A generalized derivative operator for potential field data‡

The enhancement of potential field data using filters based on horizontal and vertical derivatives is common. As well as the direct use of the gradients themselves they are used in filters such as sunshading, total horizontal derivative, analytic signal, horizontal and vertical tilt angles, the Theta map and other filters. These techniques are high‐pass filters of different types and so enhance noise as well as detail in the data. A new derivative operator is introduced in this paper, which generalizes the effects of some of the previously mentioned filters. This filter is a linear combination of the horizontal and vertical field derivatives, normalized by the analytic signal amplitude. The filter is demonstrated on aeromagnetic and gravity data from South Africa.     

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.     

Step-Edge Detection Filters for the Interpretation of Potential Field Data

Edge detection is a useful tool in the interpretation of potential field data, and the existing edge detection filters are almost functions of first-order horizontal and vertical derivatives. We propose step-edge detection filters to improve the resolution of edge detection results, which use the functions of different-order derivatives to accomplish the edge detection task. We demonstrate the proposed filters on synthetic potential field data, and the results show that the new methods can recognize the edges of the sources more precisely and clearly. We also discuss the application effect of different step-edge detection filters. Lastly, we apply the proposed filters to real potential field data, and the recognized edges of the stratigraphic markers are more precise and clear.     

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.     

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.     

位场数据归一化总水平导数垂向导数边缘识别方法(英文)

位场数据边缘识别技术常常用来识别地质体的边缘位置.本文提出了一种新的位场数据边缘识别方法--归一化总水平导数垂向导数,它具有边缘探测和边缘增强两种功能.该方法首先计算位场数据的总水平导数THDR和总水平导数THDR的n阶垂向导数VDRn,并对n阶垂向导数VDRn采用取大于0的阈值技术得到总水平导数峰值PTHDR,该值可以用来进行边缘探测;其次,计算总水平导数峰值PTHDR与总水平导数THDR的比,并用最大值进行归一化得到归一化总水平导数垂向导数,该值可以用来进行边缘增强;最后,通过理论模型和实际资料检验了方法的有效性和可靠性.     

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.     

A new texture-based operator for edge enhancement of potential-field data

Edges of potential-field anomalies are assumed to result from sharp discontinuities or interfaces between contrasting materials, such as faults, unconformities, or intrusive contacts. The superposition effects of potential fields make edge-enhancement techniques necessary to reduce edge mislocation. Distinguishable amplitude difference is the edge feature most widely utilized in common enhancement methods. But edges differ from other anomalies not only in amplitude but also in texture, and in some cases they reveal as weak difference in amplitude but of meaningful contrast in texture. Accordingly, we propose a new texture-based operator for edge enhancement. The operator is a modified version of dissimilarity extracted from modified calculation of the gray-level co-occurrence matrix. The matrix is tailored to fit in with the characteristics of potential-field data and it differs from the common co-occurrence matrix mainly in three aspects: (1) for the modified matrix only the pairs between the central point of a computing window and other points are counted; (2) except from commonly-used eight directions, other directions are added for the windows with direction number depending on the window size; (3) co-occurring pairs are given weight to differ the contribution of joint occurrence in different distance. Moreover, we set standard-deviation-based weight to the common dissimilarity in each window in order to locally enhance edges. We evaluate the utility of the operator based on synthetic models and real data examples of the Huanghua Depression in the Bohaiwan Basin, Northern China, and of the Haijiao area in the East China Sea Basin, Eastern China. The modified dissimilarity is proved advantageous to the total horizontal derivative and common dissimilarity in capturing more detailed features, and provides more straightforward and accurate illustration of edges than the tilt angle does. The edges enhanced in the gravity data of the Huanghua Depression accord well with the faults deduced from an integrated geophysical interpretation. The edges detected in the magnetic data of the Haijiao area illustrate the distribution of rocks. The results show the potential of the texture-based operator to facilitate the interpretation of potential-field data in locating faults, rocks, or contacts, and thus to promote the application efficiency of the data in exploration and engineering.     

空间归一化边界识别方法用于判断地质体的水平位置及深度(英文)

边界识别是重磁数据解释中的常用方法之一,依据其结果可划分出地质体的水平范围。边界识别结果受地质体埋深及导数计算误差的影响所识别边界与真实边界之间存在一定的差距,且边界识别法无法直观地给出地质体的深度信息。为了获得异常体的水平位置和深度信息,本文提出空间归一化边界识别方法,其对不同深度的边界识别函数进行归一化计算,空间归一化边界识别法的最大值对应于异常体的水平位置和深度。常规边界识别结果的误差随理深的减小而减小,而空间归一化边界识别法是通过最大值来判断地质体的位置,最大值是在地质体处获得,因此归一化边界识别方法所获得的结果是准确的。通过理论模型试验证明归一化边界识别方法能有效地完成异常体的水平位置和深度的计算,所获得的水平位置和深度信息与理论值相一致,为下一步的勘探计划提供了更加可靠的依据。将其应用于实际航磁数据的解释,获得了断裂的具体分布形式。     

位场数据解释的Theta-Depth法

Theta图是利用位场(重磁)数据识别边界的常用方法,其表达式为重磁异常水平变化与垂直变化的比值函数.该方法计算浅源地质体边界的效果较好,而由于深源位场数据在换算过程中会产生趋同效应,在深源地质体识别应用中计算结果不准确,为此,本文提出Theta-Depth法并进行地质体埋深的计算.首先给出直接利用Theta图像进行场源体深度估算的方法,然后推导出基于Theta导数的线性方程来自动估算场源位置参数,本文方法可有效地利用Theta图像的特征为约束条件来提高反演结果的精度.理论模型试验证明本文提出的Theta-Depth法能有效地计算出场源体位置和深度.将该方法应用于满都拉地区实测磁数据的解释,帮助圈定了矿脉的分布.     

