全张量磁梯度数据解释的均衡边界识别及深度成像技术

全张量磁梯度数据具有高精度、高分辨率、多参量的优点,能更加清晰地刻画地质体的分布特征,综合利用磁张量梯度数据准确地获得地质体水平位置和深度信息是解释的主要目的.磁张量数据的方向解析信号具有减小倾斜磁化干扰的优点,常被用来圈定磁源体的水平位置,但解析信号强度随着地质体埋深的增加急剧衰减,难以有效识别较深的地质体.张量数据均衡边界识别技术,利用不同方向解析信号的比值函数,能有效地均衡不同深度地质体的响应,同时显示不同深度地质体的边界,提高了对较深地质体的分辨率.磁张量数据深度成像技术根据实测张量数据与假定模型张量数据的相关系数来给定地质体的深度,综合利用多参量数据联合反演提高了反演结果的准确性,且无需进行复杂的反演运算,是大数据量张量数据解释的有效方法.理论模型试验证明：磁张量数据均衡边界识别技术可清晰和准确地识别地质体的水平范围,受倾斜磁化干扰小;磁张量数据深度成像技术可准确地获得地质体的深度信息,具有较强的抗噪性.将上述方法应用于铁矿区实测航磁张量梯度数据解释,获得了铁矿体水平分布与埋深,深度结果与张量欧拉反褶积法计算结果一致.     

基于地质体空间位置优化约束的航空重力梯度数据三维物性反演

重力数据的物性反演面临着严重的多解性问题,降低多解性的有效手段是加入约束条件.而边界识别、深度估计及成像方法可获取地质体的水平位置、深度范围等几何参数信息,本文将基于数据本身挖掘的地质体几何参数信息约束到物性反演中,以降低反演的多解性.通过引入基于深度信息的深度加权函数及基于水平位置的水平梯度加权函数建立优化约束条件,有效地提高了反演结果的横向及纵向分辨率.重力梯度数据包含更多的地质体空间特征信息,将优化约束反演方法应用到全张量数据的反演中,模型试验表明本文方法反演结果与理论模型更加吻合.最后对美国路易斯安那州文顿盐丘实测航空重力梯度数据的应用表明,本文方法在其他地球物理、地质资料不足的情况下获得更可靠的反演结果.     

基于改进的小子域滤波的重力异常及重力梯度张量边缘增强(英文)

针对利用重磁资料增强地质体边界在图像中的视觉效果和提高地质解译的准确性问题,提出应用改进的小子域滤波方法对重力异常及重力梯度张量数据进行增强处理。根据滑动窗口子域平均选择原理,探讨了改进的小子域滤波方法在位场异常数据含有高斯白噪声时,不同窗口大小对地质体边界的识别效果及其在具有不同边界延伸方向地质体中的应用效果。模型试验结果表明,利用改进的小子域滤波对重力梯度张量数据进行增强处理,得到的地质体边界形态失真更小,且受滤波窗口大小、噪声以及地质体边界方向的影响较小;对深部场源体,通过增大滤波窗口的方式,可以较好地反映深部场源体的边界。结合黑龙江省虎林盆地重力异常以及计算的重力梯度张量的处理实例表明改进的小子域滤波法较传统的小子域滤波法增强了对断裂水平位置信息的识别。     

低纬度磁异常化极的伪倾角方法改进

基于改造化极因子的低磁纬度频率域化极方法具有计算速度快、控制参数少、操作简单、化极稳定等优点.本文分析压制因子法和伪倾角法的化极因子特征及其控制参数的影响,在此基础上改进伪倾角法的化极因子,即在磁偏角垂直方向及附近采用伪倾角法化极因子,而在其他方向采用常规频率域化极因子.改进后的伪倾角法既能有效压制磁偏角垂直方向及附近化极因子的放大作用,使得化极稳定,又能减少其他方向有效信号的化极特征的损失,提高化极精度.理论模型数据试验表明本文改进方法有效.利用本文改进方法对南海海域磁总场异常数据进行了变磁倾角化极,得到南海海域化极磁异常,这为研究南海大地构造特征和岩浆活动提供重要的参考资料.     

磁赤道处化极方法

化向地磁极(化极)是最基本的磁测资料处理方法之一,化极能消除或减少斜磁化影响,提高对磁测资料的认识程度和解释水平,对研究地壳产生的磁异常具有重要意义.但低纬度地区特别是磁赤道处,化极处理很不稳定甚至奇异,一直是位场研究的难点.针对地磁纬度较低特别是磁赤道地区磁异常化极的困难,利用从磁北极处垂直磁化向低纬度地区水平磁化方向转换稳定的特点,提出"狭义化赤"概念,并将其与低纬度磁异常"倒相"解释方法结合,提出专门用于磁赤道处化极的方法.该方法扩展了现有的化极理论,实现了磁赤道处的稳定化极.区别于目前任何方法,专门用于(近)水平磁化条件下的化极计算,具有原理简单,实现方便,收敛速度快等特点.对理论模型和实际资料计算表明这种针对磁赤道地区磁异常的化极处理方法是稳定、可靠的.     

