重力全张量数据联合欧拉反褶积法研究及应用

全张量测量技术是在空中或海上用加载了多个加速度计的移动平台技术测量位场的五个独立分量.各张量分量包含不同方向的地下地质体信息,水平张量分量T_(xx)、T_(yy)、T_(xy)、T_(xz)、T_(yz)通常用于识别和映射与地质构造或地层变化有关的测量区域中的目标,垂直张量分量Tzz用于估计深度.然而,这些分量传统上是彼此分开解释,经常遇到错失关键信息的风险.本文所用全张量欧拉反褶积是在单独z方向的欧拉反演基础上发展而来的,它融合了重力异常垂直分量以及其三个方向导数、水平分量以及其三个方向导数.全张量数据信息得以有效应用的同时,欧拉反褶积结果也比常规欧拉反褶积结果更加收敛.最后,结合美国墨西哥湾地区实测航空FTG数据,用重力梯度张量数据进行联合欧拉三维反演研究,有效的识别岩盖的边界信息,划分岩盖范围,为进一步研究盖层底下深部复杂地质情况提供可靠的解释结果.

基于源体生长思想的全张量重力梯度数据联合反演

基于源体生长思想的三维反演是一种使用系统搜索的反演方法。和正则化反演相比,该方法计算量小,运算速度快。源体生长的判断准则是其核心,影响着结果质量。本文提出了一种全张量重力梯度数据源体生长反演方法,旨在提高纵向的反演效果。首先,在判断准则中引入深度加权函数,优化对不同深度上源体生长的判断;其次,根据单分量梯度数据反演结果,调整不同类型数据的权重,建立联合反演方法;最后,利用矩阵压缩减少内存占用,提高反演计算效率。通过模型数据与文顿盐丘地区实测数据试验,证明了提出的方法能够有效地引导源体生长,对深部目标具有更高的分辨能力,适用于较复杂形态目标的反演,且具有较高的计算效率和抗噪性。

基于协同克里金方法的重力梯度全张量三维约束反演

随着重力梯度全张量测量技术的日趋成熟,重力梯度全张量数据的三维反演技术日益受到重视与关注.全张量数据反演与重力数据反演一样仍然面临着严重的多解性问题.本文将基于地质统计学的协同克里金方法应用于重力梯度全张量数据三维反演,建立了密度约束下的多变量协同克里金联合反演方程,以降低反演的多解性.模型试验表明密度信息的加入能够有效降低反演的多解性,提高反演结果的分辨率,尤其是纵向分辨率能够得到显著提高.最后对美国德克萨斯州一个岩丘区所获得实际资料的应用表明了本文方法的实用性.

重力数据的平面全张量梯度角度边界识别方法

在倾斜角和θ图等传统边界识别方法基础上,通过对二者相互关系的分析,明确这两种方法均属于角度边界识别,并论述其他相关角度边界识别方法的理论依据及方法的特点。针对这些方法在识别深部地质体边界时产生偏移的问题,引入全张量梯度处理手段。将水平面视为整个与垂直方向相对的分量,利用水平梯度分量Vx和Vy的三方向导数Vxx,Vxy,Vxz和Vyy,Vyx,Vyz的矢量特征,进行类似于倾斜角和θ图方法的比值计算,提出平面全张量梯度的角度边界识别和增强方法。模型试验表明,该方法具有更加准确的探测效果,可显示更多细节特征。塔里木盆地实测重力数据处理结果与地质资料对比表明,本文方法在构造单元分析中有良好的应用效果。

重力场匹配导航的全张量重力梯度基准图模拟

针对目前重力场匹配导航研究的需要,提出了一种计算机模拟全张量重力梯度基准图的方法,可利用地形高程数据模拟计算局部地区的重力梯度数字地图。该方法从扰动重力梯度的原理出发,分析了地形起伏对重力梯度场的影响,并提出以立方体为地形单元模型,积分计算测量点附近的地形对测量点重力梯度各个分量值的扰动影响。在此基础上模拟格网式测量,从而得到较高分辨率的全张量重力梯度数字地图。仿真实验表明,这种方法计算所得的重力梯度基准图可以精确到10-2～10-1E,相对误差为8.27%,并且存在大量的细节纹理,有着较好的导航应用前景。与实测数据的对比分析说明,所得的重力梯度基准图基本符合实测数据的特性,所提出的方法可以作为一种有效的全张量重力梯度基准图模拟的方法。

全张量重力梯度数据误差分析及补偿

针对用于航空移动平台的高精度全张量重力梯度测量系统,深入研究了梯度仪12个加速度计按3个不同旋转轴圆盘形成差分组合的结构。在确认该结构具有有效抑制运动共模加速度、减少外界环境干扰、实现高精度探测优点的同时,着重分析了重力梯度仪测量误差的来源和影响。研究表明,主要影响包括仪器固有随机噪声和外界确定性噪声。为定量描述影响程度,推导了在航空动态环境下的测量方程,并分离出加速度计的性能不匹配、平台不稳定、圆盘转速不稳定3个主要固有因素,从时间域和频率域角度定量分析固有影响因素的噪声水平。试验分析表明,通过利用Simulink仿真系统可以获得固有因素产生的噪声水平,并提出抑制方案。针对搭载环境测量误差,还分析了实测飞行中姿态和质量的改变对重力梯度测量值造成的环境影响,提出了基于点质量源的自身梯度校正方法。

