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.     

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.     

位场垂向梯度最佳自比值的边界检测技术

位场梯度换算在地质体边界检测中有着重要的应用.但传统的梯度算法易受干扰影响,计算稳定性差,且很难在复杂的叠加异常中识别出小型地质体的边界.鉴于此,本文给出了自比值的定义,提出了能够处理高阶导数的位场垂向梯度最佳自比值的边界检测方法,阐述了方法的数学含义和物理意义.模型试验表明,垂向梯度最佳自比值算法不仅计算稳定性强,而且能清晰地检测出传统梯度算法无法检测的模型体边界.在地质条件复杂的鸭绿江盆地的重力异常实例应用中,垂向三阶导数最佳自比值计算结果识别出的构造边界与实际地质体分布有着较好的对应关系,这不但与前人的工作成果互为佐证,而且自比值圈定的负异常分布区能较好地反映出浑江煤田的工作范围.     

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.     

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.     

基于Theta法改进的均衡滤波器在位场边界识别中的应用——以庐枞矿集区为例

利用观测数据确定地质体的边界位置是位场数据解译中的一项重要工作,传统的边界识别滤波器通常不能均衡深、浅部的地质体边界,近些年相关研究开始致力于发展均衡边界滤波器.本文基于Theta图法定义了新的边界识别滤波器,详述了滤波器波数域及空间域的主要计算公式,通过模型验证,该滤波器显著压制了Theta图法对深部地质体边界的放大作用,较好地平衡了深部和浅部边界.通过与传统的边界识别滤波器对比,本文定义的滤波器能够清晰且更加收敛地圈定出地质体的水平边界位置.以长江中下游成矿带庐枞矿集区为例,开展了1∶5万重磁数据的处理分析,并结合物性资料进行了讨论,结果表明:重磁数据的检测结果精确刻画了郯庐断裂带的位置;庐枞盆地的磁力数据检测边界整体与盆地的地质边缘一致,明确了边界断裂在深部倾向盆地内部;识别出庐枞盆地外围一系列环形边界,这些边界封闭区域与最新勘探发现的深部岩体及铁铜矿化体相对应,对于指导区域深部找矿工作有着重要的意义.     

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.     

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.     

优化滤波方法及其在中国大陆布格重力异常数据处理中的应用

在优选延拓法的理论基础上,研究提出基于格林等效层概念和维纳滤波器的优化滤波法,用于对重力异常数据进行去噪和分离.与传统向上延拓法和优选延拓法相比,优化滤波法分离异常与延拓高度无关,不需要已知延拓高度,具有一定的优势.理论重力模型数据的去噪和异常分离试验表明优化滤波法有效,异常分离效果优于传统向上延拓法和带通滤波法.利用优化滤波法对中国大陆重力异常数据去噪和异常分离,得到有效的布格重力异常和区域重力异常.以中国大陆深地震探测推断的莫霍面深度信息为约束,对区域重力异常数据进行密度界面约束反演,得到中国大陆莫霍面深度分布.本文方法为中国大陆深部探测和区域构造研究提供一定的技术支撑.     

Application of balanced edge detection filters to estimate the location parameters of the causative sources using potential field data

Balanced edge detection filters can recognize the edges of the shallow and deep bodies simultaneously, and are commonly used in the edge detection of potential field data. In this paper, we present using the balanced edge detection filters to estimate source locations, and derive two linear equations based on the balanced edge detection filters that can estimate the locations of the source without any priori information about the nature (structural index) of the source. The proposed methods are demonstrated on synthetic gravity anomalies, and the inversion results show that the proposed methods can successfully estimate location parameters of the sources. I also apply the proposed methods to real magnetic data, and the inversion results estimated by the proposed methods are consistent with the results estimated by the other similar method.     

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

文中通过多源数据融合、模型构建、数据试验、二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、浅部场源布格异常及其场源似深度,并结合地壳结构、地质构造、岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料,讨论了地壳深、浅部的结构特征及地震活动构造背景。结果表明,低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘,在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下,造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km,造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下,造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹,造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整;高频布格异常揭示肥中断裂、六安-合肥断裂、肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显,落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。结合地震活动资料进一步分析认为,大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用,且大别造山带东段地壳深、浅部结构均不完整,不利于应力积累,趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力,是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。     

磁张量梯度数据方向解析信号比值的边界识别和空间位置反演方法

磁张量梯度测量具有高分辨率、多参量的优点,能更准确地描述磁源体的分布特征,在矿产资源勘探中具有广阔的用途.磁异常解析信号具有受倾斜磁化干扰小的特点,且为了增强深部地质体的分辨能力,本文提出磁张量梯度数据的解析信号比值的均衡边界识别及空间位置反演技术.磁张量梯度数据的均衡边界识别方法为不同方向解析信号比值的反正切函数,在降低倾斜磁化干扰的同时能有效地均衡不同深度地质体的响应,提高了对较深地质体的分辨率;空间位置反演技术是建立解析信号比值与地质体位置参数的对应方程,利用解析信号比值与地质体的对应关系作为约束条件来反演获得地质体的水平位置和深度信息,具有无需已知任何先验信息的优势.通过磁性体张量异常试验表明解析信号比值的边界识别方法能清晰和准确地获得不同深度地质体的边界,所建立的反演方程能准确地计算出地质体的范围和深度,具有较高的水平分辨率和精度.将本文方法应用于实测磁张量梯度数据的解释,获得了地下铁矿的分布特征,为区域矿产资源潜力评价提供了翔实的基础资料.     