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.     

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.     

基于离散余弦变换（DCT）的化磁极方法

针对提高磁异常化磁极的质量问题,提出基于离散余弦变换(DCT)的化磁极方法.以位场余弦变换谱分析为基础,从理论上推导了基于DCT的二度和三度体总场磁异常化磁极转换公式.在倾斜板状体模型实验中,化磁极误差小于0.001 nT,具有较高的精度;在单球体及多球体模型实验中,采用基于DCT的化磁极方法在5.倾斜磁化时就可以取得较好的化磁极结果,15°时化磁极的效果更加明显,其等值线的形态、幅值以及所反映的磁性体的水平位置都得到较好的恢复,这说明,采用本文方法进行化磁极时,可以取得较好的效果.     

The antisymmetric factor method for magnetic reduction to the pole at low latitudes

We analyze the characteristics of the wavenumber-domain factor for magnetic reduction to the pole (RTP) at low latitudes, and then propose a new wavenumber-domain method for RTP at low latitudes, herein called the antisymmetric factor method, based on modification of the RTP factor. The method applies the antisymmetric factor in a given scope of directions centered along the magnetic declination to suppress amplification of the RTP factor, stabilizing the RTP. Meanwhile it utilizes the routine RTP factor in other directions to preserve the effective RTP features. The test on the synthetic data demonstrates that the method is robust and effective. Finally, we use the new method, as well as a variable magnetic inclinations algorithm, to perform RTP on the real data of total magnetic intensity anomalies in the South China Sea, and obtain the reliable RTP anomalies.     

An analytic signal approach to the interpretation of total field magnetic anomalies1

The analytic signal (AS) is defined as the square root of the sum of the squares of the vertical and the two horizontal derivatives of the total magnetic field ΔT. This paper verifies theoretically that peaks of the AS correlate directly with their magnetic causative bodies and are positioned symmetrically over them, i.e. the main feature of the AS is that it is independent of the inclination of the magnetic field. This avoids the difficulties that are often faced in the conventional process of reduction to pole for ΔT, when the direction of magnetization of the causative bodies is not known. In addition, the AS has characteristics similar to the derivative features of the magnetic field, so that it is very sensitive to edge effects of the causative magnetic bodies. The theoretical derivations are tested by comparison with calculations on models, and, in a field example from Hunan Province, China, the AS is applied successfully to the interpretation of ΔT, whereas the conventional process of reduction to pole fails, due to the reverse magnetization of the causative body.     

Interpretation of total intensity magnetic anomalies when anomalous field is arbitrarily large

Summary Not infrequently, in mining geophysics, the anomalous field of the magnetized body is appreciably large and it varies from the direction of the earth's normal field within the vicinity of the magnetized body. Total magnetic intensity data collected on the ground over shallow magnetized bodies cannot be interpreted quantitatively, since all the available methods of interpretation assume that the resultant field lies in the direction of earth's normal field as the anomalous field is small. For geological bodies that can be magnetically represented by infinite line pole, point pole, infinite line dipole, and point dipole, this paper gives quantitative interpretation procedures for total magnetic intensity anomalies without the above assumption using the characteristic points from the theoretical curves (not reproduced). These characteristic curves can be used for the direct determination of depths and offsets by using information from suitably chosen field profiles.Contribution No. N.G.R.I.-71-233.     

低纬度磁异常化极方法应用效果对比

低纬度磁异常化极的方法很多,包括在空间域化极和在频率域化极,比较起来,频率域方法计算简单快速,目前化极主要在频率域进行.然而大部分低纬度化极方法只压制了噪声并没有针对化极因子做改动,也就没有真正达到压制南北向条带状拉长的目的.本文针对其中4种在频率域对化极因子做处理的方法(双曲正弦法,压制因子法,直接阻尼法,伪倾角法),设计模型进行对比,并用南海某地区的实测数据进行4种方法的化极效果对比,选出一种最符合南海地区实际情况的化极方法.并对原有的直接阻尼法和伪倾角法做了适当的改进.     