基于单元细分H-自适应有限元全张量重力梯度正演

在重力梯度各阶张量正演中,难于求取复杂地质体的解析式,转而利用已知解析解的简单规则几何形体近似剖分地质体,其会引起较大的几何拟合误差.本文首先从全张量重力梯度解析公式出发结合等参变换基于有限元分析给出了满足地下复杂地质体正演的型函数,引入体积分的误差指示器用以估计全张量重力梯度误差,提出了适用于全张量重力梯度正演的自适应计算的策略及迭代算法,数值算例证明了本文方法的正确性和有效性.

全张量重力梯度数据的谱表示方法

在文献 [1 ]的基础上 ,进一步研究全张量重力梯度数据的全局和局部分量的广义球谐谱表示和轨道根数表示 ,并给出了广义球谐函数与球谐函数之间的关系。从理论上得到了全张量重力梯度数据的描述方法和由全张量重力梯度网格数据恢复全球重力位谱系数的基本公式。本文对全张量重力梯度数据的谱表示和谱分析所做的工作 ,对由重力梯度张量的部分分量恢复全球重力位谱系数有一定的参考价值。

全张量重力梯度仪测量方程及误差分析

为了研究加速度计性能与全张量重力梯度仪测量精度之间的关系,从全张量重力梯度仪的测量原理出发,建立了重力梯度仪的测量方程,并根据坐标变换矩阵得到测量坐标系和惯性平台坐标系下全张量重力梯度仪的输出表达式.根据加速度计的输入输出数学模型,给出了包含加速度计性能参数的输出方程,并分析了加速度计性能对全张量重力梯度仪测量精度的影响.理论分析结果表明,当旋转圆盘中心存在加速度时,加速度计的零位偏置、标度系数的非一致性以及二阶非线性系数均产生重力梯度测量误差.通过采用高精度加速度计、高精度稳定平台及标度系数在线自动补偿技术,可以提高重力梯度仪的测量精度.

环境物体对全张量重力梯度仪的影响

在重力梯度测量过程中,由于重力梯度测量仪器周围可能有物体存在,由此产生引力梯度,这种变化可以直接被重力梯度仪所敏感。以概念中的十二加速度计组成的全张量重力梯度仪为例,根据万有引力定律,得到梯度仪敏感引力梯度计算的理论逼近公式。使用Matlab软件根据物体处于不同位置时进行仿真,得到了重力梯度仪敏感的9个梯度张量值。通过对仿真结果分析可知,物体距离重力梯度仪中心位置越远,环境物体对梯度仪的影响越小。最后给出了减小这种影响的措施。

移动平台全张量重力梯度数据的噪声抑制

全张量重力梯度仪器测量数据中包含了大量的白噪声和有色噪声。传统的数字滤波器只能滤除某一频段外的噪声,对于混叠在重力梯度有用信号频段范围内的有色噪声不能很好的对其进行分离。为了同时滤除白噪声和有色噪声,笔者利用卡尔曼滤波器采用增广矩阵法将全张量重力梯度数据中的有色噪声进行估计,在抑制白噪声的同时将有用信号和有色噪声分离,并利用数字滤波器与卡尔曼滤波器的优点,将其结合生了更好的滤波效果,得到了更高质量的梯度信号。通过模型试验验证了本方法对噪声的滤波能力,并满足高精度重力梯度数据处理要求。

一种改进的重力梯度全张量数据的边界识别方法

边界识别是重力资料解释中的一项重要任务.随着重力梯度测量技术的迅速发展,重力梯度张量数据在边界识别中的应用越来越广泛.本文重点研究了随着深度的增加,边界识别能力下降,正负异常中出现假边缘的问题.另外,有些边缘检测方法对走向不同的地质体识别能力有所差异.本文对基于重力梯度张量的水平方向Theta法进行改进,通过选择合适的阈值来减少虚假异常,提出了一种改进的重力梯度全张量数据的边界识别方法(IED).通过模型试验的对比,证明该方法不再受地质构造走向的影响,对不同深度的地质体边缘检测清晰、连续,且正负异常之间无虚假边界.最后,将该方法应用于加拿大圣乔治湾的重力梯度张量资料,其结果显示了更多的地质细节.

