CN112328955B - 重磁数据的处理方法、存储介质及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重磁数据的处理方法，涉及地球物理勘探中的重力勘探技术领域。包括：根据重磁研究区中控制点的坐标最值划分规则网格；根据规则网格中任一控制点的坐标选取用于拟合二元二次多项式的n个控制点；根据n个控制点拟合二元二次多项式，根据拟合后的二元二次多项式计算任一控制点的方向导数和垂向二阶导数；根据重磁研究区中全部控制点完成重磁研究区内方向导数和垂向二阶导数的重磁数据处理。本发明提出了一种新的重磁数据分析方法，在计算重磁方向导数和垂向导数时不要求所处理的重磁数据一定是一个规则网格形式，同时克服了空间域重磁数据处理存在边缘损失的不足。

Description

重磁数据的处理方法、存储介质及装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中的重力勘探技术领域，尤其涉及一种重磁数据的处理方法、存储介质及装置。

背景技术

重磁场也称位场，包含了地球从浅到深部的各地质体产生的重磁异常效应，因而利用重磁异常既能研究浅部地质问题，也能研究深部地质问题，但人们也注意到重磁场是深浅、源地质体产生异常的综合叠加，单纯依靠具有叠加效应的重磁异常，还不能更可靠的解决深浅部地质问题，必须对重磁异常进行必要的数据处理方能取得更好的地质解释效果。

重磁资料的处理包含定性及定量两个方面的处理过程。在重磁资料的定性处理中，方向导数与垂向二阶导数是分离叠加异常及圈定引起重磁异常地质体边界重要的、不可或缺的常规处理方法。在空间域与频率域均能实现这两种方法的处理，然而，无论是在空间域还是在频率域处理，都要求重磁数据资料是一个规则的数据网格，且在空间域进行重磁数据处理均存在边缘损失，这是对所有的重磁数据处理方法普遍存在的不足与缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种重磁数据的处理方法、存储介质及装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种重磁数据的处理方法，包括：

根据重磁研究区中控制点的坐标最值划分规则网格；

根据所述规则网格中任一控制点的坐标选取用于拟合二元二次多项式的n个控制点；

根据所述n个控制点拟合所述二元二次多项式，根据拟合后的所述二元二次多项式计算所述任一控制点的方向导数和垂向二阶导数；

根据所述重磁研究区中全部控制点完成所述重磁研究区内方向导数和垂向二阶导数的重磁数据处理。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的重磁数据的处理方法。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种重磁数据的处理装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上述技术方案所述的重磁数据的处理方法。

本发明的有益效果是：本发明通过分析二元二次多项式与方向导数、垂向导数之间关系，使用二元二次多项式计算重磁研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数，提出了一种新的重磁数据分析方法，在计算重磁方向导数和垂向导数时不要求所处理的重磁数据一定是一个规则网格形式，可以直接采用离散的重、磁控制点完成规则网格方向导数及垂向二阶导数的计算，同时克服了空间域重磁数据处理存在边缘损失的不足。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明重磁数据的处理方法的实施例提供的流程示意图；

图2为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的M地区重磁异常实测点分布示意图；

图3为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的M地区重力实测点与重力异常等值线示意图；

图4为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的M地区重力异常等值线示意图；

图5为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的使用本发明方法计算得到的M地区重力异常45度方向导数平面示意图；

图6为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的使用本发明方法计算得到的M地区重力异常垂向二阶导数平面示意图；

图7为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的M地区磁力实测点与重力异常等值线示意图；

图8为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的M地区磁力异常等值线示意图；

图9为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的使用本发明方法计算得到的M地区磁力异常45度方向导数平面示意图；

图10为本发明重磁数据的处理方法的其他实施例提供的使用本发明方法计算得到的M地区磁力异常垂向二阶导数平面示意图；

图11为本发明重磁数据的处理装置的实施例提供的结构框架图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

