迭代法与FFT法位场向下延拓效果的比较

将水平观测面上的实测位场值，垂直投影至下部的延拓水平面上，作为该水平面上的位场初始值. 根据该水平面上的初始值，用快速傅里叶变换(FFT)的方法向上延拓计算观测面上的位场值. 用观测面上的实测值与计算值的差值，对延拓面上的位场值进行校正. 如此反复迭代，直至观测面上的实测值与计算值的差值小到可以忽略. 这种空间域的迭代法原理简单，不用解线性代数方程组，有较高的计算速度和良好的延拓效果. 本文用迭代法对模型数据和实际数据进行向下延拓，对比了迭代法与常规的FFT法在位场向下延拓中的效果，迭代法显著优于FFT法.     

位场曲化平的插值-迭代法

将起伏曲面B上的位场向下延拓至曲面最低点的平面A的插值-迭代法步骤是：1）将曲面B上的场值放置在水平面A上具有相同水平坐标的点上，作为A上的初值；2）用若干水平面切割B，从A的初值，用快速傅里叶变换法(FFT)向上延拓出这些平面的场值，用插值的方法从这些平面的场值计算曲面B的场值；3）根据B上的实测值与计算值的差值，对A上的值进行加权改正；4）重复步骤2）和3），直到B上的差值小到可以忽略.这种插值-迭代法具有高的计算速度，比通常的FFT法延拓得更深，可以超过10倍点距.文中给出计算实例.     

位场向下延拓的波数域迭代法及其收敛性

提出了位场向下延拓的波数域迭代法. 对水平面上的位场观测值进行Fourier变换,得到其波谱. 根据第一类Fredholm积分方程的空间域迭代解法,推导出计算向下延拓水平面上位场波谱的波数域迭代公式. 在波数域中进行迭代,一直进行到相继两次迭代近似解的差值最大绝对值小于给定的精度,或迭代达到给定的最大迭代次数. 对这种迭代近似解进行Fourier逆变换,得到向下延拓的位场. 数值计算结果表明：与空间域迭代法比较,这种波数域迭代法简单、快速,并有同样好的向下延拓效果. 本文还证明了这种迭代法是收敛的,并给出了它的收敛特性和滤波特性.     

位场曲化平积分方程的迭代解

提出了位场曲化平的新方法. 给定观测曲面S上的位场、S对下方水平面P的相对高程,确定P上的位场. 利用由P向上延拓到S的积分式,建立这两个面上位场及相对高程三者所满足的方程,它是第一类Fredholm积分方程. 用Fourier逆变换式把这一空间域积分式化为波数域积分式,再由指数函数的Taylor展开进一步化为级数式. 积分方程的解采用逐次逼近法迭代计算,即用S上的位场观测值作为P上位场的初始迭代值,用导出的级数式求得S上的位场计算值、由S上的位场观测值与计算值之差校正P上的位场,多次迭代,直到满足迭代终止准则. 我们还给出该积分方程的波数域迭代计算方法. 模型算例表明,重力异常曲化平的均方差和磁异常曲化平的均方差分别为0.0008 mGal和0.0019 nT,在主频为2.26 GHz的笔记本电脑运行,2048×2048数据量,计算时间是975 s. 野外磁场实际资料处理也证实这种方法的有效性.     

位场数据曲化平的迭代法

位场数据曲化平是位场数据处理解释中的重要运算,但是它的计算量和计算的复杂性影响了它在许多处理和解释方法技术中的应用.本文提出一种位场数据曲化平的迭代方法,即通过把位场数据曲化平视为平面位场数据向上延拓的反问题,得到曲化平的线性积分方程,再把曲面上位场数据视为曲面平均高程面上的位场数据,利用向下延拓的波数域广义逆算法把平均高程面上的位场数据向下延拓到设定平面上,再根据曲面和其平均高程面的相对起伏对设定平面上的向下延拓数据进行起伏校正,最后再把所得平面上的位场数据向上延拓得到曲面上的位场数据,并进行迭代.把这种方法用于三维理论模型数据和实际磁场数据的曲化平处理均获得了理想的结果.     

空间域位场延拓新方法研究

在空间域进行位场延拓,需要数值求解第一类Fredholm积分方程,由于所得方程组系数矩阵不是稀疏矩阵,求解该方程组需要的计算机内存大,计算量大,导致延拓算法在一般计算机上难以实现,阻碍了对空间域位场延拓方法的研究.在分析系数矩阵结构特征的基础上,本文证明了方程组系数矩阵是对称的分块Toeplitz型矩阵.利用系数矩阵的对称性和分块Toeplitz型矩阵与向量相乘的快速算法,解决了系数矩阵的存储和计算问题,使得空间域位场延拓成为可能,为研究新的位场延拓方法和分析延拓误差提供了一条新的途径.利用模型数据和实测资料,对空间域位场向上延拓、空间域积分迭代法向下延拓进行了检验,结果证实了空间域位场延拓的可行性和正确性.     

