摘要
冀中坳陷地处经济发达的京津冀地区,是中国北方极其重要的能源远景区,对其进行深部地质调查,查明能源分布情况,既能服务于国民经济建设,也有助于解决国家号召的向地球深部进军的战略科技问题。要想了解深部地质信息,必须先获取深部电性参数,而基于电磁场传播理论的大地电磁测深法,能够观测由浅入深的电性参数,是研究地球深部电性结构的有效方法,近年来得到广泛应用。但大地电磁法的场源为天然交变的电磁场,信号微弱,易受到诸如城市游散电流、高铁、高压变电站等电磁噪声源的干扰,尤其是能够反映深部地质信息的低频信号,受到的干扰更为严重。尽管我们可以选择避开干扰源一定距离来减小干扰,但在城市密集、工业发达的冀中坳陷地区,难以有效避开各种干扰源。因此亟需系统分析干扰源的信号特征,研究更加有效的噪声压制方法,提高大地电磁数据质量,为高精度的地球物理反演解释奠定基础。本文基于中国地质科学院物化探所承担的地调项目“冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价”,为了有效制定大地电磁测深技术指标,项目组开展了大地电磁测深抗干扰方法技术试验。本文以对大地电磁测深工作影响最为严重的城市游散电流干扰源为例,分析其噪声干扰特征及去噪方法。首先从理论上分析了干扰源与影响距离的关系,然后通过在北京南中轴不同距离处布设6个大地电磁测深测点,根据采集到的数据展开分析。一是从时间域的角度研究,分析噪声波形特征、与城市用电的关联性及信号辐射范围;二是从频率域的角度研究,分析噪声信号对视电阻率与相位曲线的干扰方式以及影响范围,并根据频谱密度曲线分析噪声信号能量随距离的变化趋势。根据噪声干扰特征,选择远参考法进行去噪。为了对常规远参考法有所改进,在综合考量距离、构造单元、方位等因素下,布设了11个远参考站。利用11个远参考站分别对不同距离的测点数据进行单站远参考处理,评价处理效果,总结单站远参考在强干扰区的优缺点和远参考布设建议。根据试验发现单一远参考站对近场干扰的改善仅限于某一频段,符合近程远参考改善高频数据,远程远参考改善低频数据的特征。而且选取极限小的远参考距离,可避免测点与远参考站之间叠加同相、同方位干扰源信号。在满足信号相关噪声不相关的前提下,完善了多站远参考数据处理方法。利用同步布设的近、中、远距离远参考站分别对受城市游散电流干扰较为严重的某测点进行去噪处理,接着分频段挑选最优结果,探讨不同组合模式下多站远参考的去噪效果,并将结果进行最优化组合,得到最终的大地电磁测深曲线,达到了压制城市游散电流近场干扰的目的。为验证多站远参考大地电磁测深法的实际效果,将其应用于冀中坳陷深部构造研究。首先从两个方面验证该方法的可靠性,一是以廊坊北部某已知地热钻井资料为参考,对比未经远参考与经过多站远参考处理的一维反演结果与已探明地层的吻合度;二是以近测线的地震剖面为参考,选取一条受城市游散电流干扰严重的测线,以未经过远参考处理与经过多站远参考处理后的二维反演结果对比分析。然后综合评价多站远参考法的有效性,最后对结果更为合理的多站远参考反演剖面进行地质解释。反演结果显示了冀中坳陷地区北部“三凹一凸”地质结构,厘清了控制坳陷内部凹凸结构的断裂,得到了冀中坳陷深部构造信息,可为深部资源探测提供参考。