基于三维构造张量的位场边界识别滤波器

地质体构造边界位置的确定是位场数据解释中的一项重要工作,现有很多基于位场梯度张量数据的边界检测滤波器,但存在识别边界位置模糊且无法均衡深浅地质体异常的缺点.本文定义了位场数据的三维构造张量,并提出基于位场构造张量的边界滤波器.为了同时显示不同振幅异常的边界位置,对新定义的滤波器进行归一化处理.在高阶均衡滤波器的计算中需要计算位场的垂向高阶导数,本文引入一种计算的稳定算法,基于拉普拉斯方程利用位场水平导数求解垂向导数,可减小垂向导数计算中产生的误差.将定义的滤波器应用到合成的重磁数据中证明了新方法相比传统的滤波器能更加清晰、准确地圈定边界位置,而且针对同时含有正负异常的地质情况,可避免产生额外的错误边界.最后将新的滤波器应用到实测的重磁数据的解释中,结果显示基于构造张量的滤波器可更准确清晰地划分出断裂的边界位置,发现更多的构造细节.     

全张量磁梯度数据的斜导数特征值边界识别方法研究

本文提出了一种全张量磁梯度数据的斜导数边界识别方法,该方法利用全张量磁梯度数据定义了北向斜导数、东向斜导数和垂向斜导数.模型试验表明,北向和东向斜导数无法有效识别磁性异常体边界,异常形态复杂虚假异常较多,而垂向斜导数在高纬度斜磁化或者垂直磁化条件下可以清晰而准确得识别地质体的边界,具有一定的深度识别能力.与现有磁张量梯度的边界识别方法相比,识别效果好,可以有效均衡不同深度地质体的响应.将上述方法应用于大兴安岭地区实测航磁三分量数据转换得到的全张量数据,获得了研究区浅部磁性体的分布,并与三分量数据进行联合解释,取得良好的地质效果.     

基于尺度空间技术的归一化Facet模型位场边界识别

边界识别是位场数据处理解释中的重要环节,传统边界识别方法通常不能均衡深、浅部地质体边界.基于尺度空间技术和归一化的Facet模型检测算子,本文开发了一种带通空间滤波和边缘检测相结合的边界识别方法,有效地提高位场数据边界识别的精度和可靠性.为了验证本文算法的有效性和稳定性,分析了不同尺度空间函数和检测算子对算法的影响,并且对比了传统边界识别方法的效果.理论模拟和实际数据分析表明,利用位场垂向二阶导数进行的基于尺度空间技术的归一化Facet模型边界识别方法不仅算法的稳定性强,而且可以避免高阶导数对噪声干扰放大作用,同时均衡深部和浅部地质体边界,从而可以更精确地识别地质体的形态.     

位场总水平导数极值位置空间变化规律研究

通过对位场总水平导数函数性质的研究表明,位场总水平导数不是位函数,因而利用位场总水平导数构造新的边缘识别方法时会出现"奇点",使得计算结果的稳定性下降.对单一边界、双边界、多边界模型重力异常总水平导数和重力异常垂向导数总水平导数极值位置的空间变化规律研究表明,重力异常垂向导数总水平导数和化极磁力异常总水平导数的极值位置相同,与重力异常总水平导数的极值位置空间变化规律相似.利用位场总水平导数极大值位置能够准确识别单一直立边界地质体的边缘位置,但不能准确识别其它任何形体的边缘位置,其识别结果的偏移量大小随地质体的埋深、水平尺寸以及倾斜程度等变化,但能收敛于某一固定值;重力异常垂向导数总水平导数比重力异常总水平导数的峰值更加尖锐、横向识别能力更强,其极大值位置更靠近地质体上顶面边缘位置,但存在"次极大值"的影响.     

位场解析信号振幅极值位置空间变化规律研究

通过对单一边界、双边界、多边界以及点(线)质量模型重力异常解析信号振幅和重力异常垂向导数解析信号振幅的极值位置空间变化规律研究表明,重力异常垂向导数解析信号振幅和化极磁力异常解析信号振幅的极值位置相同,且与重力异常解析信号振幅的极值位置空间变化规律相似.利用位场解析信号振幅极大值位置能够准确识别单一直立边界地质体的边缘位置,但不能准确识别其它任何形体的边缘位置,其识别结果的偏移量大小随地质体的埋深、水平尺寸以及倾斜程度等变化.虽然重力异常垂向导数解析信号振幅比重力异常解析信号振幅的峰值更加尖锐、横向识别能力更强,其极大值位置更靠近地质体上顶面边缘位置,但均受地质体埋深的影响较大;随着埋深的增加,位场解析信号振幅的极大值位置会快速收敛到形体的"中心位置",其轨迹类似"叉子状";且对多边界模型会出现"极大值位置盲区"而无法识别其边缘位置.通过这些理论研究表明,位场解析信号振幅只能识别单一边界地质体的边缘位置;而不宜用来识别多边界地质体的边缘位置,但可以用来识别多边界地质体的"中心位置".     

