CN109425907B - 一种频率域磁异常化极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率域磁异常化极的方法，包括：构造水平磁化的频率域化极的转换因子；将磁异常频谱与频率域化极的转换因子相乘，得到化极后磁异常频谱；以及根据化极后的磁异常频谱确定化极后的磁异常。该频率域磁异常化极的方法过程简单，计算量小，化极因子稳定，能较好的满足实际需求。

Description

一种频率域磁异常化极的方法

技术领域

本公开属于磁异常处理和解释领域，涉及一种频率域磁异常化极的方法。

背景技术

在标量场磁测量中，测量的ΔT异常表示磁性目标产生的磁异常沿地磁场方向投影的标量异常。受斜磁化的影响，一般磁性体引起的ΔT异常中心在空间位置上并不正好对应在磁性体上方。因此，为了更加直观地解释磁性目标的空间位置，磁异常化极处理十分必要。化极是将倾斜磁化情况下的磁异常转化为垂直磁化情况下的垂直磁异常，使得ΔT异常中心对应在磁性体上方。

我国南海大部分海域位于磁赤道带附近，属于地磁低纬度区域，开展低纬度化极理论研究，对研究南海领土的磁测数据分析有重要意义。

1957年，Baranov提出化极概念，通过空间褶积计算磁异常数据的化极场。1965年，Bhattacharyya首次将磁异常的傅里叶变换谱与化极转换的频率域滤波因子相乘，得到频率域化极方法。因此，现有的化极处理既可以在空间域实现，又可以在频率域实现。但上述两种方法在低纬度地区进行化极处理时都存在不稳定的问题。后续有研究从改造化极因子的角度，给化极因子的分母增加一个用于校正的双曲正(余)弦函数，实现低纬度化极，但该方法只适合做定性分析。也有研究提出来伪倾角滤波，在低纬度地区，自定义一个更大的伪倾角构造一个新的化极因子实现低纬度地区化极，但该方法需要自定义一个伪倾角，这存在一定的不确定性。

总之，上述对于低纬度地区的化极处理过程，存在计算复杂，控制参数过多以及不稳定的问题，使得低纬度地区化极处理效果不能满足实际需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种频率域磁异常化极的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种频率域磁异常化极的方法，包括：构造水平磁化的频率域化极的转换因子；将磁异常频谱与频率域化极的转换因子相乘，得到化极后磁异常频谱；以及根据化极后的磁异常频谱确定化极后的磁异常。

在本公开的一些实施例中，构造水平磁化的频率域化极的转换因子包括：将斜磁化形式的转换因子转化成水平磁化。

在本公开的一些实施例中，水平磁化的频率域化极的转换因子满足：

斜磁化形式的转换因子满足：

其中，u，v分别为x，y方向的圆频率；α₀、β₀、γ₀为方向余弦；j为虚部因子。

在本公开的一些实施例中，磁异常频谱的获得包括：获取低纬度地区的磁异常值；以及根据磁异常值得到磁异常频谱。

在本公开的一些实施例中，根据磁异常值得到磁异常频谱包括：将所述磁异常值进行傅里叶变换，得到磁异常频谱。

在本公开的一些实施例中，根据化极后的磁异常频谱确定化极后的磁异常包括：将化极后的磁异常频谱进行傅里叶反变换，得到化极后的磁异常。

在本公开的一些实施例中，水平磁化的频率域化极的转换因子在极坐标下满足：

其中，I为磁倾角；D为磁偏角。

在本公开的一些实施例中，极坐标满足：

u＝r cosθ：v＝r sinθ

在本公开的一些实施例中，获取低纬度地区的磁异常值的仪器为磁力计，该磁力计的探头为标量磁场传感器。

在本公开的一些实施例中，磁力计为光泵磁力计、质子磁力计、原子磁力计和Overhauser磁力计中的一种或几种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供了一种频率域磁异常化极的方法，具有以下有益效果：

通过构造新的频率域化极的转换因子将斜磁化方向转化为水平磁化方向，消除斜磁化引起的偏移，得到稳定的频率域化极的转换因子，进而根据磁异常频谱和频率域化极的转换因子确定化极后的磁异常，处理方法简单，计算量小，化极因子稳定，能较好的满足实际需求。

