位场向下延拓的最小曲率方法

针对位场向下延拓的不适定性,我们将位场向下延拓视为向上延拓的反问题,提出以位场最小曲率作为约束条件来求解稳定的下延位场.我们将剖面位场向上延拓表达式用傅里叶矩阵的形式表示,以矩阵乘法形式给出延拓的表达式,同时向待反演的下延位场引入最小曲率约束,得到向下延拓的最小曲率解,并利用正交变换给出了更为简洁的频率域解.随后,利用Kronecker积将上述全部结果拓展至三维位场,给出了三维位场向下延拓的最小曲率解.此外,我们将位场数据的填充、扩充问题与向下延拓问题统筹考虑,提出一种新的向下延拓迭代格式,该算法面向实际资料处理需求、无须预扩充或填补数据.下延迭代时,对原始数据直接向下延拓,而空白部分利用上一次下延位场估计的上延值替代其空白值并对其向下延拓,直至获得最小曲率约束下稳定的向下延拓结果.同时,我们也讨论了利用改进L曲线和广义交叉验证(GCV)计算正则参数最优估计的问题.对理论模型和实际航空重力资料进行了向下延拓检验,处理结果表明位场向下延拓的最小曲率方法解能满足实际位场资料对向下延拓处理的需求,具有较高的下延精度.     

位场向下延拓的波数域广义逆算法

位场向下延拓是位场数据处理和反演中的重要运算，但是它的不稳定性影响了它在许多处理和反演方法技术中的应用.本文通过把位场向下延拓视为向上延拓的反问题，得到向下延拓的褶积型线性积分方程，再利用Fourier变换矩阵的正交对称特性，并结合矩阵的奇异值分解和广义逆原理，提出了一种稳定的不需要进行求逆运算的位场向下延拓广义逆方法——波数域广义逆算法，解决了位场大深度向下延拓的不稳定性问题.把这种方法用于三维理论模型数据和实际磁场数据的向下延拓获得了理想的结果.     

等效源法三维随机点位场数据处理和转换

为了实现曲面随机点位场数据的曲面延拓和转换,以磁异常位场数据为例,采用一组磁偶极子作为等效源,置于观测面下方的一个曲面上,把观测磁异常作为这组磁偶极子所产生磁异常的边界条件,通过求解线性方程组的方法反演磁偶极子磁矩的大小,再根据反演结果正演所要计算的磁异常数据,实现了曲面随机点磁异常位场数据的向上延拓、向下延拓、求导以及化极处理.在数据量较大时,为了提高反演计算的速度,把磁异常数据和磁偶极子分成若干小块,再利用各块磁异常数据分别反演该块数据下方磁偶极子的磁矩,并通过迭代计算来逐步取得更准确的反演结果.模型试验表明,磁异常位场数据向上延拓的均方根误差小于±2nT,向下延拓和化极也可以取得较高的精度,所提出的分块处理方法提高了延拓和转换的速度,实际资料处理给出了曲面随机点航磁异常数据向下延拓和化极的一个例子.     

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.     

重力异常视深度滤波及应用

为了解观测面以下位场场源体产生的异常,设计了一种波数域的滤波器,该滤波器可在无需岩石物性资料的前提下用于位场数据的反演．对位场资料用解析法和差分法上、下延拓,以消除浅表干扰源的影响,并最后下延至观测面以下,根据下延后场的极值确定场源的质心深度．理论模型的试算和实际资料的处理均获得了令人满意的效果．     

基于向上延拓的航空重力向下解析延拓解

位场向下与向上延拓之间存在固有的内在联系,向上延拓解算具有稳定可靠的优良特性,本文据此提出了借助向上延拓信息实现航空重力向下延拓稳定解算的两种方法,分别建立了点对点向下解析延拓模型和最小二乘向下解析延拓模型.其核心思想是,依据泰勒级数展开模型,将位场向下延拓解算过程转换为向上延拓计算和垂向偏导数解算两个步骤,通过第一步的处理有效抑制数据观测噪声对解算结果的干扰,通过第二步的处理成功实现向下延拓反问题的稳定解算,较好地解决了向下延拓解算固有的不适定性问题.分析研究了两种解析延拓模型的计算精度及适用条件,利用超高阶位模型EGM2008建立的模拟标准场数据对两种模型解算结果的合理性和有效性进行了数值验证,证明本文新方法实用易行,具有较高的应用价值.     