利用加强水平方向总水平导数对位场全张量数据进行边界识别

位场全张量梯度数据以其信息量大、含有更高频的信号成分,能更好地描述小的异常特征等优点在地球物理领域中得到广泛应用.边界检测是位场解释中不可缺少的任务,需要新的边界探测器来处理位场梯度张量数据.为了充分利用位场梯度张量数据的多信息成分,本文定义了方向总水平导数和加强方向总水平导数,并利用其定义新的边界检测器.为了能同时显示不同振幅大小异常的边界,本文对其进行了归一化处理.通过模型试验,证明了归一化方法能更加清晰准确地显示浅部和深部的地质体边界信息.最后将该边界检测方法用于加拿大圣乔治湾实际测得全张量重力梯度数据和中国朱日和地区的磁异常数据中,并得到了较好的边界检测结果.     

基于迭代差分的视导数及其在边界识别中的应用

位场导数换算是重磁数据处理与解释的基本方法,但其不稳定性限制了在实际资料中的应用,且目前的改进措施并未能较好地解决导数计算精度和不稳定性之间的矛盾问题.针对于此,本文在波数域导数迭代法基础上,提出了迭代差分视导数.该方法是在导数迭代法的信号压制区内,通过对不同迭代次数计算结果之差进行合理修正实现的;同时对比分析了视导数与常规导数算子的滤波特性;并通过导数模型实验验证了视导数具有较强的计算稳定性和较高的异常分辨率.另外,本文还对三种常用边界识别方法进行了改进来进一步突出场源边界的异常特征,并将视导数应用到了这些边界识别方法之中.组合模型试验表明,本文提出的边界识别方法改进措施有效地提高了原方法对边界的精细检测能力,基于视导数的边界识别方法则不仅具有较强的抗干扰能力,而且更加精确地检测出了地质体的边界.最后,将视导数和基于视导数的边界识别方法应用到了黑龙江虎林盆地重力异常中,结果显示视导数不仅具有较强的计算稳定性,而且清晰地展示出了异常间的相互关系;同时,基于视导数的边界识别方法准确、清晰地识别出了地质体的边界,还展示出了更多的边界细节信息.     

宜川—泰安重力剖面布格重力异常及归一化总梯度的构造意义

利用宜川—泰安剖面高精度重力观测及GPS测量结果,计算得到该剖面较为精细的垂向一阶导数梯度和布格重力异常归一化总梯度图像.结合前人相关研究结果,本文认为垂向一阶导数梯度主要反映浅部异常场源的位置和低密度地质体的特性.利用该梯度图像,对宜川—泰安剖面经过的7条主要断裂及其空间分布特征进行分析解释,并推测各断裂的可能埋深和性质.      

磁梯度张量解析信号分析法及其在场源位置识别中的应用

相对于传统磁异常数据,磁梯度张量数据可以提供有关异常体更多的信息,分辨率更高,具有广阔的应用前景.本文给出了基于磁梯度张量解析信号进行边界增强的新方法,该方法是通过对异常垂向一阶导数与z方向解析信号的比值做归一化得到的,其零值线位置可以很准确的反映出地质体边界位置,而且可以有效降低噪声的干扰.文中还证明了异常垂向一阶导数与x、y、z三个方向解析信号的比值同样满足欧拉齐次方程,且在计算过程中不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差.通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明:与常规欧拉反褶积法相比,该反演方法能够更好的得到地质体界面及深度信息,所得的解更集中.将其应用到保定实测数据中,获得了更精确的场源信息.     

改进的均衡滤波器在位场数据边界识别中的应用

边界识别是进行位场数据解释时一项必不可少的任务.现有的边界识别滤波器存在识别边界发散和深部地质体边界模糊的缺点.本文提出增强型均衡滤波器,可有效地改善上述缺点.该滤波器是利用不同阶导数之间的组合来进行地质体边界的识别,并在运算中引入一种计算高阶垂直导数的稳定算法.通过理论模型试验证明增强型均衡滤波器能使浅部与深部地质体的边界同时清晰地显示,且相对于其它边界识别滤波器能更加准确和清晰地识别出地质体的边界.最后将增强型均衡滤波器应用于实测位场数据的解释,根据其识别结果可容易地划分出断裂的水平位置及不同地层之间的界线,并能发现更多的细节信息.     

