CN102043169B - 一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法，属于应用地球物理领域，涉及信号数字处理方法技术，尤其涉及一种对重力异常数字信号进行分解提取的方法。对所述重力异常信号数据进行Fourier变换，并在频率(或波数)域截取高频段的频谱数据，即进行带通滤波；然后再进行反Fourier变换，得到高频振荡曲线信号形式；并对该高频振荡曲线信号数据平方后取上包络，将结果信号输出；所述输出信号表征出与地下地质结构之间的特定关系，进一步准确了对重力异常的地质解释。

Description

一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法

技术领域

本发明属于应用地球物理领域，涉及信号数字处理方法技术，尤其涉及一种对重力异常数字信号进行分解提取的方法。

背景技术

现有技术中，Fourier变换在重力数据处理中的主要应用，是利用频谱乘上一个因子，实现延拓、求导数、数据圆滑等滤波处理。由向下延拓、求导数等高通(或带通)滤波获得的重力异常数据，往往表现为起伏剧烈的曲线(曲面)形态，画面显得很零乱，对其规律特征的认识显得模糊、笼统，对其物理意义的表述只是简单、定性化，因而对它的解释利用受到了很大的限制。如何通过技术性的改进，使高通(或带通)滤波获得的重力异常数据的规律特征，得到易于解读的显示，从而明确地表述出它的物理意义，是重力勘探工作者思考和寻找的目标。

发明内容

本发明为了解决上述存在的技术问题，研发了一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法。本发明针对重力异常数据处理中存在的问题，旨在通过技术性改进，使高通(或带通)滤波获得的重力异常数据的规律特征，得到易于解读的显示，从而能够明确地表述出它的物理意义，丰富对特殊地质体产生的重力异常意义的认识，使之在油气勘探中发挥出更好的作用。

本发明为了上述发明目的，所采用的技术方案为，

一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法，首先读取地球物理重力异常信号；其中，重力异常信号分解为由低到高各波数负指数项与Fourier级数项乘积的和；对所述重力异常信号数据进行Fourier变换，并在频率(或波数)域截取高频段的频谱数据，即进行带通滤波；然后再进行反Fourier变换，得到高频振荡曲线信号形式；并对该高频振荡曲线信号数据平方后取上包络，将结果信号输出；所述输出信号表征出与地下地质结构之间的特定关系，进一步准确了对重力异常的地质解释。

所述方法包括如下步骤，

①.探测并拾取地球物理重力异常信号数据；

②.对重力异常信号数据进行Fourier变换： $H\left(f\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}h\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\πft}}\mathrm{dt};$

③.输入计算用的起始及末端波数；

④.带通滤波：在频率或波数域中截取高频段的频谱数据；

⑤.进行反Fourier变换： $h\left(t\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}H\left(f\right)e^{j2\mathrm{\πft}}\mathrm{df};$

⑥.得到一组纺锤状的高频振荡曲线；

⑦.对包含有正有负、正负相间的纺锤状高频振荡曲线的数据，先自乘，得到平方值，然后再取其上包络；

⑧.将得到平滑的重力异常曲线，并输出结果。

本发明为一种重力异常信号数字处理方法，先将信号分解成一个个不同的组成部份，然后对它进行转换，得到一种新的信号形式，使它与信号源有着更为直观的易于解读的对应关系，提取出某一部份所关注的信号，方便进行解释。利用本发明的方法对某重力观测剖面的数据进行应用，在原始重力异常上，已知油气田有显示但不很明显，经过本发明的“分解提取法”处理后，已知油气田边界位置反映清楚，预测的油气田也也十分准确。

附图说明

图1为本发明方法流程框图；

图2为实施例的实测重力剖面；

图3对图2的实施例所示重力数据的带通滤波结果；

图4对图2完成本发明步骤后输出的重力异常曲线-DE曲线。

以上各幅附图将结合下面具体实施方式加以说明

具体实施方式

发明人研发中发现，由调和分析法中坪井法的计算公式可知，重力异常可以分解成由低到高各波数负指数项与Fourier级数项乘积的和：

$g\left(x\right)=2\mathrm{\πf\σ}\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{\frac{-2\mathrm{\πn}}{L}\stackrel{\‾}{H}}\·(c_n\cos \frac{2\mathrm{\πnx}}{L}+d_n\sin \frac{2\mathrm{\πnx}}{L})$

