CN111337992A - 一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法 - Google Patents

一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，步骤为：S1：获取实测位场数据；S2:依据实测位场数据计算其解析信号数据；S3：根据实测位场数据及解析信号数据，调用预设的深度计算模型，获得目标体的深度位置，深度计算模型根据改进的Chebyshev‑Padé逼近向下延拓计算方法，对解析信号数据进行向下延拓计算，并对计算结果进行简单归一化计算，基于计算结果寻找局部极大值的位置，该局部极大值的位置即为场源的深度位置；S4：对S3得到的计算结果三维可视化，直观的显示场源的深度位置。本发明相对于常规正则化向下延拓方法具有更高的分辨率和更加准确的深度计算效果，利用本发明可以进行场源的高精度深度计算，有利于推广和普及。

Description

一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法
技术领域
本发明涉及地球物理地质资源勘探技术领域，具体涉及一种基于位场数据向下延拓的场源深度获取方法。
背景技术
利用位场数据进行场源深度的计算一直是位场数据解释中的难点问题，因位场数据本身纵向分辨率及分辨能力的限制，导致深度计算精度低且场源之间相互干扰严重，同时也易受到各种噪音及干扰因素的影响。除此之外，目标体本身的形状对深度的计算同样有着极大的影响。综合上述影响因素，寻找一种良好的深度计算方法是位场数据解释中的关键问题之一。
现有的位场深度计算方法主要有：欧拉反褶积方法，该方法可以同时得到深度及水平位置等多个参数，计算效率高，应用广泛，但其精度依赖于构造指数的选取，给计算带来了许多不便。Tilt-depth方法，是一种常用的有效方法，基于Tilt梯度边界识别方法而提出，重点进行断裂构造等的深度计算；重力归一化总梯度方法，在油气资源的勘查中有着重要的地位，但因向下延拓导致了计算的稳定性和可靠性降低，同时也容易受多个地质体的相互干扰而导致分辨能力降低。
随着多尺度计算方法的提出和发展，利用不同深度或高度数据来提高数据解释的可靠性和精度，成为位场数据处理和解释中的重要发展方向。目前，基于向上延拓构建多尺度位场信息进而建立的深度计算方法较多，但向上延拓降低了数据的分辨率，因此在实际应用中有一定的缺陷。而基于向下延拓来实现场源深度计算方面的研究相对较少，因此如何进一步提高分辨率，进行稳定的深度计算成为该领域主要的努力方向。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种地质资源勘探中场源的深度计算方法，对位场勘探解释的精度改善具有实际意义。
本发明的技术方案如下：一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取实测位场数据，所述实测位场数据包括目标体重力场或磁力场数据；
S2:依据所获得实测位场数据计算其解析信号数据；
S3：根据实测位场数据及解析信号数据，调用预设的深度计算模型，获得目标体的深度位置，其中所述深度计算模型根据改进的Chebyshev-Padé逼近向下延拓计算方法，对所述解析信号数据进行向下延拓计算，并对计算结果进行简单归一化计算，基于归一化结果寻找局部极大值的位置，该局部极大值的位置即为场源的深度位置；
S4：对S3得到的归一化结果三维可视化，直观的显示场源的深度位置。
所述步骤S2中解析信号数据的计算方法为：
Figure BDA0002421644360000021
其中，f为位场函数，
Figure BDA0002421644360000022
和
Figure BDA0002421644360000023
分别为x-、y-和z-方向的一阶导数。
所述步骤S3中基于改进的Chebyshev-Padé逼近的向下延拓的计算方法包括以下步骤：
a、建立频率域Chebyshev-Padé逼近的向下延拓因子；
b、依据频率域向上延拓的低通滤波特征，建立适合深度计算的低通滤波因子；
c、对频率域Chebyshev-Padé逼近的向下延拓因子乘以低通滤波因子，获得改进的向下延拓算子，对解析信号数据进行向下延拓计算；
d、对向下延拓计算结果进行归一化计算。
所述步骤a中Chebyshev-Padé向下延拓因子为：
Figure BDA0002421644360000024
其中
Figure BDA0002421644360000029
为延拓距离，当
Figure BDA00024216443600000210
为正数，则为向下延拓，
Figure BDA00024216443600000211
为负数，则为向上延拓，(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，其中
Figure BDA0002421644360000025
为圆波数。
所述步骤b中向上延拓计算因子为：
Figure BDA0002421644360000026
其中(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，