基于水平方向解析信号的均衡重力位场边界识别方法

边界识别技术是位场数据解释中一项基本的工作,现有的边界识别方法多存在边界识别结果发散和不能均衡深浅地质体异常的缺点.目前一些均衡边界识别方法会因正负异常同时存在而引起额外的错误边界或者存在人为主观因素去除错误边界信息的缺点.本文充分利用重力位场张量梯度的多信息成分,提出利用水平方向解析信号及其垂向导数与传统的均衡边界识别方法做结合的方式定义新的探测边界的方法.通过理论模型试验证明新方法同传统方法相比,能够更加清晰、准确的圈定出深浅地质体的边界.最后将新的边界识别方法应用到实测重力异常数据解释中,取得了良好的边界识别结果并能够发现更多的构造细节.     

各向异性标准化方差计算重磁源边界

在重磁源边界定位方法中,传统的梯度方法易受干扰的影响使计算的边界混乱,而且在弱异常处由于叠加异常的影响很难识别场源边界.本文首先利用坐标旋转构造了各向异性高斯函数,提出了各向异性标准化方差计算重磁源边界的方法.理论分析与模型实验详细阐明了该方法的数学含义,并通过干扰分析验证了方法的稳定性与有效性,结合中扬子地区航磁异常...     

The limitation of curvature gravity gradient tensor for edge detection and a method for overcoming it

Eigenvalues of the curvature gravity gradient tensor (CGGT) have been utilized to detect and outline edges of geologic bodies. In this paper, we analyzed and discussed the application scope and the limitation of CGGT using a complex synthetic model. We found that the large eigenvalue only can be used to outline edges of positive density bodies, and the small eigenvalue only can be used to delineate edges of negative density bodies. However, in the actual geological situation, the positive and negative density bodies usually coexist simultaneously. Therefore, it has certain limitations to detect edges using this method directly. In view of the limitations of the method, we combined the gravity anomaly with large eigenvalues, and proposed a new improved method for the eigenvalues of CGGT. The improved method can be utilized to outline edges of causative sources in any case. It was tested on synthetic model data and real field data. All of the results have shown that the new improved method is effective for edge detection.     

应用加强解析信号倾斜角进行位场数据的边界检测

边界检测在地球物理位场数据解释中占有重要位置.现有的传统边界识别方法有的不能同时显示不同振幅的异常边界,有的虽然能均衡不同振幅的异常,但识别出来的边界信息中含有一些额外的错误的边界信息,尤其是当测量的异常中同时含有正异常和负异常时.目前已有的去除额外错误边界信息的方法存在着一定的人为主观性.为了解决这些问题,本文定义了加强解析信号倾斜角来进行地质体边界识别.通过模型试验证明了该方法不仅能同时清晰地识别深部和浅部地质体的边界,而且能有效地避免引入一些错误边界信息.最后将该方法应用到四川盆地的重力异常数据中,并取得了良好边界结果.     

preliminary discussion on horizontal gravity gradient and its application to seismic gravity precursor research

In this paper, according to the synthetic gravity anomaly of a horizontally infinite cylindrical geologic body, gravity gradient in horizontal direction was calculated by potential field discrete cosine transformation in frequency domain. In the calculation, the minimum curvature method was used to extend edge lines. We found that the gravity gradient field from the potential field transformation was dependable by comparison with synthetic gravity gradient, except the data in the edges. Then, the accumulative horizontal gravity gradients before Lushan M_S7.0 earthquake were calculated for the accumulative gravity anomaly from September 2010 to October 2012. In the north-south direction, gravity gradient in Daofu-Kangding-Shimian and Markang-Lixian-Lushan exhibited a positive high value, and the strike of the high value zone was in line with the strike of Xianshuihe Faults and Markang Faults. In the east-west direction, high value zone was not as obvious as that in the north-south direction. Gravity gradients in the direction along and vertical to the strike of Longmenshan Faults were calculated by the definition of directional derivative. In the along-strike direction, high gravity gradient values appeared in Markang-Lixian areas along Markang Faults and Daofu-Kangding-Shimian areas along Xianshuihe Faults, and extremum appeared in Kangding-Shimian and the area nearby Lixian. In the direction vertical to the strike of Longmenshan fault zone, high gravity gradient values appeared in Lixian-Lushan-Kangding-Shimian areas, and the extremum appeared in the area nearby Kangding. The results indicate that gravity gradient in the direction along and vertical to the strike of faults can better show the relative gravity change on the two sides of faults. Lushan M_S7.0 earthquake is located at the transition zone between the two high value zones of gravity gradient. The total horizontal gravity gradient shows that the location and strike of the high value zone are basically consistent with regional faults, and the extremums of total horizontal gravity gradient appeared nearby Lixian, Kangding and Shimian.