附图说明

图1为根据本公开实施例频率域磁异常化极的方法的流程图。

图2A为根据本公开实施例当磁倾角I＝0，磁偏角D＝0时，一条测线上化极前后的磁异常对比图。

图2B为根据本公开实施例当磁倾角I＝0，磁偏角D＝0时，整个测区化极前后的磁异常等值线图。

图3A为根据本公开实施例当磁倾角I＝10°，磁偏角D＝5°时，一条测线上化极前后的磁异常对比图。

图3B为根据本公开实施例当磁倾角I＝10°，磁偏角D＝5°时，整个测区化极前后磁异常等值线图。

图4A为根据本公开实施例当磁倾角I＝-10°，磁偏角D＝5°时，一条测线上化极前后的磁异常对比图。

图4B为根据本公开实施例当磁倾角I＝-10°，磁偏角D＝5°时，整个测区化极前后的磁异常等值线图。

具体实施方式

本公开提供了一种频率域磁异常化极的方法，通过构造新的频率域化极的转换因子将斜磁化方向转化为水平磁化方向，消除斜磁化引起的偏移，得到稳定的频率域化极的转换因子，进而根据磁异常频谱和频率域化极的转换因子确定化极后的磁异常，处理方法简单，计算量小，化极因子稳定，能较好的满足实际需求。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开的实施例中，提供了一种频率域磁异常化极的方法。

图1为根据本公开实施例频率域磁异常化极的方法的流程图。如图1所示，本公开频率域磁异常化极的方法，包括：

步骤S102：获取低纬度地区的磁异常值；

通过实际测量获得低纬度地区的磁异常值，ΔT异常是磁性目标产生的磁异常沿地磁场方向投影的标量异常；获取低纬度地区的磁异常值的仪器为磁力计，该磁力计的探头为标量磁场传感器，该磁力计可以为光泵磁力计、质子磁力计、原子磁力计和Overhauser磁力计中的一种或几种，其中Overhauser磁力计是基于核磁共振现象的一种标量磁场探测器。

步骤S104：根据磁异常值得到磁异常频谱；

本实施例中，将磁异常值进行傅里叶变换，得到磁异常频谱；

步骤S106：构造水平磁化的频率域化极的转换因子；

现有技术中，频率域化极的转换因子的一般形式如下：

q_k＝j(α_ku+β_kv)+γ_k(u²+v²)^1/2，k＝0，1，2，3 (2)

α_k＝cos I_k cos D_k；β_k＝cos I_k sin D_k；γ_k＝sin D_k (3)

其中，u，v分别为x，y方向的圆频率；α_k、β_k、γ_k为方向余弦；I_k为磁化方向的倾角；D_k为测量方向的偏角；q₀为原始测量方向的频率域因子；q₁为磁化强度方向的频率域因子；q₂为转换后的测量方向的频率域因子；q₃为转换后的磁化强度方向的频率域因子。

进行化极时，转换后的测量方向的频率域因子q₂和转换后的磁化强度方向的频率域因子q₃满足：

假设磁化强度方向与地磁极方向一致，且不考虑剩磁，那么原始测量方向的频率域因子q₀和磁化强度方向的频率域因子q₁满足：

q₀＝q₁ (5)

I₀和D₀为正常地磁场方向倾角和偏角，如公式(1)所示的频率域化极的转换因子简化为如下形式：

下面利用极坐标对公式(6)所示的转换因子进行变换，依据如下公式：

u＝r cosθ：v＝r sinθ (7)

得到如公式(10)所示的极坐标系下的转换因子；然后对斜磁化引起的不稳定性分析，构造新的稳定的频率域化极的转换因子。

根据公式(10)可以看出：频率域化极因子H(r，θ)是角度θ的单一函数，与频率的高低无关，可写成H(θ)，为扇形放大因子，其数值直接依赖于磁倾角。

当I＝0，θ＝D±90°时，H(θ)→∞；当磁倾角I较小时，化极因子H(θ)的分母的实数部分趋近于零，而θ接近D±90°时，H(θ)分母的虚数部分接近于零，使得H(θ)的数值很大，造成化极的不稳定。

因此，本公开提出了一种构造稳定的频率域化极的转换因子的方法，即将斜磁化转化成水平磁化，在水平磁化情形下，磁性体产生的ΔT异常以负异常为主体，并伴随两个较弱的正异常，此时负异常的中心的几何位置正对于目标的正上方，因此，可以通过构造新的化极因子将斜磁化转换成水平磁化，消除斜磁化引起的偏移。

