地球物理和地球化学异常的多重分形分析与分解

地球物理和地球化学异常是找矿的重要依据，异常的空间结构性包括奇异性和自相似性.奇异性反映了地球化学元素在岩石等介质中的局部富集和贫化规律，根据不同的自相似性特征可以分离地球物理和地球化学异常的背景场和异常场，有利于进一步评价异常与矿化的关系.近年来出现了基于空间域、付立叶域、特征值空间、沃尔什域的C-A、C-D、S-A、MSDV、W-A等异常的分解和分析方法，并成功应用于对地球物理和地球化学异常的解释中.本文对这些方法进行了概括和总结，探讨了小波域进行多重分形分析的方法在地球化学异常的分析和分解中的应用.并以山东乳山市葛口-石城测区的Au为例，以小波变换下的多重分形方法分析了该地区金成矿的可能前景，与实际情况较为吻合.     

基于机器学习的成矿背景异常分解关键参数的自动计算

分形是地质矿产领域非线性计算的重要方法,GeoDAS软件是实现该方法的有效工具,因受限于软件的紧耦合性,目前难以整合人工智能等在线计算资源.为了充分发挥分形在地学大数据处理与智能分析中的作用,本文以成矿背景异常分解技术中异常下限(阈值)估计为研究目标,提出了一种利用机器学习中线性回归算法拟合数据实现阈值自动求取的方法,在ArcGIS Pro中采用Python基于机器学习框架实现了异常下限智能计算模块.采用GeoDAS软件自带砷(As)示例数据进行两种方法对比实验.实验结果表明:机器学习方法与GeoDAS的能谱密度面积(S-A)异常分解技术所得阈值的平均差小于8％,且最小差为2.35％.此外,根据最佳阈值对异常场圈定效果与软件处理后呈现效果基本一致或完全相同,验证了采用机器学习方法自动计算阈值下限方法的有效性.     

空间自相似性与地球物理和地球化学场的分解方法

场的分解是应用勘查地球物理和地球化学数据所必不可少的数理处理工作，这项工作往往是为了分解不同的场来研究和了解不同的地质以及相应的地质过程，比如划分不同岩石类型以及识别和圈定矿化蚀变睡.闰定地质过程所产生的同类型的地质体并不简单地对应于相同的场值和频率，场的分布特征往往还与地质体的几何形态，。埋藏深度以及与其周围地质体的相对差异有关。然而，由于地质过程往往具有多期次和空间相关性等特点，所产生的地质体或者相应的场往往会呈现空间自相似性或统计自相似性。这种自相似性可以帮助分解不同地质过程所产生的同类地质体，文中所介绍的多重分形（multifractal)滤波方法（S－A）根据场的能谱分布的不同空间自相似性形成不规则甚至分形滤波器，并将场分解为不同同的组份，如局部异常和背景场，应用该方法对多处地球化学和地球物理场的处理结果表明，该方法对区分与矿有关的局部异常与背景场是很有效的，对加拿大NOVA SCOTIA省西南部航空放射性铀钍钾（U-Tn-K)数据处理所分解的异常对反映岩体中与铀－钨－锡（U－W－Sn)矿化有关的围岩饰变具有明显的效果。     

微磁测量在坦桑尼亚构造蚀变岩型金矿床上的应用研究

构造蚀变岩型金矿床是坦桑尼亚绿岩带重要的金矿床类型.金矿脉和它所赋存的构造蚀变带与周围背景岩石磁性差异较小,高精度磁测难以反映出构造蚀变带和金矿脉引起的微弱磁场特征,为了获取构造蚀变带和金矿脉引起的精细磁场结构,在选择的单元测区(主要矿脉分布区)内进行了高密度、高精度、高分辨微磁测量(20 m×5 m)精细研究;微磁异常清晰地反映了构造蚀变带和金矿脉群引起的磁场特征,为钻探工程布置提供了充分的依据,起到了良好的找矿效果.研究认为寻找构造蚀变岩型金矿的微磁测量流程为:(1)开展1∶1万地面高精度磁力扫面测量,大致圈定找矿靶区和选择单元测区;(2)单元测区内进行微磁测量,获取精细地磁场结构;(3)微磁异常上布置微磁剖面测量(点距2 m),定位构造蚀变带和金矿脉.微磁测量对坦桑尼亚其他绿岩带以及我国(乃至世界)绿岩带地区寻找构造蚀变岩型金矿也具有良好的示范和指导意义.     

