基于重力异常分离方法寻找深部隐伏铁矿 ——以安徽泥河铁矿为例

重力异常是地下不同规模、不同形态和不同埋深的不均匀地质体的综合响应,重力勘探主要通过从重力异常中提取感兴趣的局部异常,以便探测深部结构,寻找隐伏矿床.为探讨重力异常分离原则并检验方法效果,本文从各方法原理入手,加上模型试验以及在安徽省泥河矿区深部隐伏铁矿的探寻实践检验,阐明:趋势分析法是整体拟合不同于最小二乘圆滑的局部拟合,由于是多项式拟合区域场,趋势分析法不适宜范围大、地质情况复杂的测区;插值切割法以计算点场值与四点圆周平均值的插值运算为切割算子,通过连续切割,得到重力异常的切割区域场和局部场,插值切割法对于小测区单个异常的分离效果较好,切割次数选择1到2次即可;匹配滤波法通过分析实测异常功率谱曲线、选择合适的滤波段、建造适宜的低通和带通滤波器进行滤波,从而提取不同波数成分的异常场,匹配滤波更适合垂向叠加的异常分离;解析延拓是根据一个面上的一组位场数据确定另一个不同高度面上位场值,应用中要把握延拓高度;垂向二阶导数法可以起到突出浅源异常,区分水平叠加异常,确定异常体的边界,消除或削弱背景场的作用.通过安徽泥河铁矿重力异常分离实验,发现三阶趋势分析、向上延拓以及插值切割法能很好地分离出矿体异常和背景场,同时发现在泥河矿区东南部和东北部还存在剩余重力异常,可为泥河铁矿扩大规模提供新的线索.     

基于位场分离方法寻找梅山铁矿接替资源

在重力勘探中,重力异常分离的目的是消除干扰,有针对性地突出目标异常.为探讨各种分离方法的理论基础及使用效果,应用位场分离方法对理论模型产生的重力场进行分离并做误差分析.试验结果表明:趋势分析法和解析延拓法获得的区域异常场重力等值线呈长轴为南北向的椭圆状特征,局部异常在南北向呈"两低夹一高"的特征,与理论模型布格重力异常图有差别.经剖面线形态比较和误差分析,二阶趋势分析、向上延拓225 m分离出的局部场高值区基本与理论模型相符.插值切割法和匹配滤波法获得的异常场重力等值线仍呈同心圆状,与模型重力等值线形态吻合.当切割半径为4 m、切割2次时,其剖面线整体拟合效果好于解析延拓法,但中心点附近的曲线拟合效果较差,且切割次数增大时,易产生震荡效应.匹配滤波法的关键在于合理地选取功率谱曲线的中高、低频段,通过适宜的滤波器滤波以提取不同波数成分的异常场.为寻找梅山铁矿接替资源,对该区重力异常进行分离.实践表明:二阶趋势分析、向上延拓700 m、切割半径10 m切割一次、匹配滤波法的分离结果具有较好的一致性:萝卜山—刘家村带、梅山村南部、黄林库—吴家洼带、主矿区深部及东南部存在幅值较高的剩余重力异常,揭示了铁矿资源分布的一般特征,为寻找梅山铁矿接替资源指明了方向.     

基于优选延拓的重力异常分离方法及其应用(英文)

本文在Pawlowski优选延拓思想的基础上,提出了在深源长波长信息和浅源短波长信息互不相关、延拓高度足够大的前提下,基于优选向上延拓算子的重力异常分离方法与步骤,通过分析理论模型重力异常分离算子的频率响应随不同延拓高度的变化规律,给出了估计最佳延拓高度的办法.利用本文方法对某铁矿区实际重力异常进行处理,有效地分离出了区域异常和局部异常,异常分离效果好.     

