位场反演计算的场比值法及在宽城地区磁异常解释中的应用

在磁异常的反演计算中, 为了避免由于选错了磁性体的形状而产生很大的误差, 前人已研究了多种所谓自动反演的计算方法。与传统的方法不同, 用这些方法, 可以同时确定磁性体的几何形状和埋藏深度等参数。但是前人研究的方法需要计算磁异常的三阶导数, 因此所受高频噪声干扰十分严重, 以至于影响到计算结果的可靠性。因此很难用到实际资料处理中。 本文提出的场比值法可以同时确定磁性体的形状和埋藏深度。场比值法通过场比值field-ratio来确定磁性体的形状, field-ratio的物理含义与Euler反褶积公式中的形状因子类似。场比值法的优点是在反演计算中只需要计算磁异常的一、二阶导数, 因此比前人的方法受高频随机干扰小, 可以用于实际资料的处理中。模型实验证明了场比值法的正确性, 在河北省宽城地区用场比值法对磁异常反演计算, 展示了方法的实用性。 关键词: 磁异常; 自动反演; 磁性体形状的判别     

Chebyshev低通滤波器在位场数据波数域导数换算中的应用

导数换算作为常用的位场数据处理手段具有重要的物理意义。由于实际测量误差和噪声的影响,波数域导数换算存在计算过程不稳定、求导结果精度差的问题。为了降低噪声干扰,提高导数计算精度,提出了在波数域常规导数算子基础上附加Chebyshev低通滤波器的任意阶导数换算方法。通过分析该滤波器的滤波特性,并结合位场异常径向平均功率谱曲线特征,确定了Chebyshev低通滤波法的滤波参数,减少了人为因素对求导结果的干扰。二度体和三度体模型试验表明,与其他3种方法(常规FFT(fast Fourier transformation)法、向上延拓法和ISVD(integrated second vertical derivative)法)相比,该方法计算的导数与理论值的均方根误差最小,求导结果精度较高。在虎林盆地布格重力异常数据处理中,利用该方法计算的垂向二阶导数受噪声干扰小,结果可靠性较高,依此划分出的8条大断裂和11条小断裂在以往研究中均得到证实。     

局部波数在磁异常解释应用中的方法技术

研究了提高频率域中导数计算结果的精度以及局部波数反演结果的稳定性和精度,对比了余弦扩边方法和最小曲率扩边方法在频率域中计算导数的精度。通过对比表明,最小曲率扩边结果的精度高于余弦扩边结果的精度,提出了向上延拓某一高度来进行局部波数的反演技术。此技术不但能够解决高频干扰,提高导数计算精度,而且利用不同延拓高度的反演结果能够得到一个平稳的反演结果,从而提高了局部波数反演的精度。理论模型试算验证了方法技术的精度,实际资料处理验证了方法技术的稳定性,达到了满意的效果。     

位场欧拉反褶积方法适用性分析及其应用

欧拉反褶积是重磁勘探常用的反演方法和资料解释工具。从单一场源出发,推导了叠加场源下的常规欧拉反褶积公式,理论分析出了异常叠加是影响常规欧拉反褶积应用效果的主要因素。为解决这一问题,可采用高阶导数来提高异常分辨率,削弱叠加影响,但高阶导数却易受高频干扰影响。为了深入研究欧拉反褶积方法的应用效果及其适用性,利用垂向导数形式的欧拉反褶积与常规欧拉反褶积进行对比分析。模型试验表明:在无噪声情况,基于垂向一阶导数的欧拉反褶积反演结果具有更高的聚合度和计算精度,可有效压制异常叠加影响;但当原异常含有噪声时,基于垂向导数的欧拉反褶积受噪声影响严重,反演效果不如常规方法,可以采用向上延拓方法来压制噪声干扰以提高高阶导数欧拉反褶积的反演精度。在江西相山实际重力资料处理中,垂向一阶导数的欧拉反褶积比常规欧拉反褶积反演出了更多的地质边界信息,而常规欧拉反褶积在主构造上反演点的连续性更强。因此,在实际资料处理中,建议常规欧拉反褶积和导数形式下的欧拉反褶积同时使用,以提高方法的解释能力。     

