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.     

位场数据归一化总水平导数垂向导数边缘识别方法(英文)

位场数据边缘识别技术常常用来识别地质体的边缘位置.本文提出了一种新的位场数据边缘识别方法--归一化总水平导数垂向导数,它具有边缘探测和边缘增强两种功能.该方法首先计算位场数据的总水平导数THDR和总水平导数THDR的n阶垂向导数VDRn,并对n阶垂向导数VDRn采用取大于0的阈值技术得到总水平导数峰值PTHDR,该值可以用来进行边缘探测;其次,计算总水平导数峰值PTHDR与总水平导数THDR的比,并用最大值进行归一化得到归一化总水平导数垂向导数,该值可以用来进行边缘增强;最后,通过理论模型和实际资料检验了方法的有效性和可靠性.     

改进的均衡滤波器在位场数据边界识别中的应用

边界识别是进行位场数据解释时一项必不可少的任务.现有的边界识别滤波器存在识别边界发散和深部地质体边界模糊的缺点.本文提出增强型均衡滤波器,可有效地改善上述缺点.该滤波器是利用不同阶导数之间的组合来进行地质体边界的识别,并在运算中引入一种计算高阶垂直导数的稳定算法.通过理论模型试验证明增强型均衡滤波器能使浅部与深部地质体的边界同时清晰地显示,且相对于其它边界识别滤波器能更加准确和清晰地识别出地质体的边界.最后将增强型均衡滤波器应用于实测位场数据的解释,根据其识别结果可容易地划分出断裂的水平位置及不同地层之间的界线,并能发现更多的细节信息.     

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.     

应用加强解析信号倾斜角进行位场数据的边界检测

边界检测在地球物理位场数据解释中占有重要位置.现有的传统边界识别方法有的不能同时显示不同振幅的异常边界,有的虽然能均衡不同振幅的异常,但识别出来的边界信息中含有一些额外的错误的边界信息,尤其是当测量的异常中同时含有正异常和负异常时.目前已有的去除额外错误边界信息的方法存在着一定的人为主观性.为了解决这些问题,本文定义了加强解析信号倾斜角来进行地质体边界识别.通过模型试验证明了该方法不仅能同时清晰地识别深部和浅部地质体的边界,而且能有效地避免引入一些错误边界信息.最后将该方法应用到四川盆地的重力异常数据中,并取得了良好边界结果.     

基于水平方向解析信号的均衡重力位场边界识别方法

边界识别技术是位场数据解释中一项基本的工作,现有的边界识别方法多存在边界识别结果发散和不能均衡深浅地质体异常的缺点.目前一些均衡边界识别方法会因正负异常同时存在而引起额外的错误边界或者存在人为主观因素去除错误边界信息的缺点.本文充分利用重力位场张量梯度的多信息成分,提出利用水平方向解析信号及其垂向导数与传统的均衡边界识别方法做结合的方式定义新的探测边界的方法.通过理论模型试验证明新方法同传统方法相比,能够更加清晰、准确的圈定出深浅地质体的边界.最后将新的边界识别方法应用到实测重力异常数据解释中,取得了良好的边界识别结果并能够发现更多的构造细节.

     

基于尺度空间技术的归一化Facet模型位场边界识别

边界识别是位场数据处理解释中的重要环节,传统边界识别方法通常不能均衡深、浅部地质体边界.基于尺度空间技术和归一化的Facet模型检测算子,本文开发了一种带通空间滤波和边缘检测相结合的边界识别方法,有效地提高位场数据边界识别的精度和可靠性.为了验证本文算法的有效性和稳定性,分析了不同尺度空间函数和检测算子对算法的影响,并且对比了传统边界识别方法的效果.理论模拟和实际数据分析表明,利用位场垂向二阶导数进行的基于尺度空间技术的归一化Facet模型边界识别方法不仅算法的稳定性强,而且可以避免高阶导数对噪声干扰放大作用,同时均衡深部和浅部地质体边界,从而可以更精确地识别地质体的形态.

     

基于深度学习的位场边界识别方法

边界识别是位场数据处理中极为重要的一种技术, 现有的边界识别方法属于无监督式机器运算, 其识别精度与地质体的空间分布存在很大关系, 尤其是对深部复杂异常体的识别存在边界模糊的特点.为了进一步提高边界识别的精度, 受深度学习卓越非线性映射能力和监督式学习优点的启发, 本文提出了基于深度学习的位场边界识别方法, 深度学习网络结构是一种融合了多尺度特征和全局注意力机制的密集跳跃连接网络(PFD-Net).该网络结构首先以改进的U-net为骨干网络获取位场边界特征信息, 然后在嵌套的标准卷积模块之间进行密集跳跃连接来缩减编码阶段到解码阶段的语义鸿沟, 以及减少训练阶段梯度消失等问题, 随后再采用全局注意力机制模块将多尺度的高低层特征信息进行融合, 以此进一步加强边界的全局及细节定位.模型试验表明, PFD-Net网络能够准确识别出异常体的边界信息, 且对于含噪声数据, 其预测结果的质量不会降低, 该网络表现出较强的泛化性和鲁棒性.最后将本文方法应用于藏东南某铁路隧道西段的航空磁测数据, 取得了良好的边界识别结果并能够获得更多的构造信息.

