反插值法实现地球物理数据快速网格化

本文借鉴反演理论，采用反插值法实现地球物理数据的快速网格化.首先由已知点与未知网格点的反距离拓扑关系建立反演方程，用已知点值直接计算出其所在网格的未知网格点值，再利用Laplacian算子滤波，使得模型光滑，且能量最小化.利用预条件共轭梯度法求解网格化方程组，并结合螺旋坐标系思想和Wilson\|Burg谱分解法，将二维数据的滤波处理转换到一维空间进行处理，实现二维数据快速滤波.另外，引入了阻尼约束，保证求解稳定、迭代收敛.最后，应用该方法对合成数据和实际资料进行了试验.     

三维地震数据离散光滑插值的共轭梯度法

针对三维地震数据插值,提出采用Laplacian算子进行光滑约束的插值方法,并借鉴Mallet研究的离散光滑插值思路,采用预条件共轭梯度法,直接生成网格节点上的值,从而回避寻求满足插值方程的函数. 为了实现其中Laplacian算子的快速求逆,文中引入Claerbout螺旋坐标系谱因式分解理论. 在螺旋坐标系下,Laplacian算子的表示矩阵具有Toeplitz结构,其快速求逆可由谱法LU分解实现. 基于二维离散光滑插值,文中还给出共轭梯度法与NMO相结合的沿时间切片逐层处理的离散光滑插值流程. 最后,应用该方法对模型数据和实际三维地震数据进行了处理.     

三维地震数据离散光滑插值的共轭梯度法

针对三维地震数据插值,提出采用Laplacian算子进行光滑约束的插值方法,并借鉴Mallet研究的离散光滑插值思路,采用预条件共轭梯度法,直接生成网格节点上的值,从而回避寻求满足插值方程的函数. 为了实现其中Laplacian算子的快速求逆,文中引入Claerbout螺旋坐标系谱因式分解理论. 在螺旋坐标系下,Laplacian算子的表示矩阵具有Toeplitz结构,其快速求逆可由谱法LU分解实现. 基于二维离散光滑插值,文中还给出共轭梯度法与NMO相结合的沿时间切片逐层处理的离散光滑插值流程. 最后,应用该方法对模型数据和实际三维地震数据进行了处理.     

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.

     

位场曲化平的插值-迭代法

将起伏曲面B上的位场向下延拓至曲面最低点的平面A的插值-迭代法步骤是：1）将曲面B上的场值放置在水平面A上具有相同水平坐标的点上,作为A上的初值;2）用若干水平面切割B,从A的初值,用快速傅里叶变换法(FFT)向上延拓出这些平面的场值,用插值的方法从这些平面的场值计算曲面B的场值;3）根据B上的实测值与计算值的差值,对A上的值进行加权改正;4）重复步骤2）和3）,直到B上的差值小到可以忽略.这种插值-迭代法具有高的计算速度,比通常的FFT法延拓得更深,可以超过10倍点距.文中给出计算实例.     

从瞬变电磁扩散场到拟地震波场的全时域反变换算法

将瞬变电磁满足的扩散方程转变为波动方程,然后利用地震类成像方法实现瞬变电磁虚拟波场成像,是实现瞬变电磁三维反演的有效手段之一.为了实现由扩散场到虚拟波场的转换,文中采用预条件正则化共轭梯度法求解波场反变换问题.首先,对几种离散方式进行比较,采用条件数最小的离散方式进行离散;然后选择最优的正则化参数,并利用超松弛预条件技术对系数矩阵进行预条件处理;最后,利用共轭梯度法进行迭代求解.超松弛预条件有效降低了系数矩阵的条件数,正则化方法使得反变换得到的波场稳定、可靠,共轭梯度法能够保证计算快速收敛.将反变换结果与已知虚拟波场函数对比,证明算法稳定、可信.将文中算法结果与前人研究结果进行对比,说明方法效果.通过实测数据的波场变换处理给出了文中方法的实际应用效果.结合反变换算法,对不同参数模型进行分析,总结了虚拟波场在色散介质中的传播规律.     