式中，f——引力常数，σ——密度，H——平均深度，c_n、d_n——系数，L——计算重力剖面的长度。

此式看出，重力异常值随着波数(或频率)的升高而呈指数衰减，同时也随着地质体埋深的增加而呈指数衰减。因此，重力异常数据功率谱的能量都集中在低频(或低波数)段，高频(或高波数)段的数值很小很小。直观地分析，很难看出高频(或高波数)段数值所反映的地质信息。

对重力异常数据进行Fourier变换，在频率(或波数)域截取高频段的频谱数据，即带通滤波，然后进行反Fourier变换，即相当于在此公式中取n∈[N₁，N₂](N₁，N₂为大于0的自然整数，且N₂＞N₁)，则得到的是一串串纺锤状的高频振荡曲线，这在当前小波变换应用的文章中也常常见到。这一特征现象与通常情况下，一个地下地质体所产生的重力异常，是一条光滑曲线的概念相去太远，因此，妨碍了对它的进一步解释应用。

事实上，纺锤状高频振荡曲线的数据，已经不代表实际地下地质体所产生的真实重力异常，只反映所有产生地面观测重力异常的数据中，某些特殊地质体所产生的重力异常的高频(或高波数)成份的信号相对较强而得到了放大显示，因此只具有相对意义。

分析研究这一串串纺锤状高频振荡曲线，发现其与地下地质结构存在着一定的对应关系，例如，某一N₁，N₂数值时，纺锤状高频振荡曲线对应油气藏的位置。同样，改变N₁，N₂的数值，纺锤状高频振荡曲线可以对应断层的位置，或其它特殊地质体的位置。

进一步，对有正有负、正负相间的纺锤状高频振荡曲线的数据，先进行自乘计算平方值，然后再取它的上包络，则得到一新的异常数据，命名为DE异常(取分解——decompose、提取——extract两个英语单词的首字母)。这一计算过程，即是本发明——分解提取法的核心，是区别于其它计算方法的关键所在。DE异常是一条光滑的数据曲线，它符合习惯上的视觉效果，这样，便容易解读出它与地下地质结构之间的关系，从而深化了对重力异常的地质解释。而且，由于油气藏等非线性状地质体所产生的重力异常，不仅低频段(或低波数段)成份的信号，而且高频段成份的信号，在各个不同方向上的信号特征是相同的，即在不同方向测线上，应当是相互闭合的。对于有正有负、正负相间的纺锤状高频振荡曲线的数据，要使不同方向测线上达到闭合，基本不可能实现，而DE异常光滑曲线的数据，则很容易在不同方向测线上实现闭合。

在实际应用中，不同方向测线上DE异常的闭合，也作为带通滤波窗口位置和大小，也即参数N₁，N₂选取的依据之一。

图2～图4为本发明的实施例。在图2中，横坐标12～17km处为某气田，布格重力在油气田上有弱的局部相对重力负异常显示，但很难通过重力异常圈出油气田的范围。对图2所示的重力数据按照上述技术流程，先进行频率(或波数)域带通滤波，得通常所见的纺锤状高频振荡曲线，带通滤波的波数段为1.562～2.031。进一步对带通滤波结果数据进行平方运算并取上包络得DE异常如图4，该气田在DE异常上得到了清楚的反映，油气田的边界位置对应很好，而且，横坐标23～26km处的异常被证实。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (2)

1.一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法，其特征在于，首先读取地球物理重力异常信号数据；其中，重力异常信号数据分解为由低到高各波数负指数项与Fourier级数项乘积的和；对所述重力异常信号数据进行Fourier变换，并在频率或波数域中截取高频段的频谱数据，即进行带通滤波；然后再进行反Fourier变换，得到高频振荡曲线信号数据形式；并对该高频振荡曲线信号数据平方后取上包络，将结果信号输出；所述输出信号表征出与地下地质结构之间的特定关系，进一步准确了对重力异常的地质解释。

2.根据权利要求1所述的一种对地球物理重力数字信号进行分解提取的方法，其特征在于，

所述方法包括如下步骤，

①.探测并拾取地球物理重力异常信号数据；

②.对重力异常信号数据进行Fourier变换：

③.输入计算用的起始及末端波数；

④.带通滤波：在频率或波数域中截取高频段的频谱数据；

⑤.进行反Fourier变换：

⑥.得到一组纺锤状的高频振荡曲线信号数据；

⑦.对包含有正有负、正负相间的纺锤状高频振荡曲线信号数据，先自乘，得到平方值，然后再取其上包络；

⑧.将得到平滑的重力异常曲线，并输出结果。

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