重磁数据通常指的是由重磁勘探得到的重力磁力数据，重磁勘探通常是指在地球上进行的，并且一般以地球的重力场作为被探测物体的引力场，以地球的磁场作为被探测物体的磁化场，从而用重、磁力仪器观测被探测物体受地球的吸引所产生的重力异常及其被地磁场磁化后所产生的磁异常，来达到探测目的的。

通常重磁资料的处理包含定性及定量两个方面的处理过程，在重磁资料的定性处理中，方向导数与垂向二阶导数是分离叠加异常及圈定引起重磁异常地质体边界重要的、不可或缺的常规处理方法，然而传统方法要求重磁数据资料是一个规则的数据网格，而本发明可以直接采用离散的重、磁控制点完成规则网格方向导数及垂向二阶导数的计算，还可以使用SURFER网格形成计算结果，利于平面等值线图的绘制。

在重磁勘探理论中，把位场(重、磁场)的方向导数定义为如下的形式：

其中：V为位场异常，为位场异常的方向导数，/>为位场异常的梯度，/>为t方向上的单位向量，/>为位场异常的梯度与单位向量/>的内积。

因为：

所以：

(2)式即为利用x与y两个方向的一阶水平导数计算方向导数的公式。

θ为求导方向的方位角，正北方向为0°，正东方向为90°，正南方向为180°，正西方向为270°，其它方向0°≤θ≤360°。

在位场勘探理论中，重、磁异常均满足拉普拉斯方程，此时，依然用V代表重、磁异常，则重磁异常满足如下等式：

由(3)式可得：

(4)式即为利用x与y两个方向的二阶水平导数计算垂直方向二阶导数的公式。

以上是计算重、磁方向导数及垂向二阶导数的数学、物理理论，下面基于以上内容，对本发明进行说明。

如图1所示，为本发明重磁数据的处理方法的实施例提供的流程示意图，该处理方法适用于重磁数据的分析，包括：

S1，根据重磁研究区中控制点的坐标最值划分规则网格；

需要说明的是，重磁研究区可以在重磁资料中选取。由于重磁研究区中控制点的数据包含有坐标信息和重磁异常信息，因此可以通过控制点的坐标最值确定规则网格的大小和范围，进行网格划分，其中，坐标最值指的是研究区内控制的坐标值的最大值和最小值。

S2，根据规则网格中任一控制点的坐标选取用于拟合二元二次多项式的n个控制点；

需要说明的是，二元二次多项式可以预先设置，例如，可以为：

V(x,y)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y²

其中，V(x,y)表示重磁异常，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄和a₅为二元二次多项式的系数。

应理解，选取的控制点的数量由二元二次多项式的系数的数量决定，以上述二元二次多项式为例，可以选取6个控制点，就能够求解出该二元二次多项式的全部系数了。

S3，根据n个控制点拟合二元二次多项式，根据拟合后的二元二次多项式计算任一控制点的方向导数和垂向二阶导数；

应理解，由于二元二次多项式近似表示小的局部区域的重磁异常，因此选取的控制点可以是局部区域内的控制点，从而能够更好的拟合该二元二次多项式。

在求解出二元二次多项式的系数后，由于二元二次多项式的系数可以通过方向导数和垂向二阶导数的定义式表达，因此可以得到每个控制点的方向导数和垂向二阶导数。

应理解，局部区域指的是以控制点为中心的区域，该区域的大小可以根据实际需求设置。

S4，根据重磁研究区中全部控制点完成重磁研究区内方向导数和垂向二阶导数的重磁数据处理。

应理解，重复上述步骤，即可得到研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数，完成重磁数据的分析。

本实施例通过分析二元二次多项式与方向导数、垂向导数之间关系，使用二元二次多项式计算重磁研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数，提出了一种新的重磁数据分析方法，在计算重磁方向导数和垂向导数时不要求所处理的重磁数据一定是一个规则网格形式，可以直接采用离散的重、磁控制点完成规则网格方向导数及垂向二阶导数的计算，同时克服了空间域重磁数据处理存在边缘损失的不足。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据重磁研究区中控制点的坐标最值划分规则网格，具体包括：