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.     

THE USE OF FOURIER SERIES METHOD IN UPWARD CONTINUATION WITH NEW IMPROVEMENTS*

This paper shows how to reduce the errors near edges of potential field data that result from using Fourier series in the computation of upward continuation of potential field anomalies. This kind of error, if uncorrected, can lead to erroneous geological interpretation. The errors that occur at both edges of potential field data after upward continuation originate from the representation of data by using Fourier series from which data becomes periodic with discontinuities or sharp changes between each period. In order to reduce this type of error, we propose, either 1) to use only the cosine series, or 2) to add a certain number of constant data to both edges of the original data before continuation. Using these new schemes, we have demonstrated the improvement on the accuracy near edges of continued anomalies with profiles of magnetic anomaly computed from an assumed model.     

正则化等效层重力向下延拓方法

近年来,利用时移微重力技术进行储层开发监测受到国内外学者广泛关注.时移微重力观测数据存在信噪比低,信号弱的问题,难以实现储层内物质运移的定量解释.为压制数据噪声,增强有效弱信号,本文研究了利用Tikhonov正则化方法反演等效层（源）,并由等效源实现重力场向下延拓的方法;在此基础上,本文推导了波数域正则化等效源向下延拓算子.针对向下延拓场幅值衰减问题,提出了正则化等效源迭代补偿算法.通过模拟数据实验研究了不同深度正则化等效源滤波算子及向下延拓算子的波数响应;与波数域Tikhonov正则化向下延拓方法相比,正则化等效源向下延拓方法的延拓精度更高、更稳定.最后,将基于迭代补偿的正则化等效源向下延拓技术应用于实测时移微重力数据证实了该方法能够有效增强局部异常,实现时移微重力数据大深度稳定向下延拓.     

位场向下延拓的改进迭代维纳滤波法

根据维纳滤波理论导出的位场向下延拓滤波器为最佳下延滤波器,但因其实现需要已知待求位场和噪声的功率谱而在实际应用中受到限制.针对该问题,本文首先提出一种基于位场径向平均功率谱的位场噪声水平估计方法,进而利用偏差准则求取正则化参数,实现位场正则化向下延拓;然后将位场正则化下延结果的功率谱作为待求位场功率谱的估计初值,采用带修正项的迭代维纳滤波方法来更新对待求位场功率谱的估计,最后提出本文的位场向下延拓改进迭代维纳滤波方法.基于理论重力模型数据及航磁实测数据进行了向下延拓对比试验,结果表明,改进迭代法具有较好的收敛性,且下延精度优于Tikhonov正则化法和递增型维纳滤波法.     

火山岩油气藏重磁电震综合预测方法及应用

通过准噶尔盆地陆东地区数十口钻井资料的对比分析、归纳总结,提出了火山岩油气藏重磁电震综合预测方法.将正则化下延与延拓回返垂直二次导数串联形成了一个新的滤波器,该滤波器相当于首先通过正则化下延将位场曲面延拓至地下目的层段,降低火山岩埋深对磁J异常幅值的影响,然后利用延拓回返垂直二次导数对弱信号进行增强,不仅提高了位场异常...     

位场延拓的积分-迭代法

本文介绍一种新的位场延拓方法——积分-迭代法.将起伏面上的实测位场值,垂直投影至起伏面下部的一个水平面上,作为该水平面上的位场初始值.根据该水平面上的初始值,用积分方法计算起伏面上的位场值.用起伏面上的实测值与计算值的差值,对水平面上的位场值进行校正.如此反复迭代,直至起伏面上的实测值与计算值的差值小到可以忽略.有了水平面上的位场值后,就可以用积分的方法或其他方法计算水平面以上的任意曲面或水平面的位场值.该方法原理简单,不用解线性代数方程组,有较高的计算速度.它特别适用于位场向下延拓,有良好的延拓效果.本文还介绍了积分迭代法的应用实例.     

位场各阶垂向导数换算的新正则化方法

位场垂向导数大量应用于位场数据处理与解释中.当前广泛采用的位场各阶垂向导数换算方法为基于Laplace方程并结合波数域和空间域方法的具有递推特性的ISVD(integrated second vertical derivative)算法.本文在位场垂向导数换算的正则化方法和径向平均功率谱的基础上,提出一种位场各阶垂向导数换算的新正则化方法.新正则化方法仅需通过分析位场径向平均功率谱来确定一个截止波数,即可稳定换算位场各阶垂向导数.理论模型和实测数据实验结果表明:(1)新正则化方法物理意义明确、计算简单,且各阶垂向导数换算的稳定性和精度明显优于ISVD算法;(2)在用新正则化方法求得各阶垂向导数的基础上,利用泰勒级数法可以获得大深度、高精度的位场向下延拓结果.     