     

位场梯度模法及其在碳酸盐岩地区断裂识别中的应用

本文介绍了一种利用住场梯度模识别断裂位置的方法.利用余弦变换在位场转换中快速计算的优势在波教域计算异常各分量导数,从而在测量面或下延深度面可快速计算出位场梯度模,对位场梯度模设立阚值,压的制无效梯度模值,放大有效梯度模值,自动搜索追踪边界位王,能增加断裂识别的准确性.通过模型试验,证明了这种效果.利用这种方法,计算了南方某碳酸盐岩地区的基底磁异常梯度模,识别出了该区的主要断裂分布.     

位场总水平导数极值位置空间变化规律研究

通过对位场总水平导数函数性质的研究表明,位场总水平导数不是位函数,因而利用位场总水平导数构造新的边缘识别方法时会出现"奇点",使得计算结果的稳定性下降.对单一边界、双边界、多边界模型重力异常总水平导数和重力异常垂向导数总水平导数极值位置的空间变化规律研究表明,重力异常垂向导数总水平导数和化极磁力异常总水平导数的极值位置相同,与重力异常总水平导数的极值位置空间变化规律相似.利用位场总水平导数极大值位置能够准确识别单一直立边界地质体的边缘位置,但不能准确识别其它任何形体的边缘位置,其识别结果的偏移量大小随地质体的埋深、水平尺寸以及倾斜程度等变化,但能收敛于某一固定值;重力异常垂向导数总水平导数比重力异常总水平导数的峰值更加尖锐、横向识别能力更强,其极大值位置更靠近地质体上顶面边缘位置,但存在"次极大值"的影响.     

Detection of potential fields source boundaries by enhanced horizontal derivative method

A high‐resolution method to image the horizontal boundaries of gravity and magnetic sources is presented (the enhanced horizontal derivative (EHD) method). The EHD is formed by taking the horizontal derivative of a sum of vertical derivatives of increasing order. The location of EHD maxima is used to outline the source boundaries. While for gravity anomalies the method can be applied immediately, magnetic anomalies should be previously reduced to the pole. We found that working on reduced‐to‐the‐pole magnetic anomalies leads to better results than those obtainable by working on magnetic anomalies in dipolar form, even when the magnetization direction parameters are not well estimated. This is confirmed also for other popular methods used to estimate the horizontal location of potential fields source boundaries. The EHD method is highly flexible, and different conditions of signal‐to‐noise ratios and depths‐to‐source can be treated by an appropriate selection of the terms of the summation. A strategy to perform high‐order vertical derivatives is also suggested. This involves both frequency‐ and space‐domain transformations and gives more stable results than the usual Fourier method. The high resolution of the EHD method is demonstrated on a number of synthetic gravity and magnetic fields due to isolated as well as to interfering deep‐seated prismatic sources. The resolving power of this method was tested also by comparing the results with those obtained by another high‐resolution method based on the analytic signal. The success of the EHD method in the definition of the source boundary is due to the fact that it conveys efficiently all the different boundary information contained in any single term of the sum. Application to a magnetic data set of a volcanic area in southern Italy helped to define the probable boundaries of a calderic collapse, marked by a number of magmatic intrusions. Previous interpretations of gravity and magnetic fields suggested a subcircular shape for this caldera, the boundaries of which are imaged with better detail using the EHD method.     

全张量磁梯度数据的斜导数特征值边界识别方法研究

本文提出了一种全张量磁梯度数据的斜导数边界识别方法,该方法利用全张量磁梯度数据定义了北向斜导数、东向斜导数和垂向斜导数.模型试验表明,北向和东向斜导数无法有效识别磁性异常体边界,异常形态复杂虚假异常较多,而垂向斜导数在高纬度斜磁化或者垂直磁化条件下可以清晰而准确得识别地质体的边界,具有一定的深度识别能力.与现有磁张量梯度的边界识别方法相比,识别效果好,可以有效均衡不同深度地质体的响应.将上述方法应用于大兴安岭地区实测航磁三分量数据转换得到的全张量数据,获得了研究区浅部磁性体的分布,并与三分量数据进行联合解释,取得良好的地质效果.

     

航磁水平分量数据的均衡滤波位场边缘增强研究

航磁矢量数据包含异常的强弱与方向信息,能够有效减少反演的多解性,从而提高数据处理与解释的精度和可靠性.因此,我们提出了航磁水平分量数据的均衡滤波位场边缘增强技术,提高了场源边界识别的分辨率.组合模型试验证明此方法不仅能够有效均衡不同埋深的地质体的异常信息,而且能提高对于相近或叠加地质体的识别能力.将此方法应用于新疆启鑫地区实测航磁矢量数据处理,结果表明,此方法使研究区弱异常得到了有效的均衡与增强,获取了更加清晰的位场边缘细节信息,结合研究区地质概况推断出29条断裂构造线,为研究区构造演化的推断与解释提供了更加丰富的参考依据.因此,该方法在应用航磁矢量数据进行位场边缘研究方面具有重要意义,为航磁矢量数据处理与解释提供了新的技术支撑.

     

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.     

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.