总强度磁异常各阶垂向导数换算新方法

总强度磁异常垂向导数换算在磁性目标解释推断过程中具有重要意义。分析频率域总强度磁异常各阶垂向导数转换因子的滤波特性,指出在求解总强度磁异常垂向导数时,常规傅里叶变换法会明显放大观测数据中高频噪声的影响,甚至可能淹没掉真实信息。给出一个重要定理:总强度磁异常沿垂直方向的积分及各阶偏导数均为准调和函数,在此基础上,提出基于拉普拉斯方程的逐步求解法,联合空间域和频率域换算总强度磁异常沿垂直方向的各阶导数。同时,采用球体磁场模型验证所提方法的有效性,并推导地磁场方向和磁化强度方向不一致时,球体总强度磁异常沿垂直方向的一阶和二阶导数表达式。结论表明:利用样条法计算的垂向导数结果精度明显优于常规傅里叶变换法计算结果,且具有较强的抗噪能力。

位场垂向导数的稳定算法

垂向导数广泛应用于位场数据处理和解释中,常规的空间域求导公式多以台劳级数为基础,这不可避免会引入截断误差,且不便于求取高阶导数。另一种应用较多的波数域算法,其求导算子在高波数成份产生振荡失真,很不稳定,在实际应用中很难取得理想结果。这里提出了一种计算位场数据垂向导数的稳定算法,在波数域求垂向积分,在空间域计算二个二阶水平方向导数,借助拉普拉斯方程,求取位场异常的各阶垂向导数。算法只在求垂向积分时引入了一次付里叶变换,其它计算全部在空间域中进行,从而有效地避免了吉布斯效应的重复累加传递,有效降低了常规波数域求导算子在高波数成份产生的振荡失真。通过理论模型对比,证明了这里所提出的算法较常规的波数域方法具有良好的稳定性,特别是在计算高阶垂向导数时有明显优势,能有效地提高与垂向导数有关的位场定量解释方法的准确性。

位场垂向导数零值位置空间变化规律研究(英文)

本文推导了简单规则形体(单一边界、双边界和多边界)重力异常垂向一阶导数和重力异常垂向二阶导数零值位置的解析表达式,并研究了其空间变化规律;对难以得到其零值位置解析表达式的简单规则形体,利用其剖面图和断面图上的零值位置来研究其空间变化规律。研究结果表明,重力异常垂向二阶导数与重力异常垂向一阶导数零值位置的空间变化规律基本一致,只是重力异常垂向二阶导数零值位置比重力异常垂向一阶导数的零值位置更靠近地质体上顶面边缘位置,且其分辨能力更强。对于单边界模型,随着埋深的增加,重力异常垂向导数的零值位置均自形体上顶边缘位置向外侧偏移,但最终均能收敛于某一固定值;对于双边界模型,随着埋深的增加,重力异常垂向导数的零值位置自形体上顶边缘位置一直向外侧偏移;对于多边界模型,随着埋深的增加,重力异常垂向导数零值位置自形体上顶边缘位置向外侧收敛,部分边界的零值位置重合并消失。最后通过实际资料检验了方法的有效性和可靠性。

几种规则形体的引力垂向导数及其应用

鉴于引力垂向导数在大地测量、地球物理中广泛应用，在许多情况下，异常体就是或接近于规则形体，为此推导、引入了球体、半球体、柱体、锥体和长方体的引力垂向导数公式。此外，还讨论了如何将它们用于绝对重力测量和精化大地水准面的实际中。

用样条函数法求重力异常二阶垂向导数和向上延拓计算

对于二元三次样条函数的插值问题，本文给出了插值系数的求法及利用样条函数求导数、不定积分和定积分的统一计算公式，并用二元三次样条函数对地质模型进行了重力异常二阶垂向导数和向上延拓的计算。模型试其值和理论值的比较结果证明了本文提出的方法精度高且方便实用。