基于位场曲面延拓的航磁成图数据精度评价方法研究

为了评价航磁成图数据精度,通常在完成精细调平等处理后依据航空磁测总精度评价方法进行评价.但经过精细调平或反复调平可以使成图数据精度达到很高,不能反应实际情况.针对这一问题,本文提出了一种基于位场曲面延拓的航磁成图数据精度评价方法,该方法是将航磁数据经各项改正后、精细调平前的测线数据通过非规则网延拓算法延拓至切割线测点(或交叉点)处,再计算二者的均方根偏差来进行精度评价.该精度评价方法不需要经过精细调平也可避免多次调平,不需要舍弃交叉点,并且克服了交叉点处点位坐标不一致的问题,可以客观地评价航磁成图数据的精度,也作为评价航磁数据精度的一种新方法,同时也可用该曲面延拓方法进行曲面数据处理成图.通过模型测试和实际资料处理,验证了该方法的正确性和实用性.

     

位场延拓的积分-迭代法

本文介绍一种新的位场延拓方法——积分-迭代法.将起伏面上的实测位场值,垂直投影至起伏面下部的一个水平面上,作为该水平面上的位场初始值.根据该水平面上的初始值,用积分方法计算起伏面上的位场值.用起伏面上的实测值与计算值的差值,对水平面上的位场值进行校正.如此反复迭代,直至起伏面上的实测值与计算值的差值小到可以忽略.有了水平面上的位场值后,就可以用积分的方法或其他方法计算水平面以上的任意曲面或水平面的位场值.该方法原理简单,不用解线性代数方程组,有较高的计算速度.它特别适用于位场向下延拓,有良好的延拓效果.本文还介绍了积分迭代法的应用实例.     

位场边缘识别方法研究进展

研究地质体的边缘位置是重、磁位场数据解释永恒的主题,也是其优势.最近几年,国内外利用重、磁位场进行地质体边缘识别研究的文章明显增多,但没有作者系统整理和对比各方法的优点和缺点,给使用者带来诸多不便.本文首先将现有重、磁位场边缘识别方法分为数理统计、数值计算和其他三大类,并概述了各类方法的研究现状;之后较详细总结了数值计算类中垂向导数、总水平导数、解析信号振幅、倾斜角、θ图这5种基本的边缘识别方法以及在这些基本方法之上发展起来的诸如倾斜角总水平导数、增强解析信号振幅等方法的研究历史和应用效果;并用理论模型对比了几种主要边缘识别方法的识别效果.通过以上总结、对比和分析,指出了重、磁位场边缘识别方法使用中需要注意的问题以及将来的研究重点及发展方向.     

航磁梯度数据与地质异常反映之间的关系

在异常选编工作中,往往需要剔除掉区域背景场的干扰,从而寻找浅部异常的一些信息,因为区域背景场往往是由一些火山岩、侵入岩所引起,当然也不排除大型矿床所引起的可能性,航磁总场是区域场和局部场的叠加,因此异常往往会因为某种方式被忽略掉.梯度数据具有压制深部异常体、突出浅部异常体信息的特点,这就为梯度数据能够方便地提取异常提供了理论支持.在中国的北部某地区进行了航磁全轴梯度测量飞行,获得了横向梯度、纵向梯度和垂向梯度数据,利用实测数据总结出梯度数据与地质体异常之间的关系,确定了异常选编原则,为今后梯度数据确定异常奠定了基础,同时分析了实测的垂向梯度数据相比于转换的垂向梯度数据在异常反映上信息更丰富.     

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.     

航磁垂直梯度调整ΔT水平方法研究

使用中国自主研发、具有完全自主知识产权的航磁全轴梯度勘查系统首次试飞获得的资料,利用航磁垂直梯度数据进行ΔT水平调整研究,讨论了航磁及航磁梯度资料水平调整的原则,提出梯度资料长波水平的调平方法.对经长波水平调整后的垂直梯度数据进行位场转换,获得不受地磁场随时间变化影响的磁异常,并通过恢复磁异常的长波信息,实现了ΔT的水平调整和增强.实际资料处理表明调平过程具有物理意义、效果明显.     