优化滤波方法及其在中国大陆布格重力异常数据处理中的应用

在优选延拓法的理论基础上,研究提出基于格林等效层概念和维纳滤波器的优化滤波法,用于对重力异常数据进行去噪和分离.与传统向上延拓法和优选延拓法相比,优化滤波法分离异常与延拓高度无关,不需要已知延拓高度,具有一定的优势.理论重力模型数据的去噪和异常分离试验表明优化滤波法有效,异常分离效果优于传统向上延拓法和带通滤波法.利用优化滤波法对中国大陆重力异常数据去噪和异常分离,得到有效的布格重力异常和区域重力异常.以中国大陆深地震探测推断的莫霍面深度信息为约束,对区域重力异常数据进行密度界面约束反演,得到中国大陆莫霍面深度分布.本文方法为中国大陆深部探测和区域构造研究提供一定的技术支撑.     

利用福建地区磁测资料计算分析居里面深度

采用2014—2015年福建地区流动地磁观测资料分析福建区域岩石圈磁场变化情况,利用向上延拓处理方法对福建地区岩石圈磁场变化信息进行了局部与区域异常场分离,结果表明在漳州南部地区磁异常变化比较明显。基于区域异常场分离结果,反演居里等温面深度,初步得到福建地区居里面埋深大约为16~28 km。     

位场异常分离的递减半径迭代法

本文提出了位场区域-剩余异常分离的空间域递减半径迭代法.由给定半径的圆周上八点位场值的算术平均导出一个新的八点圆周平均公式,它是一个由重磁数据计算区域异常的滤波器.该滤波器的传递函数有一主瓣和多个旁瓣,且半径越大,旁瓣越多,滤波器特性越差.由从大到小不同半径对应的传递函数的连乘积构造了递减半径迭代传递函数,它以大半径为参变量.递减半径迭代传递函数类似低通滤波器,其截止波数与大半径成反比.由递减半径迭代传递函数,给出空间域分离区域异常的递减半径线性迭代法,由重磁数据减去区域异常求得剩余异常.进一步,通过构造非线性修正系数,把空间域递减半径线性迭代法中线性迭代公式变成非线性迭代公式,得到空间域递减半径非线性迭代法.重磁理论模型及安徽泥河铁矿重磁资料的试验表明,空间域递减半径非线性迭代法可有效地压制假异常和高频干扰以及减少异常畸变,并能有效地分离出区域异常和剩余异常.     

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.     

基于配置法的局部重力场延拓模型构建与应用分析

在大地坐标系下利用Forsberg局部扰动位协方差模型（即DPM模型）导出了实用的局部重力异常协方差模型（即GAC模型）和局部扰动重力协方差模型（即GDC模型）,两种模型形式完全一致.针对GAC模型,提出了两种模型参数的拟合方法,即按照泊松积分向上延拓获得的不同高度数据进行拟合以及按照测量区域的平面实测数据进行拟合,通过某地区的实测数据检验得出两种参数拟合方法得到的参数值相差不大,这种差别在向上和向下延拓过程中的影响可以忽略.依据本文的算例,GAC模型作为配置法的协方差模型用于延拓时,其向上延拓的精度在1.8×10^－5 m·s^-2左右,向下延拓的精度在5×10^－5 m·s^-2左右,完全满足局部重力场在中等山区的延拓要求.通过对不同高度下GAC模型用于延拓效果的对比,可以得出基于GAC模型的延拓精度随着高度的增加而衰减,在满足测量精度要求下其最大向下延拓高度约为7 km.总体而言,本文推导的GAC模型能够很好地利用地形数据,较好地满足了航空重力测量在局部重力场的延拓要求.     

迭代法与FFT法位场向下延拓效果的比较

将水平观测面上的实测位场值,垂直投影至下部的延拓水平面上,作为该水平面上的位场初始值. 根据该水平面上的初始值,用快速傅里叶变换(FFT)的方法向上延拓计算观测面上的位场值. 用观测面上的实测值与计算值的差值,对延拓面上的位场值进行校正. 如此反复迭代,直至观测面上的实测值与计算值的差值小到可以忽略. 这种空间域的迭代法原理简单,不用解线性代数方程组,有较高的计算速度和良好的延拓效果. 本文用迭代法对模型数据和实际数据进行向下延拓,对比了迭代法与常规的FFT法在位场向下延拓中的效果,迭代法显著优于FFT法.     

