位场异常数据处理技术研究及应用

位场异常数据处理技术研究及应用

位场勘探(重、磁勘探)作为地球物理勘探的基本手段之一,在解决矿产资源勘探和地质问题方面上扮演着重要的角色。随着对数据精确解译需求的增强,开发和改进更加稳定的高精度位场异常数据处理方法和技术势在必行。本文针对实际位场数据常规处理中的难点问题,对异常数据去噪、低纬度化磁极、导数换算以及边界识别四方面数据处理方法进行了研究与改进,旨在提高数据处理的计算稳定性和精度。

通过理论模型试验证明了这些方法的有效性和在提高计算结果精度方面的优势,将其应用到苏禄海地区的航磁异常和鸭绿江盆地长白坳陷的重磁数据处理中,取得了较好的结果。实测位场数据是由地质体产生的异常和噪声干扰两部分组成的。现有的位场数据处理方法大多数对噪声是敏感的,在计算中会受噪声影响而降低计算结果的精度,因此去噪是一项重要的数据预处理手段。

目前去噪方法存在着去噪不彻底或去噪过度的问题。针对此问题,本文提出了利用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和样本熵(sample entropy,SE)相结合的位场数据的去噪方法——VMD-SE法,该方法利用异常有用信号和噪声的样本熵的变化特征,自动地确定VMD法的分解模态数,实现了异常数据的自适应去噪。模型试验表明,VMD-SE法相比于其他去噪方法具有较高的计算精度,能够最大限度的保留异常有用信号,压制噪声干扰,是一种可靠的位场数据去噪方法。

化磁极是磁异常数据处理的一项基本手段,它能简化异常形态,利于解释。然而化极因子属于幅值放大,相位变化的因子,在低纬度地区化极因子的放大作用变强,导致化极不稳定,结果精度差。针对于此,提出了低纬度化磁极的泰勒级数

迭代法(Taylor series iterative,TSI)。

该方法以泰勒级数截断的方式构造了新的水平磁化下化极因子,通过与化赤计算相结合,实现了低纬度地区特别是磁赤道处的稳定化极,再结合波数域迭代的模式,提高了化极结果精度。选取与理论化极异常相关程度较高的解析信号振幅作为标准,通过计算泰勒级数迭代法化极结果与原异常解析信号振幅之间相关系数确定了迭代次数。理论模型试验证明了利用相关系数法确定迭代次数的做法是合理的,泰勒级数迭代法的低纬度化极结果较其他方法更接近理论值。

在位场数据处理中,导数换算具有重要的物理意义,常用于分离叠加异常,为其他位场数据处理方法(边界识别、欧拉反褶积等)提供运算数据。由于测量误差和噪声的影响,常规波数域导数换算方法存在计算过程不稳定,结果精度差的问题。针对这一问题,本文提出了波数域导数换算的Chebyshev低通滤波法,该方法是在波数域常规导数算子中附加Chebyshev低通滤波器来实现任意阶导数换算的。

通过分析该滤波器的滤波特性,并结合位场异常径向平均功率谱曲线特征,确定了Chebyshev低通滤波法的滤波参数,减少了人为因素对求导结果的干扰。含噪声模型试验表明,Chebyshev低通滤波法和其他求导方法相比,与理论值的均方根误差最小。边界识别是位场数据处理与解释中的一个重要方面,其处理结果能够提供地质体的边界位置,帮助解决相关地质问题。

归一化标准偏差(normalized standard deviation,NSTD)作为一种常规的数理统计类边界识别方法,能够识别不同埋深地质体的边界,抗噪声能力较强,但是存在边界位置检测不准确,分辨率低,并伴有虚假边界的问题。为此,本文在常规的归一化标准偏差法基础上提出了三种改进措施:1.在归一化项上添加常数,减

少虚假边界的出现;2.以垂向一阶导数作为输入数据,增强了边界的分辨率;3.在计算公式中增加方向导数的标准偏差,提高了边界的连续性。通过多组理论模型试验,证明了这三种改进措施在边界分辨率和精度上改善了常规归一化标准偏差法的边界识别效果,与其他边界识别方法相比有一定优势,可作为实际数据处理中的一种可靠选择。

将低纬度化磁极的泰勒级数迭代法应用到苏禄海航磁数据的化极处理中,通过综合对比,得到了稳定且合理的化极结果,检验了方法的实际应用效果。将上述其他方法应用到鸭绿江盆地长白坳陷1:5万重磁数据处理中,检验了新方法的应用效果;依据处理结果,结合研究区的地质、物性及电法资料,划分了该区的断裂与大地构造单元,增强了对该区的认识。