位场各阶垂向导数换算的新正则化方法

位场垂向导数大量应用于位场数据处理与解释中.当前广泛采用的位场各阶垂向导数换算方法为基于Laplace方程并结合波数域和空间域方法的具有递推特性的ISVD(integrated second vertical derivative)算法.本文在位场垂向导数换算的正则化方法和径向平均功率谱的基础上,提出一种位场各阶垂向导数换算的新正则化方法.新正则化方法仅需通过分析位场径向平均功率谱来确定一个截止波数,即可稳定换算位场各阶垂向导数.理论模型和实测数据实验结果表明:(1)新正则化方法物理意义明确、计算简单,且各阶垂向导数换算的稳定性和精度明显优于ISVD算法;(2)在用新正则化方法求得各阶垂向导数的基础上,利用泰勒级数法可以获得大深度、高精度的位场向下延拓结果.

位场各阶垂向导数的ISVD算法及其应用

位场垂向导数广泛应用于位场数据处理与解释当中,目前求取位场各阶垂向导数方法大致可以分为两类:①在频率域进行;②在空间域进行。针对这两类方法存在着稳定性较差的问题,这里介绍了计算位场各阶垂向导数的ISVD算法,并通过对单一地质体模型和地质体组合模型产生的布格重力异常进行处理分析,证明了ISVD算法在计算位场各阶垂向导数时,特别是在计算位场高阶垂向导数时,比在频率域及空间域计算结果具有较好的稳定性,ISVD算法能够有效地识别出浅层小尺度地质体边界。为了验证该方法对实际资料的处理效果,对某区块实际布格重力异常数据应用ISVD算法试算各阶垂向导数,结合地质背景等资料划分出断裂体系。结果证明,应用ISVD算法计算的位场各阶垂向导数,对于确定浅层小尺度地质体边界有较好的效果。

利用相关系数法确定三种位场垂向导数换算的滤波参数

垂向导数被广泛应用于位场数据的处理和解释中。在波数域中常规垂向导数算子受噪声的影响较大。通常解决方法是在垂向导数算子中引入低通滤波器,来压制高频噪声的干扰。Butterworth低通滤波、Hanning窗滤波以及向上延拓滤波是三种效果较好的低通滤波,但存在滤波参数较难选择的问题。针对这个问题,本文利用相关系数法确定各方法的滤波参数,避免了人为因素对求导结果的影响。模型试验和松辽盆地镇赉地区实际数据处理结果表明,使用相关系数法确定滤波参数后能快速获得较好的垂向导数结果,其中Butterworth低通滤波的导数结果相比其他两种方法的效果要好。

位场各阶垂向导数ISVD算法及其在Matlab中的实现

垂向导数在场分离及其确定场源体边界等方面有重要作用。介绍了计算位场各阶垂向导数的ISVD算法,并将其在Matlab中实现,给出了计算位场各阶垂向导数ISVD算法的部分Matlab源代码。研究表明,利用Matlab可以方便快速地实现ISVD算法并较为准确地获得位场各阶垂向导数。同时,与在频率域和空间域计算相比,ISVD算法计算的位场各阶垂向导数特别是高阶垂向导数,具有较好的稳定性。

归一化总水平导数垂向导数法在位场数据解释中的应用

归一化总水平导数垂向导数方法是由一种结合水平导数与垂向导数的一种位场解释方法,通过计算总水平导数的垂向特征来突出岩体或者地质体边界的线性构造。文中以宁夏中卫市香山地区金属矿产和非金属矿产分布区为研究区,利用这种方法能够清楚地区分岩体与地质体的平面范围,通过极大值的位置判断岩体的边界位置和水平分布。结果表明,利用归一化总水平导数垂向导数的方法来定性解释岩体分布范围具有较好的应用效果。

基于改进凸集投影方法的不规则范围位场数据垂向导数换算方法

重磁勘探工区的不规则性经常使获得的重磁位场数据存在空白区。在进行波数域垂向导数换算前,需对数据空白区进行补空。同时,为了提高处理精度,还需要将数据预扩边至快速Fourier变换所需要的长度。常规重磁位场垂向导数换算一般仅考虑换算本身,或将数据补空、扩边与换算这三个步骤独立进行。本文统一考虑这三个步骤,提出一种基于改进凸集投影方法的不规则范围位场数据垂向导数换算方法。改进方法中,低通滤波器的截止波数通过采用分形模型拟合径向平均功率谱来确定。理论模型和实测数据试验结果表明:(1)采用分形模型拟合径向平均功率谱能够合理地划分有用信号和噪声;(2)所提出的改进方法物理意义明确,且位场数据补空、扩边的误差和运行时间远小于常规Kriging及最小曲率法。

