重力全张量数据联合欧拉反褶积法研究及应用

全张量测量技术是在空中或海上用加载了多个加速度计的移动平台技术测量位场的五个独立分量.各张量分量包含不同方向的地下地质体信息,水平张量分量T_(xx)、T_(yy)、T_(xy)、T_(xz)、T_(yz)通常用于识别和映射与地质构造或地层变化有关的测量区域中的目标,垂直张量分量Tzz用于估计深度.然而,这些分量传统上是彼此分开解释,经常遇到错失关键信息的风险.本文所用全张量欧拉反褶积是在单独z方向的欧拉反演基础上发展而来的,它融合了重力异常垂直分量以及其三个方向导数、水平分量以及其三个方向导数.全张量数据信息得以有效应用的同时,欧拉反褶积结果也比常规欧拉反褶积结果更加收敛.最后,结合美国墨西哥湾地区实测航空FTG数据,用重力梯度张量数据进行联合欧拉三维反演研究,有效的识别岩盖的边界信息,划分岩盖范围,为进一步研究盖层底下深部复杂地质情况提供可靠的解释结果.     

全张量磁梯度数据解释的均衡边界识别及深度成像技术

全张量磁梯度数据具有高精度、高分辨率、多参量的优点,能更加清晰地刻画地质体的分布特征,综合利用磁张量梯度数据准确地获得地质体水平位置和深度信息是解释的主要目的.磁张量数据的方向解析信号具有减小倾斜磁化干扰的优点,常被用来圈定磁源体的水平位置,但解析信号强度随着地质体埋深的增加急剧衰减,难以有效识别较深的地质体.张量数据均衡边界识别技术,利用不同方向解析信号的比值函数,能有效地均衡不同深度地质体的响应,同时显示不同深度地质体的边界,提高了对较深地质体的分辨率.磁张量数据深度成像技术根据实测张量数据与假定模型张量数据的相关系数来给定地质体的深度,综合利用多参量数据联合反演提高了反演结果的准确性,且无需进行复杂的反演运算,是大数据量张量数据解释的有效方法.理论模型试验证明：磁张量数据均衡边界识别技术可清晰和准确地识别地质体的水平范围,受倾斜磁化干扰小;磁张量数据深度成像技术可准确地获得地质体的深度信息,具有较强的抗噪性.将上述方法应用于铁矿区实测航磁张量梯度数据解释,获得了铁矿体水平分布与埋深,深度结果与张量欧拉反褶积法计算结果一致.     

重力梯度张量分量频率域转换处理方法

航空重力梯度测量作为一种高效快速和高分辨率勘探手段,在固体矿产资源勘查和油气勘探中发挥着日益重要的作用.目前,商用部分张量航空重力梯度测量系统和研制中的一下代超导航空重力梯度测量系统仅能测量重力梯度张量中的部分张量分量或分量组合,不利于后续地质解释和测量成果应用.本文基于重力位微分的频率域通用公式,针对Falcon部分张量重力梯度测量系统,以重力位为纽带,建立了重力梯度张量分量频率域转换公式,实现了基于平面观测数据的重力梯度张量分量快速转换处理算法,通过理论模型试验证明了算法的正确性和有效性.     

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。     

基于地质体空间位置优化约束的航空重力梯度数据三维物性反演

重力数据的物性反演面临着严重的多解性问题,降低多解性的有效手段是加入约束条件.而边界识别、深度估计及成像方法可获取地质体的水平位置、深度范围等几何参数信息,本文将基于数据本身挖掘的地质体几何参数信息约束到物性反演中,以降低反演的多解性.通过引入基于深度信息的深度加权函数及基于水平位置的水平梯度加权函数建立优化约束条件,有效地提高了反演结果的横向及纵向分辨率.重力梯度数据包含更多的地质体空间特征信息,将优化约束反演方法应用到全张量数据的反演中,模型试验表明本文方法反演结果与理论模型更加吻合.最后对美国路易斯安那州文顿盐丘实测航空重力梯度数据的应用表明,本文方法在其他地球物理、地质资料不足的情况下获得更可靠的反演结果.     

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.     

磁梯度张量解析信号分析法及其在场源位置识别中的应用

相对于传统磁异常数据,磁梯度张量数据可以提供有关异常体更多的信息,分辨率更高,具有广阔的应用前景.本文给出了基于磁梯度张量解析信号进行边界增强的新方法,该方法是通过对异常垂向一阶导数与z方向解析信号的比值做归一化得到的,其零值线位置可以很准确的反映出地质体边界位置,而且可以有效降低噪声的干扰.文中还证明了异常垂向一阶导数与x、y、z三个方向解析信号的比值同样满足欧拉齐次方程,且在计算过程中不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差.通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明:与常规欧拉反褶积法相比,该反演方法能够更好的得到地质体界面及深度信息,所得的解更集中.将其应用到保定实测数据中,获得了更精确的场源信息.     

