位场向下延拓组合滤波器的设计和应用

一 重、磁异常向下延拓能将水平方向迭加的异常分开,并能突出异常细节,从而丰富异常的解释内容,提高异常解释的可靠性.本文从对引起向下延拓不稳定的各种因素的讨论入手,结合对一些向下延拓方法在频率域的分析,提出了一种与已知资料频谱特征相“匹配”的组合滤波器。经理论模型和实例考核,说明该滤波器既能保证向下延拓有较高的精度,又有较强的抗干扰能力。     

重力场向下延拓Milne法

重力场向下延拓能够突出局部和浅部的异常信息,分离叠加的异常特征.但是向下延拓通常具有过程不稳定、下延深度小、结果不准确等问题.针对向下延拓所存在的不足,本文利用重力场及其垂向一阶导数,基于辛普森(Simpson)求积公式,推导出重力场向下延拓米尔尼(Milne)公式.将本文向下延拓方法应用于模型数据,向下延拓模型结果及误差曲线表明,相对于向下延拓快速傅里叶变换(FFT)法和积分迭代法,向下延拓Milne法的深度更大,相对误差更小;相对模型值,向下延拓Milne法能够获得稳定且准确的结果.对加拿大乃查科(Nechako)盆地地区实测航空重力数据进行本文方法向下延拓验证,处理结果表明,相对于实测异常,本文方法向下延拓结果能够很好还原实测数据,并且在进一步向下延拓中反映原始异常的趋势,增强局部和细小异常信息.     

基于分形径向谱的位场向下延拓截止波数自动确定方法

向下延拓是重磁位场数据处理与解释的一项重要技术,并因其固有的不稳定性而成为研究的热点.为获得稳定向下延拓结果,波数域向下延拓一般通过附加低通滤波器或改造向下延拓因子来完成.由此,滤波器或改造因子的截止波数则是精确向下延拓的关键.本文基于分形修正径向平均功率谱的物理特性,提出一种位场向下延拓截止波数的自动确定方法.基于理论重力模型和航磁实测数据的向下延拓对比实验结果表明：(1)本文所提出的自动确定方法物理意义明确,能快速有效地确定截止波数并进而获得向下延拓正则参数;(2)基于本文方法的正则化向下延拓结果优于改进导数迭代法的向下延拓结果.     

位场向下延拓的法方程Lanczos方法

Lanczos方法是求解对称不定线性方程组的有效方法之一,本文利用Lanczos算法求解位场的向下延拓的方程组,而后利用数值计算检验该算法,发现其延拓结果的均方误差与拟合数据的平均残差范数并非单调递减,并且迭代次数较多的结果是一个不可预测、不确定、随机性的输出.为获稳定近似解,采用Lanczos算法求解与位场向下延拓方程组等价的法方程组,实现了位场向下延拓的法方程Lanczos方法,而后再进行数值计算检验,并将本文提出的位场向下延拓方法与Lanczos方法进行比较,结果表明,位场向下延拓的法方程Lanczos方法是一种抑制噪声能力较强,下延稳定的下延方法,且延拓结果具有均方误差与拟合数据的平均残差范数单调递减的良好特性.     

位场向下延拓的改进迭代维纳滤波法

根据维纳滤波理论导出的位场向下延拓滤波器为最佳下延滤波器,但因其实现需要已知待求位场和噪声的功率谱而在实际应用中受到限制.针对该问题,本文首先提出一种基于位场径向平均功率谱的位场噪声水平估计方法,进而利用偏差准则求取正则化参数,实现位场正则化向下延拓;然后将位场正则化下延结果的功率谱作为待求位场功率谱的估计初值,采用带修正项的迭代维纳滤波方法来更新对待求位场功率谱的估计,最后提出本文的位场向下延拓改进迭代维纳滤波方法.基于理论重力模型数据及航磁实测数据进行了向下延拓对比试验,结果表明,改进迭代法具有较好的收敛性,且下延精度优于Tikhonov正则化法和递增型维纳滤波法.     