位场垂向高阶导数的Tikhonov正则化迭代法

在位场数据处理中,垂向导数具有重要的物理意义。其在一定程度上可以划分不同深度和大小异常源产生的叠加异常,且导数的阶次越高,这种分辨能力就越强,但通常认为高阶导数的换算是不稳定的。本文在Tikhonov正则化求位场垂向高阶导数的基础上,结合迭代法进行逐次逼近,提出了位场高阶导数的Tikhonov正则化迭代法,并且得到Tikhonov正则化迭代法的递推公式。通过对该方法的滤波特性分析可以看出,该方法计算的位场垂向高阶导数具有一定的稳定性及保幅性。模型试验和实际数据的处理表明,该方法计算结果较常规FFT求导法有更高的稳定性和实用价值。

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.

方向总水平导数法的改进和边界识别中的应用

为了提高重力勘探中边界识别方法的分辨率,增强对地质体边界的划分和检测能力,本文在方向总水平导数法的基础上进行了改进.提出了基于重力梯度数据的方向总水平导数与加强方向总水平导数的垂向导数、综合x,y和z方向的方向总水平导数及其垂直导数等6种新型边界探测器.通过理论模型与噪声试验,证明了改进的方法具有较好的边界划分能力;与原方法相比,改进后的方法识别出的边界与模型更好地吻合.将文顿盐丘地区的实测数据引入改进后的方法中,更清晰地识别出地下盖岩的边界,验证了方法的可行性.

多种重磁位场边缘识别方法及在南黄海北部断裂构造识别中的应用研究

为了研究南黄海北部盆地及邻区的地质体接触关系和断裂构造在平面上的分布位置和走向,以解决研究区相关地质构造等问题。本次研究系统分析了多种重磁位场边界识别方法原理,应用各方法对研究区的重力资料进行处理,结合地震资料和相关地质认识,重新对研究区断裂构造进行识别和提取,确定研究区断裂体系和分析断裂特征,进行构造分区。研究结果表明,在传统处理方法基础上,联合归一化Theta图垂向导数、归一化标准差和归一化总水平导数垂向导数是划分断裂的一种有效方法,更能快速、有效、准确地反映出研究区断裂构造的平面特征。研究区发育NE(NNE)、NW、近EW和近SN向断裂构造,具有层次性、区域性和不同的活动性。NE(NNE)向断裂构成该区的主要构造格架,是研究区的构造主体,在长期剧烈活动作用下,NE(NNE)向断裂全区皆有分布,且主要分布于北部盆地及盆地以外的西北一带,而近EW向断裂主要分布于中部隆起一带。在特殊的构造应力环境下,北部盆地形成了前陆盆地的构造和地层展布特征,结合重力异常和地震资料认为,研究区可划分为鲁西隆起带、胶莱盆地、胶南隆起带、千里岩隆起带、南黄海北部盆地、南黄海盆地中部隆起带等6个构造单元。

利用重磁资料研究莺-琼盆地构造分界及其两侧断裂特征

莺-琼盆地(即莺歌海盆地和琼东南盆地)位于印支地块与华南大陆交汇处,该区域地质构造复杂,为南海西北走滑型和伸展型陆缘的交汇区,也是印澳-欧亚板块碰撞"挤出-逃逸构造区"和"古南海俯冲-拖曳构造区".莺-琼盆地的北部以红河断裂带中1号断裂为界,前人对其认识比较统一,但莺-琼盆地南部由于地质和地球物理资料较少、研究程度低,以致其构造格局及分界位置不明确.通过对重、磁资料的处理,认为在莺-琼盆地分界的北段存在明显的重力异常和磁力异常梯级带,该梯级带与1号断裂位置相对应;在其南段存在明显的重力异常和磁力异常高值带,推断该高值带为一"中建凸起",结合重、磁对应分析技术确定了该"中建凸起"的分布范围.采用重、磁异常归一化总水平导数垂向导数技术识别出控制莺-琼盆地分界两侧的断裂构造,在分界以西断裂走向主要为北北西向,分界以东主要为北东向.通过地质和地球物理综合研究认为莺-琼盆地的北段以1号断裂为界,南段以"中建凸起"为界.