Figure BDA0002421644360000027
为圆波数，
Figure BDA00024216443600000212
为延拓距离；
根据其滤波特征，适合深度计算的低通滤波因子为：
Figure BDA0002421644360000028
其中(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，
Figure BDA0002421644360000031
为圆波数，
Figure BDA0002421644360000037
为延拓距离；α为滤波系数，当场源为三度体时取α＝0.8，当场源为二度体时取α＝0.95。
所述步骤c中视向下延拓计算因子为：
Figure BDA0002421644360000032
其中(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，
Figure BDA0002421644360000033
为圆波数，Δh、
Figure BDA0002421644360000038
为延拓距离；可得视向下延拓计算结果为：
Figure BDA0002421644360000034
其中
Figure BDA0002421644360000035
为解析信号频率域值，ASMh(ωx，ωy，Δh)为向下延拓后值，F-1[]为傅里叶逆变换。
所述步骤d中归一化计算方法为：
Figure BDA0002421644360000036
其中，ln(||)为求取解析信号延拓结果的绝对值并计算自然对数。
因实施本发明需要的计算量大且需要可视化显示，故需要计算机辅助计算。所需硬件设备包括：一个或多个处理器、用于存储一个或多个计算程序的存储装置，当一个或多个计算程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行本发明方法的有关数据计算。
本发明的有益效果：本方法利用稳定的Chebyshev-Padé向下延拓方法，结合向上延拓的低通滤波因子，建立一种改进的利用Chebyshev-Padé逼近的位场数据向下延拓方法，基于此来实现场源的深度计算；该方法相对于传统的向下延拓方法，具有稳定的大深度延拓特性，可以延拓到场源位置处产生“奇点”，利用该特征可以实现场源深度的计算；本发明相对于常规正则化向下延拓方法具有更高的分辨率和更加准确的深度计算效果，利用本发明可以进行场源的高精度深度计算，有利于推广和普及。
附图说明
图1为两个无限延伸板状体的磁异常数据图及其解析信号数据图；
图2为两个无限延伸板状体的解析信号数据图；
图3为采用本发明方法对图1的模型磁异常数据进行深度计算所得的深度可视化图；
图4为采用传统正则化向下延拓方法对图1的模型磁异常数据进行深度计算所得的深度可视化图；
图5为两个不同深度球体模型的重力异常数据图；
图6为两个不同深度球体模型的解析信号数据图；
图7为采用本发明的方法对图5的两个球体模型重力数据进行深度计算所得的可视化图；
图8为采用传统正则化向下延拓方法对图5的两个球体模型解析信号数据进行深度计算所得的可视化图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的两个无限延伸板状体的磁异常数据图，设定磁化倾角为0°，磁化偏角为-60°，两个无限延伸板状体顶面距地表分别为10m和20m，其倾斜角度分别为120°和60°，磁化率分别为50和100，产生的磁异常如图1所示。利用本发明方法进行深度计算。按照计算过程，先求取磁异常的解析信号，经计算之后，获得如图2所示的解析信号数据。
采用本发明方法对解析信号数据进行改进后的Chebyshev-Padé向下延拓深度计算，并对计算结果进行归一化处理，本发明获得的上顶面深度分别为10m和20m，对计算结果进行可视化得到如图3所示的深度计算结果。可以看出，本发明可以较准确地获得深度计算结果，并实现了结果的可视化。为了进一步验证本发明的应用优势，采用传统的正则化向下延拓获取深度结果，其可视化结果如图4所示，上顶面深度为10m和15m，因浅部场源的干扰使得深部场源深度计算误差较大，说明本发明在深度计算中相对传统方法具有更加精确的优势。
实施例2
为了更进一步验证本发明方法的效果，利用两个埋深不同的球体进行重力数据的计算，同样将本发明计算结果和传统正则化向下延拓计算结果进行对比。如图5所示为两个球体模型的重力数据异常图，球体半径分别为10m、15m，距地面分别为30m和90m，剩余密度为1g/cm2，产生的重力异常幅值随着深度的加大而变小，深部球体的幅值较小。进行本发明对该模型数据进行深度计算，首先进行解析信号计算，获得如图6所示的解析信号数据。进一步地，采用本发明方法对解析信号数据进行改进的Chebyshev-Padé向下延拓深度计算，并对计算结果进行归一化处理，本发明获得的球体中心深度分别为30m和90m，对计算结果进行可视化得到如图7所示的深度计算结果。
采用传统正则化向下延拓方法对该球体模型进行深度计算，获得如图8所示的可视化计算结果，得到两个球体的深度分别为30m和75m。由图7和图8所示的结算结果进行对比可知，本发明的方法可以更加准确地获得所有球体的深度，而传统正则化向下延拓方法只能较准确地获得最浅部球体的深度，而深部的球体深度误差较大，凸显了本发明的优势。