中高山区高精度航磁调查找矿效果研究

随着矿产资源需求的不断加大,我国西部高山区利用高精度航磁技术开展矿产勘查的需求越来越高,本文以东昆仑、阿尔金等多个高山区实测资料为基础,通过对不同型号飞机性能进行对比,选择适合高山区航磁测量的飞行平台;结合理论模型计算与不同高度飞行试验,确定了高山区有效飞行高度;并在基础上开展了航地磁测量效果对比.在航磁资料精细解释方面尝试了曲面位场转换处理,对比了转换前后局部异常强度变化;针对高海拔地区弱小磁异常选编,开展了弱缓异常提取技术研究;并针对起伏地形条件下航磁异常2.5D/3D精细反演解释技术手段进行了尝试,就如何提高航磁资料找矿效果进行了积极的探索.     

对廖家湾地球物理异常的新认识

为查明黄沙坪-廖家湾矿集区深部地球物理异常与成矿的关系,以及地下精细结构,本文采用人工地震、AMT、高精度磁测、综合物性研究等探测技术,结合该区的地质资料和前人的物性成果,通过磁、电、震联合反演,探讨了廖家湾成矿地球物理异常的深部地质成因;采用深、浅不同深度的地震反演速度剖面所提供的相对精细、精确的地下介质几何结构与速度变化特征,约束磁性与电性异常的解释,获得了较好的磁-震、电-震的一致性.研究表明:高磁性的矽卡岩与地面和航空磁异常密切相关,成矿地球物理异常与区内多金属矿(化)关系密切,是由深部隐伏钨锡矿(化)矽卡岩体引起.     

航磁异常分析技术及其在地质构造中的应用

航磁异常在地质构造研究中具有覆盖广、成本低以及横向分辨率高等显著优势,被广泛应用于隐伏岩浆岩及断层探测,俯冲带、大陆裂谷、岩墙群及地幔柱等构造特征分析,磁性界面(包含结晶基底及居里等温面)反演,区域构造划分,以及孕震构造背景研究等领域.近来随着航空磁测技术的发展,积累了越来越多大比例尺、高精度的航磁数据,并在此基础上产...     

Walsh列率域中多维分形模型与GIS环境下地球物理信号处理

地球物理信号通常在多个尺度段表现尺度不变性，这些不变性起因于不同的地质、地球物理或成矿过程的自相似性. 利用这种在多个尺度段的尺度不变性可以设计多维分形滤波器，滤波所得信号表征了具尺度不变性的地质地球物理或成矿过程，可以用于成矿预测或环境评价. 本文研究了Walsh变换列率空间地球物理信号的列率功率谱密度与列率之间的分形与多维分形关系, 试验证实了大洋钻探、石油以及煤系地层地球物理测井资料在Walsh域的多维分形性质，提出了用于分解地球物理场,提取有用信号并用于矿产资源勘探或环境评价的多维分形W-A模型. 利用波列率域中的多维分形关系构造了W A图解(W-A Plot). 借助W-A图解可以确定最小平方误差（LS）意义下Walsh功率谱变化的不同自相似性的频率分界点,从而用于设计W-A分形滤波器. 这种滤波器可将地球物理场分解成具有不同自相似性的局部场,并且保留原场的各向异性结构. 与通常使用的基于Fourier变换的滤波技术相比,W-A模型具有许多优点：W-A适用于检测地球物理信号中的突变、线性、环状、局部与纹理结构等弱信号. 同时，由于Walsh变换中只有简单的变号(加法与减法)，其计算速度远快于建立在复数乘法之上的Fourier变换，所以W-A计算速度远快于Fourier域的滤波方法，可以用于地球物理信号的现场实时处理. 用加拿大Nova-cotia省西南地区的布格重力异常进行了W-A方法的试算，处理结果反映了地质、矿产分布规律，能够很好地进行矿产预测.     

基于小波分析的高精度磁测在内蒙某多金属矿普查中的应用

在工区仅有化探资料和中小比例地质资料的基础上,为了缩小找矿靶区,提高找矿效益,进行了大比例尺高精度磁测工作.利用不同岩体的磁性差异,圈出了岩体分布情况,识别出了与成矿有关的断裂构造.磁法处理结果与化探资料吻合的较好,圈出了找矿的有利靶区,并得到了地质的验证,达到了间接找矿的目的.作为一种有效的位场分离工具,小波多尺度分析可以将场源分解到不同尺度上,来反映不同深度地质体产生的异常,在实践中获得较好的效果.     

