位场数据中边界位置归一化差分方法

位场数据中边界位置归一化差分方法

0原位场边界识别边界检测是分析地质结构、地质填充和矿区范围的重要方法。在位场数据处理中,利用类似差分法进行边界识别已有一定的研究1归一化差异分法的基本原则1.1位场异常数据分析如图1所示:f(x,y,0)为观测面上的位场异常,Δr为差分半径(Δr>0);f(x,y,-Δr)和f(x,y,-2Δr)分别为f(x,y,0)向上延拓Δr和2Δr后的异常;f(x+Δr,y,-Δr)、f(x-Δr,y,-Δr)分别是x方向距f(x,y,-Δr)相隔Δr和-Δr的异常值;f(x,y+Δr,-Δr)、f(x,y-Δr,-Δr)则分别为y方向距f(x,y,-Δr)相隔Δr和-Δr的异常值。定义位场异常数据f(i,j,0)在x、y、z3个方向的一阶差分算子如下:x方向:y方向:z方向:图2a是正方体模型平面位置图。模型参数:边长2km;上顶埋深0.8km,下底埋深1.0km;剩余密度1.0g/cm从图2e—g可以看出:垂向一阶差分和经过相移的水平一阶差分相对于原始重力异常(图2b)明显在相应的方向上紧缩了梯级带,但对模型体的边界位置识别仍较模糊。为此,笔者利用垂向差分和2个相移后的水平差分进行归一化处理,以便进一步增强异常间的界限特征:其中:D从图2h容易看出:一阶归一化差分D1.2异常级数带的几何特征仿照一阶差分算子的定义,位场数据f(i,j,0)在x、y、z3个方向的二阶差分算子可表示如下:x方向:图2i—k分别是利用(5—7)式计算得到的x、y、z3个方向的差分算子f图2i—k表明:3个方向的二阶差分与相应方向的一阶差分(图2f、2g、2e)相比,进一步紧缩了相应方向上地质体边界所反映的异常梯级带宽度;二阶归一化差分D1.3n阶归一化差分的模型验证为了进一步提高地质体边界水平位置的识别能力,可以对二阶差分再进行差分或进行多次差分。而重力异常的二阶归一化差分结果已取得了较满意的效果(图2l)。因此本文在此仅给出了n阶(n>2)归一化差分表达式,不再进行更高阶归一化差分的模型验证。位场数据f(i,j,0)在x、y、z3个方向的n阶差分算子及n阶归一化差分Dx方向:y方向:z方向:其中,n阶总差分为式中:f2边界识别能力对比及算法稳定性分析为进一步验证本文方法的优越性,进行组合模型数值试验,并在此基础上对几种常规边界识别方法和归一化差分法进行边界识别能力对比及算法稳定性分析。设计的组合模型为7个参数不同的长方体,模型体的相对位置及各模型体的参数分别见图3a(B1为地质体A在研究区的边界)及表1,并设所有地质体剩余密度均为1.0g/cm从不同方法边界识别结果(图4)可以看出:水平总梯度(图4a)将B3下盆地内部次级构造发育的重力异常虎林盆地位于那丹哈达岭燕山褶皱带和吉黑华力西褶皱带的交接处,南至兴凯湖,北接完达山,西至勃利盆地、宝清地体,东临锡霍特山脉(图5)。该盆地是在构造复杂的环境中形成的中、新生代坳陷带,其内部次级构造发育图6为点距和线距均为1km的盆地内布格重力异常。从图6中可以看出,该地区重力异常等值线分布较为复杂,反映断层平面展布的重力场标志不仅表现为大、小型重力异常梯级带特征,而且表现为封闭等值线突然变宽或变窄以及等值线扭曲等非梯级带特征。为了验证归一化差分法的实用性,对虎林盆地布格重力异常分别进行了不同差分半径下的一、二阶归一化差分处理。3.1构造-断裂演化分析差分半径较大时的一阶归一化差分结果(图7a)与布格重力异常(图6)相比,明显地紧缩了大型重力异常梯级带的宽度,主要反映出了虎林盆地内大、中型断裂构造(主要为盆地内一、二级分区断裂,在重力场中主要以梯级带形式表现)的平面展布特征。其所反映的断裂走向主要以NE向和EW向为主(与图6表现的大型梯级带走向相同)。差分半径较小时的一阶归一化差分结果(图7b)与图7a相比,所表现构造断裂的梯级带形式基本一致,同样主要反映研究区内大、中型断裂的平面分布位置,对盆地内的小型断裂识别能力较弱。3.2不同梯级带宽度图8a是差分半径较大时的二阶归一化差分结果,与图7相比,进一步紧缩了大型异常梯级带的宽度,提高了对大、中型断裂平面位置的检测精度。图8b为差分半径较小时的二阶归一化差分结果,与一阶归一化差分和差分半径较大时的二阶归一化差分相比,不但有效地检测出了研究区大中型断裂的平面分布位置,而且对小型断裂也有清晰的显示。3.3虎林盆地平面断层结构及重力场特征的性质图9a是根据一、二阶归一化差分结果勾划出的盆地内断裂构造的基本格架。其中F3.4其他错误分类的证据为了验证利用归一化差分法划分的虎林盆地断裂构造的有效性,笔者收集了有关研究区的单元构造格局分布图3张3.4.1第一个截面划分的单元结构图9b是文献[25]给出的虎林盆地地质构造单元图(构造格局相对于文献[23]和[26]更为详细)。可以看出:断裂F3.4.2db1线电阻率断面由于构造单元是利用盆地内主要的大、中型断裂进行划分,因此对小型断裂无法反映出来。笔者利用盆地内一条南北向的电性剖面来进一步佐证盆地内断裂的存在性。图10为DB1线CEMP剖面二维反演电阻率断面图。根据断面电阻率的分布特征,可以确定8条大、中型断裂F由于收集资料有限,未能提供出其他15条小型断裂的地质或其他地球物理证据,但通过上述分析结果和相关的文献资料4应用明归一化差分法的应用1)依据差分法和地质体边界在位场异常中标志之间的关系,给出了突出边界特征的x、y、z3个方向n阶差分表达式,同时采用归一化形式对异常梯级带进行进一步紧缩以达到精细检测边界位置的目的。2)模型分析表明归一化差分法相对位场常规边界识别方法是一种边界识别能力强和定位精度高的边界检测方法。将归一化差分法应用于黑龙江虎林盆地,给出了盆地内一、二级共28条断裂的精细构造格架,同时利用盆地内已有的断裂构造格局和电阻率剖面证实了其中13条断裂构造的存在性,进一步证实了归一化差分法进行断裂识别的有效性。3)在实际应用中,选择不同的差分半径、不