters(TBL)并标定文 件(Box/Sensor Calibration),存放文件的路径文件夹 不宜太深,使用英文命名以避免不可预知的错误; (3)选中测点文件(可多选),点击工具栏上的Edit TBL进行编辑,需要编辑的内容主要有测点名称 (Site Name,比如MT002)、经纬度(Longitude/Lati- tude,保留三位有效数字,另外新系统的TBL有时格 式不正确,需要改成标准样式,比如29:23.033,N或 111:03.829,E)、电极距离(Ex、Ey,根据野外实测班 报记录填写,单位为米)、磁道序列号(如果测点没 有磁道需要置空此栏),其他的信息默认即可,在 Taggle Fields中也可以查阅此次采集的详细电磁参 数;(4)点击View Time查看采集时间,通常采集时 间越长,记录的电磁信号的迭代次数越多,测点曲线 效果越好(尤其是低频),在同时处理多个测点时同 时间段的数据才能进行关联计算;(5)点击Make P兀’可以编辑设置傅立叶变换参数文件(PFT),此 时可同时选择多个测点生成PFT文件,而且文件的 命名有其特有的规则,MT法中通常选用 MT55DN4D.PFT;对于一般的处理,其他参数可不 变,但是处理时间(Processing times)最好设置为当 前时间的子集,即“掐头去尾”,因为这段时间内施 工人员在布线或收线时会产生噪声;(6)建立傅立 叶变换因子,点击“TS to Fr”对选中的所有测点进 行运算;频带结果保存在和TBL文件同名的文件 中,比如3066619A.fc3、3066619A.fe4、3066619A. fc5、3066619A.re6;(7)利用Robust方式降低数据噪 声,该方法是一种以记录数据误差大小来控制数据 质量的加权最小二乘法。点击“Edit PRM”编辑Ro— bust参数,参考道类型选为“Local H”,考虑到1148 和1176盒子共用3066的磁道,在测点的TBL设置 上应将1148.TBL和1176.TBL的“Hx and Hy”设置 成3066.TBL,“Hz”置空,每设置一个测点都应该点 击“Save Parameters ifle”保存到指定目录,其他参数 通常不必设置;(8)同时选中“Processing Parame— ters”中所有的PRM文件,点击“Process”进行傅立叶 ・128・ MTEditor是以SSMT 2000数据处理产生的单频 叠加因子作为输入参数的图形处理软件。通过它能 够查看所有测点视电阻率、阻抗相位曲线、相干因子 等信息,更重要是可以在其中编辑圆滑曲线使得实 测资料更具科学性(原始资料的某些频点会因干扰 而出现错误)。编辑时应关注曲线形态及其沿测线 方向的连续变化情况,辅助参考相邻测点的曲线剔 除“飞点”,使其不参加叠加计算。 在MTEditor软件中有很多的功能参数说明,但 在实际应用时会在地球物理解释软件WinGLinkTM 中精细完成平滑工作,而它只作为数据的预处理使 用,以下介绍其操作方法:(1)打开(Open Site) Crosspower文件,同时选中“MT002.MTL, MT002.MTH”导人数据;(2)单击Processing工具栏 中的“编辑”指令,显示出改点视电阻率曲线和每个 频点的叠加因子;(3)先激活Editing Mode工具栏上 的删除或撤销操作,然后通过Cursors工具栏上的按 钮编辑选中频点的Crosspower,“Pointer”表示放大 图片,“Hand”表示单点编辑、“Two Vertical Lines”表 示组处理等。另外,编辑时应对每个频点的误差棒 和部分偏离正常范围的Crosspower进行评估,采用 手动编辑和自动编辑相结合方式圆滑曲线;(4)点 击“File一>ExportTo”导出通用标准的EDI文件,如 MT002.edi,此文件可被多个地球物理正、反演软件 所导入。图2、3为MT002点的Crosspower经过 MTEditor编辑前、后的视电阻率曲线(误差太大部 分可舍去) Apparent Resistivity Magnitude F"*-Rhoxy ohm-m. p-・Rhoyx ohm-m. 1-tmAvWgt 图2测点MT002视电阻率曲线编辑前 肖希,等:V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的应用 Appa ̄nt Resistivity Magnitude 。 _+Rh0xv ohm-m. 。Rhoyx ohm—n1. 广■AvW 和MTEditor共4种软件的使用方法、常用参数配置 以及数据传递流程,为地勘工作者在对MT资料的 采集、预处理时提供参考。 百 ● c= 吾 譬 是 8 —、 ~ 参考文献 [I]陈乐寿,王光锷.大地电磁测深法[M].北京:地质出版 102 10。 10o l0—1 10-2 10-:* 频率/Hz 社。1990:1. 图3测点MT002视电阻率曲线编辑后 [2]柳建新,童孝忠,郭荣文,等.大地电磁测深法勘探:资料 处理、反演与解释[M].北京:科学出版社,2012:82. 4 结语 [3]凤凰公司中国联络处.V5 System 2000 MTU/MTU—A用 户手册[M].北京:加拿大凤凰地球物理有限公司中国 MT法在确定目标区块主要电性层的埋深和形 态方面,以及划定勘探“甜点区”都起到了至关重要 联络处暨维修中心,2007:45-63. [4]陈清礼,胡文宝,苏朱刘,等.长距离远参考大地电磁测 深试验研究[J].石油地质勘探,2002,37(2):146. [5]凤凰公司中国联络处.数据处理用户手册[M].北京:加 的作用,主要原因在于其自身理论的不断完善以及 资料处理、解释软件功能的日益强大。本文结合V5 System 2000系列软件在MT资料处理中的应用实 例,梳理了凤凰公司WinHost、WinTabEd、SSMT 2000 拿大凤凰地球物理有限公司中国联络处暨维修中心, 2007:4-63. Application of V5 System 2000 Family of Software in MT Data—-processing XIAO Xi JIANG Xiaobin ZHU Yuan (Geophysics and Oil Resource Institute,Yangtze University,Wuhan 430100,China) Abstract:Magnetotelluric(MT)sounding is regarded as an important means to study deep structure and explore the minerals,oil and gas resources with industiral value.It is also a very important subject geophysical technology in electric prospecting because of its abroad engineering practice.There’S a variety of studies suggesting that MT Data—Processing is ̄cusing steps for improving raw data reliability,which can provide scientific reference data orf developing reasonable geoelectic model by forward modelring and inversion.So this paper focuses on describing the application of V5 System 2000 Family of Software in MT Data—Processing,not only generalizes the procedure of data processing from real measured MT data,but also discusses about the various techniques to enhance the quality of data acquired in the field. Key words:software;MT;data—processing;prospecting ・129・ 

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