Claims (7)

1.一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取实测位场数据，所述实测位场数据包括目标体重力场或磁力场数据；
S2：依据所获得实测位场数据计算其解析信号数据；
S3：根据实测位场数据及解析信号数据，调用预设的深度计算模型，获得目标体的深度位置，其中所述深度计算模型根据改进的Chebyshev-Padé逼近向下延拓计算方法，对所述解析信号数据进行向下延拓计算，并对计算结果进行简单归一化计算，基于归一化结果寻找局部极大值的位置，该局部极大值的位置即为场源的深度位置；
S4：对S3得到的归一化结果三维可视化，直观的显示场源的深度位置。
2.如权利要求1所述的一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于：所述步骤S2中解析信号数据的计算方法为：
Figure FDA0002421644350000011
其中，f为位场函数，
Figure FDA0002421644350000012
和
Figure FDA0002421644350000013
分别为x-、y-和z-方向的一阶导数。
3.如权利要求1所述的一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于：所述步骤S3中基于改进的Chebyshev-Padé逼近的向下延拓的计算方法包括以下步骤：
a、建立频率域Chebyshev-Padé逼近的向下延拓因子；
b、依据频率域向上延拓的低通滤波特征，建立适合深度计算的低通滤波因子；
c、对频率域Chebyshev-Padé逼近的向下延拓因子乘以低通滤波因子，获得改进的向下延拓算子，对解析信号数据进行向下延拓计算；
d、对向下延拓计算结果进行归一化计算。
4.如权利要求3所述的一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于：所述步骤a中Chebyshev-Padé向下延拓因子为：
Figure FDA0002421644350000014
其中Δh为延拓距离，当Δh为正数，则为向下延拓，Δh为负数，则为向上延拓，(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，其中
Figure FDA0002421644350000015
为圆波数。
5.如权利要求3所述的一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于：所述步骤b中向上延拓计算因子为：
Figure FDA0002421644350000021
其中(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，
Figure FDA0002421644350000022
为圆波数，Δh为延拓距离；
根据其滤波特征，适合深度计算的低通滤波因子为：
Figure FDA0002421644350000023
其中(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，
Figure FDA0002421644350000024
为圆波数，Δh为延拓距离；α为滤波系数，当场源为三度体时取α＝0.8，当场源为二度体时取α＝0.95。
6.如权利要求3所述的一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于：所述步骤c中视向下延拓计算因子为：
Figure FDA0002421644350000025
其中(ωx，ωy)是x-和y-方向的波数，
Figure FDA0002421644350000026
为圆波数，Δh、Δh为延拓距离；可得视向下延拓计算结果为：
Figure FDA0002421644350000027
其中
Figure FDA0002421644350000028
为解析信号频率域值，ASMh(ωx，ωy，Δh)为向下延拓后值，F-1[]为傅里叶逆变换。
7.如权利要求6所述的一种基于位场数据向下延拓的场源深度获得方法，其特征在于：所述步骤d中归一化计算方法为：
Figure FDA0002421644350000029
其中，ln(| |)为求取解析信号延拓结果的绝对值并计算自然对数。
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