一种地面参考区磁场延拓的地空协同电磁数据校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地球物理勘探领域的电磁探测系统校正方法，尤其是时域长导线 源地空协同电磁探测方法。
【背景技术】
[0002] 时域地空电磁法（Time domain Grounded-airborne electromagnetic methods) 或称半航空电石兹法（Semi-Airborne Transient electromagnetic methods)，是一种地面 大功率发射系统向电性源或磁性源输出时、频电流激励大地，产生大面积覆盖的电磁波，将 时频域电磁采集装置固定在空中无人飞行器或在地面分布式放置，地面与空中相互协同完 成测量，获取地下感应电磁信号，通过电阻率成像获取地下电性结构信息。基于无人机的地 空电磁探测方法，具有探测效率高、经济适用等优势，适合在草原沙漠地区、海陆交互地带、 沼泽地带、无人山区等特殊景观地区开展探测工作，尤其适用于我国地形复杂的山区资源 探测，目前成为国内外的研究热点，有着广泛应用前景。
[0003] 澳大利亚专利847270G01V003116公开了地面铺设回线源进行航空勘查方法，在 地面发射过渡电磁脉冲，飞行器搭载接收系统测量大地产生的电磁场，根据幅值大小经过 信号处理就可测定出预测的目标体。
[0004] 美国专利US5610523公开了一种用地面线圈发射、空中飞机探测的电磁探测系统 和方法，采用发电机给地面线圈提供瞬变电磁脉冲，探测器放在飞机上进行测量，地面发电 机和空中探测器采用晶体振荡器进行同步，采用磁电阻率分析和磁感应极化技术对接收到 的信号进行处理，进行判定地下体状物质的探测方法。
[0005] 加拿大专利CA2109118A1公开了一种半航空电磁探测方法，地面铺设一个大型环 形天线进行发射，空中飞机或气球、直升机搭载接收天线进行检测电磁场，可以实现瞬变电 磁方法（TEM)、磁电阻率（MMR)和磁激发极化（MIP)方法。
[0006] 中国专利CN201010573168. 3公开了一种时间域地空电磁探测系统及标定方法， 该电磁探测系统采用地面铺设长导线源进行大功率发射，地面发射与空中接收采用GPS同 步，基于无人飞行器进行空中连续测量，并采用异常环模拟地下有限矿体的电磁响应，通过 测量异常环的感应电流、感应电压参数，提取含几何误差的纯闭合异常环电磁信号，确定系 统误差、几何参数误差，实现电磁探测系统性能的测试和标定。
[0007] 以上所述方法公布了大回线或长导线源的半航空电磁探测方法，国外专利均未涉 及电磁测量系统的标定方法，中国专利CN201010573168. 3公开了采用地面异常环进行时 域地空电磁测量系统的几何参数标定方法，采用地面异常环进行标定时，由于异常环一般 为3-4匝的100mX 100m的方形回线，在野外测试标定时，一方面由于异常环尺寸较大，铺设 成多匝的方形野外施工十分困难，另一方面也需要在测量工区内选择一定面积相对平坦的 高阻区域，特别是在复杂山区、深林覆盖区、沿海滩涂等区域难以实施。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种地面参考区磁场延拓的地空协同电磁 数据校正方法，通过在地面参考区内的少数网格点进行高精度测量磁场，利用磁场延拓和 SVD拟合方法对空中测量的磁场、电阻率-深度参数进行校正，可以克服异常环标定方法对 一定面积平坦测试地区的苛刻要求、以及避免地面铺设异常环施工复杂等不足，比较适用 于复杂山区、沿海滩涂等特殊景观区进行实施。
[0009] 本发明是这样实现的，一种地面参考区磁场延拓的地空协同电磁数据校正方法包 括：
