Введение к работе
Актуальность работы. Методы аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ) и профилирования (АМТП) используют переменные естественные электромагнитные поля Земли в диапазоне от единиц герц до первых килогерц (т.н. "звуковой диапазон частот") п являются высокочастотными аналогами широко используемых методов магнмтотеллурического зондирования (МТЗ) и профилирования (МТП). Метод АМТЗ в зависимости от характеристик геоэлектрического разреза и полосы частот, в которой производятся измерения, характеризуется глубинами исследования от первых сотен метров до десяти и более километров. Достоинствами методов является то. что они не требуют специальных искусственных источников возбуждения поля, обладают довольно высокой производительностью, особенно в варианте двухканальных измерений. Аудиомагнитотеллурические методы могут эффективно применяться для решения задач геокартирования при достаточной контрастности блоков пород по электрическим свойствам, а также для поисков сульфидных руд, геотермальных зон и т.п. Известной проблемой применения АМТЗ остается невысокая воспроизводимость результатов наблюдений, обусловленная, с одной стороны, малой напряженностью естественных электромагнитных полей в АМТ диапазоне и наличием довольно интенсивных промышленных полей-помех, а с другой стороны, возможным несоответствием наблюдаемых полей принятой при их интерпретации модели вертикально падающей плоской волны. Такие поля ближних источников, даже при их естественном происхождении — например, вызываемые ближними грозами, могут также рассматриваться как помехи. Широкое применение метода АМТЗ в нашей стране до недавних пор сдерживалось отсутствием надежной портативной аппаратуры для проведения полевых работ.
Цель работы - повышение геологической эффективности применения аудномагнптотеллурпческих измерений при решении геолого-съемочных и поисковых задач в рудных районах, которые характеризуются повышенным уровнем индустриальных помех, и. в частности, разработка системы обработки данных изме-
рении, получаемых с созданной в 90-х годах в НИИЗК СПбГУ и в ВИРГ-"Рудгеофизике" цифровой аудиомагнитотеллурической аппаратурой.
Основные задачи исследований. При создании системы обработки аудиомагнитотеллурических данных было необходимо решить следующие задачи :
- провести исследования наблюдаемых электромагнитных полей звукового диапазона частот и на основе анализа их спектральных, временных, статистических характеристик, а также специфики создаваемой аппаратуры разработать требования к указанной системе:
учитывая, что основой проводимой обработки, как правило, является цифровой спектральный анализ, по результатам опробования различных методов оценивания спектров реальных электромагнитных полей звукового диапазона частот выбрать оптимальные процедуры и параметры для системы обработки;
опробовать созданную систему обработки цифровых данных АМТЗ в процессе получения практических материалов с новой аппаратурой, оценить эффективность разрабатываемого аппарат} рно-программ ного комплекса;
Научная новизна
-
Экспериментально получены спектральные, временные и статистические характеристики наблюдаемого электромагнитного поля в диапазоне звуковых частот. Показано, что указанные характеристики отличаются от наблюдаемых в диапазоне более низких частот в связи с отличием природы источников полей.
-
Обосновано построение и осуществлена реализация системы обработки данных для цифровой аппаратуры метода АМТЗ. реализующей запись временных рядов. Продемонстрирована эффективность использования комплекса процедур цифровой режекторной фильтрации и последующего автоматического выбора интервалов по принципу сравнения пиковой интенсивности сигнала на интервале с задаваемым пороговым значением, в сочетании с исключением участков действия помех.
-
В различных регионах проведены исследования временной стабильности измеренных величин импеданса естественного электромагнитного поля в диапазоне звуковых частот. Показано, что возможность изменений значений импеданса на частотах
единиц - первых десятков герц следует учитывать при проведении полевых работ методом АМТЗ путем выполнения одновременных контрольных наблюдений на базисном пункте. Особую важность данное условие приобретает при использовании высокопроизводительной двухканальной аппаратуры. Защищаемые положения
-
Процедуры обработки аудиомагнитотеллурических данных, в отличие от применяемых в магнитотеллурических методах, должны учитывать неравномерный характер спектра электромагнитных полей звукового диапазона частот и вероятное присутствие в спектре большого количества пиков от полей помех.