Vinton dome地区全张量重力异常的解释

Vinton dome地区位于美国墨西哥湾,发育着大量的盐丘构造,为油气的储藏创造了有利条件.地震勘探结果在盐丘区域存在一定的发散从而难以准确地确定盐丘的准确范围,难以为钻探工作提供可靠的信息.为了获得准确的盐丘形态,现今大多采用重力与地震数据的联合解释.重力梯度异常相对原始重力异常具有更高的分辨率,Bell Geospace公司于2011-2012年在Vinton地区进行了全张量重力测量.本文推导出重力张量异常进行界面正反演的公式,并通过理论模型试验证明了重力与张量异常联合反演可有有效地提高反演结果的准确性.根据先前地震结果利用实测重力张量异常反演获得了Vinton dome地区盐丘界面的变化,此外还利用密度反演方法圈定出盐丘的具体分布,结果显示两种方法所获得的盐丘顶面位置相一致,从而为下一步的钻探工作提供了有力的保障.     

基于重力梯度张量曲率的边界识别

重力梯度张量曲率目前广泛用于重力数据的处理和解释中.为了拓宽重力梯度张量曲率的应用,本文回顾了重力梯度张量曲率的定义,从等位面的曲率定义出发,讨论了正确计算曲率的测量参考系及局部旋转的相关理论,并以单个球体和棱柱体为例来说明曲率的正确计算方式.然后,在正确计算重力梯度张量曲率的基础上,将重力梯度张量曲率应用到重力数据的边界识别中,通过理论模型和实际数据详细分析和比较了各种曲率在重力边界识别中的应用效果.结果表明:基于等位面的局部旋转坐标系是各种曲率正确计算的先决条件,纠正了曲率计算的误区;在边界识别中,局部坐标系下所计算的高斯曲率进行边界识别能够较好的圈定地下地质体的边界.     

一种改进的重力梯度全张量数据的边界识别方法

边界识别是重力资料解释中的一项重要任务.随着重力梯度测量技术的迅速发展,重力梯度张量数据在边界识别中的应用越来越广泛.本文重点研究了随着深度的增加,边界识别能力下降,正负异常中出现假边缘的问题.另外,有些边缘检测方法对走向不同的地质体识别能力有所差异.本文对基于重力梯度张量的水平方向Theta法进行改进,通过选择合适的阈值来减少虚假异常,提出了一种改进的重力梯度全张量数据的边界识别方法(IED).通过模型试验的对比,证明该方法不再受地质构造走向的影响,对不同深度的地质体边缘检测清晰、连续,且正负异常之间无虚假边界.最后,将该方法应用于加拿大圣乔治湾的重力梯度张量资料,其结果显示了更多的地质细节.     

重力和重力梯度数据联合聚焦反演方法

重力数据包含较多的低频信息,重力梯度数据包含较多的高频信息,将重力数据和重力梯度数据进行联合反演得到的结果更加可信.本文基于聚焦反演方法,实现了这一过程.因为联合反演中分量种类增加,所以计算灵敏度矩阵所需要的时间增加,为此,本文提出了一种快速计算灵敏度矩阵的方法.因为联合反演对内存的要求增大,本文选择有限内存BFGS拟牛顿法求解反演问题.本文通过再加权的方法实现深度加权.文中利用单一分量的反演结果来预测异常体的埋深信息,随后将埋深信息结合到深度加权函数中,将其用于多分量组合反演计算.给出了模型试验,发现预测得到的异常体的埋深信息与其实际埋深存在偏差,但是将这一信息应用到反演计算,能够得到与真实模型一致的结果.之后,本文通过模型试验来探究重力和重力梯度联合反演的优势,发现将重力和重力梯度数据联合,能够识别出额外的噪声,反演得到的模型更加合理.但是,对于不同分量组合得到的反演结果是相近的,反演模型的提高很小.最后,将联合反演方法应用到美国路易斯安那州Vinton岩丘的实际数据中,结果显示,将重力和重力梯度数据联合反演,反演模型得到了提高,反演得到的结果与地质资料吻合.     

不同数据用于欧拉方程的模型计算

在欧拉反褶积方法的研究中,过去常直接用原始位场异常值及其导数进行反演,由于数据的局限性,有时导致反演结果的发散.为改善反演结果的收敛性,本文中采用了垂直导数、水平导数及解析信号作为源数据进行欧拉反演.(1)推导了重、磁异常不同数据类型的欧拉方程;(2)找出了重、磁异常不同数据类型的欧拉方程之间的联系和差异;(3)通过模型计算比较,证明用导数或解析信号进行欧拉反演计算,可改善反演效果,提高反演结果的收敛性.     

