长周期大地电磁方法是探测地球深部电性结构的一种有效手段，它被广泛用在克拉通岩石圈、造山带构成、洋中脊动力学、板块俯冲系统等地球深部构造的研究中。由于该方法是利用天然电磁场作为场源进行深部探测，所以有效信号非常微弱，通常都湮没在大量的背景噪声中。故而进行长周期大地电磁探测的首要问题，就是要提高观测信号的信噪比，以便能够获得较好的阻抗估计质量。通常方法，是在数据处理阶段，对整个观测记录进行分段叠加，用以压制随机噪声，提高信噪比。然而对于长周期大地电磁的每个样本段而言，由于其频率很低，所以有效观测时间就会很长，往往为了增加几个叠加样本，而不得不将观测任务延长几天，甚至数周的观测时间，这样做将会大幅度提高长周期大地电磁的观测成本。　　 为了提高大地电磁的数据质量，专家和学者们提出了许多解决方案。首先提出使用最小二乘法以及互功率谱法来压制随机噪声。其中最小二乘法是通过递归方法，使得预测值与真实值的误差平方和最小来压制噪声。互功率谱法是利用噪声间的不相关性来压制噪声。但以上两种方法仅适用于不相关噪声的情况，对于相关噪声却无能为力。为了压制相关噪声，又相继提出了远参考法和Robust方法。其中远参考方法，是在远离观测点的位置设定一个参考点进行辅助观测，人为削弱噪声间的相关性。而Robust方法，是根据不同时间段具有不同信噪比的特点，对于质量较好的时间段赋予较高的可信程度，从而达到压制噪声的目的。以上方法经过多年的发展，在理论上已经非常成熟，而且也有很多成功的应用实例，现在它们已经成为大地电磁观测和数据处理的常规手段，得到了全世界众多学者与专家的认可。　　 在大地电磁理论的发展初期，专家们往往对大地电磁观测记录，基于线性、因果、最小相位和各态遍历随机信号等的假设。随着大地电磁方法的广泛使用，研究人员逐渐认识到了大地电磁数据的非线性性。近十几年来，许多非线性信号的处理手段，被广泛应用于大地电磁信号处理中，例如:自适应滤波器、小波变换、高阶谱分析、希尔伯特黄变换等等。自适应滤波器是利用系统输入信号与输出信号之间的差异，动态地调整滤波器参数，来达到滤除噪声的目的。小波变换是基于在时频域中能够自适应地调整分辨率的各种小波基分解，来达到去除噪声的目的。高阶谱分析是利用高阶累积量的多维傅里叶变化方法，来达到去除噪声的目的。希尔伯特黄变换是利用时域滤波的手段，进行解析信号分量的分解，来达到去除噪声的目的。从有关的文献报道上看，以上这些非线性方法对于某些确定噪声、有色噪声还是具有很好的压制效果。　　 有鉴于多站观测方法提取极微弱信号的超强能力，以及在其他学科上的成功应用，不少学者也尝试使用大地电磁阵列观测的方式，进行噪声压制，例如:EMAP方法、去静态频率域法、三维小面元连续阵列法等。EMAP方法，是通过延长电极距，进行沿测线方向的空间滤波，来消除静位移的影响。去静态频率域法，是通过相邻测点公用电极，从而获得“视电阻率—极距”曲线，在观察该曲线变化规律的基础上，人为删除静态干扰。而三维小面元连续阵列法，则是通过电场闭合方式来消除噪声，通过平面空间滤波法来消除静位移。　　 以上大地电磁的数据处理方法，虽然各自都具有自身的优点，但无论是传统方法还是非线性方法，或是大地电磁阵列方法，同时也都具有各自的局限性。或是理论不够严谨，或是适用范围狭窄，或是施工难度大，或是处理过程繁琐。本文在汲取以上各方案优点的基础上，基于多站叠加理论，提出了长周期大地电磁多站叠加技术。该技术既能滤除随机噪声，又能压制静位移的影响，且理论严谨，施工及处理过程简单。　　 本文将分为四个部分、八个章节，对长周期大地电磁多站叠加技术进行论述。首先第一部分，将就本论文的选题进行详细介绍，其间将会对大地电磁数据处理方法的发展进程进行综述。其次第二部分，将就长周期大地电磁多站叠加技术的可行性，进行严谨地科学论证，其间不仅会涉及如随机噪声、电性不均匀体等大地电磁的常见干扰，也会涉及叠加之后的分辨率、平面波的干涉等多站叠加理论的常见问题。然后第三部分，将就长周期大地电磁多站叠加技术的实现方案及实测结果，进行系统性分析，其间不仅会涉及到多站观测的施工方案，也会涉及到多站叠加的数据处理方案，还会就不同方案所得的结果之间，以及与传统方法的处理结果之间进行对比。最后是第四部，主要是对该技术的优缺点进行总结，并对该方法的发展趋势及应用前景做出展望。　　 从以上的论述中可以发现，本文的重点，主要集中在第二部分的可行性论证，以及第三部分的实测结果分析中。　　 对于利用多站叠加技术进行随机噪声压制的问题，本文主要依据矩阵分析理论，使用对大地电磁的实际观测信号以及多站观测系统进行数学建模的方法，予以论证。为了不失一般性，本文将观测记录中的随机噪声设定为高斯白噪声;不同观测台站所获噪声间的相关性，用互相关系数来表示;将信噪比定义为，有效信号的功率与噪声信号的功率之比;将多站叠加增益定义为，叠加之后的信噪比与叠加之前的单站最高信噪比的比值。