位场迭代法向下延拓的地球物理含义——以可下延异常逐次分离过程为例

根据对位场迭代法向下延拓的研究,提出可下延异常的逐次分离过程,并以此来阐述迭代法向下延拓,揭示迭代法向下延拓的物理实质.同时也可用于说明迭代法向下延拓的收敛以及噪声干扰等问题.     

补偿向下延拓方法研究及应用

位场向下延拓是重、磁处理和解释的常用方法,但其不稳定性限制了其在资料处理及反演中的应用.本文基于补偿圆滑滤波思想以及空间域向下延拓迭代法,通过逐次补偿的办法实现位场的稳定向下延拓.同时,在频率域空间给出了该下延方法的频率域响应因子,并讨论了其低通滤波特性,理论模型和实际位场资料试验表明该方法向下延拓稳定性具有较高的延拓精度.将其应用于重力密度界面反演中,改进反演的稳定性,实际莫霍界面反演表明下延因子具备实用性.     

约束等效源稳定向下延拓方法研究

在等效源向下延拓方法的理论基础上,研究提出加入观测平面以下空间实测数据作为约束的等效源约束向下延拓法,用于二维位场数据向下延拓.与传统的向下延拓方法和等效源法延拓相比,等效源约束向下延拓法抗噪声性强,能延拓出由于延拓深度过大而衰减至难以探测的高频信号,使延拓结果更接近真实值.理论重力模型数据的延拓结果显示该方法有效,延...     

正则化等效层重力向下延拓方法

近年来,利用时移微重力技术进行储层开发监测受到国内外学者广泛关注.时移微重力观测数据存在信噪比低,信号弱的问题,难以实现储层内物质运移的定量解释.为压制数据噪声,增强有效弱信号,本文研究了利用Tikhonov正则化方法反演等效层（源）,并由等效源实现重力场向下延拓的方法;在此基础上,本文推导了波数域正则化等效源向下延拓算子.针对向下延拓场幅值衰减问题,提出了正则化等效源迭代补偿算法.通过模拟数据实验研究了不同深度正则化等效源滤波算子及向下延拓算子的波数响应;与波数域Tikhonov正则化向下延拓方法相比,正则化等效源向下延拓方法的延拓精度更高、更稳定.最后,将基于迭代补偿的正则化等效源向下延拓技术应用于实测时移微重力数据证实了该方法能够有效增强局部异常,实现时移微重力数据大深度稳定向下延拓.     

等效源法三维随机点位场数据处理和转换

为了实现曲面随机点位场数据的曲面延拓和转换,以磁异常位场数据为例,采用一组磁偶极子作为等效源,置于观测面下方的一个曲面上,把观测磁异常作为这组磁偶极子所产生磁异常的边界条件,通过求解线性方程组的方法反演磁偶极子磁矩的大小,再根据反演结果正演所要计算的磁异常数据,实现了曲面随机点磁异常位场数据的向上延拓、向下延拓、求导以及化极处理.在数据量较大时,为了提高反演计算的速度,把磁异常数据和磁偶极子分成若干小块,再利用各块磁异常数据分别反演该块数据下方磁偶极子的磁矩,并通过迭代计算来逐步取得更准确的反演结果.模型试验表明,磁异常位场数据向上延拓的均方根误差小于±2nT,向下延拓和化极也可以取得较高的精度,所提出的分块处理方法提高了延拓和转换的速度,实际资料处理给出了曲面随机点航磁异常数据向下延拓和化极的一个例子.     

反演磁性地质界面的意义与方法

磁性地质界面的反演是地球物理勘探的重要课题之一,对于提高磁测资料的地质解释效果有重要意义.通过磁测资料反演磁性地质界面主要分两步：第一步,从总异常中分离有磁性界面起伏引起的磁异常;第二步,由分离的磁异常反演磁性界面的深度.本文分别从这两个方面回顾了提取异常和反演界面的较有代表性的技术.     