北京平原区断裂构造重力异常识别研究

区域重力异常蕴含丰富的断裂构造特征信息.采用小波多尺度分解、归一化总水平导数垂向导数(NVDR_THDR)和剖面2.5D重力异常反演方法对北京平原区高精度区域重力资料进行了处理,获得了主要断裂构造平面位置、长度、规模、汇交关系及深浅延伸特征,分析了利用重力异常识别断裂的效果.结果表明:(1)北京平原区NE向断裂平面延展长度大、连续性强,NW向断裂分段性明显,连续性弱,但NW向断裂对NE向断裂有切割改造迹象.近EW或SN向断裂分布较为局限.(2)主控断裂平面和垂向延伸特征差异明显,顺义断裂、孙河断裂、永定河断裂等为盖层断裂;南口断裂、孙河断裂西段、二十里长山断裂和张喜庄断裂为基底断裂;黄庄—高丽营断裂南段、南苑—通县断裂、礼贤断裂、夏垫断裂和皮各庄断裂东段为地壳断裂.(3)利用NVDR_THDR峰值异常带的连续性、幅值、宽度及错切关系可有效识别断裂的平面展布特征,通过小波变换获得的不同深度等效层异常结合2.5D剖面反演可有效研究断裂在基岩内部的深浅延伸情况,但重力异常的垂向分辨能力弱,断裂在新生界内部延伸特征需结合其他地质资料进一步分析.

嘉偕平顶山群重磁异常及其构造和沉积特征

对嘉偕平顶山群重力数据进行了垂向导数处理,磁力数据进行了解析信号处理。重力垂向导数异常显示海山斜坡至坡底发育几个局部重力低异常,反映了此处存在低密度的沉积;磁解析信号异常显示海山斜坡山脊和山顶存在局部磁力高异常,反映了此处存在高磁性体。综合分析后认为重力垂向导数低异常可能是重力滑塌作用引起的碎屑流沉积的反映,磁解析信号高异常可能与侧翼裂谷带引起的岩墙侵入和火山活动相关,进而形成了斜坡山脊和山顶局部隆起。海山重力滑塌作用引起的碎屑流沉积多位于侧翼裂谷带附近区域,这可能是侧翼裂谷带处易发生岩墙侵入和火山活动,在此阵发性因素诱导下,易发生较大规模的重力滑塌。

重力场向下延拓的三阶Adams-Bashforth公式法

重力场向上延拓是稳定且收敛的过程,而向下延拓是不稳定且发散的过程。为此,本文提出一种重力场向下延拓新方法。首先,对重力场及其垂向一阶导数向上延拓,得到不同高度的重力场垂向导数;然后,基于求解微分方程的三阶Adams-Bashforth多步法,推导出稳定的向下延拓公式;最后,为验证本文方法,将其分别应用于模型数据和实际数据。理论模型试验及误差曲线表明,相对于经典下延方法——傅里叶变换下延法和积分迭代下延法,新方法三阶Adams-Bashforth公式法下延过程稳定,边界效应不明显,下延深度可达5倍点距,下延结果与真实值的相对误差更小,结果更准确。将本文方法应用于加拿大某区实测航空重力数据,得到有效且准确的下延结果,能够识别和圈定一些细小异常特征。

内蒙古翁公敖包航磁异常的推断与解释

文章对内蒙古四子王旗—土默特右旗中北部近年发现的翁公敖包航磁异常进行推断与解释,在对找矿有望的航磁异常进行筛选后,对翁公敖包航磁异常进行了野外地质-地球物理查证,确定异常为铁矿所致;采用向上延拓、垂向导数、斜导数及小波变换等方法对航磁异常进行数据转换处理,以获取铁矿体的横向及纵向分布信息,取得了较好的效果。