在地球物理测量的数据处理中值得.pdf

第九卷第二 期 年 月 物探与化探 专用标志的研究 专用滤波器的研究 从综合异常中分 层次提取信息方法的研究 地形改正方法的研究 计算方法误差的研究 有限长及离散数据对变 换的影响及避免和消除这些影响的方法研究 原始数据中的误差对变换结果的影响以及变换结果 的图示问题 作者通过一些实例对这八个问题分别作了论述 地球物理调查结果 的数据 处理近年来有了很大 的发展 今后还会有更 大 的发展 我认 为 发展大概是沿两个方向前进 第一个方向是对数据处 理应用尚不广泛的方法 9如电法 作普及 对一些常用的方祛9如重 磁异常 的 向上延拓 求导数等 研究其在实际工作 中的 应用 条件和范围 韭编制一些成套 的 适合小 型计算机用的 程序 供野外队 在现场使用 第二 个方向是深入研究一些 向题 这些 问题是目前 地球物理 调查数据地质解释所提出来 的 它们 是 专用标 志 的研究 专用 滤波器的研究 从综 合异常 中分层次提取信息方法 的研究 地形 改正方法的研究 计算方 法误差的研究 有限 长及离散数据对变换的影 响及避免和 消除这些 影响的方法的研究 压制干扰 更清楚地显示目标物的异 常 例如 当有 平 行导体及地形千扰时 用联 合剖面比值曲线的梯度值 能清 晰地反映低 电阻体的存在 而此 时在低 电阻体上 联合剖面 曲线的交点不 明显 有 的交点有位移9参看 图6 6 期熊光楚 在地球物理测量的数据处理中值得进一步研究的一些问题 图 电测深曲线的二次标志 9桂珠冶金地质学杭物探票材料 一所断面月 士汽6 一士 户 士 八 一尺 自 6一 8一人 一地质荆 面图 一浮土及若石 破碎带 一花岗岩 9 6 欧姆 米 当工 作地区的地 质一地球 物理剖面 复杂时 地球物理调查 的 结果不能 作定 量推断 这时 专用 标 志有 可能提 供非常有用的信 息 图 是一 个矿 区的地 质剖面图 打 了三 个钻 孔 都见到了花 岗岩 但 剖面 图无法编绘 此处岩体 为低 电阻体 由于其形状 复杂 电测深 曲线不能作 定量推断 为此 采用 专用标 志 口 4 有的专用标志能反映场源 的性质 这 对异常的地质解 释有重 要意义 例如 利用微 分视 充电 率 礼 研究 引起激发电位 异常地 质体的成 分及矿石的结构9参见 6 图 8 有的专用标志能反映成矿 的地质 条 件 例如 我 国一个斑岩 铜矿区 重 磁异 常的空 间分布 相 互关系 深刻地反映了该 地构造断 裂和岩浆 岩侵入对成矿的控制作用 9参 石 6 图6 专用标志的研 究 尚处于开始的 阶段 研 究的途径 可能主 要有 两方 面 第一是建立地质一地 球化学一 地球物 理模型 据 此确定地球化 学 场和地球 物理场的空间分布模 式与 成 矿条件的关系 并 由此找 出在不 同情况 下 解释地球 物理 调查资料 的 最 好标志 第二是根 据具有典 型意 义的已知区的经验 建立解释异常的专用标 志 建立专用标志 要考虑工作地区 的特点及解释的具 体要求 因此 在 一个 具体调查 中建 立专用标志乃 是一项研究工作 是解释地 球物理调查结果的 重要 内容 物探 与 化探 卷 二 专用滤波器 的研究 在地球物理调查结果的变换中 有一类是属于数理方程 中的适定问题 例如 位场的向 上延拓和提取区域场等 还有一类是 属于数理方程中的不适定 向题 例如 位场的向下延拓 和求微商等 对于不适定问题 有许多人正在做工作 取得了很大的进展 但问题远没有解 决 例如位场向下延拓 有不少计算方法都可 以得到稳定的解 但畸变太厉害 我们认为 解决这个问题的途径之一是使用 专用 的滤波器 这种专用的滤波器是由许多 滤波器 串联起来组成一个所谓 组合滤波器 它包括空间域的位变滤波器和频率域的线性滤波 器 每个滤波器的作用是不 同的 要设计一个好的组合滤波器 首先要充分 了解千扰的性质 及引起这些千扰的原因 然后有针对性地设计一些滤波器 分别地 尽可能地压制以至消除 这些干扰 我们最近设计了一个向下延拓用 的专用滤波器 取得了较好的 向下延拓效果9王 延中 熊光楚 位场 向下延拓时组合滤波器的设计和应用 8年 三 研究从综合异常 中分层 次提取信息的方法 所谓综合异常 有多种含意 第一是指各种地球物理调查方 法的综合异 常 第二是指由 不同埋深的同类地质体所引起的同一种方法的迭加异常 利用专用标志逐次对异 常分类 利用多元统计分析方法 