基于小波细节信息的重力源参数估算

小波多尺度分析方法在位场数据处理领域得到了广泛关注.目前,人们对利用该方法分离位场数据所得到的小波细节横向边缘信息认知不够深入,有必要做进一步探究.本文首先采用小波多尺度位场分离方法分离出区域和局部重力异常,然后利用haar小波变换HVD模法对局部异常信息进行多尺度分析,将所得到的小波细节信息进行水平、垂直和对角线方向分解,探测出局部异常体的横向边缘特征,并利用频谱分析方法估测出场源深度.最后,通过理论模型和南非Witwatersrand Basin航空实测重力数据进行分析,表明小波多尺度分析方法不仅能很好地实现位场分离、近似提取异常体场源深度,还可以利用小波细节信息有效地分辨出局部异常体的横向边缘特征,提高其识别精度.     

基于卫星重磁资料的南海深部构造研究

南海深部构造对研究南海构造演化和油气勘探具有重要意义.本文对南海地区的自由空气重力异常进行布格校正、海水层校正和沉积层校正,得到布格重力异常,再对布格重力异常进行区域异常和局部异常分离,利用位场界面反演方法对区域布格异常进行反演计算得到研究区域的莫霍面深度分布;采用全变倾角化极方法对研究区域的卫星磁异常数据进行化极处理,并进一步对化极磁异常作向上延拓,得到延拓后化极磁异常结果.分析布格重力异常、莫霍面深度及化极磁异常特征,结合天然地震层析成像的证据,得到以下结论：推测南海北部陆缘的古俯冲带位置是从118.5°E,24°N沿北东向延伸至109°E,15°N;红河断裂入海后经过莺歌海盆地在海南岛南部转为南北向与越东断裂相接并延伸至万安盆地;推测中特提斯洋的部分闭合位置是从110°E,2°N到101°E,21°N.     

重力场向下延拓Milne法

重力场向下延拓能够突出局部和浅部的异常信息,分离叠加的异常特征.但是向下延拓通常具有过程不稳定、下延深度小、结果不准确等问题.针对向下延拓所存在的不足,本文利用重力场及其垂向一阶导数,基于辛普森(Simpson)求积公式,推导出重力场向下延拓米尔尼(Milne)公式.将本文向下延拓方法应用于模型数据,向下延拓模型结果及误差曲线表明,相对于向下延拓快速傅里叶变换(FFT)法和积分迭代法,向下延拓Milne法的深度更大,相对误差更小;相对模型值,向下延拓Milne法能够获得稳定且准确的结果.对加拿大乃查科(Nechako)盆地地区实测航空重力数据进行本文方法向下延拓验证,处理结果表明,相对于实测异常,本文方法向下延拓结果能够很好还原实测数据,并且在进一步向下延拓中反映原始异常的趋势,增强局部和细小异常信息.     

利用余弦变换计算重力异常的向上延拓

利用余弦变换计算重力异常的向上延拓是一种新方法.根据余弦变换的基本性质,推导了二度、三度体异常向上延拓余弦变换谱理论公式,采用离散余弦变换实现了该法的数值计算;研究了无限长水平圆柱体的补偿因子中主频段的特性,给出了二度体的线性补偿方式;补偿后的理论模型异常向上延拓具有较高的计算精度,除边部几个数据因数据的离散和有限截断使误差较大外（最大误差为6.23%）,其余数据的误差均在1%以内,理论值和计算值曲线基本重合.这说明,与Fourier变换相比,离散余弦变换在数值计算中,受非周期性深度因子的影响小,补偿方式易于选择,其计算方法优于Fourier变换.     