航空重力傅里叶基追踪低通滤波方法研究

航空重力测量受到各种各样的高频噪声干扰,因此,低通滤波是提取重力信号的重要环节,其关键在于设计性能优越的低通滤波器.目前航空重力测量中常用FIR（Finite Impulse Response）低通滤波方法存在明显的滤波边缘效应,导致不得不舍弃边缘部分数据.针对这一问题,本文引入一种可以有效抑制边缘效应的新方法——傅里叶基追踪低通滤波方法（Fourier Basis Pursuit Low Pass Filter,FBPLPF）.该方法通过基追踪准则,选择全局优化,采用凸优化中的内点算法,将低频信号挤压在低频上,实现低频信号与高频信号的有效分离,能够有效减少有限时间序列造成的谱污染和谱泄漏.最后利用仿真实验和实测数据对该方法进行了验证,均方根误差（RMS）东西测线为0.7×10^-5 m·s^-2,南北测线为1.4×10^-5 m·s^-2,与FIR低通滤波方法舍弃边缘数据后统计的均方根误差相当.表明该方法可以不舍弃或者舍弃少量边缘数据,提高航空重力数据的利用率.     

四川地区流动重力资料的位场 分离与异常特征提取

用于监测四川地区重力场随时间变化的流动重力测网于2008年5月12日汶川M_S8.0地震后进行了全面改造, 形成了新的闭合环线并对整网点位每年实施2次重力观测工作. 该文以2010—2012年获取的5期流动重力资料为基础, 分别采用小波多尺度分解和三维视密度反演等位场分离方法, 对测区内重力场的动态变化进行多层次分解及异常特征提取, 以探求四川测区范围内重力异常动态变化特征以及地震前后不同深度范围内密度变化情况与重力场响应之间的关系. 结果表明, 对同一期资料进行小波分解得到不同阶次的细节图像, 揭示了不同深度处重力异常动态变化特征; 分解结果同时也表明了四川测区范围内重力场的变化形态与川内特有的断裂构造格架和深部结构环境及过渡带特征密切相关. 通过对不同时期的差分重力异常资料进行三维视密度反演对比研究发现, 在地震前后四川测区范围内由浅到深密度变化呈现出不同程度的差异, 震区附近出现较为明显的横向密度变化特征且浅层物质密度局部性的异常变化差异较为突出, 测区范围内中上地壳深度层密度反演切片显示出的趋势性差异基本上反映了地震前后测区内地下物质的动态变化趋势, 因此, 深刻认识不同深度范围内重力场的动态演化特征, 对研究壳内物质密度变化以及与地震的孕育和发展有关的深部介质环境具有积极的意义.      

The application of combined gravity and seismic data formation separation for revealing deep structure

In some oilfields with 3D seismic data, the deeper structure cannot be observed due to poor quality deep seismic data. Layer stripping using both seismic and gravity data is a solution for this problem but it cannot get satisfactory results because the horizontal variations in formation density are ignored. We present a variable-density formation separation technique to address this problem. Based on 3D seismic depth data and laterallyvariable density derived from 3D seismic velocity data, the upper formation gravity effect is calculated by forward modeling and removed from the Bouguer gravity. The formation-separated gravity anomaly with variable density is obtained, which mainly reflects the deeper geological structure. In block XX of North Africa, the shallow formations seismic data is excellent but the data at the top of basement is poor. The formation-separated gravity anomaly processed under the control of 3D seismic data fits well with the known seismic interpretation and wells. It makes the geological interpretation more reliable.     

重力-地震联合变密度剥层技术研究深层构造

在某些已经完成三维地震勘探工作的油气田区,因深层地震资料不好,深层构造难以得到解决。虽然结合地震资料与重力资料的重力剥皮技术得到开发和使用,但由于它没有考虑地层密度的横向变化,因此未能获得满意的处理效果。为了改善该类地区的重力勘探效果,本文提出了变密度剥层方法,它利用各地层的三维地震深度资料和三维地震层速度转换的具横向变化的密度资料,通过正演其重力效应,并从布格重力异常中去除,从而得到主要反映深部地质构造信息的变密度剥层重力异常。在北非某区块,除基底顶面外,各层地震资料良好,通过重力-地震联合变密度剥层处理得到的剥层重力异常,与已知地震和钻井资料吻合良好,为深部基底研究奠定了良好的基础。