位场向下延拓迭代法收敛性分析及稳健向下延拓方法研究

地磁导航作为一种新的无源导航方式,具有重要的国防意义.构建空间地磁数据库是实现地磁导航的基础,位场延拓是解决地磁数据库构建的有效方法.积分-迭代法是一种解决位场大深度向下延拓的实用方法.本文着重对积分-迭代法的收敛性进行了分析,从数学角度证明积分-迭代法能够收敛到直接下延法理论解.同时对积分-迭代法的抗干扰性进行了初步分析,当观测数据含有噪声时,积分-迭代过程中使得噪声得到累加,影响延拓数据的精度.本文利用正则化方法和递增型维纳滤波方法,提出了波数域位场向下延拓新算法.模型检验表明,新算法稳定、抗干扰能力强、计算速度快.     

瞬变电磁虚拟波场的三维曲面延拓成像

根据瞬变电磁场扩散方程与波动方程间存在的数学对应形式,将已知瞬变电磁场数据转换为虚拟波场数据,在此基础上,提出了用克希霍夫积分法将所转换的波场从地面向地下反向延拓的方法.在延拓的数值计算中,为提高计算效率,采用三维边界元技术,把边界积分分解为诸三角单元积分的积分之和, 建立了曲面延拓方程式;通过地面测点的波场值,求出地下某一点的波场值,实现了地表为曲面的向下延拓成像计算.通过对理论模型计算和实际资料处理,证明了该方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力,使瞬变电磁法对地下目标体的三维精细探测成为可能.     

积分迭代法的正则性分析及其最优步长的选择

位场积分迭代法是一种解决位场大数据量、大深度向下延拓的有效方法.本文基于Kirsch正则化子理论,推导了积分迭代法对应的正则化滤子函数,并证明积分迭代法为一种求解位场向下延拓不适定反问题的正则化方法.针对积分迭代法迭代步长固定、迭代次数较多影响收敛速度的问题,提出该迭代法最优迭代步长的选择原理.理论模型和实测数据对比分...     

利用微分进化法确定海洋磁场向下延拓中的最优参数

位场的解析延拓是实现不同高度海洋地磁场相互转换的主要途径,是构建海洋三维磁空间背景场模型的关键技术.针对位场向下延拓迭代法中最优正则化参数及最佳迭代次数难以确定问题,尝试引入微分进化法,以正则化参数及迭代次数为种群变量,以延拓结果的熵值为目标函数,以目标函数最小化为搜索准则,实现两种参数的并行全局寻优.采用实测数据对微分进化法在几种常用的迭代法中最优正则化参数及最佳迭代次数的确定进行了分析,与传统L-曲线准则确定的最优正则化参数及多次试验确定的最佳迭代次数进行对比,结果表明：微分进化法确定的最优参数能使三种迭代法取得最佳迭代效果,延拓结果与真实地磁场最为接近,并且该法计算稳定、自适应强,建议在海洋磁场数据向下延拓中应用.     

逐步逼近曲化平方法研究

位场资料的常规处理解释方法是建立在平面数据理论之上的，然而实际的位场数据大多为曲面数据，若把曲面数据当成平面数据进行处理，必然导致很大的误差，因此有必要进行“曲化平”处理. 曲化平目前存在的主要问题是计算精度低、计算量大，因此，研究快速、精度高且适合大数据量处理的曲化平方法具有重要的价值. 本文在已有的泰勒级数曲化平方法基础上提出了逐步逼近技术和平均平面技术，使得曲面位场资料处理的精度得到了很大提高. 最后通过理论模型和实际资料的处理验证了该方法的应用效果.     

The iteration method for downward continuation of a potential field from a horizontal plane

This paper introduces an iteration method for the downward continuation of potential‐field data from a horizontal plane, and compares it with the conventional frequency‐domain method (Fourier transform) using 2D and 3D model tests. The paper evaluates the two methods in terms of the results, i.e. downward‐continuation distance and stability. The iteration method proves to be more stable and able to downward continue the potential for a greater distance than the Fourier transform method.     

基于重力异常分离方法寻找深部隐伏铁矿 ——以安徽泥河铁矿为例

重力异常是地下不同规模、不同形态和不同埋深的不均匀地质体的综合响应,重力勘探主要通过从重力异常中提取感兴趣的局部异常,以便探测深部结构,寻找隐伏矿床.为探讨重力异常分离原则并检验方法效果,本文从各方法原理入手,加上模型试验以及在安徽省泥河矿区深部隐伏铁矿的探寻实践检验,阐明:趋势分析法是整体拟合不同于最小二乘圆滑的局部拟合,由于是多项式拟合区域场,趋势分析法不适宜范围大、地质情况复杂的测区;插值切割法以计算点场值与四点圆周平均值的插值运算为切割算子,通过连续切割,得到重力异常的切割区域场和局部场,插值切割法对于小测区单个异常的分离效果较好,切割次数选择1到2次即可;匹配滤波法通过分析实测异常功率谱曲线、选择合适的滤波段、建造适宜的低通和带通滤波器进行滤波,从而提取不同波数成分的异常场,匹配滤波更适合垂向叠加的异常分离;解析延拓是根据一个面上的一组位场数据确定另一个不同高度面上位场值,应用中要把握延拓高度;垂向二阶导数法可以起到突出浅源异常,区分水平叠加异常,确定异常体的边界,消除或削弱背景场的作用.通过安徽泥河铁矿重力异常分离实验,发现三阶趋势分析、向上延拓以及插值切割法能很好地分离出矿体异常和背景场,同时发现在泥河矿区东南部和东北部还存在剩余重力异常,可为泥河铁矿扩大规模提供新的线索.