重力异常反映的郯庐带中南段构造边界与应力场

为解决传统基于重力场数据一阶导数定义的总水平导数和解析信号振幅存在无法均衡深浅异常振幅的问题,应用重力全张量梯度数据,提出改进的倾斜导数地质体边界识别方法NTD_(M)。经模型验证,NTD_(M)在收敛性、抑噪性和边界识别精度方面均有提升。利用NTD_(M)将郯庐带中南段及邻区划分为14个边界较为清晰的构造单元,借助垂线偏差数据对郯庐带中南段的构造应力场和壳幔密度差进行反演。结果显示,二者在水平方向上存在显著差异,在空间上显著相关,构造应力最大差异值约为16 MPa,壳幔密度差约为0.2 g/cm^(3),构造应力等值线密集处与构造单元划分的边界以及地震分布情况对应较好。郯庐带中段最大主应力方向为NEE-EW,南段主应力方向以EW-NWW为主,总体呈EW向,与震源机制解、地应力测量和GPS反演结果具有较好的一致性。

全张量重力数据水平分量噪声滤除方法

为获得更好的噪声滤除方法,本文建立一个球状模型,对全张量重力梯度三个水平分量加入高斯白噪声,并利用FFT和PSD分别对加噪后三个分量(Vxx1,Vxy1,Vyy1)进行频谱分析,根据频谱分析结果分别设计了巴特沃斯低通滤波器和高斯低通滤波器对加噪数据进行滤波,取得了较好效果,并利用复杂模型验证滤波效果。

航空地球物理勘查技术发展战略研究

航空地球物理勘探是重要的快速找矿勘查方法,21世纪以来我国航空地球物理勘查技术已取得长足进步,但现有技术与装备仍难以满足国家“新一轮找矿突破战略行动”和深地、深海探测等对重大关键核心技术与装备的新需求。本文聚焦我国航空地球物理勘查技术高质量发展布局,梳理和总结了国内外航空地球物理勘查技术发展现状,评估了当前国内外技术竞争和发展态势,分析研判了我国在该领域面临的主要挑战。结合科技发展新变化、新特征和新趋势,瞄准超导传感器、航空重力全张量梯度、航磁全张量梯度、多场源全深度航空电磁、航空地震等前沿关键技术,以及新一轮找矿突破战略行动等急需的实用化技术,制定了我国航空地球物理勘查技术发展路线图。针对前沿技术攻关能力不够强、技术适应性较差和创新基础较薄弱等问题,提出了组建国家级航空地球物理技术创新中心、开展第四代航空地球物理勘查技术研发和构建一体化的航空地球物理技术装备发展体系建议。

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.

基于自适应模糊聚类分析的重力张量欧拉反褶积解

利用将重力全张量数据应用在欧拉反褶积中,规避位场梯度计算的精度问题,引入自适应模糊聚类算法克服聚类数目需要求预先确定、模糊聚类分析局部最优、分类不确定等弱点,并准确的确定多异常源的情况。核密度估计结果表明,张量欧拉反褶积比预设结构参数的欧拉反褶积方法更能表征地下异常类型;反演结果表明,传统欧拉反褶积难于识别在深大型异常源附近的浅部规模相对较小异常源;过滤后的欧拉反褶积解的空间包络基本与初始模型的一致,张量欧拉反褶积在获得多异常源的空间结构信息更具有优势。

利用余弦变换的重力梯度Parker正演方法及其应用

为获得高精度重力梯度数据,实现基准梯度数据库精确快速构建,研究利用数字高程模型正演重力梯度的频率域快速计算方法,推导出基于余弦变换的Parker正演重力梯度理论公式。数值试验结果表明,余弦变换频率域正演方法平均绝对误差可达到0.5 E左右精度要求,与傅里叶变换正演方法相比误差可减小3 dB左右,与棱柱法等空间域正演方法相比,该方法计算规模小,速度优势明显。

重力梯度仪仿真系统设计

为了研究旋转加速度计重力梯度仪信号产生和处理方法,设计了重力梯度仪半实物仿真系统。首先依据重力梯度仪的测量原理计算出由地下某异常体引起的重力梯度异常值,利用加速度计的输出公式,通过LabVIEW对全张量重力梯度仪的12个加速度计输出信号进行仿真,并对仿真信号进行解调,得到全张量重力梯度值。以单圆盘为例进行半实物仿真,由计算机A产生加速度信号经过硬件电路后,通过计算机B对调理过的加速度计信号进行中值滤波和解调,从而获得重力梯度异常值,精度为100 E。这种仿真系统的设计可以对全张量的重力梯度进行解调,突破了解调单圆盘信号的局限性,引入的半实物仿真增加算法的可靠性和仿真的可信度,对重力梯度仪的参数设计和实物制造有参考意义。

基于有限单元法的重力梯度张量正演计算与分析

由于重力梯度张量测量相对于重力异常测量有许多优点,因此对重力梯度的研究十分必要。在重力梯度各张量的正演计算中,复杂地质体的计算式难以直接推导,而利用有限元技术在复杂形体体积积分的优势,可以较为快速和简便地进行复杂模型的重力梯度全张量正演计算。通过模型的建立和正演计算,分析了球体模型梯度张量异常的平面和剖面特征,以及重力梯度张量与球体模型位置的规律;最后进一步利用复杂模型的重力梯度正演模拟,说明了重力梯度识别地下地质体位置的优势和不足。