位場邊界識別方法極值點分布特征研究

王　亮,沈　辰,王陸超（江蘇省地質礦產局第六地質大隊,江蘇　連云港　222023）

位場邊界識別方法極值點分布特征研究

王亮,沈辰,王陸超
（江蘇省地質礦產局第六地質大隊,江蘇連云港222023）

摘要:邊界識別是重磁數據解釋中一項非常重要的任務，可給出地下地質體的大致水平位置，二階垂直導數的零值坐標與總水平導數的最大值坐標相同，而一階垂直導數的零值坐標位置在位場邊界外側，識別位場范圍大于真實邊界。本文方法能同時顯示出不同埋深地質體的邊界，且相對其它方法所獲得的邊界更加清晰，同時可以避免其它邊界識別方法對于正負異常易產生多余邊界的問題。最后將改進的邊界識別濾波器應用于三江地區實測重力數據的解釋，獲得了清晰的地質體邊界。

關鍵詞：邊界識別；導數；極值點；位場

1　緒論

位場主要是指重力場和磁力場。在實際的生產研究中，找到地質體的邊界位置，查找斷裂構造，都是極為重要的。在這些地質體的邊界附近，重、磁力異常的變化率都較大，可以就采用導數來進行各種處理，找出異常體的邊界位置，解決實際找礦,判斷地質構造問題。目前最常用的邊界識別方法有垂向導數計算（垂向二階導數）、總水平導數、總梯度模量、斜導數（傾斜角）和θ圖法，并且其他邊界識別方法多是基于這五種方法的改進。本文是對這五種邊界識別方法進行研究，通過模型試驗對比各種方法的優缺點，從而構造出一種新的更優化邊界識別方法。

2　常用邊界識別方法及優缺點

常用邊界識別方法：垂向導數法，總水平導數法，總梯度模量法，傾斜角法，θ圖法。

總水平導數可以很好的完成對淺部地質體邊界的識別，而對深部位場邊界的識別效果不理想；垂向導數以零值位置確定地質體邊界對深部地質體的邊界識別效果要好于總水平導數，但零值位置隨著埋深的增大其范圍逐漸擴大；傾斜角法能有效地均衡不同地質體引起一場的幅值，但識別邊界的能力較差；總梯度模量法對淺部地質體的邊界識別效果較好，而識別的深部地質體邊界則比較模糊；θ圖可以很好的完成對淺部地質體的邊界識別，而隨著深度的增加，其識別的地質體邊界范圍也在增大。

3　構建新的邊界識別方法

總水平導數方法能有效地識別出淺部地質體的邊界，而對于較深地質體的邊界的識別能力較差。為了同時識別出不同深度地質體的邊界，對總水平導數進行傾斜角計算，二階垂向導數零值點坐標比一階垂向導數零值點坐標更接近位場邊界。

為了更好的檢驗總水平導數傾斜角法的可用性，建立如下地質體模型：在地下布設2個埋深分別為10m和15m、半邊長為10m的棱柱體，且棱柱體與圍巖密度差ρ=1g/m3。令K=2，圖1即為該理論模型的邊界識別結果。

圖1b為異常總水平導數，從圖中我們可以看到總水平導數可以很好的完成對淺部地質體邊界的識別，而對深部位場邊界的識別效果不理想；圖1c為異常的傾斜角計算結果，該方法能有效地均衡不同強度的異常，但是無法準確地識別出邊界;圖1d為傾斜角總水平導數結果，該方法僅能給出較淺地質體的邊界，而識別出的較深地質體的邊界則比較模糊；圖1e和1f分別表示歸一化傾斜角和θ圖計算結果，均能清晰給出地下地質體的邊界，但相對真實邊界存在一定的發散；圖1g和圖1h為總水平導數傾斜角計算結果，可以看出本文方法能準確地識別出地質體的邊界，且相對其它方法所獲得的邊界更加清晰，且隨著導數階次的增加所識別的邊界更加收斂。

4　實際數據應用

將上述邊界識別方法應用到實際重力的解釋。圖2a為三江盆地布格重力異常；圖2b為原始異常的總水平導數。圖2c和2d分別表示異常的傾斜角和傾斜角總水平導數。圖2e和2f表示異常的歸一化傾斜角和θ圖計算結果。圖2g和2h表示異常的總水平導數傾斜角計算結果。根據計算結果可以看出，本文提出的方法能傾斜地給出該地區地層之間的界限和斷裂的位置，且隨著導數階次的增加能獲得更多的細節信息。

圖1　理論模型的邊界識別結果

5　結論

本文通過對公式推導，從原理上解釋了二階垂向導數在識別邊界上優于一階垂向導數，且二階垂直導數的零值坐標與總水平導數的最大值坐標相同，因此，本文提出使用總水平導數與二階垂直導數的比值來識別的地質體邊界。然后提出總水平導數傾斜角法進行重磁數據的邊界識別，其通過計算總水平導數不同階傾斜角進行地質體邊界的識別。通過理論模型試驗證明本文提出的方法能更加清晰和準確地識別出地質體的邊界，且不會產生多余邊界的干擾。將本文方法應用于實際重力數據的解釋，獲得了清晰的地層界限及斷裂位置。

參考文獻：

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作者簡介：韓宏舉（1956-），男，工程師，主要從事：大型泵站建設施工、機電安裝、運行管理研究等工作。