基于正则化思想的tilt-Euler法在边缘深度反演中的应用

地质体边缘深度在重、磁位场数据半定量解释中起着至关重要的作用。由于重、磁异常及其各阶导数均满足欧拉齐次方程,tilt-Euler法在边缘深度反演方面备受青睐。然而,当重、磁异常的总水平导数或者总梯度模等于0时,倾斜角的一阶导数无法计算,导致倾斜角不能满足欧拉方程,tilt-Euler法无法使用。为了解决此问题,本文基于正则化思想,对倾斜角的一阶导数进行修改,使得重、磁异常的总水平导数或者总梯度模等于0时,倾斜角的一阶导数依然可以计算,修改后的倾斜角导数依然满足欧拉方程,称改进的方法为rtilt-Euler法;同时利用识别精度更高的归一化总水平导数垂向导数(NVDR-THDR)边缘识别方法对反演结果进行约束,剔除偏离边缘位置的坏点。理论模型试验结果表明,改进后的方法消除了重、磁异常总水平导数或者总梯度模很小或者等于0时,倾斜角导数无法计算以及反演结果不稳定的问题。将该方法应用到澳大利亚奥林匹克坝氧化铁铜金矿床边缘深度反演中,反演结果显示氧化铁铜金矿床边缘深度主要集中在0～100 m和100～200 m这两个深度段内,与沉积物剖面显示的矿床边缘深度0～200 m相符,证明了该方法的有效性。     

利用水平导数与垂向导数标准偏差的相关系数法识别磁源边界

基于导数换算的边界检测技术在位场数据处理与解释中具有重要应用,但是高阶导数算法极易受到干扰噪声的影响,稳定性较差。鉴于此,本文提出利用水平导数与垂向导数标准偏差的相关系数进行边界检测,该方法是基于水平导数与垂向导数的标准偏差在地质体边界位置处呈现负相关性实现的。理论模型试验表明:该方法不仅可以识别出不同深度的异常体的边界位置,而且受噪声影响较小,计算稳定性更强。将本文方法应用于海拉尔盆地实测航磁数据,检测结果与实际资料有着较好的对应关系。     

基于小波分析的重磁数据求导方法及应用

在双正交小波分析下,实现了重磁异常数据高精度的导数计算。该算法是在小波分析得到的系数基础上,采用Monte-Carlo方法进行噪声的估计,根据获得参数分别进行去噪处理。理论计算结果表明:算法的计算效率高,计算的结果精度高,抗干扰能力强。实际数据处理结果表明:采用基于小波变换的方法完成导数处理,结果对地质填图中地质体边界的划分和磁性地层参数分析提供了重要的资料,也为采用基于导数的位场数据反演解释方法提供了优良的基础数据。     

Hartley变换在位场（重、磁）异常导数计算中的应用

导数计算是位场（重磁）数据处理中必不可少的技术手段,现今大多采用Fourier变换来进行。Hartley变换是在Fourier变换基础上定义的一种实数域运算,比Fourier变换更加对称,所需的运算量更少。笔者推导出基于Hartley变换的重磁异常导数计算公式,计算结果与理论值之间误差小于5%,通过理论模型证明Hartley变换可替代Fourier变换进行位场异常的导数计算,且受噪音干扰较小。将Hartley变换用于位场边界识别滤波器的计算,获得了清晰的断裂分布。     

磁异常的最小均方差滤波化极

本方法是波数域磁异常化极的正则化方法,能增强化极算子的稳定性,同时压制高波数干扰.对低纬度地区及干扰严重的中低纬度地区航磁异常化极,能压制磁南北方向的条带状干扰,获得稳定结果.对含有较高噪声水平的高精度地面磁测△T异常化极,不论纬度高低,都能较大程度地压低噪声水平,得到高质量的化极结果.     

磁异常化极效果的研究

在磁法数据的三维反演中,异常解释的磁异常化极法在实际运用中得到了广泛的应用。但是,化极后是否可以提高磁异常的准确性还有待研究。运用对化极后的磁异常数据进行三维反演的方法,对局部磁异常进行磁法反演;反演的结果与未进行化极的磁异常数据的三维反演结果进行对比,表明化极后的反演结果更接近异常体模型;同时运用三维可视化技术,建立3D地球物理模型。     

Interpretation of the magnetic data from Shavaz iron ore using enhanced local wavenumber (ELW) and comparison with Euler deconvolution method

This paper presents an inversion method for the interpretation of 2D magnetic anomaly data, in which uses the enhanced local wavenumber function to estimate the depth and the nature (structural index) of an isolated magnetic source. However, the method is sensitive to noise. In order to lower the effect of noise, I applied upward continuation technique to smooth the anomaly. Tests on synthetic noise-free and noise-corrupted magnetic data show that the 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 Shavaz Iron Ore, center of Iran, and the inversion results are in agreement with the inversion results from Euler deconvolution of the analytic signal and exploratory drilling.     

