航空重力测量数据的小波滤波处理

"滤波技术"是航空重力测量数据处理中的关键性核心技术之一。针对"小波"滤波这一核心技术,本文研究、设计了小波低通滤波器,用于航空重力测量数据处理。基于小波包分析方法,按估算的小波包分解层次对应的信号频率范围、低通滤波器的截止频率和小波包系数频率由小到大节点的排列顺序,优化设计小波包树。研究分析了不同小波的主要特性,选用正交或双正交小波,采用本文提出的阈值处理方案和设计的小波低通滤波器,对GT-1A航空重力勘查系统的测量数据进行了滤波试验研究。结果表明,上述滤波方法和阈值处理方案是可行的,在选用的小波中,离散Meyer小波滤波器滤波效果最佳,获得与GT-1A系统滤波结果几乎同样满意的滤波效果,二者滤波结果的均方差值在0.2～0.3 mGal之间。     

航空重力数据窗函数法FIR低通数字滤波试验

采用窗函数法FIR低通数字滤波方法,对GT-1A型航空重力系统的测量数据进行了滤波试验研究,获得了一些有意义的结果.试验结果表明,通过选择合适窗形、窗口长度和滤波参数,窗函数法FIR低通数字滤波器是可以在航空重力数据的低通数字滤波处理中发挥应有的作用,获得满意的效果.     

航空重力测量中FIR低通滤波器的比较

航空重力测量数据中含有大量的噪声,需要采用FIR低通滤波器来提取实际的重力异常信息。结合一组实测的航空重力测量数据,讨论FIR低通数字滤波器截止频率和滤波器长度的确定方法,研究了无效数据的删除方法;通过比较不同窗函数设计的滤波器的数据处理性能,得出了在航空重力测量数据处理中,汉宁窗和海明窗设计FIR低通数字滤波器可以满足重力场信息提取的要求。     

航空重力起伏飞行中飞机姿态对测量数据影响分析

在航空重力飞行时,针对GT-1A航空重力系统在同一条测线中使用两种爬升率(1 m/s和2 m/s)进行起伏飞行。考察起伏飞行引起的飞机姿态变化对测量数据的影响,以及在航空重力测量中小坡度缓起伏作业的可行性,是笔者的研究目的。试验结果表明,所使用的两种爬升率对航空重力测量数据未有明显影响,GT-1A航空重力系统可以进行缓起伏飞行测量。     

基于DB小波阈值去噪的航空重力数据试验

利用Mallat快速算法实现离散小波变换,选用DaubechiesN小波系为小波基函数,通过理论模型数据验证了方法设计的可靠性。在对实测航空重力数据进行去噪过程中,根据重力异常信号频带特点,采取多层分解和阈值策略进行自由空气重力异常的提取。试验进行了6～8层的分解,采用了强制阈值去噪和施加软阈值去噪,并进行了对比,结果表明基于DB小波阈值去噪所获得的自由空气重力异常与GT-1A系统滤波结果基本吻合。     

航空重力异常估计方法研究

探讨、研究了航空重力异常估计方法,基于卡尔曼滤波平滑技术,研制了航空重力异常估计软件。研究表明:采用该软件进行重力异常估计,与引进的GT-1A系统软件的数据处理结果相比,其差值的标准偏差在1 mGal之内。     

一种海洋重力测量信号滤波方法的研究

为了有效地消除海洋重力异常测量值中存在的噪声干扰,提高重力异常值测量的精度,采用FIR数字低通滤波技术可以有效的剔除重力异常测量信号中包含的高频噪声成分,最大程度的还原真实重力异常值。本文重点介绍了数字滤波器的原理和设计方法,利用傅里叶变换分析测量信号中所包含的真实重力信号和噪声信号在不同频率下的分布和强度。在对原始重力异常值测量信号进行频谱分析的基础之上,提出利用频率采样的方法设计符合重力信号特点的低通滤波器,并结合已有的重力异常值测量数据对该方法进行实验验证。结果表明,利用该方法设计的滤波器可以有效地剔除高频噪声成分,滤波结果与标准值的误差在0~1 m Gal范围内。     