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.     

归一化总水平导数法在位场数据解释中的应用

本文提出归一化总水平导数法,通过对总水平导数进行空间归一化计算实现了异常体水平位置和深度的估计,此外还推导出基于归一化总水平导数的欧拉反褶积法来估算地下地质体的空间位置,两种方法反演结果的相互验证可有效地提高反演结果的可信度.理论模型试验证明空间归一化总水平导数法和归一化总水平导数欧拉反褶积法均能有效地完成异常体的水平位置和深度的估计,所获得的位置参数与理论值相一致.在利用归一化总水平导数法进行磁异常解释时,对数据进行化磁极计算可得到更加准确的结果.将其应用于实际航磁数据的解释,获得了岩脉的大致分布特征.     

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.     

重力位谱分析及重力异常导数换算新方法——余弦变换

为了提高重力异常导数换算的精度，真实有效地反映地质体的异常特征，提出用余弦变换计算异常导数的新方法. 给出并证明了两个定理，利用它们推导出重力位余弦谱一般表达式以及重力异常各阶导数计算公式，建立了位场余弦谱分析理论. 模型实验中发现，用Fourier变换计算的一阶导数与理论导数偏差很大，而余弦变换计算的导数与理论异常导数拟合效果非常好，除边界几个数据因重力异常的有限截断产生的吉布斯效应残留使误差较大外，数据的计算精度均很高，误差为-009%～5%.     

位场各阶垂向导数换算的新正则化方法

位场垂向导数大量应用于位场数据处理与解释中.当前广泛采用的位场各阶垂向导数换算方法为基于Laplace方程并结合波数域和空间域方法的具有递推特性的ISVD(integrated second vertical derivative)算法.本文在位场垂向导数换算的正则化方法和径向平均功率谱的基础上,提出一种位场各阶垂向导数换算的新正则化方法.新正则化方法仅需通过分析位场径向平均功率谱来确定一个截止波数,即可稳定换算位场各阶垂向导数.理论模型和实测数据实验结果表明:(1)新正则化方法物理意义明确、计算简单,且各阶垂向导数换算的稳定性和精度明显优于ISVD算法;(2)在用新正则化方法求得各阶垂向导数的基础上,利用泰勒级数法可以获得大深度、高精度的位场向下延拓结果.     

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.     

柴达木盆地航磁资料微弱信息增强技术研究及在线性构造识别中的应用

目的利用重磁异常数据微弱信息增强技术识别线性构造的方法,并介绍其实现过程.方法文中提出了一种梯级带滤波增强非线性滤渡技术与Tilt梯度及其水平导数的有效结合,增强放大微弱信息再识别提取线性构造,利用数字图象显示技术成图.结果识别出柴迭木盆地线性构造多条,分析对比柴达木盆地区域地质构造资料及重力解释成果,具有较好的吻合性.为深入研究该地区线性构造、成矿特征、寻找勘探靶区补充了新的证据.结论该方法提取了区域航磁异常资料中的微弱信息,弥补传统方法的不足,对断层边界及异常的边界划定更为准确.梯级带滤波增强技术与Tilt梯度及其水平导数相结合取得良好的解释效果.     

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.     

空间域滤波在求二维重磁接触面参数中的应用

1975年、1976年格林和斯坦利发表了求二维接触面参数的一个方法。本文试图在他们工作的基础上,用空间域滤波来代替格林和斯特利用差商求水平导数和用希尔伯特变换求垂直导数的方法。文中给出了应用空间域滤波计算重、磁异常水平和垂直导数的方法。模型试验证实了理论上的推断。与差商和希尔伯特变换方法相比,优点在于它既能同时滤掉高频干扰,又能使求得的垂直导数和水平导数具有相同的精度,进而提高反演结果的精确度。     

基于改进的小子域滤波的重力异常及重力梯度张量边缘增强(英文)

针对利用重磁资料增强地质体边界在图像中的视觉效果和提高地质解译的准确性问题,提出应用改进的小子域滤波方法对重力异常及重力梯度张量数据进行增强处理。根据滑动窗口子域平均选择原理,探讨了改进的小子域滤波方法在位场异常数据含有高斯白噪声时,不同窗口大小对地质体边界的识别效果及其在具有不同边界延伸方向地质体中的应用效果。模型试验结果表明,利用改进的小子域滤波对重力梯度张量数据进行增强处理,得到的地质体边界形态失真更小,且受滤波窗口大小、噪声以及地质体边界方向的影响较小;对深部场源体,通过增大滤波窗口的方式,可以较好地反映深部场源体的边界。结合黑龙江省虎林盆地重力异常以及计算的重力梯度张量的处理实例表明改进的小子域滤波法较传统的小子域滤波法增强了对断裂水平位置信息的识别。