Motion Induced Noise in Marine Electromagnetic Data

Bhatt,Kaushalendra Mangal

The marine controlled source electromagnetic (mCSEM) signals are often reported perturbed by the oceanic electromagnetic (EM) noise. We started first with the theoretical development of the EM field creation by the oceanic movements. The assumption that oceanic charges experience Lorentz force and create secondary electric field via galvanic and inductive processes leads the formulation of the Maxwell's equations. The equations are solved for two different modes (Tangential Magnetic (TM) and Tangential Electric (TE) mode), which are excited by two different velocity structures. The use of different velocity structure for different electromagnetic mode construction simplifies the physics of the field creation. Moreover, the use of the layered earth model and the layered oceanic velocity for the formulations offer a better simulation possibility. After a theoretical understanding, we studied the background electromagnetic field with two different data (mCSEM and mMT) sets. The spectral techniques are used to characterize the sources of noise in the mCSEM data. To further support the results, a technique which we name spectral-directionalogram (SDGram), is developed. The technique provides the direction of the field lines for every registered frequency in varying time. An application with the mCSEM data is presented which shows the essence of the technique. Moreover, the marine magnetotelluric (mMT) data set is analyzed to further aid the understanding. In the lower spectral range by the modeling of the electric and the magnetic spectra of six different stations, we observe a correspondence with the natural field decay. In addition, the spectral resemblances between Ey, Bx and By fields are noted. We present an explanation for the noted similarity. We observe powerful recording of microseisms at significant offsets during the time of mCSEM recording, signifies it as noise for the data.

Das Signal der marinen controlled source Electromagnetik (mCSEM) wird durch das elektromagnetische Rauschen des Ozeans gestört. Wir befassen uns zunächst theoretisch mit der Erzeugung von elektromagnetischen Feldern durch Wasserbewegungen im Ozean. Die Tatsache, dass auf elektrische Ladungen im Ozean eine Lorentz-Kraft wirkt und durch galvanische und induktive Prozesse ein sekundäres elektrisches Feld erzeugt wird, kann mit Hilfe der Maxwell-Gleichungen beschrieben werden. Die Gleichungen werden für zwei unterschiedliche Moden (Tangential Magnetisch und Tangential Elektrisch Mode) gelöst, welche auf zwei unterschiedlichen Geschwindigkeits strukturen basieren. Der Ansatz eines geschichteten Erdmodells und geschichteter Geschwindigkeiten im Ozean bietet bessere Simulationsmöglichkeiten. Unter Berücksichtigung der theoretischen Überlegungen, wurde das elektromagnetische Hintergrund-Feld mit zwei unterschiedlichen Datensätzen (mCSEM und mMT) untersucht. Mittels Spektralanalyse werden die Quellen des Rauschens in dem mCSEM Daten charakterisiert. Zur die Bestätigung der Ergebnisse wurde eine Technik entwickelt, die als spectral-directionalogram bezeichnet wird. Diese Technik liefert die Richtung der Feldlinien für jede registrierte Frequenz über die Zeit. Für das weitere Verständnis wird darüber hinaus der marine magnetotellurische (mMT) Datensatz analysiert. Durch Modellierung der elektrischen und magnetischen Spektren von sechs unterschiedlichen Stationen wird im niederfrequenten Spektralbereich eine Korrespondenz mit dem natürlichen Abfall des Feldes beobachtet. Die nicht-linearen Wechselwirkungen der Wellen an der Meeresoberfläche sind zu erwähnen, da sie zu einem time-ambient EM-Feld beitragen. Diese Beiträge wurden in beiden Datensätzen (d.h. mCSEM und mMT) beobachtet. Die Stärke dieses Effekts legt nahe, dass dies insignifikant für Stationen mit kleinem Offset, aber signifikant für Stationen mit großen Abständen ist.

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Bhatt,Kaushalendra Mangal: Motion Induced Noise in Marine Electromagnetic Data. 2011.

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