基于交叉点不符值统计的航空重力测量质量评估方法

介绍了一种航空重力测量质量评估方法,即通过统计一个架次飞行的测线与全区所有切割线交叉点空间重力异常不符值均方差得到架次/测线精度指标,以实现对每架次测量质量进行量化评估的目的。利用该方法对3个GT-1/2A航空重力测区原始数据按架次进行了计算和统计,得出了架次/测线精度指标统计分布规律,为航空重力测量质量控制提供了新的方法和参考指标。     

DGPS在航空重力测量中的应用

基于DGPS在GT-1A型航空重力系统测量中的应用,针对GPS基站的位置精度和选择展开探讨,并对计算获得的空间重力异常结果进行对比分析。对比结果表明GPS基站所用位置值不同会引起测线空间重力异常的水平误差,相同测线经过水平调整后基本保持一致。GPS基站和移动站的距离长短对测线空间重力异常的局部细节幅值有影响,进行水平调整后相同测线间的内符合总精度为0.3 m Gal左右。     

大连周边海域航空重力调查方法及重要成果

为加强海洋地质调查工作,中国地质调查局组织实施了海洋航空地球物理探测及应用项目,在大连海域及其周边,应用GT-1A航空重力测量系统,开展了1∶20万航空重力调查工作,获取了高质量的航空重力数据9.4万测线km,原始测量总精度达到1.27×10^-5 m/s²; 形成了一套覆盖渤海东部、北黄海、辽东半岛和山东半岛的航空重力系列图件,填补了研究区内航空重力资料的空白。通过综合解释与研究,在基底构造形态分析、主要构造单元边界厘定、断裂构造分布特征研究以及局部构造异常圈定等方面取得了重要成果,为研究区海洋区域地质调查、渤海和北黄海的油气资源调查、海陆过渡区关键地质问题的解决提供了重要依据。     

航空重力弱信号提取的卡尔曼滤波方法研究

航空重力测量以飞机为载体对重力场数据进行采集.由于气流、飞行状态及机体自身振动等因素的影响,航空重力测量原始数据含有大量的噪声,信噪比高达上万级分之一,因此从原始测量数据中获取弱小重力信号成为航空重力测量系统发展的一个技术难题.本文针对航空重力测量系统将通用卡尔曼滤波公式进行了适应性调整,建立了航空重力异常的数学模型,...     

天津周边海-陆过渡地区航空重力调查及主要成果

随着人类对海洋矿产资源需求的日益增加,海洋基础地质调查对海洋矿产资源勘探具有重要意义。我国海洋地质地球物理调查起步较晚,整体工作程度较低,而航空重力测量作为一种快速高效的地球物理测量方法,对加强海洋基础地质调查研究具有重要作用。2006年我国引进了国际先进的GT-1A航空重力测量系统,并于2011年首次在天津周边海-陆过渡地区开展了1:20万比例尺航空重力测量工作,完成了高质量的航空重力测量数据3万测线公里,在海-陆过渡地区实现了海-陆连续测量,填补了研究区内高精度航空重力测量的空白。阐述了本次航空重力调查工作取得的主要成果,并从航空重力的角度对研究区内石臼坨凸起进行了研究,认为石臼坨凸起基底具有分段性,并圈定出新的基岩凸起构造,为石臼坨凸起油气资源的进一步勘探提供方向; 同时对渤中凹陷正高磁异常体可能的地质成因进行了探讨。对海-陆过渡地区主要构造单元的重力场特征进行研究,在基底和断裂研究方面取得的新认识对海-陆过渡地区基础地质和环境研究具有重要意义。     

MATLAB programs for the synthetic models

The separation of residual gravity anomaly from regional gravity has considerably been studied for many years in gravity explorations. In addition, it is considered as a critical step in gravity data inversion. Some techniques have been developed for regional–residual anomaly separation both in space and frequency domains. One of these techniques for computing the regional anomaly is nonlinear filtering. In this paper, some techniques such as low-pass filtering, Butterworth, upward continuation, and nonlinear filtering are used to on synthetic gravity data in present of random noise and noise free for the purpose of residual–regional anomaly separation. The obtained results of techniques are compared with each other. The results have shown that separation methods are so efficient where synthetic models are located in shallow depth. Moreover, it is found that in comparison with other separation techniques, nonlinear filtering is more efficient in residual–regional anomaly separation and upward continuation technique is more efficient than Butterworth filter and low-pass filter. In addition, all of the obtained results have shown that Butterworth and low-pass filters are the same.     