基于卷积神经网络的磁异常反演

针对传统反演方法存在的初始模型依赖、计算时间较长等问题,提出一种基于卷积神经网络的磁异常反演方法。该方法首先设计大量磁异常体模型,进行正演模拟产生样本数据集;接着借鉴经典的卷积神经网络VGG-13设计了一种全新的VGG磁异常反演网络(VGGINV);然后使用样本数据集训练该网络,并优化网络参数;最后对理论模型和实测数据进行反演实验。实验结果表明,该方法可以准确地反演出磁异常体的位置和磁化强度,具有较强的学习能力和一定的泛化能力,能有效解决磁异常数据反演问题。     

基于重磁数据梯度比值的深度学习技术实现场源位置反演方法

场源中心位置的计算是重磁数据反演的主要任务之一,现主要通过异常与场源位置之间的数学物理方程来估算地质体的位置.为了快速、准确获得地质体的位置信息,提出基于重磁梯度比值的深度学习技术实现场源位置的获取;其利用深度学习技术所建立的重磁梯度比值水平分布与地质体埋深、构造指数的关系,快速实现异常场源位置计算,且提出利用多个值的相互关系来更加准确、稳定地计算出地质体的信息.该方法可以计算复杂地质体的中心位置,且避免了以往线性方程反演方法需对结果进行筛选的复杂过程,对于存在剩磁的磁异常则采用解析信号的深度学习方法来进行位置反演.理论模型试验证明利用梯度比值的深度学习方法可以准确获得地质体的深度,且通过对比更多点的深度学习计算结果发现,采用多个不同比例极值点可以减弱噪声带来的干扰,从而得到更加准确的位置.最后将该方法应用于实测磁异常的反演工作,获得了地下磁性物体的中心位置,且计算结果与欧拉反褶积法相接近,因此该方法具有良好的实用性.      

重磁解释中健全的极大似然法及三维反演

本文介绍了JOAO.B.C.SILVA提出的重磁解释中健全的(Robust)极大似然反演方法的基本原理,讨论了重力二度体非线性几何参数的反演情况,并将该方法扩展到三维重、磁非线性几何参数反演中。重点讨论了场值中有较大随机干扰、有不同类型的地质噪音源影响下的反演结果。理论反演结果表明,该方法有比最小二乘反演方法更接近实际的解,从而提高了解的可靠性,对于重磁局部异常或孤立异常有较好的反演效果。     

基于数学形态学的位场数据边缘增强方法

位场数据边缘增强对于地质构造研究和矿床勘查具有重要意义。现有的边缘增强方法多数基于位场数据的导数构建,往往存在对噪声敏感的缺点,且处理结果中常有虚假边界的出现。本文基于数学形态学良好的形状分析和噪声压制性能,通过数学形态学基本算子的组合叠加,提出了一种新的位场数据边缘增强方法。该方法容易实现,且不需要计算位场数据的水平和垂向导数。板状体模型试验结果表明,该方法能有效地对重力异常和化极后的磁异常数据进行边缘增强。针对三维模型试验中正负异常同时存在的情况,相比以往几种方法,该方法输出的边缘更清晰且没有额外边缘的产生,并表现出更强的抗噪能力。最后将该方法和以往几种方法应用到老挝万象地区实际重力异常数据的处理中,结果显示该方法刻画出的边缘更加连续清晰;同时结合以往地质资料,推断了成矿的有利部位。     

东海陆架盆地构造划分的高精度重磁解释技术

本文利用面积广、勘探深度大的重磁数据通过增强型局部相位边界识别方法和优化欧拉反褶积法获得东海陆架盆地的构造特征,为油气勘探提供基础资料。增强型局部相位边界识别法是重磁数据一阶和二阶水平导数的比值函数,能有效地均衡不同深度地质体的边界响应,从而同时显示不同深度构造的边界,提高对较深层构造的分辨率;优化欧拉反褶积法有效地降低了背景异常的干扰,从而可获得更加准确的构造反演结果。理论模型研究表明,增强型局部相位边界识别法可更加准确和清晰地划分边界信息,优化欧拉反褶积法可获得更加准确和收敛的反演结果。综合利用增强型局部相位边界识别和优化欧拉反褶积法对东海陆架断裂构造分布进行划分,获得了分析区域构造背景和评估油气潜力的基础资料。     

工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用

为提高坑透数据解释效果,通过对工作面无线电波透视磁场强度的理论分析与公式推导,表明在正常煤层范围,场强值的变化主要受观测点几何位置控制;而在观测点场强路径穿过地质异常区时,主要影响因素为地质异常区内路径长及电磁波能量吸收系数值。将场强值H与观测点路径长R的乘积命名为M,则正常煤层段M可视为常量,而在地质异常存在范围,M值显著降低。将工作面划分为若干小单元,进行M值层析成像反演,可求取工作面各单元M值,再除以工作面平均宽度,得到各单元格场强值,从而获得工作面实测场强成像图。张集矿探测表明,该方法较好地反映了工作面内地质异常区的平面分布情况,回采验证探测结果可靠。作为新的解释手段,正在实际坑透探测中广泛应用。