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利用重磁资料进行构造边界识别与弱异常提取的方法研究及应用

韩兆红  
【摘要】:本文的研究内容主要包括利用重磁数据进行边界识别和寻找区域弱异常等项研究,同时通过理论模型试验加以证实,最后对具有复杂区域地质构造格局的齐齐哈尔地区重磁资料进行了相关处理,给出了初步地质解释,主要工作如下: 1.提出了利用双方向区块扫描Lyapunov指数极小值确定物质区块分界线的方法,进行了有益的尝试,具体过程如下: (1)重力和航磁的网格化数据都满足行或列在同一直线上,以每条线为一个窗口,即以行或列作为单变量时间序列直接计算其Lyapunov指数。 (2)把m×n数据矩阵按照行来划分,得到n行数列,可以计算出每一行对应的一个Lyapunov指数值;相似地按照列来划分,可以得到每一列所对应的一个Lyapunov指数值。这样实质上就是得到两个Lyapunov指数序列。 (3)在所得到的两个Lyapunov指数序列中,行和列两个方向交汇处的每一个点都存在唯一的一对Lyapunov指数值,当满足双方向的Lyapunov指数值同时达到极小时,这个点的坐标就是所计算曲面拐点或极值的平面位置。 2.通常重磁异常曲面的拐点或极值的连线往往对应地下地质体物性的分界面或轴线在地表的投影。为了检验上述Lyapunov指数方法的有效性,进行了台阶、水平圆柱体两个理论模型试验,并对齐齐哈尔地区实测重力数据进行了处理。理论模型试验结果与设计位置吻合,实际处理所得极小Lyapunov指数值点的连线与大兴安岭梯度带边界吻合。 3.为了更有效地提取弱异常,文中总结了自相关滤波法在重磁数据处理中的优缺点。通过建立单球体和多球体模型试验发现,秦葆瑚1991年提出的自相关滤波因子具有基本消除了随机干扰的影响、能够在一定程度上反映区域异常的变化趋势、能显示异常有无的优点;但也存在滤波结果仍受区域场影响、提取的弱异常幅值太小且伴随有假异常、其滤波公式部分物理意义不明确等缺点。 针对自相关滤波方法在提取局部弱异常中的缺陷,对一维和二维自相关滤波因子进行了适当改造,具体方法如下: (1)一维自相关滤波因子改造:在每条测线内自动寻找剩余局部异常最大点处的观测值做为参考模型,并沿整条测线进行滑动自相关处理。数据处理时,只需通过分析异常规模给出滤波窗口K,并让K等于最大异常范围半径,模型试验结果位置准确,减小了区域场的影响,异常相对强度明显变大,有效地突出了弱异常。当对含有随机干扰的数据进行处理时,不能完全消除随机干扰,虚假异常分布不对称,区域场大的一侧虚假异常强度较大,处理结果有窗口滑动痕迹。 (2)二维自相关滤波因子改造:改变自相关滤波函数ρ的系数,以及四周测点的平均值Z(l)的表达式。二维自相关滤波只适用于线距等于点距的情况,对于其它类型数据必须先网格化成正方形网格;自相关半径选取在3~6个网格节点距为佳,异常零值线能较好反映异常体范围;对随机干扰压制效果有所改善,不仅消除了背景影响,有效地提取了弱异常,还可以通过零值线大体划出异常边界;高值突变点对本方法有较大影响,所以要求对原始资料先作剔除畸变点的预处理。 4.为了检验改造后自相关滤波因子的效果,对齐齐哈尔地区实测航磁数据进行了处理,结果能很好地确定出各局部异常位置,边界划分清晰,基本提出了强区域场内的所有弱异常。但由于自相关滤波因子对随机干扰压制能力有限,不能完全消除它们,结果中可能还存在一定虚假异常。 选择用匹配滤波和自相关滤波进行对比分析,发现处理结果有区域场影响小、局部异常独立性强的特点,更好的反映了该区局部异常的分布状况。按局部弱异常密集程度将该区大致分为两个区:第一区属大兴安岭华力西褶皱带,局部弱异常受区域地质构造控制,构造线多数沿NE~NNE向延伸;第二区为松嫩平原地带,地磁场相对平稳,无明显磁异常。其中A处具有较大研究价值,这里磁异常反应强烈,相对集中,对此地可做为找矿远景区进一步勘探。最后绘制了构造特征线图。 5.介绍了分形几何的理论知识、分形与混沌成矿的关系,总结了分形理论在重磁数据处理中的应用。由于分形维数和Lyapunov指数都是描述非线性系统特征的量,所以把双方向Lyapunov指数极小值识别物质区块分界线的思想应用到分形理论中对地质体进行边界识别,这是将来本人要做的后续工作之一


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