根据重磁研究区中控制点的坐标信息确定x方向的最大坐标x_max和最小坐标x_min，并确定y方向的最大坐标y_max和最小坐标y_min；

设定网格步长△_xy；

根据以下公式计算规则网格的大小M*N：

M＝(Y_max-Y_min)/Δ_xy+1

N＝(X_max-X_min)/Δ_xy+1

根据规则网格的大小M*N和网格步长△_xy划分网格。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据规则网格中任一控制点的坐标选取用于拟合二元二次多项式的n个控制点，具体包括：

根据规则网格中任一控制点的坐标计算规则网格的预设范围内除任一控制点外的其余控制点与任一控制点之间的距离；

通过最小距离搜索选取n个控制点。

需要说明的是，预设范围是以每个控制点为中心的小范围，具体范围的大小可以根据实际需求设置。

假设对于某控制点而言，其周围共有10个控制点，那么假设选取6个控制点，那么可以根据这10个控制点与该控制点的距离，逐个选取距离最小的6个控制点。

可选地，在一些可能的实施方式中，二元二次多项式为：

A＝D^-1B

其中：

A＝(a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅)^T

其中，i＝1,2,…,n，n为选取的用于拟合二元二次多项式的控制点的数量，(x_i,y_i,z_i)表示第i个控制点的坐标，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄和a₅为待求解的系数。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据以下公式计算方向导数：

其中，V为位场异常，为位场异常的方向导数，/>为位场异常的梯度，/>为t方向上的单位向量，/>为位场异常的梯度与单位向量/>的内积，θ为求导方向的方位角。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据以下公式计算垂向二阶导数：

需要说明的是，假设在一小的局部区域，重、磁异常可用一个二元二次多项式近似表示为：

V(x,y)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y² (5)

那么根据(5)式，重磁异常沿x轴与y轴的水平一阶导数可以表示为：

将(6)、(7)式带入(2)式就得到如下利用二元二次多项式计算方向导数的公式：

同理，利用(5)式得到沿x轴与y轴方向的水平二阶导数为：

将(9)、(10)式带入(4)式就得到如下利用二元二次多项式计算重磁垂向二阶导数的公式：

二元二次多项式的V(x,y)中的系数a₁、a₂、a₃、a₄、a₅可以通过控制点求得，假定在计算重、磁方向导数及垂向二阶导数的点附近搜素到距离控制点n个实际测量得到的重、磁异常控制点，并将这n个控制点写成如下形式：(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,......n)，n≥5。

欲通过(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,......n)求得多项式的系数，可以设一目标函数：并求取目标函数为最小时的多项式的系数即为所求。也就是在控制点附近，多项式对重磁场的最佳逼近拟合。

依据数学求极值的理论，当φ(a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅)＝min取极值时，必有目标函数对多项式各系数的一阶偏导数为0。

假定：

A＝(a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅)^T

则(12)可以表示成如下矩阵形式：

DA＝B

因此：

A＝D^-1B (13)

从而可以根据(13)式求解二元二次多项式的系数。

可选地，在一些可能的实施方式中，根据重磁研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数完成重磁数据的处理，具体包括：

按SURFER绘图软件的网格格式输出重磁研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数；

通过SURFER软件绘制方向导数及垂向二阶导数平面等值线图。

为进一步说明本发明的效果，下面结合图2至图10对本发明的效果进行说明。

如图2所示，为M地区重磁异常实测点分布示意图，图3为M地区重力实测点与重力异常等值线示意图，图4为M地区重力异常等值线示意图，图5为M地区重力异常45度方向导数平面示意图，图6为M地区重力异常垂向二阶导数平面示意图，从图中可以看出，本发明通过对离散的重力控制点完成规则网格方向导数及垂向二阶导数的计算，处理后的数据不存在边缘损失，可以直接以SURFER网格形成计算结果，利于平面等值线图的绘制。