磁张量梯度数据方向解析信号比值的边界识别和空间位置反演方法

磁张量梯度测量具有高分辨率、多参量的优点,能更准确地描述磁源体的分布特征,在矿产资源勘探中具有广阔的用途.磁异常解析信号具有受倾斜磁化干扰小的特点,且为了增强深部地质体的分辨能力,本文提出磁张量梯度数据的解析信号比值的均衡边界识别及空间位置反演技术.磁张量梯度数据的均衡边界识别方法为不同方向解析信号比值的反正切函数,在降低倾斜磁化干扰的同时能有效地均衡不同深度地质体的响应,提高了对较深地质体的分辨率;空间位置反演技术是建立解析信号比值与地质体位置参数的对应方程,利用解析信号比值与地质体的对应关系作为约束条件来反演获得地质体的水平位置和深度信息,具有无需已知任何先验信息的优势.通过磁性体张量异常试验表明解析信号比值的边界识别方法能清晰和准确地获得不同深度地质体的边界,所建立的反演方程能准确地计算出地质体的范围和深度,具有较高的水平分辨率和精度.将本文方法应用于实测磁张量梯度数据的解释,获得了地下铁矿的分布特征,为区域矿产资源潜力评价提供了翔实的基础资料.     

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%.     

识别断裂构造的DCT法

为了提高欧拉反褶积(Euler法)的反演精度,提出基于DCT的Euler法确定断层断点位置的反演方法,从理论上给出了基于DCT的Euler齐次方程,指出异常导数的计算精度是影响Euler法反演精度的核心问题.台阶模型实验证实:用DCT法计算的重力异常垂向一阶导数的最大误差为0.460×10-9/s2,均方差为0.189×10-9/s2,水平导数最大误差为0.182×10-9/s2,均方差为0.028×10-9/s2,与DFT法相比,其计算的异常导数具有很高的精度.通过对正演模型的计算,确定了基于DCT的Euler法模型反演的位置为台阶断面的中心点位,与理论点位相对应;在反演模型实验中,证实了DCT法具有较高的反演精度,同时在实际应用中,进一步验证了该法的可行性、实用性和准确性.     

基于垂向一阶导数与解析信号比值的欧拉反演方法

常规欧拉反褶积法中构造指数的选取以及分散解存在较多的问题,提出了基于联立垂向一阶导数与解析信号的欧拉齐次方程的RDAS-Euler反演方法。该方法可以更为精确的估计场源的范围及埋深,且不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差。通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明本文方法能有效地完成目标体的反演工作,反演结果与理论值之间的误差小于10%,且相对于常规欧拉反褶积法更加稳定准确,能够更好的得到地质体边界及深度信息。将RDAS-Euler法应用于黑龙江省虎林盆地实测布格重力异常数据,获得了丰富的断裂信息,说明RDASEuler法增强了对断裂平面位置的识别能力。     

基于垂向一阶导数与解析信号比值的欧拉反演方法(英文)

常规欧拉反褶积法中构造指数的选取以及分散解存在较多的问题,提出了基于联立垂向一阶导数与解析信号的欧拉齐次方程的RDAS-Euler反演方法。该方法可以更为精确的估计场源的范围及埋深,且不需考虑构造指数N的影响,避免了因构造指数不当而引起的反演误差。通过对单一地质体及组合地质体模型的实验证明本文方法能有效地完成目标体的反演工作,反演结果与理论值之间的误差小于10%,且相对于常规欧拉反褶积法更加稳定准确,能够更好的得到地质体边界及深度信息。将RDAS-Euler法应用于黑龙江省虎林盆地实测布格重力异常数据,获得了丰富的断裂信息,说明RDASEuler法增强了对断裂平面位置的识别能力。     

利用Extrapolation Tikhonov正则化算法进行重力梯度三维密度反演（英文）

本文利用Extrapolation Tikhonov正则化算法处理重力梯度数据三维密度反演的线性不适定问题。与Tikhonov正则化方法相比,Extrapolation Tikhonov正则化方法减小了因正则化参数的引入而带来的反演结果误差,提高了预测数据与观测数据之间的拟合精度。同时为了消除位场数据反演时位置函数快速衰减对反演结果的影响,本文提出了基于重力梯度全张量特征向量法的深度加权函数,模型试验证明了该深度加权函数能有效识别异常体密度分布特征。对澳大利亚Kauring地区实测重力梯度数据进行反演,并和已有研究成果对比分析。结果表明该反演方法能够较好的获取地下异常体的密度分布信息。     

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.     

欧拉反褶积法在航空重力勘探中的应用

在论述欧拉反褶积基础理论与方法的基础上,以我国某海域航空重力资料为例,对该海域内地质异常体(侵入岩、断鼻构造)及断裂构造等进行了欧拉反褶积反演计算,获得了场源深度等信息,确定了场源位置及边界,并与航空布格重力异常、垂向导数、上延、水平梯度模、剩余异常以及重磁联合反演结果等资料相互验证,取得了很好的应用效果.基于该地区的反演效果,证明欧拉反褶积法可应用于航空重力勘探中,可为其他航空重力勘探区计算场源位置及深度信息提供可靠并且准确的研究方法,从而达到辅助航空重力勘探测量的效果.