噪声对磁场向下延拓迭代法的计算误差影响分析

磁场向下延拓可以增强数据的分辨率.在现有的向下延拓方法中,迭代法具有较好的计算效果和较大的向下延拓高度.首先介绍了迭代法的基本原理,分析迭代法的特点;然后利用迭代法对不同噪声水平的模型数据和实测数据进行向下延拓计算,研究噪声对迭代法的计算误差影响.通过延拓结果和实际数据比较分析,客观评价了迭代法的计算精度、可靠性及适应性,对推广应用该方法具有实质性意义.     

2D and 3D potential-field upward continuation using splines

The dominant upward‐continuation technique used in the potential‐field geophysics industry is the fast Fourier transform (FFT) technique. However, the spline‐based upward‐continuation technique presented in this paper has some advantages over the FFT technique. The spline technique can be used to carry out level‐to‐uneven surface 2D and 3D potential‐field upward continuation. An example of level‐to‐uneven surface upward continuation of 3D magnetic data using the spline technique is shown, and it is evident that the continued anomalies are very close to the theoretical values. The spacing can be irregular. Synthetic examples using the spline technique to continue noise‐contaminated gravity and magnetic data upward to an altitude of 15 km on irregular grids are shown. Gaussian noise with a zero mean and a standard deviation of 1% does not cause much error and can readily be tolerated. Through comparison with the FFT technique, it is found that for low‐altitude gravity and magnetic upward continuation, both the FFT technique and the spline technique are suitable; for high‐altitude upward continuation, the FFT technique is inaccurate, whereas the spline technique works very well. Also, upward continuation by the spline technique has a smaller edge effect than upward continuation by the FFT technique. The spline‐based upward continuation technique works fairly well even when the periphery of a grid is not quiet: it is rather robust in general. A real example shows that the spline technique can be employed to perform upward continuation of total‐field magnetic data and to de‐emphasize near‐surface noise.     

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.     

Upward continuation with topographic datuming operator: the integrated wave equation datuming scheme revised

The integrated wave equation datuming scheme is an integrated datuming method to implement the wave equation velocity replacement with a one-way extrapolator for overthrust data. The integrated wave equation datuming scheme is accomplished by downward continuing the data from the topography to a non-planar base of the weathering layer, followed by an upward continuation from the base of the weathering layer to a final planar datum. Both the downward and the upward continuation are accomplished by a one-way extrapolator by a classical 'two-step' implementation. The topographic datuming operator is a distinctive technique by which the shots and receivers are downward continued simultaneously. Although its inadaptability to non-planar datum and the strong lateral variation of the near-surface structure constrains its application to the downward continuation of the overthrust data, we found that the 'one-step' feature of the topographic datuming operator is extremely suitable for the upward continuation. In this paper, the topographic datuming operator is incorporated into the integrated wave equation datuming scheme to perform upward continuation instead of a one-way extrapolator – thus a revised integrated wave equation datuming scheme is constructed. Compared with the previous scheme, the computatiol cost of the revised integrated wave equation datuming scheme is greatly reduced, thus the applicability of the integrated wave equation datuming scheme is further improved. The synthetic and real data examples demonstrate its effectiveness and efficiency.     

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.     

利用加强水平方向总水平导数对位场全张量数据进行边界识别

位场全张量梯度数据以其信息量大、含有更高频的信号成分,能更好地描述小的异常特征等优点在地球物理领域中得到广泛应用.边界检测是位场解释中不可缺少的任务,需要新的边界探测器来处理位场梯度张量数据.为了充分利用位场梯度张量数据的多信息成分,本文定义了方向总水平导数和加强方向总水平导数,并利用其定义新的边界检测器.为了能同时显示不同振幅大小异常的边界,本文对其进行了归一化处理.通过模型试验,证明了归一化方法能更加清晰准确地显示浅部和深部的地质体边界信息.最后将该边界检测方法用于加拿大圣乔治湾实际测得全张量重力梯度数据和中国朱日和地区的磁异常数据中,并得到了较好的边界检测结果.