可以对综合异 常进行分类 这时候 要用多个 变量 如何选择 变量 关系到方法的成败 实践表明 要正确地选择许多变量 并非一件容 易的事 但是 利 用专用标志 可以用很简单的方 法 逐次对异常分类 例如 为应用多元 统计分析对江苏 省的磁异常进行矿与非矿磁异常的分类 江苏省童永春提出 了描述异常的十 二个标志 并且 获得了较为满意的结果 在其工作基础上 我们通过考察 发现对于近地表9埋深 米左右 的磁铁矿体的 磁异常 其专用标志 是地磁异常 的强度 9 等值平面图上最高强度那 条等 值线的异常值 与其面积 9二分之一强度值等值线所圈定的面积 之比 称作似磁场强度密 度 9单位为 卫 计算时取 吐 对 6 作为单位 对6 个埋深小于 米 个埋深大 于 米的磁铁矿体和 6 个非矿异常共计 个异常 作分类 根据似磁场强 度密度值的对 数 以 为界线 分为大于 9含等于 及小于 的两组 第一组中有异常6 个 其 中6 个 是浅部矿体 引起的 8 个是磁性岩脉引起的 分选 的成功率为9 6 6 一 因此 分选的效果 是好的 6 利用重磁异常的变换及异常的频谱特点 识别不同深度场源的存在 总 的作法是 如果在谱曲线上 深部场源的谱不明显 对异常作位变滤波 9最大点 距离 应根据由谱求出的浅源埋深来定 然后求滤波以后的异常的谱 由这个谱即 可求出深源的 埋深 如果在谱曲线上 浅源的异常 不明显 则可作异常水平方 向微商的振幅谱 关 于这方 6 期 熊光楚 在地球物理侧量的数据处理中值得进一步研究的一些问 题 面的具体 例子 可看参考文献 8 8 利用滤波技术结 合选择 法分层次计算不同深 度的物 体 对于 由不 同埋深的物体所 引起的综合异常或 由形状复杂的物 体所 引起的异常 一种可供 实用的方法是利用滤波技术 结合选择法分层 次计算不同深度的物体 四 地形改正 9即所谓曲化平 问题 所有地球物理调 查结果都会受地形影响 消除 地形 影响 包括两方面的含义 第一是消 除测 点 与某一基准面之间物质 对观测 结果的影响 第二是将消除这种影响后的 数据 化到同一 水平面上 对于 多数的地球物理调查 方法 消除地形 影响 的问题目前还都 没有完全解决 困难是 多 方 面的 其 中主要的困难有 中间层的物性往往是 个未知 数 没有 合适 的计算公式 理 论上 的困难等 例如 在消 除重力结 果的地形影响时 首先是要知 道测 点与某一 基淮面 之间岩 石的 密度 这个 密度 值经常在水平方 向和垂直方 向都是 变化的 很难 确定谁 其次要知道测 点上 重力垂向梯 度的值 这个值往 往也是不知道 的 最后 如 果将改 正的结果 化到同一水平 面 若这 个面在地形线的下方 或 部分地 在地形线的下 方 这种变换属于位场的向下延拓 是不 适定 问题 我 国西部地区多 高山峻岭 地形 对地球物理调 查结果有严重的影响 因此 研究消 除地 形影响的方法 乃是刻不容缓的任务 五 研究计算方法的误差 对地 球物理 数据作各种滤 波 理论上 要求用符合实际条件的相应的滤波器 并且正确地 确定滤波 器 的参 数 这两点 在实际工 作中很难 作到 因 而只能 用近似的滤 波器 去 代替理想的 滤波 器 滤波 的结果 中也 不可避免地 有误 差 例如 在重 磁异常滤波 器 中 设输人信号 9哟是有用信号 9哟及干扰信号工93 之和 要求滤波后输出的信号 为 9 叫 即从 有干扰的综合信号 中恢复有用信号 如果 干 扰 与有用信 号的相 位相同 这时理想的滤波器是匹配滤波器 9叫 即 9 9 9 9 9 如果 干扰 与有用信号的互相关函数为 零 这时理想的滤波 器是 9司 即 9 9 八 9 6 5 9 6 96 93 是最小均方误 差滤波 器9或 广义维纳 滤波器 的特殊形 式 如果有用信号与 干 扰 既 相关又不 同相位 则理 想的滤波器是最小均方 误差滤波器 9叫 即 9 9 9 98 如 果有用信号 与千扰同相位 但 却相关 这时用 4 9哟或 9 滤波均能得理想的结 果 但 是 用 9田 滤波 则将引起 误差 在频率域 这 个误 差是 五9 9 9 一 9 9 9 一 9 9 而在空 间域 这个 误差将 是 李学圣 姜 秀能 重磁异常长方 体线性组合反演方法 中国她球物理 学会勘探地球物理绘 全性堂术讨 论会 论 文 8年 物 探 与化探 卷 9丫 姗 匕寸口 图 一绘合异常 6 垂直迭加 屏常的滤波 