Quality Evaluation of Land Gravity Data in the Latest Global Gravity Database V23

In order to evaluate the quality of the land gravity data in the latest global gravity database V23, the authors chose the gravity data of eight blocks with a total area of 1 330 000 km² to compare and analyze, and these blocks involved seven countries, including the United States, Peru, Ireland, South Africa, Kenya, Australia, and China. Based on the free-air gravity anomaly data of the latest global gravity database V23, the authors obtained the calculated Bouguer gravity anomaly using the gravity correction methods within the pure spherical coordinate system in these eight blocks. Then, the correlation coefficients between the measured Bouguer gravity anomaly and the calculated Bouguer gravity anomaly were calculated by the correlation analysis method in these eight blocks. Finally, through comprehensive analysis of the features of these correlation coefficients and differences between the measured Bouguer gravity anomaly and the calculated Bouguer gravity anomaly in these eight blocks, the quality of the gravity data of these eight blocks was evaluated in the latest global gravity database V23. The results showed that the latest global gravity database V23, released by Scripps Institution of Oceanography, integrated a large number of the ground or airborne gravity data measuring in an earlier era, and the newly surveyed ground or airborne gravity data may not be integrated into the database. The quality of land gravity data is relatively high in the areas with a large number of older ground or airborne gravity data, otherwise it is low in the zones with a lower gravity working degrees.     

The Rapid Inversion of 3-D Potential Field and Program Design

The application of three-dimensional inversion of gravity and magnetic fields is very important not only in geophysical researches, but also in the study of geological structures. A formula of potential field in frequency-domain, developed by Parker in 1973, can be used as a rapid and effective algorithm in gravity and magnetic inversion. The technique has been improved then by Oldenburg, Sprenke, Feng and others.In addition to a brief introduction of Parker's algorithm and its applications, this paper includes the following five parts: basic computational techniques, inversion of single layer, convergence and constraints, simultaneous inversion for density and topography as well as inversion of multilayers. The authors present relevant practical iterative formulas and its varieties when density distribution varies with depth in linear or exponential relation. In order to maintain computation stability and speed up iteration convergence, some approaches are taken in the program design, for instance shifting lower interface of the studied layer, inverting corrections of topography, reducing grid boundary effects and utilizing low-pass filter. With the consideration of the nonuniqueness of the inversion, a method of using seismic data to constrain the range ofpossible models is discussed. It is pointed out that the density variation generates less effects than those of topography on the spectrum of gravity anomaly in second order. Therefore density contrast and topography can be inverted simultaneously by an alternative weighting iteration. By analogy, the inversion of multilayer model can be done in the above procedure. An approach of model decomposition is useful in the computation of multilayer model. The techniques discussed in the present paper for gravitational field are also valid for magnetic field.     

Chebyshev逼近滤波器在位场分离中的应用

在对经典FIR数字滤波器的设计方法进行研究的基础上,提出了一种可以用于位场分离的基于Chebyshev最佳一致逼近原理的FIR滤波器的设计方法。在理论模型实验中,采用基于Hanning窗的低通滤波器计算出的区域异常最大误差为6.266×10^-6 m/s² ,均方差为2.115×10^-6 m/s² ,最大百分比误差为22.2%,而且计算点在±9 km以外的误差均大于10.1%。而利用最佳一致逼近原理分离出的区域场和局部场与理论异常值拟合得较好,曲线基本重合。分离出的区域异常最大误差为3.101×10^-6 m/s² ,均方差为0.989×10^-6 m/s² ,最大百分比误差仅在边部的几个数据上,为7.76%,其余各点的误差均小于4.1%。实例检验中将该方法用于孙吴—嘉荫剖面布格重力异常场的分离,分离出的区域场中局部场残留少,分离彻底,效果较为理想。     

几种新型的航空重力测量系统和 航空重力梯度测量系统

较详细地描述了2个航空重力测量系统:一个系统由俄罗斯科学家设计、制造并进行飞行试验, 命名为GT-1A;另一个系统由加拿大山德尔地球物理公司研制, 命名为AIRGrav。这2个系统都利用惯性稳定平台, 适用于地质调查和普查油气和其他矿产。此外, 简略地评论了航空重力梯度测量系统, 如Falcon, AirFTG, GEDEX^TM和 ARKeX-EGG^TM。