基于一阶差分的岩溶管道充电法电位水平梯度异常分离方法

在隐伏岩溶探测中,为实现岩溶管道引起的充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场的分离,突出局部微弱异常,本文根据半无限均匀大地中,良导电球体和无限长水平圆柱体充电电位水平梯度及其一次导数剖面曲线分布特征与规律,采用两点平滑法和一阶中心差分法推导出充电电位水平梯度一次导数的近视计算公式,建立了差分滤波函数F xi+1+12()h极小值点与线性或低缓区域背景场特征点的对应关系.在此基础上,提出了线性或低缓区域背景场的线性插值公式和拉格朗日插值公式,以及局部异常与线性或低缓区域背景场划分的作图法和解析法.差分滤波函数F xi+1+12()h对充电法电位水平梯度观测误差、地质噪声具有平滑和低通滤波作用,由此差分滤波函数F xi+1+12()h确定的实测充电法电位水平梯度线性或低缓区域背景场将更为合理,实现了充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场的有效分离.利用该局部异常与线性或低缓区域背景场划分方法,实际处理了桂东北越城岭山脉东部岩溶区的洛潭水库实测充电电位水平梯度异常数据,提取了受强大区域背景场掩盖了的岩溶管道产生的微弱异常,突出了岩溶病态水库漏水通道、断裂构造分布等地质信息,为岩溶病态水库的除险加固工程供了有效的处理途径和工程靶区.地质钻探工程和地下水示踪试验均验证了所研发的基于一阶差分的充电法电位水平梯度局部异常与线性或低缓区域背景场分离方法的准确性、有效性和实用性.     

局部波数反演磁源参数的改进算法及应用

利用局部波数确定磁源体的深度及类型是一种非常有效且实用的方法.本文基于水平方向波数k_x和垂向波数k_x的理论公式,推导出2种求取场源参数的方法.这2种方法均是要首先确定波数k_s的极大值点及其对应的水平坐标,然后利用k_s异常及向上延拓不同高度的k_s异常与该极大值作相应的计算反演场源深度及构造指数.模型试验证明了本文方法可以准确的计算出地质体的埋深及构造指数,与理论值偏差较小,在理论模型异常上加入一定幅值的干扰噪声,依然可以得到较为准确的反演结果.将其应用于一段实测岩脉数据,其结果与实际资料吻合.     

用航空磁测资料推断深部断裂构造

应用航磁原始图件以及向上延拓不同高度的图件,提出8种异常类型作为深部断裂构造异常模式.这种方法简便,行之有效.     

球冠谐分析法与直接解拉普拉斯方程法重力异常转换效果对比

在重力异常转换计算过程中,当观测区域面积巨大时,须考虑地球曲率的影响.本文作者以球冠谐分析法和直接解拉普拉斯方程法为例,通过模型试验和实测数据处理详细对比了球面位场转换和平面位场转换的效果,并取得以下认识:(1)对于简单模型,球冠谐分析法的转换结果优于直接解拉普拉斯方程法,而后者具有明显的边界效应;(2)对于稍复杂的模...     

面向剖面重力异常转换的等效源优化策略

在本文中,我们基于模型试验讨论了利用等效源实现剖面重力异常转换的可靠性,并针对发现的问题提出了一套场源设置优化策略:(1)沿剖面两侧对等效源层和观测数据扩边;(2)通过局部异常单调变化区间个数的整倍数控制等效源层中线质量的数量;(3)利用Tikhonov正则化确保反演的稳定性,并在迭代计算过程中维持条件数不变.合成模型试验表明:(1)单独对等效源层扩边可以消除异常导数在剖面边界附近的振荡,同时对等效源和数据扩边则可以进一步抑制垂向一阶导数和向上延拓计算值与理论值之间的剪刀差;(2)以深度偏移量、倍数、单侧扩边距离以及条件数为控制参数的等效源设置方式具有良好的可操作性.最后,我们将这些优化措施应用在了一条实测重力剖面上,并取得了与模型试验类似的结果.     

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.     

基于位场分离与延拓的视密度反演

由于目前计算机内存和速度的限制,在对大面积重力资料进行三维密度反演时,已有的反演方法很难奏效.文中提出了一种基于位场分离与延拓的视密度快速反演方法：首先应用场分离的切割法对平面上的重力场进行不同深度层源的切割分离;然后运用大深度向下延拓方法将各层的场延拓至相应的深度;最后反演出各深度层的密度.反演得到的密度是各深度层密度的近似分布,称为视密度反演.本反演方法克服了传统已有方法计算时间特别长、解稳定性差的缺点,在主频1.99 GHz的微机上,反演128×128×10个密度值的计算时间小于20 s,理论模型和实际资料的应用表明反演具有较好的效果.