6一深源场的理论曲线 8一 9田 滤波结果 一月69 滤波结果 图 8 横向迭加 异常的滤波 9图例同 图6 以别一 6气 一 气 不 一二 厂 气 田八月 田 一月八田 山 肠 田 叮 9 一 从上述式 子看出 如果 二9 一 9 则 6 9 二 9垂直磁化 的一个无限长水平薄板 干扰是上顶埋深为 劣 截面为 义 磁化强度同薄板的无限长水平方柱体 方柱体 中心 与薄板 中心在 同一垂直线上 就这种情况而言 6伽妈 9 二为采 样点距 如果 9 与59 既不同相位 而又 相关 则用 9 及 9 滤波其误差分别是 4 9 9 工9 一 93 二 9 4 9 一 9 9 9 9 9 一 9 二 9 9 一 9 9 而在 空间域 这些误差分别是 9 一 又田 又田 一几 气田 场 艺兀 9 图 8是梁 景文计算的 一个理论模型的结果 模型参数同图 6 但信号与干扰 的中心水平 6 期 熊光楚 在地球物理测量的数据处理中值得进一步研究的一些问题 距为 劣 这时 在 深源上 方 深 源场比真实的低 而在浅 源上 方 深 源场又比真实的高 9哟滤波 所得 结果均 方根误 差为 伽玛 9 则 为 伽妈 前者略优 于后 者 二 因 此 研究地球物理异 常变换 中计算方 法所 引起的误 差 有助于我们理解及解释 变换 后 的异常 六 研 究有限长及 离散数 据对 变换的 影响 及避免和消除这些影响的方法 有限长和离 散数 据对重 磁异 常变换 的影响已研究得比较 清楚 9参看文献 三 现在的 问题是在实际工作中如何寻 找避免以致部 分地消除 这些 影响的方法 对于单 个 的异常 用加密 采样 点距 并用多项式作外 推和 作近似 的无穷远处改正 但对 于大面积的磁重资料 过密的点距 将大大 增大 计 算工作量 而且 由于总是有 异常处在测区的 边 缘及存 在区域趋势 外推到正常场 是困难 的或者是 不可能的 这时 为了避 免有限 长及离 散 化数据对变换的影响 要研 究消除区域趋势和除掉点异 常的方法 我们认为 用迭 代法求 区域场 和用带权系数的滑动最小 二乘光滑法可能是一个有 效 的途径 二 二 七 原始数据 中的误差 对变换 结果的影响 了解原始数 据 的误差 对变换 结果的影响 有助于我们评 价 变换 得来的异常 的可拒性 对 于空 间域 原始 数据 中误差对变换结果的影 响 可 用误 差传播理 论来考 虑 这方面的 问题 研究得比较 成熟 在空 间域 作变换 运算的通式是 万 戈 一 甲 乡 万二 户 日抽 日 6 9 式 中只及 分 别为变换 前及变换 后的异常 为变换 系数 没 及 分别为变换后 及交换 前 的均方根差 则有 于不 一 州 9 因此 变换后 一 异常 中的误 差不仅 一与变换 寸 异常 中的误差有关 而且 与变换的系数有 关 对于频率域的变换 当误差为 均位为零的随机 变量时 若它具有 广义平稳 和遍历的性 质 则可估算 其方差 变换后的变化 随机函数的 自相关半径很小 其 自相关函数0汗 可表为 一 一二一 劣 吸工一 丁 伟工 大一 丁 9 6 乡 万 映 了7 4 一一 一 式 中 为 采样点距 因此 可 以将 看作是一个强度为封 夕 的脉 中函数 脉 冲函数的傅里叶 变换为 白谱 故可将随机函数的平 均功率谱近 似取为一常数 设 为变换前与变 换后干 扰的均方差根的比值 则 可表为 它 寸今 勺 一 一 二可 二 方 乃夕 故当 二 劣时 在地球物理测量的数据处理 中值得进一步研究的一些问题 合 的可能性 对解释地 球物 理调查 结果无 疑是 会有 很大帮 助的 这种 图件 特 别会受到地 质人 员的欢迎 地球物理异常的图 象显示及分析结 果 适 合 于直接 出版的形式 这对处理大量 的航磁数 据 综合调查结 果的综 合分析及 成图都是非 常重 要的 上面所叙述 的八方面的问题 有些已有比较深人的研究 如误 差的传播 问题 有 些则刚刚 开 始研究 如专 用标志 的研究和 专用滤波器 的设 计 例如重 磁异常地形改正时 当要归算的面位 于地形 最高 点之 下时 尚无好 的运算方法 我 们认 为 当前 应重 点研究的问题是专用标 志 的研究 专用滤波器的设 计 从 综合 异常中分层 次提取 异常 及 向观测面以下的平面上作 地形 改正等四个问题 参 考 文献 6 8 5 熊光楚 8 地球物理调查发展 的技术因素 物探与化探 5 3 熊光楚 地球物理调