重磁对应分析技术在缅甸X区块的应用研究

缅甸X区块属于陆上低成熟勘探区块,地震采集覆盖面积较少.为了预测研究区构造特征及火山岩分布情况,研究分析该区重磁异常的同源性,利用位场数据处理中的重磁对应分析技术、最大梯度模等方法,对该区重磁资料进行了处理和认识.综合分析了研究区重力场、磁力场、重磁对应分析中相关系数的基本特征,结合研究区已有地质资料及地震解释,进行构造特征认识,并综合分析了断裂划分及圈定勘探远景区.     

台湾海峡地震定点形变的异常分析

结合定点形变前兆异常的常用判定标准,用多种数学方法处理了厦门台与漳州台1991～1995年水平摆地倾斜资料,发现在9,16海峡地震之前,两个台站的资料都表现出不同程度的年变规律畸变、γ因子异常、一阶差分法异常、滤波法异常等多种地形变前兆指标异常。     

华北地区重力场变化特征与孕震模型研究

本文采用基于贝叶斯原理的重力平差方法对华北地区2009—2017年的16期陆地流动重力观测资料进行了统一处理,结合研究区内2009年以来4次M≥4.5 地震活动,分析区域重力场动态演化特征。基于华北地区均衡重力异常、布格重力异常、沉积层重力异常和莫霍面重力异常,研究华北地区三维密度结构特征,分析区域重力场变化与深部密度结构之间的关系。结果表明:研究区内近年来M≥4.5地震均位于区域差分重力场和累积重力场“零值”等值线附近、异常变化剧烈的梯度带及梯度带转弯部位,以及深部结构中理论均衡厚度与实际地壳厚度存在差异的非均衡区和三维密度结构的高低密度过渡带内。      

中强震前新沂台电阻率各向异性值（S）变化特征

对新沂地电阻率观测资料进行处理的基础上,研究了地震地电阻率各向异性的前兆异常特征,结果表明：1．在中强震前,震区一定范围内的地电阻率各向异性值（S）会出现上升型异常变化,这种变化表现为在原有平稳变化的背景上的上升变化或者是在原有上升趋势背景上的加速上升变化、亦或是在原有下降趋势背景上的上升变化;2．台站周围400km内5级以上地震发生前均存在明显的地电阻率各向异性值（S）前兆异常。     

二维Wiener滤波器及在物探中应用的一些问题

本文结合二维随机场函数z（x,y）及其统计特征、平稳性和各态遍历性的概念,导出了二维Wiener滤波器的两个波数响应H_opt（u,v）和 _opt（u,v）,并详细地讨论了导出它们的条件。为了正确地应用Wiener滤波技术,我们提供了检验物探观测数据的平稳性和各态遍历性的简单而适用的方法。最后还指出,当应用Wiener滤波的不相关技术时,将在区域异常的谱函数中引入一个非线性畸变因子,这个区域异常是从具有局部干扰的观测数据中提取的。于是,所提取的区域异常必然会产生某种程度的失真。     

二维最佳线性数字滤波器的设计原理

针对如何在干扰场的背景上区分出低缓异常,以及在位场的向下延拓一类计算中如何限制因误差的高频放大所导至的解的不稳定性等问题,本文探讨了在“最小二乘”意义下的最佳线性数字滤波器的设计原理,并将它转化为下述数学问题,即在L₂线性赋范函数空间中如何选取最佳滤波函数的问题。在空间域中直接解这个问题是十分复杂和困难的,我们发现在波数域中用变分法中的等周问题的解法直接选取最佳线性滤波器的传输函数（或波数响应）,则在数学方法上既简单又严格。这样选取的最佳线性滤波器的传输函数L（f,k）其表达式也很简单,即L（f,k）=|S_i（f,k）|²/{|S_i（f,k）|²+λ|N_i（f,k）|²}。式中,|S_i（f,k）|²及|N_i（f,k）|²分别代表滤波器输入端讯号和干扰的能谱（或功率谱）,f、k分别代表x、y方向上的波数,λ为大于零的常数。 对上述两类问题以及相关的两种最佳线性滤波器而言,L（f,k）的表达式是相同的,而区别仅在于其参变量λ的选取条件不同而已。 有了最佳线性滤波器的传输函数L（f,k）的理论公式,就可以在最小二乘的意义下分析和评价国内外所发表的解决上述两类问题的各种线性滤波方法,并能指出在不同的讯号与干扰条件下,在理论上线性滤波可能达到的最佳效果,从而为设计二维线性数字滤波器时,提供一个理论上的准则。 对位     

