位场垂向导数的稳定算法

垂向导数广泛应用于位场数据处理和解释中,常规的空间域求导公式多以台劳级数为基础,这不可避免会引入截断误差,且不便于求取高阶导数。另一种应用较多的波数域算法。其求导算子在高波数成份产生振荡失真,很不稳定,在实际应用中很难取得理想结果。这里提出了一种计算位场数据垂向导数的稳定算法,在波数域求垂向积分,在空间域计算二个二阶水平方向导数,借助拉普拉斯方程,求取位场异常的各阶垂向导数。算法只在求垂向积分时引入了一次付里叶变换,其它计算全部在空间域中进行,从而有效地避免了吉布斯效应的重复累加传递,有效降低了常规波数域求导算子在高波数成份产生的振荡失真。通过理论模型对比,证明了这里所提出的算法较常规的波数域方法具有良好的稳定性,特别是在计算高阶垂向导数时有明显优势,能有效地提高与垂向导数有关的位场定量解释方法的准确性。     

位场向下延拓的导数迭代法

针对向下延拓的不适定问题,提出了一种新的位场向下延拓方法-导数迭代法。从位场垂向一阶导数的定义出发,将观测面和向上延拓、向下延拓同等高度平面上的位场值近似联系起来,采用迭代法进行逐次逼近,推导出空间域位场向下延拓的导数迭代法的递推公式。考虑到空间域向上延拓积分方程实现的复杂性,对递推公式进行快速傅里叶变换,整理得到波数域中的导数迭代公式,同时证明了该方法的收敛性。模型检验和实例分析均表明迭代法相对直接FFT法具有稳定性强和下延深度大的优点。     

位场垂向高阶导数的Tikhonov正则化迭代法

在位场数据处理中,垂向导数具有重要的物理意义。其在一定程度上可以划分不同深度和大小异常源产生的叠加异常,且导数的阶次越高,这种分辨能力就越强,但通常认为高阶导数的换算是不稳定的。本文在Tikhonov正则化求位场垂向高阶导数的基础上,结合迭代法进行逐次逼近,提出了位场高阶导数的Tikhonov正则化迭代法,并且得到Tikhonov正则化迭代法的递推公式。通过对该方法的滤波特性分析可以看出,该方法计算的位场垂向高阶导数具有一定的稳定性及保幅性。模型试验和实际数据的处理表明,该方法计算结果较常规FFT求导法有更高的稳定性和实用价值。     

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。     

最佳线性深度滤波

重磁数据处理时,为了能突出予定深度场源的异常,相对削弱其他深度场源的异常,必需进行滤波,本文研究了三种定量设计滤波算子的滤波方案。 予定深度最大能量比滤波使滤波后和滤波前场的能量比在予定深度达到最大值的基础上,得出了一种具有明确物理意义的滤波方案——求垂直高阶导数兼向上延拓,并导出了要突出的场源深度和上延高度,导数阶数之间的定量关系。 信号失真最小、干扰残曾最小滤波推导出在多源深度场源分布条件下,使信号失真程度最小、干扰残留程度最小的波数域最佳滤披算子。 消除线性区域场滤披在波数域给出了两种消除线性区域场的简便滤波方法。     

利用相关系数法确定三种位场垂向导数换算的滤波参数

垂向导数被广泛应用于位场数据的处理和解释中。在波数域中常规垂向导数算子受噪声的影响较大。通常解决方法是在垂向导数算子中引入低通滤波器,来压制高频噪声的干扰。Butterworth低通滤波、Hanning窗滤波以及向上延拓滤波是三种效果较好的低通滤波,但存在滤波参数较难选择的问题。针对这个问题,本文利用相关系数法确定各方法的滤波参数,避免了人为因素对求导结果的影响。模型试验和松辽盆地镇赉地区实际数据处理结果表明,使用相关系数法确定滤波参数后能快速获得较好的垂向导数结果,其中Butterworth低通滤波的导数结果相比其他两种方法的效果要好。     

利用重力归一化总梯度及相位法研究断裂构造

用波数域的位场转换和快速傅立叶变换理论研究重力归一化总梯度和归一化相位;在波数域向下延拓和导数计算的滤波算子中,分别引入圆滑滤波因子,抑制了向下延拓计算中对噪声干扰的放大作用,增加了计算的稳定性;利用改进的方法,计算并阐述了4种断裂构造GH场等值线和相位曲线的变化特征;别列兹金重力归一化总梯度法中极大值理论在研究断裂构造中具有局限性,对于无限延伸断裂构造,应根据GH场等值线的走向、形状的特点,结合归一化相位曲线的转折点确定断裂空间位置.     

位场各阶垂向导数的ISVD算法及其应用

位场垂向导数广泛应用于位场数据处理与解释当中,目前求取位场各阶垂向导数方法大致可以分为两类：①在频率域进行;②在空间域进行。针对这两类方法存在着稳定性较差的问题,这里介绍了计算位场各阶垂向导数的ISVD算法,并通过对单一地质体模型和地质体组合模型产生的布格重力异常进行处理分析,证明了ISVD算法在计算位场各阶垂向导数时,特别是在计算位场高阶垂向导数时,比在频率域及空间域计算结果具有较好的稳定性,ISVD算法能够有效地识别出浅层小尺度地质体边界。为了验证该方法对实际资料的处理效果,对某区块实际布格重力异常数据应用ISVD算法试算各阶垂向导数,结合地质背景等资料划分出断裂体系。结果证明,应用ISVD算法计算的位场各阶垂向导数,对于确定浅层小尺度地质体边界有较好的效果。     

重力向下延拓的迭代法对比分析研究

向下延拓是位场数据处理和解释的基本方法,但其不适定性导致计算结果稳定性差。近年来,迭代法在提高向下延拓计算稳定性和计算精度方面上的优势备受重视。为比较各种迭代法的优缺点,对积分迭代法、泰勒级数迭代法和补偿法进行了对比分析研究。在模型试算的基础上,将三种方法应用到了江西相山铀矿田重力数据处理之中。研究表明,三种迭代法的迭代通式具有较强的相似性,只是选取的初始滤波算子不同,但初值滤波算子选取的合理性直接决定着迭代法对低频成分的转换能力和高频成分的压制能力。补偿法在向下延拓计算中具有更高的计算精度和更强的计算稳定性,因此选择补偿法具有更好的实际应用价值。     

三度重磁异常在波数域的变换及滤波

对重磁异常进行变换及滤波,可以在空间域实现,也可以在波数域实现。用专门设计的算子(权系数组)对位场数据作卷积,是在空间域实现这类变换或滤波的一般形式。由富氏变换的卷积定理可知,二函数卷积的富氏变换等于两函数各自的富氏变换的乘积。在波数域实现上述位场