ArcGeophysics 1.0: GIS环境下综合处理、解释地球物理与地质、地球化学、遥感等资料的组件(COM)包与应用实例

地球物理资料综合处理与解释在油气、煤田、矿物勘探\[5\]、水文分析、水文工程与环境评价中有重要应用.然而，目前的(位场)地球物理处理与解释可视化程度低，无法利用其它资料有效的约束、关联分析与综合快速解释.虽然地理信息系统(GIS)是目前综合多种资料，进行空间处理、分析，提供决策支持的强有力工具，但是，GIS是为一般地理问题分析定制的，缺少综合地球物理处理解释的工具.本文给出了解决上述问题的，用组件对象模型(COM)实现的软件包－ArcGeophysics. 在ArcGeophysics中，实现了勘探数据的有效管理，空间统计分析，地球物理（正演、反演），地球化学与遥感处理、分析、解释与可视化，信息集成与勘探靶区预测等功能.特别需要指出的是：(1) ArcGeophysics 无缝地结合了ArcObject (ArcGIS, ESRI)，也就继承了当前国际上占主导地位的GIS软件包中所有的GIS功能；(2) ArcGeophysics是建立在COM基础之上，任何支持COM的应用环境(如MS Office)，编程环境(如MS Visual Studio (.Net), Borland Delphi等都可以调用这些功能(相当于通用开发工具包)； (3)ArcGeophysics对地球物理资料的处理解释结合了非线性系统、多尺度分析与多维分形理论.本文不仅给出了各向异性奇异性的应用实例，而且还给出了位场在Fourier空间处理分数维导数，以及在余弦变换空间多维分形模型(C-SA).本文应用加拿大Nova Scotia省南半部的地球物理、地球化学、地质与成矿资料进行了试算，得到了理想的结果，文中图２～图５均直接出之ArcGeophysics的输出.     

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.     

高温高压下地球物质综合物性测量及岩石层结构的研究

研究地球深部地质,除了借助地球物理勘探方法之外,一种便捷的方法是在室内对地球物质(主要是指矿物和岩石)进行直接的物理性质测量并辅以地质、地球化学的研究.在实验室创造可控的P-T 等物理化学条件进行就位(in site)测量是模拟“真实”条件下物理、化学过程和物质状态,动力学背景的一种可     

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.     

GIS环境下地球物理信号的奇异值分解、多维分形特征与应用

将布格异常作为二维实矩阵对其进行了奇异值分解。用其左特征向量矩阵与右特征向量矩阵的立积构造了一个二维完备(特征空间)正交基。布格异常投影到该正交基上的系数是布格异常矩阵的特征值(奇异值的平方)。奇异值代表了布格异常在其特征空间的一种功率密度。对比了密度分布面数、密度分布面数的变化率、密度分布面数的积分能量后，定义了奇异值谱半径量度下的能量测度。能量测度与能量谱半径符合(简单分形)指数或(多维分形)分段指数变化。利用教优分段方法得到这些分段点，利用这些分段点在特征空间中对地球物理场进行了重建、滤波。编制了与GIS结合的程序。用该方法分析和处理加拿大Nova Scotin的地球物理资料，并将结果与巳知的地质、金矿点进行了对比。结果表明，可以很好地提取地球物理场中的背景、异常场，该结果与岩性、构造、巳知矿点关联，可进行矿产资源评价和靶区预测。该方法还可用于各种地球物理信号的分离、图像处理、图像压缩等。作者开发的结合GIS的应用程序，使得这些分析能快速完成。     