磁总场异常垂直梯度三维相关成像

本文提出了磁总场异常垂直梯度三维相关成像方法,用于成像地下等效磁源分布.它首先将地下待成像空间划分为三维规则网格,然后直接计算每个网格节点磁偶板子在观测面理论磁总场异常垂直梯度与实测磁总场异常垂直梯度的互相关,其相关系数值表征等效磁偶极子分布(即磁偶极子发生的概率).理论长方体组合模型数据和实际某矿区磁测资料试验结果表明本文方法计算得到的相关系数值能基本反映地下的磁源分布,且分辨率明显高于磁总场异常三维相关成像的分辨率,也高于基于熵滤波分离异常的磁总场异常三维相关成像的分辨率.     

中国及邻近地区CHAMP卫星磁异常的分布特征

本文利用CHAMP卫星磁测资料建立的新一代高阶地磁场模型POMME-4.2S,计算中国及邻区400 km高度的卫星磁异常及其垂直梯度,给出7个磁场分量的分布图,比较了截断水平对磁异常分布的影响,初步分析了磁异常与岩石圈构造的关系.主要结果表明,在四川盆地、塔里木盆地和松辽盆地等主要磁异常区,ΔZ异常中心的南北两边出现ΔX的异常中心,东西两边出现ΔY的异常中心.在球谐模型为90阶时,磁异常分布的基本形态已经确定,更高的模型阶数对磁异常只有微小调整.在磁异常较强的地区,磁异常及其垂直梯度同步变化.卫星磁异常与地形变化、断裂带分布、莫霍面深度和岩石圈厚度没有直接的对应关系,而与居里等温面深度、磁性层厚度有明显的相关性.居里等温面深、磁性层较厚的地区显示正磁异常,居里等温面浅、磁性层较薄的地区显示负磁异常.     

磁化强度矢量反演新方法及其在卡拉塔格铜多金属矿床找矿中的应用

磁异常的反演是地球物理勘探的重要手段,三维磁化率反演是磁异常定量解释中的一种重要方法.由于剩磁的存在使得磁化方向与地磁场方向产生偏差,从而影响了磁异常反演与解释的精度.本文基于磁异常模量反演和磁化强度矢量反演方法得到了一种新的磁化强度矢量反演方法.与以往的磁化强度矢量反演方法相比,该方法以磁异常模量反演得到的磁化率模型为约束,采用Lp范数正则化方法求解,提高了磁化强度矢量反演的精度和效率.本文通过模拟试验的反演计算,验证了这种磁化强度矢量反演方法的有效性.最后,将本文方法应用于新疆东天山卡拉塔格地区航磁数据的解释,获得了地下空间不同磁性差异的磁性体的空间分布特征,为进一步分析研究区隐伏矿床提供了重要信息.     

中国地区地磁异常与地震分布关系

本文用1970.0年全国地磁普测的归化值,减去按国际地磁参考场(IGRF1985)计算的中国地区地磁正常值,得到地磁异常,绘制了异常等值线图,进而对我国大陆地磁异常分布的特点进行分析,发现地磁异常展布格局与地质构造格局相当吻合,地磁异常与地震分布有着密切的关系。     

