图7 探头长轴摆放方向与250 Hz谐波噪声的关系(JR-119井)Fig. 7 The relationship between long axis orientation of sensor and noise of 250 Hz (JR-119)

在2号井的探测与1号井的探测结论一致.从2号井的探测结果可以看出(图8为12月20日下午1 4时的探测结果):随着仪器探头长轴方向的旋转,250 Hz谐波的干扰强度呈现出规律性的递增、递减变化.在0°、45°、90°、180°、225°、270°方向上探测曲线的噪声干扰最大,对250 Hz附近的有效信息形成了强压制;135°、315°方向上受噪声影响最小.以上两个角度中,315°时250 Hz谐波的影响几乎可以忽略不计,且该曲线在其他频率的噪声影响幅度要比135°时小,因此利用315 °探测数据进行地质解释的效果较好,同时推断周围工频干扰场的方向为135°(315°)

图8 探头长轴摆放方向与250 Hz谐波噪声的关系(JR-168井)Fig. 8 The relationship between long axis orientation of sensor and noise of 250 Hz (JR-168)

对上述两口地热井探测数据图表、探测曲线综合分析,可以发现:
仪器探头与工频干扰场等效主轴方向的夹角不仅影响探测信号的强弱,还影响所接收到的噪声大小~当仪器探头的长轴方向与工频干扰场的等效主轴方向平行时,噪声影响最小,但是该方向上所接收的综合场源信号也相对较弱,此时可以通过调大仪器信号增益来增加信号强度;当仪器探头的长轴方向与工频干扰场的等效主轴方向垂直时,接收到的工频电磁干扰最大,探测曲线出现圆滑峰状噪声,真实地下信息的相对振幅受到严重压制.
连续5天的观测数据表明,工频谐波干扰场的方向具有稳定性.
3.4 天气状况对超低频电磁探测的影响
在连续5天的观测试验中,其中第二天(8月16日)为大雨天气,分别采集了雨前6时、雨后8时、下午18时、20时的观测数据.不同探头方向的观测数据均显示,天气状况会对探测仪在3000~530 Hz工作产生影响(见图9):下雨之前,在3000~530 Hz频段范围内超低频电磁信号相对振幅无畸变;而在雨后,该频段范围内的相对振幅出现显著畸变,导致3000~530 Hz频段范围内的浅部探测结果无法用于解释.以上观测事实表明:天气对天然源电磁场环境具有一定的影响.其原因可能是:大雨刚刚过后,地表及浅层电荷重新分布,会产生新的电磁扰动,探测曲线相对振幅值畸变严重.

图9 天气状况对探测曲线高频段产生的影响Fig. 9 The weather′s influence on the high frequency band of the detection curves

4 结论与讨论
本文基于地热井持续5天、每天4个时刻的试验数据,对天然一次场的变化、天气状况导致地表电磁环境的变化,影响天然源探测的工频噪声等因素进行了综合分析,试验结果表明:
(1)天然场源超低频电磁探测信号存在明显的日夜交替变化现象,其中相对振幅-频率曲线的包络线在不同日期、同一邻近时刻具有重复性,说明不同日期同一时刻的天然超低频电磁数据相关性高.
(2)工频谐波干扰场方向是影响因素之一.当仪器探头长轴方向与工频谐波干扰场的等效主轴方向平行时噪声影响最小,这为观测时降低或者避开电磁干扰提供了依据.
(3)天气因素是影响超低频电磁探测的一个因素之一.对雨天环境下的电磁探测表明,降雨之后观测对超低频信号的高频部分造成较大影响.其他天气下的影响有待进一步研究.
天然源超低频电磁场的变化幅度是超低频电磁合成场综合作用的结果,它既与地下内场源有关,也与外场源有关.超低频磁探头线圈接收的合成场信息,既与地下介质的致密程度、电阻率相关,也与外场源有关,还会受到各种噪声的影响.需要深人研究的内容如下:
(1)如何从动态变化的超低频电磁合成场中分离出主要反映地下信息的数据.
(2)不同超低频电磁探测影响因素的作用机理及其影响程度有待于进一步的探讨.
(3)利用现有的数字信号处理技术对场源信号进行分析,将超低频探测信号与噪声分离.
致谢
研究中得到了北京大学地质系侯贵廷教授和无线电系王树元高工的大力帮助,在此表示衷心的感谢.
参考文献

[1]