通过数学上的推导可以发现，多站叠加增益值，不仅与各单站的信噪比有关，还于测站数目以及各测站噪声间的相关性有关。最终结果表明，在任何情况下，只要叠加权系数选择合适，那么叠加之后的信噪比就不会低于单站的最高信噪比。以上论述证明，使用多站叠加技术的确可以提高大地电磁观测记录的信噪比。　　 在利用多站叠加技术进行静位移压制的问题中，本文主要根据由地表电性不均匀体所引起背景场畸变的情况，探讨使用多站叠加技术对于此异常场进行压制。文中建立了一个在地下半空间中存在半球状高导异常体的模型。通过在地表的不同位置建立的多站观测模型，获得对于任意异常场的多站叠加结果。将此结果与标准点处的异常场观测结果进行对比，可以检验多站叠加技术对于由地表电性不均匀体引起的异常场的压制效果。从分析结果中可以看出，多站叠加对于静位移的压制效果，不仅与各测站的方位有关，而且与测站间的距离密切相关。结论表明，进行多站观测时，增加测站间的台站间距，有利于静位移的压制。虽然限于篇幅原因，文中没有对高阻异常体情况进行详细讨论，但文中的所有结论，对于高阻异常体的情况依然适用。　　 关于多站叠加技术中的分辨率问题，本文主要对于计算机仿真模型，使用大地电磁多站叠加的阻抗估算结果与其真实的阻抗值之间进行对比，由此来判断该技术对于分辨率的影响。不失一般性，文中建立了一个陡坎模型，陡坎的上下方具有不同的电性结构，根据在地表不同位置和不同台站间距的多站叠加结果，与理论值之间的对比，来寻找分辨率的变换规律，和确定最佳的多站观测方案。调整该模型的埋深、电性结构，将能够得到，在不同地质条件下的大地电磁多站叠加分辨率的变换趋势。结论表明，只要选择合适的台站间距，使用多站叠加技术进行大地电磁测深不会对最终结果造成太大误差。限于篇幅原因，在本文中仅分析了TM模式的情况，但是根据大地电磁测深理论，TE模式比TM模式的浅层分辨率更差，所以只要多站叠加的TM模式能够满足观测任务的要求，则TE模式一定也能够满足要求。　　 关于平面波的干涉效应，本文主要根据一个两站叠加的模型，就其成因及结果进行了细致的数学分析。在进行多站观测时，各观测台站距离平面波源具有不同的路程，这是产生干涉效应的主要原因。从分析结果来看，两站观测记录的相位差，与传播路径的电导率、磁导率、传播方向、台站间距以及频率等多个因素有关。但当测点与观测方案确定之后，相位差就仅与频率的开方成正比。由此可见，进行大地电磁多站叠加时，观测频率越高，叠加之后的干涉效应就越明显，尤其是对于低阻测区，上述干涉效应将会更加严重。　　 在大地电磁多站叠加的施工过程中，进行电道叠加和进行磁道叠加，将会对最终结果产生不同的影响。通常在受到相同干扰的情况下，电场误差比磁场误差对最终阻抗估算结果的影响更大。而且在一般大地电磁观测中，电场记录由于受极差、接地条件、温度等多方面原因的影响，将会比磁场记录更容易受到干扰。由此可见，对于最终阻抗估算结果的质量而言，提高电场记录的信噪比，要比提高磁场记录的信噪比更加重要，所以在进行大地电磁多站叠加时，应当优先考虑进行电道叠加。　　 在大地电磁多站叠加的处理流程中，进行时域叠加和进行频域叠加，也将会对最终结果造成不同影响。其中，时域叠加相当于，在维持观测时间不变的基础上，提高了记录数据的信噪比;而频域叠加相当于，在维持记录数据信噪比不变的基础上，延长了观测时间。本文通过一个三站叠加的例子，将单站处理结果与时域叠加结果及频域叠加结果，进行逐项对比分析。最终分析结果表明，在理论上，时域叠加优于频域叠加，但在实际处理过程中，却是频域叠加优于时域叠加。　　 为了验证大地电磁多站叠加技术的实际效果，经国家深部探测计划的资助，在新疆境内，塔克拉玛干沙漠的边缘，以三站叠加的方式，进行了长周期大地电磁多站叠加技术的实验。在为期多天的观测过程中，获得了三个辅助台站的长周期大地电磁观测结果，以及中心点处、标准测站的超长周期大地电磁观测结果。对于以上观测结果，经过传统方法与多站叠加方法的处理之后，共得到了15个阻抗估算结果，即:单站Robust方法获得三个结果;多站互为远参考方法获得了六个结果;多站时域叠加方法和多站频域叠加方法，各获得了一个结果;仅电道多站叠加方法获得了三个结果;以及标准点处，超长周期的单站Robust估计的结果。对于以上所有阻抗估算结果进行对比分析，可以得出以下结论:　　 ①多站叠加的确能够提高长周期大地电磁的阻抗估计质量，特别是对于低频部分，效果尤为明显;　　 ②多站频域叠加的阻抗估算结果要优于多站时域叠加的阻抗估算结果;　　 ③仅使用多站电道叠加的阻抗估算结果质量逼近于多站完整叠加的阻抗估算结果质量。　　 通过以上分析可知，长周期大地电磁多站叠加技术理论严谨、操作简单，的确能够有效压制随机噪声和静位移干扰，提高长周期大地电磁的观测效率。但是由于该技术刚刚提出不久，依然有很多细节不够完善。相信随着对于该技术的深入研究，长周期大地电磁多站叠加技术一定拥有非常广阔的应用前景。