重力场向下延拓的三阶Adams-Bashforth公式法

重力场向上延拓是稳定且收敛的过程,而向下延拓是不稳定且发散的过程。为此,本文提出一种重力场向下延拓新方法。首先,对重力场及其垂向一阶导数向上延拓,得到不同高度的重力场垂向导数;然后,基于求解微分方程的三阶Adams-Bashforth多步法,推导出稳定的向下延拓公式;最后,为验证本文方法,将其分别应用于模型数据和实际数据。理论模型试验及误差曲线表明,相对于经典下延方法——傅里叶变换下延法和积分迭代下延法,新方法三阶Adams-Bashforth公式法下延过程稳定,边界效应不明显,下延深度可达5倍点距,下延结果与真实值的相对误差更小,结果更准确。将本文方法应用于加拿大某区实测航空重力数据,得到有效且准确的下延结果,能够识别和圈定一些细小异常特征。     

二维位场向上延拓与向下延拓的样条函数法

本文用样条函数法实现了二维位场的向上延拓和向下延拓，向上延拓用样条函数法计算泊松积分，向下延拓用样条函数法求解第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍｔｍ积分方程。模型和实例计算表明，本文方法正确可行且精度高。     

向下延拓在深部矿产勘探中的应用——以青海某矿区为例

勘测深部盲矿体时,矿体距离观测点较远,磁异常的相互叠加常常在地面形成具有一个磁异常中心的宽缓磁异常,分辨不清矿致异常和背景异常。通常用向上延拓、方向导数等处理的效果差强人意。笔者采用向下延拓方法处理了青海某矿区的宽缓磁异常,向下延拓深度为30倍点距,获得了精细的各矿体异常特征。通过与大量的见矿、未见矿钻孔比较,向下延拓场反映的磁异常位置与已见矿钻孔有较好的对应关系,同时指示出全部的未见矿钻孔都处于向下延拓场反映的磁异常外围。基于当前向下延拓方法的稳定计算问题已经取得突破,笔者认为针对一些大埋藏深度的宽缓磁异常采用向下延拓处理,区分叠加异常,圈定异常位置,可以获得事半功倍的效果,为钻孔布置提供佐证。同时对勘探精度也作了一些有意义的讨论。     

对迭代法位场向下延拓方法的剖析

位场向下延拓迭代法的实质内容是"向上延拓而不是向下延拓"和以"迭代的结果趋近于观测值"为标准的操作过程。根据数据操作流程剖析了位场向下延拓迭代法的运行机制,得到了迭代数据在空间域的变化规律,即用迭代法将观测高度的位场向下延拓一个深度h。这实际上是通过不同高度的向上延拓来实现的。也就是说,迭代次数增加一次,涉及的上延平面就增大一个h的高度。一般地,迭代次数n与上延高度h的关系为n~(n+1)h。在空间域中,初值、上延结果、差以及每一次校正后的结果都能用满足莱布尼兹定理的交错级数表示,从而得出了迭代法能够收敛的结论;或者,以"观测高度上的实测值与计算值的差值小到可以忽略"为标准,从数学上也能证明迭代法能够收敛。数学推论和模型试验结果说明了迭代的位场初值可以任意给定。在实际操作中,迭代误差标准的影响和由于迭代误差标准不恰当可能出现不能达到迭代标准的情况,需引起注意,也值得进一步研究。     

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。     

迭代Tikhonov正则化位场向下延拓方法及其在尕林格铁矿的应用

解析延拓是一种广泛应用的位场处理方法,向下延拓可以压制深部地质体的影响,突出浅部异常。但是,向下延拓滤波因子是一个高通滤波器,会造成下延结果震荡,从而限制了该方法在实际资料中的应用。文中详细介绍并实现了迭代Tikhonov正则化向下延拓方法,在理论模型上将该方法与传统频率域延拓方法进行对比,表明迭代Tikhonov正则化向下延拓方法的有效性;并将该方法应用于青海尕林格铁矿区磁测资料的处理解释中,下延结果与钻探情况相符,说明在厚覆盖层的勘查区中,运用迭代Tikhonov正则化向下延拓方法能够有效地提高资料处理解释的效果。     

二维位场向上延拓和向下延拓的样条函数法

本文用样条函数法实现了二维位场的向上延拓和向下延拓,向上延拓用样条函数法计算泊松积分,向下延拓用样条函数法求解第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程。模型和实例计算表明,本文方法正确可行且精度高。     

空间域和频率域平面位场延拓影响因素和稳定性分析

位场延拓是重、磁位场数据处理的重要方法之一,高精度的位场延拓结果对后续的数据处理和解释尤为重要。笔者从平面位场延拓的基本公式出发,分析了空间域和频率域位场延拓结果精度的影响因素以及稳定性。通过理论模型测试比较了这些影响因素(场源体顶面埋深、剖面长度、扩边方法、窗口大小、点距和延拓高度)在空间域和频率域进行位场延拓时的异同性。经过测试表明,点距和延拓高度对延拓结果的影响最大,其次是剖面长度、扩边方法以及窗口大小,场源体的顶面埋深影响最小。随着顶面埋深的增大,会使延拓结果的精度降低;增大剖面长度和进行扩边会提高位场延拓结果的精度;选择合适滑动窗口可以提高计算效率,窗口越大延拓结果精度越高,窗口半径一般选择20倍延拓高度。空间域和频率域中位场延拓结果精度相当,但在空间域中,当延拓高度小于1倍点距时,延拓结果误差很大,此时需要用插值方法加密点距。     

重力全梯度张量的延拓

以傅里叶变换为基础,证明了重力全梯度张量满足拉普拉斯方程,进而实现了梯度张量的延拓计算.三维断层模型试验结果表明,基于傅里叶变换的梯度张量向上延拓计算在理论上是严密且可以实现的,计算误差主要是由有限的积分范围所致,延拓高度越高则误差越大.而梯度张量的向下延拓则属于不适定问题.一般情况下,当延拓高度大于三倍点距时即出现严重的振荡现象,导致有用梯度张量信息的淹没.结合黑龙江省虎林盆地的梯度张量,验证了梯度张量延拓的实用性.     

重磁位场的正则化向下延拓

传统的位场向下延拓方法,在下延至场源体顶面深度附近区域,位场将发生强烈的振荡效应,无法继续向下延拓,难以用空间位场特征确定场源体的深度等特征,当然更无法划分出垂向迭加体。本文讨论了一种新的正则化方法：利用引入位场频率,埋深与正则化因子等有关的校正函数。使得向下延拓过场源体时,场值不奇异。因此,可以达到场源体以下任意需要的深度。理论场和实测资料的正则化向下延拓成果表明,本方法能有效地反映出场源体的深度等特征,也能较准确地划分出具有垂向与水平迭加的单个场源体。