本实施例中构造的将斜磁化转化成水平磁化的频率域化极的转换因子表达式如下：

结合公式(7)，得到极坐标下的转换因子：

构造的水平磁化的频率域化极的转换因子H(r，θ)仍是角度θ的单一函数，与频率的高低无关，可写成H(θ)，其数值直接依赖于磁倾角。分析该转换因子的稳定性：当I＝0，θ＝D±90°时，H(θ)→1，显然，当化极到水平磁化时，频率域化极的转换因子，不存在不稳定的情形。

步骤S108：将磁异常频谱与频率域化极的转换因子相乘，得到化极后磁异常频谱；

本实施例中，将步骤S104得到磁异常频谱与步骤S106构造的频率域化极的转换因子相乘，得到化极后的磁异常频谱；

S(u，v)＝S_T(u，v)H(u，v) (13)

其中，S(u，v)为化极后的磁异常频谱；S_T(u，v)为磁异常频谱；H(u，v)为公式(11)所示的水平磁化的频率域化极的转换因子。

步骤Sll0：根据化极后的磁异常频谱确定化极后的磁异常；

将化极后的磁异常频谱进行傅里叶反变换，得到化极后的磁异常。

根据本公开实施例所示的频率域磁异常化极的方法进行了仿真模拟，来验证磁异常的化极效果。

图2A为根据本公开实施例当磁倾角I＝0，磁偏角D＝0时，一条测线上化极前后的磁异常对比图；图2B为根据本公开实施例当磁倾角I＝0，磁偏角D＝0时，整个测区化极前后的磁异常等值线图；图3A为根据本公开实施例当磁倾角I＝10°，磁偏角D＝5°时，一条测线上化极前后的磁异常对比图；图3B为根据本公开实施例当磁倾角I＝10°，磁偏角D＝5°时，整个测区化极前后磁异常等值线图；图4A为根据本公开实施例当磁倾角I＝-10°，磁偏角D＝5°时，一条测线上化极前后的磁异常对比图；图4B为根据本公开实施例当磁倾角I＝-10°，磁偏角D＝5°时，整个测区化极前后的磁异常等值线图。

本实施例中，仿真参数设计如下：磁偶极子目标磁矩模值100Am²，位置为(10，10，-3)m，对于低纬度地区，地磁倾角I一般认为小于±15°，地磁偏角D小于±5°。仿真分析了以下三种情形下的化极效果：(1)I＝0，D＝0；其结果如图2A和图2B所示；(2)磁倾角I＝10°，磁偏角D＝5°时，其结果如图3A和图3B所示；(3)磁倾角I＝-10°，磁偏角D＝5°，其结果如图4A和图4B所示；结合图2A-图4B结果可以看出，本实施例频率域磁异常化极的方法的处理方法简单，计算量小，能较好的满足实际需求。

综上所述，本公开提供了一种频率域磁异常化极的方法。通过构造新的频率域化极的转换因子将斜磁化方向转化为水平磁化方向，消除斜磁化引起的偏移，得到稳定的频率域化极的转换因子，进而根据磁异常频谱和频率域化极的转换因子确定化极后的磁异常，处理方法简单，计算量小，化极因子稳定，能较好的满足实际需求。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种频率域磁异常化极的方法，包括：

构造水平磁化的频率域化极的转换因子；

将磁异常频谱与频率域化极的转换因子相乘，得到化极后磁异常频谱；以及

根据化极后的磁异常频谱确定化极后的磁异常；

其中，所述构造水平磁化的频率域化极的转换因子包括：将斜磁化形式的转换因子转化成水平磁化；

所述水平磁化的频率域化极的转换因子满足：

其中，u，v分别为x，y方向的圆频率；α₀、β₀、γ₀为方向余弦；j为虚部因子。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁异常频谱的获得包括：

获取低纬度地区的磁异常值；以及

根据磁异常值得到磁异常频谱。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据磁异常值得到磁异常频谱包括：

将所述磁异常值进行傅里叶变换，得到磁异常频谱。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据化极后的磁异常频谱确定化极后的磁异常包括：

将所述化极后的磁异常频谱进行傅里叶反变换，得到化极后的磁异常。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水平磁化的频率域化极的转换因子在极坐标(r，θ)下满足：

其中，I为磁倾角；D为磁偏角；r为极坐标系下的极径；θ为极坐标系下的极角。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述极坐标(r，θ)和直角坐标系(u，v)的转换关系为：

u＝r cosθ；v＝r sinθ

7.根据权利要求2至4任一项所述的方法，其中，所述获取低纬度地区的磁异常值的仪器为磁力计，所述磁力计的探头为标量磁场传感器。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述磁力计为光泵磁力计、质子磁力计、原子磁力计和Overhauser磁力计中的一种或几种。

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