地球物理信号能量(密度)多维分形及应用

地球物理信号代表的地质地球物理过程在多种尺度上和尺度之间表现为自相似性（self-affinity)或尺度无关性（Scale Invariant)，称为地球物理信号的分形性质，多个分形地球物理信号叠加在一起表现为多维分形特征，研究多维分形地球物理信号的能量或能量密度特征，可以进行时间或空间地球物理信号的校正、奇异性研究分析，或进行不同地球物理动力学过程的分解，本文描述了地球物理时间（空间）信号的多维分形过程和功率谱密度（能量密度）与波数以及重磁场能谱密度及面积（能量）与能谱密度的多维分形关系，并用地球物理测井与重磁资料作了试算。     

利用地球物理方法圈定松辽盆地干热岩靶区

干热岩作为一种新型的地热资源,其勘探与开发有重要意义.本文将对干热岩国内外勘探与开发现状进行介绍,给出寻找干热岩的勘探思路.结合已有的地质与地球物理资料对松辽盆地地热分布和地球物理特征进行分析.松辽盆地在地质、地球物理和地球化学等方面已有了大量的研究,通过对本地区的磁法和重力数据进行处理,进行莫霍面、居里面等界面的深度反演,计算不同深度的地热温度值及梯度值,总结分析区域的干热岩形成的条件,圈定可能的尚未开发研究的存在干热岩的区域,并给出了初步的评价结果.     

作者简介

胡久常 海南省地震局副研究员．1988年云南大学地球物理专业毕业，获学士学位；1999年获北京大学构造地质专业硕士学位．曾从事地磁、地下流体、地震活动性及地震综合预报等研究．现从事火山地质、火山监测以及火山资源开发利用研究工作．中国灾害防御协会火山学会理事、中国矿物岩石地球化学学会火山及地球内部化学专业委员会委员、海南省地震学会理事．     

一种综合地学数据的矿产资源潜力制图方法

研究适应信息化时代特征的矿产资源潜力制图新技术、新方法对推动矿产资源评价理论与技术的发展具有重要的意义.笔者把GIS技术、图像分类算法和空间统计学理论进行有机集成,在空间统计学的空间结构分析技术和遥感图像纹理分类算法的基础上,提出了一种以综合地学数据（地质、地球物理、地球化学和遥感图像数据等）为基本数据源的矿产资源潜力自动制图方法.该方法的技术流程为：①数据准备,即对地球物理和地球化学勘探数据进行预处理,生成一个物化遥综合图像文件;②图像空间结构性分析和纹理图像生成,以综合地学图像为研究对象,用空间统计学的结构分析技术研究地学数据综合图像的空间结构性,生成纹理图像;③纹理图像多元分类,用实验变差函数纹理分类方法对研究区进行多元分类,生成分类专题图;④分类后处理,用叠置分析修正空间分类结果,生成区域矿产资源潜力分布图.     

地球内部壳幔介质地震各向异性与动力学响应

实际的地球介质十分复杂,远非当今人们所采用的理想模型可以概括,因为其属性和结构的变异是非均匀、非线性和各向异性的.在研究地球内部壳幔介质与结构、构造与属性差异、金属矿产资源和油、气、煤能源的勘查中,无论是区域构造格局、岩相和结构特征(如裂缝、破碎带、不同尺度的洞穴以及一些不规则几何体)均十分复杂.近年来基于成山、成盆、成矿、成岩和成灾研究的不断深化,对地下介质各向异性的研究受到广泛的关注.地震波动传播理论和介质与结构的物理属性研究结果表明:地震各向异性在成因上主要是由岩石、矿物和晶体的晶格优势取向、应力场异常变异和构造裂缝与深部物质运移造成的.为此,本文对14次地震各向异性会议的主体内涵进行分析,在此基础上,指出了在各向异性研究的发展进程中、特别是在应用中尚存在着的一些问题.在深化认识地球内部物质物理属性的基础上,探讨了S波分裂和偏振效应与地震各向异性与介质结构分区、构造活动,油气田勘探与岩相特征,裂隙与构造精细刻划和地震活动区(带)深部介质与构造环境的深层过程和动力学响应的关系.最后提出了地震各向异性在地球物理学发展中的作用和今后的任务.