SHIP-TOWED MAGNETICS IN PETROLEUM EXPLORATION*

In one geophysical survey over a salt dome in the Gulf of Mexico, data taken from a single magnetic and seismic shipborne traverse demonstrated significantly the importance of magnetic measurements. The reduced magnetic and seismic profiles were integrated with gravity measurements from an earlier survey demonstrating the value of obtaining simultaneous geophysical data. The traverse was approximately 25 miles in length, 135 miles southeast of Galveston, Texas. The observed gradient averaged approximately 2 gammas per 1000 feet and crosses the southwest corner of a large shallow salt dome called the Way Dome. The recorded magnetic profile over the salt dome shows a negative magnetic anomaly extending for approximately 12 miles with a maximum amplitude of approximately 20 gammas. This negatively anomaly is due to the negative susceptibility contrast between the salt and cap rock that truncates the surrounding parent sediments. The shape of the negative anomaly correlates well with the continous seismic record and clearly delineates the topographical and structural features of the salt dome. The recorded analog magnetic profile was replotted, with both the regional gradient and time variations removed, which makes the observed anomaly much sharper than is noticeable on the original recorded strip chart record. A theoretical magnetic anomaly was calculated using a computer program for comparison to the observed anomaly. The results showed good correlation.     

灌注桩钢筋笼外部的磁异常特征研究

灌注桩中的钢筋笼在地磁场中受磁化作用而产生磁感应强度,使灌注桩附近的磁场强度发生变化.通过分析水平磁性圆柱体外部的磁异常特征,结合模型桩试验,研究了灌注桩钢筋笼外部的磁异常特征,结果表明在钢筋笼外侧钻孔中的磁异常总体上呈现"两峰夹一谷"的特征,钢筋笼中部呈宽缓的马鞍形负异常,钢筋笼底端位置对应磁异常从极小值转变为极大值的拐点.研究成果从理论上为用磁测井法检测灌注桩中钢筋笼长度奠定了基础.     

重磁异常解释断裂构造的处理方法及图示技术

利用重磁异常解释断裂是地质构造研究的主要手段之一.重磁异常解释断裂通常是在等值线图或剖面平面图上进行的,而重磁异常在进行等值线网格化成图时会造成微弱信息丢失,这些原因造成重磁异常解释断裂的多解性.本文对重磁异常数据在化极、曲面延拓处理的基础上,采用水平梯度法提取延拓曲面上的重磁异常梯度带,之后对断裂带进行窄化处理,通过图示技术将重磁异常数据转换成灰度值,图像的灰度值以变密度显示,形成彩色的变密度图像,这样就提高了数据图像识别断裂的视觉效果.该方法应用在鄂尔多斯盆地不同层次(时间序列)的断裂研究中,提取和识别重磁异常特征所反映的断裂信息,效果较好.     

An Improved Analytic Signal Technique for the Depth and Structural Index from 2D Magnetic Anomaly Data

This paper presents a new inversion method for the interpretation of 2D magnetic anomaly data, which uses the combination of the analytic signal and its total gradient to estimate the depth and the nature (structural index) of an isolated magnetic source. However, our proposed method is sensitive to noise. In order to lower the effect of noise, we apply upward continuation technique to smooth the anomaly. Tests on synthetic noise-free and noise corrupted magnetic data show that the new method can successfully estimate the depth and the nature of the causative source. The practical application of the technique is applied to measured magnetic anomaly data from Jurh area, northeast China, and the inversion results are in agreement with the inversion results from Euler deconvolution of the analytic signal.     

1900-2000年非偶极子磁场的全球变化

根据第７代ＩＧＲＦ模型,计算并绘制了１９００-２０００年（时间间隔为５ａ）非偶极子磁场的全球分布,计算和分析了各个磁异常中心位置和强度的变化,东亚正磁异常、大洋洲负磁异常、南大西洋正磁异常、非洲负磁异常和北美洲正磁异常是分布范围广、异常强度大的５个磁异常。南大西洋正磁异常是强度最大的磁异常。在２０世纪９０年代以前,东亚正磁异常的强度位居第２位,９０年代以后,非洲负磁异常的强度（绝对值）超过东亚正磁异常,成为第２大磁异常。磁异常强度增长最快的是非洲负磁异常、南大西洋正磁异常和大洋洲负磁异常。南大西洋正磁异常和非洲负磁异常是磁异常中心位置变化最快的两个磁异常。