-
При обработке данных АМТЗ, получаемых в условиях влияния интенсивных полей промышленной частоты и ее высокочастотных гармоник, периодограммный метод спектрального анализа является более эффективным, по сравнению с коррелограммным и методом фильтрации во временной области, позволяя проводить более эффективную локализацию участков спектра, обусловленных влиянием помех, и их исключение и давая возможность выделять частотные интервалы исследуемого естественного поля. При этом необходимо использовать спектральное окно, обеспечивающее интенсивное подавление боковых лепестков и спектральное разрешение, исключающее перекрытие спектральных пиков от соседних гармоник.
-
Разработанное программное обеспечение первичной обработки данных, получаемых с цифровой аппаратурой АМТ, с использованием цифровой фильтрации, ручного и автоматического выбора рабочих интервалов и спектрального анализа периодограмм-ным методом с выбранным окном и изменяемым разрешением обеспечивает проведение как экспресс-анализа результатов измерений непосредственно на полевых точках, позволяя оценивать качество материалов и оперативно вносить изменения в технику работ, так и полной обработки данных.
-
Для получения достоверных АМТ измерений (особенно при использовании двухканальных вариантов аппаратуры) необходимо выполнять предварительные временные измерения импеданса и выбор на их основании наиболее целесообразных временных интервалов для проведения работ в данном регионе и измерения на
рабочих профилях сопровождать контрольными измерениями импеданса на базисном пункте.
Практическая ценность работы
Результаты работы позволили существенно повысить качество получаемых данных при проведении работ методом АМТЗ, повысить помехоустойчивость аппаратуры.
Реализация результатов работы
Результаты работы использованы при совместном составлении в институтах ВИРГ-"Рудгеофизика" и НИИЗК СПбГУ "Методического руководства по методам электроразведки с неконтролируемыми источниками". Разработанная автором при участии А.А.Елисеева программа обработки результатов измерении методом АМТЗ с аппаратурой ЭСП-103 хранится в фонде алгоритмов и программ ВИРГа. Разработанная подсистема пре-процессинга и обработки данных АМТ наблюдений для разработанной в ВИРГ-"Рудгеофизнке" аппаратуры ИАМТП-8 применяется при проведении полевых работ с 1995 г.
Апробация работы. Основные положения проведенных исследований доложены на Всесоюзном совещании по приземному распространению радиоволн и электромагнитной совместимости (Улан-Удэ, 1990), 3 Всесоюзной научно-технической конференции "Прием и анализ сверхнизкочастотных колебаний естественного происхождения" (Львов. 1990), Международной научной конференции "Геофизика и современный мир" (Москва, 1993), Международной геофизической конференции и выставке "Санкт-Петербург - 95" (Санкт-Петербург, 1995), Международной конференции "Закономерности эволюции земной коры" (Санкт-Петербург, 1996). Международной геофизической конференции и выставке "Москва-97" (Москва, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, общий объем работы 145 страниц, содержит 44 рисунка. 4 таблицы, список литературы из 72 наименований. Автор искренне благодарен научному руководителю проф. А.В.Вешеву. Автор глубоко признателен А.А.Елисееву (ВИРГ) за предоставление части материалов и разрешение использовать в диссертации результаты совместных работ, канд. геол.-мин. наук А.К.Сараєву и М.И.Пертслю (лаборатория электромагнитных
методов НИИЗК СПбГУ) за поддержку и помощь в процессе подготовки работы, доктору геол.-мин. наук В.А.Комарову (кафедра геофизики геологического факультета СПбГУ) за ценные замечания и советы, К.Д.Ратникову (ВИРГ) за предоставленные программные средства анализа тензора импеданса и решения обратной задачи, а также сотрудникам лаборатории электромагнитных методов НИИЗК СПбГУ П.А.Парфентьеву и В.Е.Прокофьеву.