日本MW9.1地震对区域热辐射背景场影响的时频分析

一次特大地震会对震中及附近区域热辐射背景场造成较大影响。应用中国静止气象卫星风云二号系列（FY-2C/2E/2F/2G）的亮温资料,通过时频相对功率谱法对2007—2016年（30°N—45°N,135°E—150°E）范围的时频数据进行全时空全频段扫描,得到了2011年3月11日日本M_W9.1特大地震的热辐射异常,该异常特征明显且与地震发震构造对应较好。应用时频分析方法分析M_W9.1地震对上述扫描区域热辐射背景场的影响,得出2011年的热辐射异常出现时间长、范围大且与其它年份不同,进而得到影响过程的3个阶段（出现—最大—消失）。同时对多尺度相对功率谱处理地震热辐射异常的异同和优缺点进行了对比研究,结果显示6阶小波变换尺度部分经不同窗长的相对傅里叶功率谱处理能更加有效地识别和提取地震热辐射异常信息,研究区域10年间共出现6次热辐射异常,其中两次与2011年地震对应,3次与该区域其它地震对应,仅1次无地震对应。      

鄂尔多斯及周边区域噪声层析成像研究

基于中国地震科学探测台阵在鄂尔多斯及周边地区布设的461个地震台为期2年的地震观测资料,采用背景噪声层析成像方法,研究获得了鄂尔多斯及周边地区5—46 s周期、分辨率高达0.3°×0.3°的瑞雷面波相速度分布图像。与基于程函方程的地震面波成像结果对比看出,噪声层析成像在较短周期具有明显的优势（5—16 s）,可以获得更高分辨率的成像结果。短周期（5—10 s）的相速度分布揭示,河套盆地、太原盆地和运城盆地等均表现为显著的低速异常,表明这些盆地的新生代沉积较厚,临汾盆地为弱低速异常,推测其沉积层相对较薄;鄂尔多斯地块内部浅层速度较低,与该地区中生代具有较厚的沉积相一致;大同火山区为高速异常,可能是由该地区分布的新生代玄武岩引起的。鄂尔多斯内部中上地壳存在明显的北东向高速异常带,推测很可能与鄂尔多斯地块的基底拼合有关。中长周期（20—44 s）的相速度成像结果显示,鄂尔多斯地块表现为明显的高速异常,该异常在灵石隆起和临汾盆地一带可向东延伸至太行山造山带,推测这一地区在华北克拉通破坏过程中属于破坏较轻的地区,保留了部分高速的岩石圈根。大同火山区及河套盆地地区具有明显的低速异常,随着周期的增加低速异常逐渐集中分布在大同火山区附近,推测河套盆地深部热作用可能源自其东部大同火山区附近的深部地幔。      

2018年8月5日印度尼西亚地震震前电离层异常特征

基于2018年8月5日印度尼西亚地震震中（116.45°E,8.33°S）附近的澳大利亚达尔文站和位于震中磁力线共轭区域的武汉站的电离层测高仪观测数据,以及相同区域全球卫星导航系统接收机的观测数据,对该地震震前的电离层异常扰动特征进行了分析。结果显示,震前同时观测到了电离层F₂层临界频率（f_oF2）和总电子含量（TEC）时间序列的异常。基于岩石圈-大气层-电离层直流电场耦合模式和美国国家大气研究中心的热层-电离层环流耦合模式（NCAR/HAO TIEGCM）对震前震中及其对应磁力线共轭点区域的电子密度异常进行了模拟,模拟结果表明,在地震异常电场的作用下,地震区域及其对应半球的磁共轭区域的TEC和电离层F₂层峰值电子密度N_mF2发生了明显扰动。      

多尺度τ-p谱及其应用

把小波变换与τ-ｐ变换有机地结合起来,本文提出了多尺度τ-ｐ谱的概念,给出了基于多尺度τ-ｐ谱作滤波处理和波场分离的方法．与通常的τ-ｐ变换相比,该方法将x－t域的地震记录变换到（τ,p,a）或（τ,p,f）空间（即多尺度τ-ｐ谱）．多尺度τ-ｐ谱比通常τ-ｐ谱增加了一维,因此用于波场分离或去噪,前者优于后者．若恰当地选择小波函数,该方法抗噪能力强,计算精度高．文中给出了模型及实际地震资料处理实例;证明了此方法的有效性．     

重、磁异常的走向与其振幅谱走向的关系

在文中利用坐标变换的方法,证明了重、磁异常的走向与其振幅谱的走向是垂直的。