Depth from extreme points method for gravity gradient tensor data

The ‘depth from extreme points’ method is an important tool to estimate the depth of sources of gravity and magnetic data. In order to interpret gravity gradient tensor data conveniently, formulas for the tensor data form regarding depth from the extreme points method were calculated in this paper. Then, all of the gradient tensor components were directly used to interpret the causative source. Beyond the g_zz component, also the g_xx and g_yy components can be used to obtain depth information. In addition, the total horizontal derivative of the depth from extreme points of the gradient tensor can be used to describe the edge information of geologic sources. In this paper, we investigated the consistency of the homogeneity degree calculated by using the different components, which leads to the calculated depth being confirmed. Therefore, a more integrated interpretation can be obtained by using the gradient tensor components. Different synthetic models were used with and without noise to test the new approach, showing stability, accuracy and speed. The proposed method proved to be a useful tool for gradient tensor data interpretation. Finally, the proposed method was applied to full tensor gradient data acquired over the Vinton Salt Dome, Louisiana, USA, and the results are in agreement with those obtained in previous research studies.     

基于概率成像技术的低纬度磁异常化极方法

化极转换是磁异常解释的重要基础,为了克服在地磁纬度较低的地区尤其是磁赤道附近化极不稳定的问题,出现了多种化极方法．本文基于概率成像技术提出了一种等效物性的反演方法,实现对地下等效场源的反演成像,取得了对低纬度磁异常稳定化极的效果．化极反演中逐次对剩余异常进行反演成像,实现由概率模型到物性模型的复杂映射,避免了类似反演中需要大型方程组求解等问题,并将概率模型的构制、物性参数的反演和反演评价有机地集成到一起,加速了反演成像的进程,使反演成像速度与目前概率成像的计算速度达到可相比拟的程度．对理论模型和实际资料的计算表明,该方法对低纬度磁异常化极处理是稳定有效的,而且可以较好地压制噪声干扰,能够在噪声干扰条件下进行反演化极．     

考虑航磁水平梯度变化的ΔT网格化方法研究

实测航磁横向水平梯度反映垂直于测线的磁场梯度,比传统航磁ΔT数据包含测线之间更多的磁场信息.针对航磁数据网格化问题,采用Hardwick提出的方法,利用航磁水平梯度与ΔT数据构建拟测线,并结合Akima插值法,开展了双方向测线型ΔT网格化方法研究,最终实现了考虑航磁水平梯度变化的ΔT网格化;针对网格化结果中的虚假异常采取了有效滤波方法.通过理论模型数据和实际数据网格化处理,表明该方法可以突出航磁测线之间的异常细节、更清晰地反映线性构造或磁性体走向,提高了网格化的精度和分辨率.     

基于重力梯度张量曲率的边界识别

重力梯度张量曲率目前广泛用于重力数据的处理和解释中.为了拓宽重力梯度张量曲率的应用,本文回顾了重力梯度张量曲率的定义,从等位面的曲率定义出发,讨论了正确计算曲率的测量参考系及局部旋转的相关理论,并以单个球体和棱柱体为例来说明曲率的正确计算方式.然后,在正确计算重力梯度张量曲率的基础上,将重力梯度张量曲率应用到重力数据的边界识别中,通过理论模型和实际数据详细分析和比较了各种曲率在重力边界识别中的应用效果.结果表明:基于等位面的局部旋转坐标系是各种曲率正确计算的先决条件,纠正了曲率计算的误区;在边界识别中,局部坐标系下所计算的高斯曲率进行边界识别能够较好的圈定地下地质体的边界.     

三维MCSEM利用电磁场分解消除空气波效应

对于浅水域可控源电磁勘探,在资料处理和解释过程中需要消除空气波影响,电磁场上下场分解方法是消除这种影响的一种有效手段.为了快速有效实现电磁场分解,假定电磁场沿水平方向变化缓慢,基于麦克斯韦方程组,本文推导了一种仅利用电磁场水平梯度实现电磁场分解新方法.数值试验表明利用这种分解方法可以得到稳定可靠的分解结果,同时论证了这种方法是一种海洋可控源电磁法（MCSEM）数据快速定性解释手段.     

重磁场二维希尔伯特变换——直接解析信号解释方法

通过分析解析信号概念,指出目前重磁场解析信号事实上是重磁场梯度解析信号.在借助解析信号分量满足二维希尔伯特变换关系的基础上,提出重磁场直接解析信号的概念,并阐述重力异常及化极磁异常希尔伯特变换——直接解析信号的含义,并给出基于直接解析信号对位场增强的四种处理方法:直接解析信号模、水平分量模、改进Tilt angle和改...     

数据空间磁异常模量三维反演

强剩磁的存在通常导致了总磁化强度方向未知,进而影响了磁异常的反演和解释.磁异常模量是一种受磁化方向影响小的转换量,可以在强剩磁条件下通过反演三维磁化强度大小分布来推测场源分布状态.我们提出了一种数据空间磁异常模量反演算法来减少剩磁的影响.与标准的模型空间L2范数正则化反演方法相比,我们的方法有两个优点:一是无需搜索正则化参数(需要反复求解非线性反演问题),因而可以减少计算时间;二是反演结果更加聚焦,深度分辨率更高,我们对此进行了原因分析.通过模型和实测数据测试证明了该算法的有效性和更好的反演效果.