[0010] 1)、合理选择地面参考区，在参考区内可以设计多个由9个点构成的二维均匀Yee 网格；
[0011] 2)、采用低温超导磁传感器在地面参考区内的二维均匀Yee网格进行磁场测量， 对地面测量磁场数据进行滤波、叠加取样处理，形成N个时间道磁场值，并对9个网格点的 N道地面磁场数据，进行电阻率-深度参数计算、成像；
[0012] 3)、采用二维均匀Yee网格和磁场向上延拓方法，对9个网格点上的地面测量磁场 数据进行延拓，获得空中飞行高度下的磁场数据，作为测量基准值；
[0013] 4)、在参考区进行空中进行悬停和飞行测量，通过控制地面发射系统的开通和断 开，获得空中背景场噪声数据和磁场或磁场变化率数据；对于测量的参数为磁场变化率，需 要采用积分办法进行变换，获得磁场数据；
[0014] 5)、将空中实测数据进行背景场噪声去除、综合小波法基线校正和噪声滤除、叠 加取样处理，获得N个取样道的磁场数值，对9个网格点的空中实测磁场数据，进行电阻 率_深度参数计算、成像；
[0015] 6)、采用SVD奇异值分解方法，先将步骤3中计算的磁场基准值与步骤5中实测磁 场数值进行拟合分析，确定测量系统的固有误差、基线漂移量、噪声特征；再将步骤2中的 地面磁场计算电阻率-深度参数与步骤5中的空中实测磁场计算电阻率-深度参数进行拟 合分析，确定地空电磁数据成像中电阻率和深度参数的解释精度和误差，进行校正；
[0016] 7)、最后通过确定的测量系统固有误差、基线偏移量、运动噪声特征，对完整的飞 行测线的磁场数据和电阻率-深度参数进行校正。
[0017] 进一步地，步骤1中，根据电性源地空电磁响应数值计算，结合实际飞行测量工区 的地质条件，参考区需选在垂直地面发射导线源中点的水平轴线附近、且收发距为0.5-1 倍区域内，地面参考区至少需要设计1个二维均匀Yee网格构成，1个二维均匀Yee网格由 9个网格点均匀分布构成，Yee网格的数量决定了测量工区的飞行数据校正质量，网格数越 多，校正精度越高。
[0018] 进一步地，步骤2中，采用低温超导磁传感器，在地面设计的二维Yee均匀网格点 上进行磁场长时间高精度测量，低温超导磁传感器可以实现fT量级的磁场测量，测量磁场 曲线有效时窗可以达到100ms，先对单一网格点测量磁场数据进行综合小波法去噪，然后对 测量数据进行1024次叠加、以及1. 2倍的对数等间隔取样处理，形成50道磁场值，由于地 面低温超导磁传感器测量的精度非常高，为此，将处理后的50道磁场值作为地面测量的准 确值；采用将长导线源剖分为若干个电偶极源的方法求解时域电磁响应，并依据响应等效 以及长导线源剖分思想，进行求解全区视电阻率，基于趋肤深度概念计算深度参数。重复上 述过程，再处理其他网格点的磁场，最后对所有Yee网格的磁场进行处理。
[0019] 进一步地，步骤3中，采用二维均匀Yee网格和磁场向上延拓方法，先将地面测量 磁场值进行二维傅里叶变换，实现空间域变换到波数域，再根据矢量拉普拉斯方程，推导地 面z = 〇平面内磁场水平分量Hx、Hy与垂直分量Hz之间关系，地面磁场和空中磁场的变换 关系，在任意取样时刻，地面z = 0测量的磁场垂直分量和出空中z = -h高度处的磁场三 分量关系表达式为：
[0023] 表达式（1)、（2)、（3)中：1与1^是对应于X与y的波数域变量，Hz(kx, ky, z = 0)为 地面测量的磁场垂直分量hz(x, y, z = 0)在波数域中的表示形式，hx(x, y, z = -h)、hy(x, y, z =-h)和hz (x, y, z = -h)分别为空中z = -h的x、y、z时域磁场分量。<