图7为M地区磁力实测点与重力异常等值线示意图，图8为M地区磁力异常等值线示意图，图9为M地区磁力异常45度方向导数平面示意图，图10为M地区磁力异常垂向二阶导数平面示意图，从图中可以看出，本发明通过对离散的磁力控制点完成规则网格方向导数及垂向二阶导数的计算，处理后的数据不存在边缘损失，可以直接以SURFER网格形成计算结果，利于平面等值线图的绘制。

通过应用本方法对M地区重、磁异常的方向导数及垂向二阶导数的计算表明，专利方法在对离散重磁数据所计算的方向导数及垂向二阶导数，较好地对重磁叠加异常进行了划分，对地质体进行了很好的区分，充分展示了本专利方法计算重磁方向导数及垂向二阶导数对地质体的分辨效果，具有较好的推广应用价值，为重磁异常的方向导数及垂向二阶导数的计算又增添了一种新的处理手段。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

在本发明的其他实施方式中，还提供一种存储介质，存储介质中存储有指令，当计算机读取指令时，使计算机执行如上述任意实施方式提供的重磁数据的处理方法。

如图11所示，在本发明的其他实施方式中，还提供一种重磁数据的处理装置，包括：

存储器1，用于存储计算机程序；

处理器2，用于执行计算机程序，实现如上述任意实施方式提供的重磁数据的处理方法。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种重磁数据的处理方法，其特征在于，包括：

根据重磁研究区中控制点的坐标最值划分规则网格；

根据所述规则网格中任一控制点的坐标选取用于拟合二元二次多项式的n个控制点；

根据所述n个控制点拟合所述二元二次多项式，根据拟合后的所述二元二次多项式计算所述任一控制点的方向导数和垂向二阶导数；

根据所述重磁研究区中全部控制点完成所述重磁研究区内方向导数和垂向二阶导数的重磁数据处理；

其中，根据重磁研究区中控制点的坐标最值划分规则网格，具体包括：

根据重磁研究区中控制点的坐标信息确定x方向的最大坐标X_max和最小坐标X_min，并确定y方向的最大坐标Y_max和最小坐标Y_min；

设定网格步长△_xy；

根据以下公式计算所述规则网格的大小M*N：

M＝(Y_max-Y_min)/Δ_xy+1

N＝(X_max-X_min)/Δ_xy+1

根据所述规则网格的大小M*N和所述网格步长△_xy划分网格。

2.根据权利要求1所述的重磁数据的处理方法，其特征在于，根据所述规则网格中任一控制点的坐标选取用于拟合二元二次多项式的n个控制点，具体包括：

根据所述规则网格中任一控制点的坐标计算所述规则网格的预设范围内除所述任一控制点外的其余控制点与所述任一控制点之间的距离；

通过最小距离搜索选取n个控制点。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的重磁数据的处理方法，其特征在于，所述二元二次多项式为：

A＝D^-1B

其中：

A＝(a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅)^T

其中，i＝1,2,…,n，n为选取的用于拟合二元二次多项式的控制点的数量，(x_i,y_i,z_i)表示第i个控制点的坐标，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄和a₅为待求解的系数。

4.根据权利要求3所述的重磁数据的处理方法，其特征在于，根据以下公式计算方向导数：

其中，V为位场异常，为位场异常的方向导数，/>为位场异常的梯度，/>为t方向上的单位向量，/>为位场异常的梯度与单位向量/>的内积，θ为求导方向的方位角。

5.根据权利要求4所述的重磁数据的处理方法，其特征在于，根据以下公式计算垂向二阶导数：

6.根据权利要求1所述的重磁数据的处理方法，其特征在于，根据所述重磁研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数完成重磁数据的处理，具体包括：

按SURFER绘图软件的网格格式输出所述重磁研究区中全部控制点的方向导数和垂向二阶导数；

通过SURFER软件绘制方向导数及垂向二阶导数平面等值线图。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至6中任一项所述的重磁数据的处理方法。

8.一种重磁数据的处理装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，实现如权利要求1至6中任一项所述的重磁数据的处理方法。