位场数据解释的Theta-Depth法

Theta图是利用位场(重磁)数据识别边界的常用方法,其表达式为重磁异常水平变化与垂直变化的比值函数.该方法计算浅源地质体边界的效果较好,而由于深源位场数据在换算过程中会产生趋同效应,在深源地质体识别应用中计算结果不准确,为此,本文提出Theta-Depth法并进行地质体埋深的计算.首先给出直接利用Theta图像进行场源体深度估算的方法,然后推导出基于Theta导数的线性方程来自动估算场源位置参数,本文方法可有效地利用Theta图像的特征为约束条件来提高反演结果的精度.理论模型试验证明本文提出的Theta-Depth法能有效地计算出场源体位置和深度.将该方法应用于满都拉地区实测磁数据的解释,帮助圈定了矿脉的分布.     

位场向下延拓的最小曲率方法

针对位场向下延拓的不适定性,我们将位场向下延拓视为向上延拓的反问题,提出以位场最小曲率作为约束条件来求解稳定的下延位场.我们将剖面位场向上延拓表达式用傅里叶矩阵的形式表示,以矩阵乘法形式给出延拓的表达式,同时向待反演的下延位场引入最小曲率约束,得到向下延拓的最小曲率解,并利用正交变换给出了更为简洁的频率域解.随后,利用Kronecker积将上述全部结果拓展至三维位场,给出了三维位场向下延拓的最小曲率解.此外,我们将位场数据的填充、扩充问题与向下延拓问题统筹考虑,提出一种新的向下延拓迭代格式,该算法面向实际资料处理需求、无须预扩充或填补数据.下延迭代时,对原始数据直接向下延拓,而空白部分利用上一次下延位场估计的上延值替代其空白值并对其向下延拓,直至获得最小曲率约束下稳定的向下延拓结果.同时,我们也讨论了利用改进L曲线和广义交叉验证(GCV)计算正则参数最优估计的问题.对理论模型和实际航空重力资料进行了向下延拓检验,处理结果表明位场向下延拓的最小曲率方法解能满足实际位场资料对向下延拓处理的需求,具有较高的下延精度.     

逐步逼近曲化平方法研究

位场资料的常规处理解释方法是建立在平面数据理论之上的,然而实际的位场数据大多为曲面数据,若把曲面数据当成平面数据进行处理,必然导致很大的误差,因此有必要进行“曲化平”处理. 曲化平目前存在的主要问题是计算精度低、计算量大,因此,研究快速、精度高且适合大数据量处理的曲化平方法具有重要的价值. 本文在已有的泰勒级数曲化平方法基础上提出了逐步逼近技术和平均平面技术,使得曲面位场资料处理的精度得到了很大提高. 最后通过理论模型和实际资料的处理验证了该方法的应用效果.     

位场数据处理中的最小曲率扩边和补空方法研究

在频率域中进行位场数据的各种处理和转换时必须对网格数据进行扩边或补空处理,而扩边和补空结果的精度直接影响到位场数据处理和转换结果的精度.本文提出了一种精度较高的位场数据扩边和补空方法——最小曲率方法,给出了该方法的迭代格式,讨论了相关的技术措施.理论模型的补空试验表明,最小曲率方法补空结果的精度高于余弦方法7倍以上;而扩边和补空结果对位场数据处理和转换结果精度的影响试验表明,最小曲率方法比余弦方法平均提高2倍以上,甚至可以达到一个数量级.将最小曲率方法应用到实际资料的扩边和补空计算表明,最小曲率方法明显优于余弦方法.上述研究表明最小曲率扩边和补空方法效果好、精度高,可用于任何连续且光滑的数据的扩边和补空计算.     

An alternative approach in establishing relation between vertical and horizontal gradients of 2D potential field

The relation in which the vertical and horizontal gradients of potential field data measured along a profile across a two‐dimensional source are a Hilbert transform pair is re‐established using complex domain mathematics. In addition, a relation between the measured field and its vertical gradient in terms of a closed‐form formula is also established. The formula is based on hypersingular or Hadamard's finite‐part integral. To estimate the vertical gradient directly from the field data, Linz's algorithm of computing Hadamard's finite‐part integral is implemented. Numerical experiments are conducted on synthetically generated total magnetic intensity data with a mild level of noise contamination. A model of a magnetically polarised vertical thin sheet buried at a finite depth within a non‐magnetic half‐space was considered in generating the synthetic response. The results from numerical experiments on the mildly noise‐contaminated synthetic response are compared with those from using classical Fourier and robust regularised Hilbert transform‐based techniques.     

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.